Устройство управления освещением по среднему значению тока

Авторы патента:

Глухов Александр Викторович (RU)

Рогулин Леонид Юрьевич (RU)

H05B37/02 - управление

Владельцы патента RU 2540401:

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГОБУ ВПО "СибГУТИ") (RU)

Предлагаемое изобретение относится к области контроля и регулирования искусственного освещения с применением мощных светодиодов при питании от внешних источников постоянного тока. Технический результат - увеличение срока службы светодиодов и точности регулирования силы тока за счет регулирования по среднему значению тока, что достигается формированием щиротно-модулированного сигнала управления встроенным транзисторным ключом посредством интегрирования сигнала с датчика тока и сравнения его с синхронным пилообразным напряжением, где для защиты от понижения входного напряжения, тока короткого замыкания и перегрева элементов используются RS-триггер, логические элементы и источник опорного термостабильного напряжения. Проверка устройства проведена путем имитационного моделирования в среде OrCAD и экспериментальных измерений. Результаты исследований доказали, что предлагаемое устройство позволяет повысить точность стабилизации тока до 3%, линейность характеристик и повторяемость источника тока для светодиодов, позволяет использовать более низкие индуктивности (50…500 мкГн) и предоставит возможность диммирования внешним сигналом. Преимуществом данного устройства является высокая стабильность тока, что не позволяет отдельному светодиоду в последовательном ряду быть перегруженным и обеспечивает большой срок службы. В случае пробоя одного из излучателей оставшиеся в работе светодиоды будут продолжать функционировать с корректным током. 6 ил.

Широко известно устройство регулирования тока светодиода, где формирование регулирующего сигнала осуществляется методом широтно-импульсной модуляции в соответствии с силой света, тем самым изменяя силу света светодиода, изменяющуюся с течением времени в результате его старения [1].

Известное устройство (фиг.1) содержит светодиод VD1, источник возбуждающего сигнала U1, МОП-транзистор VT2 с каналом n-типа, связанный с VD1 и работающий в ключевом режиме, резистор Кб, один конец которого соединен с землей, другой - с истоком VT2. Первый регулирующий блок 3 содержит операционный усилитель DA1, на инвертирующий вход которого поступает широтно-модулированный сигнал, неинвертирующий вход соединен с землей; резистор R4, подключенный между неинвертирующим входом и выходом; резистор R5, подключенный между выходом и блоком 2. Второй регулирующий блок содержит источник электропитания U2; резистор R2, соединенный с U2; МОП-прибор VT1 с каналом р типа, работающий в ключевом режиме; переменный резистор R1, связанный с U2, и резистор R3, подключенный между истоками VT1 и VT2.

Недостатками известного устройства являются: чувствительность к изменению параметров светодиодов (при их замене) и требует предварительной ручной настройки тока посредством резистора R1, что особенно сказывается при последовательном включении светодиодов, имеющих различные вольт-амперные характеристики, сокращает срок службы светодиодов, так как поддерживается постоянство напряжения на светодиодах, что может привести к перегрузке одного из последовательно включенных светодиодов, а значит, ускорению процесса старения; использование аналогового сложения токов на резисторе R6 снижает точность регулировки силы тока.

Целью изобретения является увеличение срока службы светодиодов и повышение точности регулирования тока за счет регулирования тока по среднему значению.

Поставленная цель достигается тем, что формируется широтно-импульсно-модулированный сигнал управления МОП-транзистором по среднему значению тока светодиодов посредством интегрирования сигнала с датчика тока и сравнения его с синхронным пилообразным напряжением, где для защиты от понижения входного напряжения, от тока короткого замыкания и от перегрева элементов используются логические устройства и термостабильный источник опорного напряжения.

Электропитание светодиодных ламп выполняется дополнительным устройством питания постоянным током - драйвером. Для получения светового потока 1200 лм, аналогичного потоку лампы накаливания мощностью 100 Вт, необходимо включить 12…14 светодиодов, мощностью не менее 1 Вт с номинальной светоотдачей не ниже 100 лм/Вт и рабочем токе 350 мА. Для обеспечения продолжительного срока службы, высокой надежности и стабильности характеристик светильников, используемые в них светодиоды необходимо питать стабильным током. При работе светодиодной лампы возникает проблема отвода тепла, выделяемого в малом объеме драйвером, а перегрев светодиодов приводит к снижению надежности и срока службы. Одним из требований, предъявляемых к драйверу светодиодов, является функция диммирования [2], которая по сути есть функция управления яркостью. Данной функции уделяют особое внимание в современных условиях энергосбережения в офисных помещениях, торговых и промышленных объектах и пр.

На фиг.2 представлена функциональная схема описываемого устройства управления освещением по среднему значению тока.

Устройство управления по среднему значению тока содержит: светодиодный блок 2, включающий МОП-прибор VT1 с каналом n типа, работающий в ключевом режиме и низкоомный шунт R1, служащий для контроля и измерения тока светодиодов, один конец которого соединен с землей, другой - с истоком VT1; регулирующий блок 1, питающийся от источника U2. В состав регулирующего блока входят: задающий генератор 6; блок защиты от понижения напряжения, превышения тока, изменений температуры 5 с дополнительным входом 4 для подключения внешних датчиков и цепь отрицательной обратной связи по току, содержащую операционный усилитель DA2, один вход которого присоединен к истоку VT1, другой - к общему проводу; интегратор 8, вход которого присоединен к выходу DA2, а выход - к прямому входу ШИМ - компаратора DA1; генератор пилообразного напряжения 9, выход которого подключен к инверсному входу DA1, а вход подключен к выходу задающего генератора 6; RS-триггер DD2, на R вход которого поступает внешний сигнал блокировки 7, и схема совпадений DD1 с внешней подачей цифрового сигнала диммирования 3.

Увеличение срока службы светодиодов и повышение точности регулирования силы тока обеспечивается изменением длительности сигнала управления на затворе транзистора VT1, поступающего с выхода схемы совпадений DD1, один вход которой присоединен к прямому выходу RS-триггера, а другой - к блоку 5 и входу 3.

Проверка работы устройства управления проводилась путем моделирования в среде OrCAD [3]. Укрупненная модель (фиг.3) соответствует схеме, представленной фиг.2. На выходе задающего генератора dd3 формируются прямоугольные импульсы напряжения амплитудой порядка 5 В (кривая 1, фиг.4), генератор пилообразного напряжения формирует синхронную спадающую пилу (кривая 2, фиг.4). На выходе интегратора DA3 формируется аналоговый сигнал (кривая 1, фиг.5), пропорциональный среднему значению напряжения, снимаемого с датчика тока (кривая 2, фиг.5). Стабилизация тока светодиодов осуществляется методом ШИМ. В компараторе (da5) происходит сравнение сигнала с выхода интегратора (кривая 1, фиг.6) и пилообразного напряжения (кривая 2, фиг.6.), а на выходе компаратора формируется ШИМ-сигнал сброса RS-триггера (кривая 3, фиг.6). В случае возникновения аномальных режимов срабатывает защита, блокируя затвор транзистора t1 сигналом с выхода da6. Проверка режима диммирования проводилась путем изменения сигнала источника V3.

При проведении имитационных испытаний использовался линейный эквивалент светодиода в виде последовательно включенного резистора (0,6 Ом) и источника порогового напряжения (3,15 В), а также имеющиеся модели светодиодов в среде OrCAD.

Для проверки правильности работы предлагаемого устройства были проведены имитационные и натурные испытания в рамках выполнения ОКР по техническому заданию ФГУП «НЗПП с ОКБ». Результаты исследовании показали, что предлагаемое устройство позволяет повысить точность стабилизации тока до 3%, линейность регулировочных характеристик, повторяемость параметров драйвера и использовать дроссели с более низким значением индуктивности (50…500 мкГн), предоставляет возможность диммирования внешним сигналом.

Преимуществом данного устройства является более высокая стабильность тока, что не позволит отдельному светодиоду в последовательном ряду быть перегруженным и тем самым гарантирует большой срок службы. В случае пробоя одного из излучателей оставшиеся светодиоды будут продолжать функционировать с корректным током.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Чэнь Чэн Фан. Регулятор светодиода, способ управления светодиодом и устройство возбуждения светодиода. Ав. Св., №2313135, кл. G09G 3/14, 2006.

2. Миронов С. Интегральные драйверы для светодиодного освещения Часть I: AC/DC-драйверы // Новости электроники. 2010. №10.

3. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0. - М.: СОЛОН, 1999.

Устройство управления освещением по среднему значению тока, содержащее светодиод для приема возбуждающего сигнала; МОП-транзистор, связанный со светодиодом и работающий в ключевом режиме; резистор, один конец которого соединен с землей, другой - с истоком МОП-транзистора; регулирующий блок, содержащий операционный усилитель, отличающийся тем, что в него введены: интегратор, ШИМ-компаратор, генератор пилы, RS-триггер и схема совпадений, причем один вход операционного усилителя присоединен к истоку МОП-транзистора, другой вход - к общему проводу; интегратор, вход которого присоединен к выходу операционного усилителя, а выход - к неинвертирующему входу ШИМ-компаратора; генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к инверсному входу ШИМ-компаратора, а вход соединен с выходом задающего генератора и S-входом RS-триггера, R-вход которого соединен с выходом ШИМ-компаратора, а выход названного триггера соединен с первым входом схемы совпадений, второй вход которой подключен к выходу устройства защиты, а выход - к затвору МОП-транзистора.

Изобретение относится к способу управления системой (1) освещения, которая имеет множество многоугольных модулей (3) освещения, скомпонованных в виде матрицы, и управляющее устройство (7), подключенное к одному из модулей освещения.

Система освещения и способ управления системой освещения // 2539319

Изобретение относится к системе освещения, содержащей источники света для общего освещения, источники света для местного освещения и датчики присутствия для детектирования присутствия в ряде зон присутствия и для управления источниками света для общего освещения и источниками света для местного освещения.

Способ и устройство для управления уровнями уменьшения силы света светодиодов // 2539317

Изобретение относится к области светотехники. Технический результат - повышение эффективности управления током светодиодов на основе входного сигнала управления уменьшением силы света.

Светодиодный светильник с фоновым освещением с использованием управляемой промежуточной группы, обеспечивающей рассеянный свет // 2539316

Изобретение относится к осветительному устройству, содержащему световые источники, расположенные по меньшей мере в первой группе световых источников и во второй группе световых источников, причем указанная первая группа световых источников и указанная вторая группа световых источников выполнены управляемыми по отдельности.

Система управления освещением, реагирующая на условия окружающего освещения // 2538786

Изобретение относится к области светотехники. Заявлены контроллер, способ и система для управления освещением в соответствии с условиями окружающего освещения.

Блок лампы с множеством источников света и способ дистанционного управления переключателем для выбора настройки их возбуждения // 2538104

Изобретение относится к области светотехники. Блок (100) лампы, в котором множество источников (120а-е) света управляется посредством блока (110) управления, который приспособлен для управления последовательностью настроек (Sa-е) возбуждения для множества источников света на основании сигнала (Sk) переключения, подаваемого на блок лампы.

Эффективное назначение адресов в системах кодированного освещения // 2538102

Изобретение относится к области светотехники. Кодированный свет был предложен, чтобы обеспечить возможность усовершенствованного управления источниками света и передачи информации с использованием источников света.

Способ и устройство возбуждения лампы // 2538099

Изобретение относится к области светотехники. Способ возбуждения лампы (2) содержит этапы, на которых: генерируют электрический ток лампы (Iconst), имеющий постоянную величину; задают период коммутации, имеющий продолжительность Tcomm; задают временную развертку исходных моментов коммутации, имеющую фиксированные взаимные интервалы 0,5xTcomm; принимают данные, которые должны быть вложены в световой выход; коммутируют электрический ток лампы в моменты коммутации; причем отдельные коммутации модулируют по времени для кодирования упомянутых принятых данных.

Светильник с фоновым отображением, использующим рассеивающие пикселы между нерассеивающих источников света // 2537700

Изобретение относится к области светотехники. Технический результат - повышение однородности излучаемого света достигается за счет того, что в осветительном устройстве (ОУ) источники света образуют по меньшей мере две группы источников света (ИС), выполненные с возможностью управления ими по отдельности.

Автоматическая настройка освещения // 2536751

Изобретение относится к автоматической конфигурации освещения, в частности к созданию освещения, которое следует за человеком с сетевой системой освещения. Основная идея изобретения состоит в том, чтобы конфигурировать освещение в сети ламп при условии, что лампа сети корректирует свое световое излучение в зависимости от обнаружения присутствия в ее непосредственном окружении и присутствия, обнаруженного в окружении других ламп сети.

Регулирование яркости схемы воздуждения светоизлучающих диодов // 2540418

Изобретение относится к области светотехники. Схема возбуждения LED с регулируемой яркостью содержит резонансный преобразователь постоянного тока в постоянный, подключенный к резонансной схеме. Преобразователь содержит однополупериодную или двухполупериодную переключающую схему, подключенную к резонансной схеме. Выходной сигнал резонансной схемы выпрямляется и подается на выходную схему. Выходная схема может содержать по меньшей мере один последовательный или шунтирующий переключатель LED для включения и выключения блока LED. Управляющая схема управляет переключателями переключающей схемы с изменяемой частотой переключения и сконфигурирована для управления переключающей схемой для амплитудной модуляции преобразователя и для широтно-импульсной модуляции преобразователя с первой частотой широтно-импульсной модуляции, меньшей, чем частота переключения. Управляющая схема может быть дополнительно сконфигурирована для управления переключением переключателя LED со второй частотой широтно-импульсной модуляции, меньшей, чем частота переключения. Технический результат- обеспечение глубокого регулирования яркости со стабильным управлением рабочим циклом широтно-импульсной модуляции. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Система и способ автоматического интегрирования устройства в сетевую систему // 2540802

Изобретение имеет отношение к автоматическому интегрированию устройства в сетевую систему таким образом, чтобы у пользователя не было необходимости в настройке или конфигурировании нового устройства. Технический результат - возможность интегрирования нового устройства в сетевую систему, без необходимости взаимодействия пользователя с этой системой, за счет процедуры автоматического копирования функциональных возможностей устройства на новое устройство, интегрированное в сетевую систему. Способ содержит следующие этапы: обнаруживают новое устройство для интегрирования в сетевую систему; определяют эталонное устройство сетевой системы и копируют функциональные возможности эталонного устройства на новое устройство; при этом этап обнаружения нового устройства для интегрирования в сетевую систему содержит определение возможностей нового устройства, а этап определения эталонного устройства сетевой системы содержит определение эталонного устройства сетевой системы с возможностями, схожими с возможностями нового устройства. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ для выбора управляемого устройства // 2541889

Изобретение относится к способу для выбора по меньшей мере одного из множества управляемых устройств, в котором каждое из управляемых устройств приспособлено для передачи различимого сигнала. Технический результат - возможность выбора управляемого устройства из множества управляемых устройств посредством определения ширины и угла падения испускаемого им сигнала. Способ содержит этапы: приема сигналов от множества управляемых устройств посредством множества приемных модулей, содержащихся в управляющем устройстве, где каждый приемный модуль отдельно обнаруживает вклад сигналов; определения ширины и угла падения для каждого из сигналов с использованием корреляции между разными вкладами сигнала; сравнения ширины и угла падения для каждого из сигналов с набором заранее установленных критериев и выбора по меньшей мере одного из множества управляемых устройств, лучше всего соответствующего набору заранее установленных критериев. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Система и способ для автоматического ввода в эксплуатацию множества источников света // 2542735

Изобретение относится к управлению системой освещения с множеством источников света, в частности к полуавтоматическому вводу в эксплуатацию источников света системы освещения. Технический результат заключается в упрощении управления создания сцен освещения с помощью системы освещения. Основная идея изобретения заключается в использовании пространственного кодирования света для управления системой освещения, в частности для ввода в эксплуатацию источников света системы освещения вместо или в дополнение к временному кодированию света, которое применяется в известном уровне техники. Вариант осуществления изобретения относится к системе для управления системой освещения с множеством источников света, содержащей контроллер системы освещения для управления источниками света, в которых создана пространственная картина освещения, который кодирует один или несколько атрибутов источников света, и устройство получения картины освещения для получения созданной пространственной картины освещения и взаимодействия с контроллером системы освещения, чтобы обеспечить возможность управления одним или несколькими источниками света на основе полученной пространственной картины освещения. Пространственное кодирование особенно подходит для настенных источников света и, соответственно, помогает персоналу при вводе в эксплуатацию настенных источников света системы освещения. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 11 ил.

Компоновка освещения // 2544846

Изобретение относится к области светотехники. Компоновка освещения для представления первого объекта содержит сборку направленного освещения и сборку декоративного освещения. Сборка направленного освещения выполнена с возможностью обеспечивать подсвечивание первого объекта, имеет, по меньшей мере, одну характеристику направленного освещения и содержит, по меньшей мере, одно устройство генерации направленного освещения. Сборка декоративного освещения выполнена с возможностью обеспечивать фоновое освещение первого объекта, имеет, по меньшей мере, одну характеристику декоративного освещения и содержит, по меньшей мере, одно устройство генерации декоративного освещения. Компоновка также содержит, по меньшей мере, один датчик, выполненный с возможностью детектировать расстояние между датчиком и вторым объектом и генерировать значение сигнала, представляющее расстояние, и контроллер, выполненный с возможностью принимать значение сигнала от, по меньшей мере, одного датчика и согласовывать характеристику направленного освещения и характеристику декоративного освещения на основании значения сигнала. Технический результат - повышение динамичности освещения. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 14 ил.

Электронная система, а также базовая часть и электронный модуль, подходящий для такой электронной системы // 2544897

Изобретение относится к области электронной техники. Электронная система содержит по меньшей мере базовую часть, источник питания и по меньшей мере один электронный модуль, выполненный с возможностью питания от источника питания. Базовая часть снабжена по меньшей мере двумя параллельно проходящими удлиненными направляющими, являющимися электрически проводимыми. По меньшей мере один параметр электронного модуля может изменяться посредством изменения расстояния от электронного модуля до предварительно определенного местоположения на направляющих. Технический результат - облегчение регулирования параметра электронного модуля. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

Управление программами окружающей обстановки для систем создания окружающей обстановки // 2545014

Изобретение относится к области управления программами окружающей обстановки, а именно сценами освещения, аудио, видео, запаха или любого их сочетания, посредством пользовательского интерфейса для удобного выбора программы окружающей обстановки. Технический результат заключается в предоставлении централизованного управления программами окружающей обстановки вместе с возможностью в интерактивном режиме выбрать программу окружающей обстановки, которая должна быть активирована локально при помощи системы создания окружающей обстановки. Для этого система (10) управления программами окружающей обстановки содержит удаленно доступный сервер (12), хранящий программы окружающей обстановки, и клиентский контроллер (16) системы создания окружающей обстановки для предоставления пользовательского интерфейса для выбора программы окружающей обстановки. При этом система управления программами окружающей обстановки содержит клиента (14) удаленного управления для предоставления пользовательского интерфейса для управления программами окружающей обстановки, сохраненными сервером. Причем сервер (12) выполнен с возможностью исполнять программу управления окружающей обстановкой, которая выполнена с возможностью удаленно отображать на клиенте удаленного управления доступные программы окружающей обстановки, сохраненные сервером, и позволять удаленное управление доступом к доступным программам окружающей обстановки для загрузки клиентскими контроллерами системы создания окружающей обстановки. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Система освещения и способ определения энергопотребления картин освещения системы освещения // 2545025

Изобретение относится к области светотехники. Система (10) освещения содержит первую базу (12) данных, содержащую данные об источниках (14) света системы освещения, вторую базу (16) данных, содержащую информацию для предварительных настроек освещения источников света системы освещения для картины освещения, которая должна быть создана, и модуль (18) вычисления, выполненный с возможностью вычисления энергопотребления системы освещения на основе картины освещения, которая должна быть создана, в зависимости от данных, извлеченных из первой и второй баз данных. Технический результат- снижение энергопотребления. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Системы и устройства для автоматического получения и изменения персональных предпочтений, применимых к множественным управляемым осветительным сетям // 2546133

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам и способам для получения и изменения персональных предпочтений, связанных с по меньшей мере одной управляемой осветительной сетью. Системы включают в себя процессор, который может использоваться в соединении с персональным устройством связи, и базу данных предпочтений. Процессор используется для обнаружения идентификатора для пользователя, множества регулировок для по меньшей мере одной управляемой осветительной сети, запрашиваемых пользователем, и контекста, соответствующего каждой из множества регулировок. Процессор имеет ассоциированную локальную память для хранения множества регулировок, соответствующих контекстов и идентификатора ассоциированного пользователя и дополнительно используется для анализа множества регулировок освещения и соответствующих контекстов. На основе анализа процессор идентифицирует корреляцию между множеством регулировок и контекстами и создает по меньшей мере одно правило персональных предпочтений, связанное с идентификатором пользователя, на основе корреляции. База данных предпочтений в некоторых таких системах используется для хранения правил и множества регулировок. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

Система цветного освещения для воздействия на восприятие температуры окружающей среды // 2546976

Изобретение относится к области светотехники. Способ управления светом содержит этапы, на которых выбирают на основании предварительно определенного критерия определенную группу среди множества групп цвета света, причем указанный цвет света распределен по группам в соответствии с доминирующей длиной волны, где каждая группа цветов организована так, чтобы воздействовать на терморегуляцию позвоночного, генерируют управляющий сигнал для управления доминирующей длиной волны света, излучаемого по меньшей мере одним источником света, в соответствии с выбранной группой цветов; передают сгенерированный управляющий сигнал на указанный по меньшей мере один источник света, для того чтобы указанный по меньшей мере один источник света излучал свет выбранной группы цветов, посредством этого воздействуя на терморегуляцию позвоночного, подвергаемого воздействию света выбранной группы цветов, излучаемого указанным по меньшей мере одним источником света, на основании указанного предварительно определенного критерия; и передают управляющий сигнал на устройство управления климатом, который указывает, надо ли понижать или повышать выходную температуру системы управления климатом в зависимости от выбранной группы цветов. Технический результат - снижение потребления электроэнергии системами отопления и кондиционирования воздуха. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.