RU2803418C1 - Light source control method - Google Patents
Light source control method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2803418C1 RU2803418C1 RU2022121808A RU2022121808A RU2803418C1 RU 2803418 C1 RU2803418 C1 RU 2803418C1 RU 2022121808 A RU2022121808 A RU 2022121808A RU 2022121808 A RU2022121808 A RU 2022121808A RU 2803418 C1 RU2803418 C1 RU 2803418C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light sources
- pulses
- duration
- current pulses
- currents
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности, к электрическому освещению, а именно, к управлению источниками света с помощью электрических схем для работы источников света вообще и может быть использовано для офисного, промышленного, уличного и транспортного освещения с обеспечением повышенной надежности, низкого уровня электромагнитных помех и пульсаций светового потока на частоте коммутации, с применением источников света различной физической природы в режимах импульсных токов, например, светодиодных модулей, или разрядных ламп.The invention relates to electrical engineering, in particular to electric lighting, namely to the control of light sources using electrical circuits for the operation of light sources in general and can be used for office, industrial, street and transport lighting, ensuring increased reliability and low levels of electromagnetic interference and pulsations of the light flux at the switching frequency, using light sources of different physical nature in pulsed current modes, for example, LED modules or discharge lamps.
Известен способ управления источниками света, например, светодиодными модулями с использованием задания через параллельно включенные источники света постоянных токов от общего блока питания, преобразующего переменное напряжение сети в постоянное стабилизированное напряжение питания светодиодных модулей с использованием следующих функциональных преобразований в блоке питания: выпрямления переменного напряжения сети, коммутации выпрямленного напряжения, трансформации и выпрямления импульсного напряжения, выделения среднего значения и его стабилизации. Реализация способа описана, например, в журнале «Новости электроники», 2012 г., №5, в статье: Гасанов С. "Малые затраты, высокая производительность: источники питания Inventronics для LED-освещения."There is a known method for controlling light sources, for example, LED modules, using a task through parallel-connected light sources of direct currents from a common power supply that converts the alternating mains voltage into a constant stabilized supply voltage of the LED modules using the following functional transformations in the power supply: rectification of the alternating mains voltage, commutation of rectified voltage, transformation and rectification of pulse voltage, selection of the average value and its stabilization. The implementation of the method is described, for example, in the magazine "Electronics News", 2012, No. 5, in the article: Gasanov S. "Low costs, high performance: Inventronics power supplies for LED lighting."
Общими признаками известного и заявляемого способов управления источниками света являются применение нескольких параллельно включенных между собой источников света для получения необходимого для разработчика освещения светового потока (обозначим, в общем случае, число источников света буквой N), а также использование коммутации постоянного напряжения источника питания.The common features of the known and proposed methods of controlling light sources are the use of several parallel-connected light sources to obtain the luminous flux necessary for the lighting designer (we denote, in the general case, the number of light sources by the letter N), as well as the use of constant voltage switching of the power source.
Технические проблемы, которые не могут быть решены при реализации известного способа, обусловлены заданием через каждый источник света постоянного тока с выхода общего для N источников света блока питания, поэтому коммутация постоянного напряжения в блоке питания производится при включенном состоянии всех N источников света и блока питания, т.е. коммутируемый ток соответствует сумме мощностей источников света и мощности потерь в блоке питания, что повышает амплитуды импульсов тока, коммутируемого в блоке питания, и тока, потребляемого от выпрямителя блока питания, а, значит, повышает мощность электромагнитных помех, а также амплитуду пульсаций напряжения на конденсаторе, шунтирующем выход выпрямителя блока питания, снижая надежность упомянутого конденсатора и срок его эксплуатации без замены. Кроме того, отказ блока питания, обусловленный, например, паспортными значениями вероятностей безотказной работы его комплектующих, приводит к одновременному прекращению свечения всех источников света, что дополнительно снижает надежность освещения по сравнению с заявляемым способом.Technical problems that cannot be solved when implementing the known method are due to the setting of a direct current through each light source from the output of a power supply unit common to N light sources, therefore, DC voltage switching in the power supply is carried out when all N light sources and the power supply are turned on, those. the switched current corresponds to the sum of the powers of the light sources and the power losses in the power supply, which increases the amplitudes of the current pulses switched in the power supply and the current consumed from the power supply rectifier, and, therefore, increases the power of electromagnetic interference, as well as the amplitude of voltage ripples on the capacitor , shunting the output of the power supply rectifier, reducing the reliability of the said capacitor and its service life without replacement. In addition, failure of the power supply, caused, for example, by the passport values of the probabilities of failure-free operation of its components, leads to the simultaneous cessation of illumination of all light sources, which further reduces the reliability of lighting compared to the claimed method.
Снижение числа необходимых функциональных электрических преобразований, необходимых для реализации способа, обеспечивает известный способ управления источниками света, реализованный в устройстве, описанном в книге: Давиденко Ю.И. «Современная схемотехника в освещении», СПб, издательство «Наука и Техника», 2008 г., стр. 271, рис. 5.50.Reducing the number of necessary functional electrical transformations required to implement the method is ensured by a known method of controlling light sources, implemented in the device described in the book: Davidenko Yu.I. “Modern circuitry in lighting”, St. Petersburg, publishing house “Science and Technology”, 2008, p. 271, fig. 5.50.
Общими признаками известного и заявляемого способов являются применение N источников света, например, светодиодных модулей и задание через каждый из N источников света рабочих импульсов тока длительностью τ и длительностью периода повторения равным T, протекающих под действием коммутируемого постоянного напряжения внешнего источника питания.The common features of the known and inventive methods are the use of N light sources, for example, LED modules and setting through each of the N light sources working current pulses of duration τ and duration of the repetition period equal to T, flowing under the influence of a switched DC voltage of an external power source.
Технические проблемы, которые не могут быть решены при реализации известного способа, обусловлены заданием посредством общего для N источников света коммутатора синхронных рабочих импульсов тока через источники света, что обуславливает повышение амплитуды импульсов тока, потребляемого от внешнего источника постоянного напряжения, и, следовательно, повышение мощности электромагнитных помех, повышение амплитуды пульсаций напряжения на конденсаторе, шунтирующем выход источника постоянного напряжения, снижая тем самым надежность конденсатора (особенно, при включении освещения зимой и работе летом при повышенных температурах), и снижая срок эксплуатации упомянутого конденсатора без замены. Синхронное задание токов через источники света обуславливает высокую амплитуду переменной составляющей в сумме токов через источники света, и, следовательно, - высокую пульсацию совокупного светового потока с периодом Т коммутации и возможность возникновения стробоскопического эффекта и сопутствующих ему аварий. Кроме того, задание синхронных импульсов тока через источники света обуславливает одновременное прекращение их свечения при отказе хотя бы одного из функционально необходимых для работы источников света пускорегулирующих элементов: коммутирующего транзистора, токозадающего дросселя и обратного диода. Отказы элементов обусловлены их паспортными значениями вероятностей безотказной работы и дополнительно снижают надежность освещения и срок безремонтной эксплуатации устройств, реализующих известный способ, по сравнению с использованием заявляемого способа.Technical problems that cannot be solved when implementing the known method are caused by setting, by means of a switch common to N light sources, synchronous operating current pulses through the light sources, which causes an increase in the amplitude of the current pulses consumed from an external constant voltage source, and, consequently, an increase in power electromagnetic interference, increasing the amplitude of voltage ripples on the capacitor shunting the output of the DC voltage source, thereby reducing the reliability of the capacitor (especially when turning on the lighting in winter and operating in summer at elevated temperatures), and reducing the service life of the said capacitor without replacement. The synchronous setting of currents through light sources causes a high amplitude of the variable component in the sum of currents through the light sources, and, consequently, a high pulsation of the total light flux with a switching period T and the possibility of a stroboscopic effect and accompanying accidents. In addition, the setting of synchronous current pulses through the light sources causes the simultaneous cessation of their glow if at least one of the ballast elements functionally necessary for the operation of the light sources fails: a switching transistor, a current-setting inductor and a reverse diode. Failures of elements are caused by their passport values of the probabilities of failure-free operation and further reduce the reliability of lighting and the maintenance-free operation life of devices implementing the known method, compared with the use of the proposed method.
Известен способ управления источниками света с применением параллельно включенных светодиодных модулей, реализованный в устройстве US 2014177664 А1, от 26.06.2014., МКИ Н05В 33/0806 (см. http://www.***.com/patents) с использованием задания через каждый из N светодиодных модулей стабилизированных постоянных токов с выхода соединенного с модулем одного из N импульсных стабилизаторов.There is a known method for controlling light sources using parallel-connected LED modules, implemented in the device US 2014177664 A1, dated June 26, 2014, MKI N05B 33/0806 (see http://www.***.com/patents) using a task every from N LED modules of stabilized direct currents from the output of one of N pulse stabilizers connected to the module.
Общими признаками с заявляемым способом управления источниками света являются применение N светодиодных модулей, каждый из которых коммутируется последовательно включенным с модулем транзистором, соединенным последовательно с датчиком тока модуля.Common features with the proposed method of controlling light sources are the use of N LED modules, each of which is switched by a transistor connected in series with the module, connected in series with the module's current sensor.
Технические проблемы, которые не могут быть решены при реализации известного способа управления источниками света, обусловлены применением N импульсных стабилизаторов для питания N светодиодных модулей, что усложняет реализацию способа, повышает интенсивность отказов, сложность и себестоимость устройств, реализующих известный способ. Кроме того в импульсных стабилизаторах имеют место токи короткого замыкания выходных конденсаторов на время закрывания силовых диодов, повышая уровень помех, снижая КПД и надежность устройств, реализующих способ.Technical problems that cannot be solved when implementing the known method of controlling light sources are due to the use of N switching stabilizers to power N LED modules, which complicates the implementation of the method, increases the failure rate, complexity and cost of devices implementing the known method. In addition, in pulse stabilizers there are short-circuit currents of the output capacitors during the closing of the power diodes, increasing the level of interference, reducing the efficiency and reliability of devices implementing the method.
Ближайшим аналогичным (прототипом) заявляемому способу управления источниками света является способ, реализованный в устройстве US 2012098869 А1, от 26.04.2012 г. - Д1, МКИ Н05В 45/46 (cm. http://www.***.com/patents), с применением общего для N источников света импульсного стабилизатора (поз. 101, фиг. 1 описания прототипа), соединенного выходом с упомянутыми N светодиодными модулями (поз. 109, 111, 113, фиг. 1), каждый из которых включен последовательно с одним из N транзисторов (поз. 125, 127, 129), управляемых каждый от соответствующего из N фазовращателей (поз. 117, 119, 121), которые синхронизированы с широтно-импульсным модулятором (поз. 141) и импульсным стабилизатором (поз. 101).The closest similar (prototype) to the claimed method of controlling light sources is the method implemented in the device US 2012098869 A1, dated 04/26/2012 - D1, MKI N05V 45/46 (see http://www.***.com/patents), using a pulse stabilizer common to N light sources (item 101, Fig. 1 of the prototype description), connected by output to the mentioned N LED modules (item 109, 111, 113, Fig. 1), each of which is connected in series with one of N transistors (items 125, 127, 129), each controlled from the corresponding of N phase shifters (items 117, 119, 121), which are synchronized with a pulse-width modulator (item 141) and a pulse stabilizer (item 101).
Общими признаками известного и заявляемого способов управления источниками света являются применение N источников света, например, светодиодных модулей, задание через каждый источник света рабочих импульсов тока с длительностью τ, с периодом повторения Т, и сдвигом по фазе между рабочими импульсами тока через источники света, протекающих под действием коммутируемого постоянного напряжения источника питания.The common features of the known and proposed methods of controlling light sources are the use of N light sources, for example, LED modules, setting through each light source working current pulses with a duration τ, with a repetition period T, and a phase shift between the working current pulses flowing through the light sources under the influence of switched DC voltage of the power source.
Технические проблемы, которые не могут быть решены при реализации ближайшего известного способа управления источниками света:Technical problems that cannot be solved by implementing the closest known method of controlling light sources:
- отказ импульсного стабилизатора (поз. 101, фиг. 1) вызывает прекращение свечения всех источников света, что снижает надежность освещения;- failure of the pulse stabilizer (item 101, Fig. 1) causes all light sources to stop glowing, which reduces the reliability of lighting;
- силовой транзистор импульсного стабилизатора (поз. 131, фиг. 1) коммутирует ток, соответствующий суммарной мощности N источников света и мощности потерь в стабилизаторе, что повышает электромагнитные помехи, снижает КПД, повышает пульсации тока, потребляемого от выходного конденсатора импульсного стабилизатора, снижая его надежность и срок службы без замены;- the power transistor of the pulse stabilizer (item 131, Fig. 1) switches the current corresponding to the total power N of light sources and power losses in the stabilizer, which increases electromagnetic interference, reduces efficiency, increases the ripple current consumed from the output capacitor of the pulse stabilizer, reducing it reliability and service life without replacement;
- при включении силового транзистора (поз. 131) импульсного стабилизатора через силовой транзистор и ранее открытый силовой диод (поз. 105) протекает ток короткого замыкания выходного конденсатора (поз. 107) в течение времени закрывания силового диода, дополнительно снижая КПД, надежность стабилизатора и срок службы его выходного конденсатора, повышая уровень электромагнитных помех;- when the power transistor (item 131) of the pulse stabilizer is turned on, a short-circuit current of the output capacitor (item 107) flows through the power transistor and the previously open power diode (item 105) during the closing time of the power diode, further reducing the efficiency, reliability of the stabilizer and the life of its output capacitor, increasing the level of electromagnetic interference;
- из анализа фиг. 2в и пункта [0018] описания прототипа следует, что задание фазового сдвига между рабочих импульсов тока через источники света из условия перекрытия рабочих импульсов тока между собой по длительности вызывает изменение числа включенных источников света (см. фиг. 2 заявки) на интервале периода коммутации источников света, что повышает пульсацию совокупного светового потока источников света, ухудшая качество освещения, и повышает пульсацию тока, потребляемого от импульсного стабилизатора как источника постоянного напряжения, вызывая необходимость дополнительного увеличения емкости его выходного конденсатора;- from the analysis of Fig. 2c and paragraph [0018] of the description of the prototype it follows that setting the phase shift between the operating current pulses through the light sources from the condition of the overlapping of the operating current pulses with each other in duration causes a change in the number of switched on light sources (see Fig. 2 of the application) in the interval of the switching period of the sources light, which increases the pulsation of the total luminous flux of light sources, worsening the quality of lighting, and increases the ripple of the current consumed from the switching stabilizer as a constant voltage source, necessitating an additional increase in the capacity of its output capacitor;
- естественный разброс внутренних сопротивлений параллельно включенных источников света обуславливает неравномерное распределение импульсов тока через источники света, снижая их надежность и ограничивая область применения известного способа, например, для разрядных источников света.- the natural spread of internal resistances of parallel-connected light sources causes an uneven distribution of current pulses through the light sources, reducing their reliability and limiting the scope of application of the known method, for example, for discharge light sources.
Технические проблемы, которые могут быть решены при реализации заявляемого способа:Technical problems that can be solved when implementing the proposed method:
- задание сдвига по фазе между рабочими импульсами тока через источники света равным ϕ=T/N и пропускание рабочих импульсов тока каждого из N источников света через соединенный с источником света один из N дросселей повышает равномерность распределения и точность задания амплитуды рабочих импульсов тока при разбросе внутренних сопротивлений источников света, повышая надежность функционирования источников света, и расширяя область применения способа, например, для разрядных источников света;- setting the phase shift between the working current pulses through the light sources to be equal to ϕ=T/N and passing the working current pulses of each of the N light sources through one of the N chokes connected to the light source increases the uniformity of distribution and the accuracy of setting the amplitude of the working current pulses with a scatter of internal resistance of light sources, increasing the reliability of operation of light sources, and expanding the scope of application of the method, for example, for discharge light sources;
- задание реактивного тока каждого из N дросселей через соединенный с дросселем один из N источников света в паузах (Т-τ) между рабочими импульсами тока через упомянутый источник света, дополнительно подавляет переменную составляющую в сумме токов через источники света, повышая качество освещения, а также снижает амплитуду и повышает в N раз частоту переменной составляющей тока, потребляемого от источника постоянного напряжения (см. диаграмму 6, фиг. 1), что позволяет снизить необходимую емкость конденсатора на выходе источника постоянного напряжения и применить типы конденсаторов с меньшей номинальной емкостью, но с большим сроком службы, или повысить надежность их функционирования и срок эксплуатации без замены;- setting the reactive current of each of the N chokes through one of the N light sources connected to the choke in pauses (T-τ) between operating current pulses through the said light source, additionally suppresses the alternating component in the sum of the currents through the light sources, increasing the quality of lighting, as well as reduces the amplitude and increases by N times the frequency of the alternating component of the current consumed from the direct voltage source (see diagram 6, Fig. 1), which makes it possible to reduce the required capacitance of the capacitor at the output of the constant voltage source and use types of capacitors with a lower rated capacity, but with longer service life, or increase the reliability of their operation and service life without replacement;
- использование широтно-импульсного регулирования длительности рабочих импульсов токов через каждый источник света для стабилизации номинальных параметров токов управления источниками света по сигналу с датчика тока в цепи регулируемого источника света (т.е. независимая стабилизация тока управления каждого источника света), устраняет необходимость применения узла импульсного стабилизатора постоянного напряжения, что устраняет токи короткого замыкания, снижает потери мощности и электромагнитные помехи, повышает КПД и надежность устройств, реализующих заявляемый способ управления источниками света, а также обеспечивает резервирование источников света, и независимое отключение части источников света в количестве Z, изменяя при этом фазовый сдвиг между импульсами тока через функционирующие источники света и задавая его равным значению ϕ=T/(N-Z), где Z принимает значения от единицы до (N-2), что позволяет обеспечить максимальное подавление переменной составляющей тока, потребляемого от источника постоянного напряжения, и снизить переменную составляющую в сумме токов через источники света при отключении Z источников света.- the use of pulse-width regulation of the duration of operating current pulses through each light source to stabilize the nominal parameters of the light source control currents based on a signal from the current sensor in the circuit of the adjustable light source (i.e., independent stabilization of the control current of each light source), eliminates the need to use a unit pulse constant voltage stabilizer, which eliminates short circuit currents, reduces power losses and electromagnetic interference, increases the efficiency and reliability of devices that implement the inventive method of controlling light sources, and also provides redundancy of light sources, and independent shutdown of part of the light sources in the amount of Z, changing at this is the phase shift between current pulses through functioning light sources and setting it equal to the value ϕ=T/(N-Z), where Z takes values from unity to (N-2), which allows for maximum suppression of the alternating component of the current consumed from a direct voltage source , and reduce the variable component in the sum of currents through the light sources when turning off Z light sources.
Сущность изобретения в способе управления источниками света с применением в качестве источников света, например, светодиодных модулей в количестве N, с использованием задания через каждый источник света рабочих импульсов тока длительностью τ, с периодом повторения рабочих импульсов длительностью T и сдвигом по фазе между упомянутыми рабочими импульсами токов через источники света, протекающих под действием коммутируемого постоянного напряжения, заключается в том, что упомянутый ранее сдвиг по фазе между рабочими импульсами токов через источники света задают во времени равным значению ϕ=T/N, при этом номинальные значения параметров токов управления каждого из N источников света задают, пропуская его рабочие импульсы тока через один из N дросселей, каждый из которых соединен последовательно с одним из N упомянутых источников света, и обеспечивая широтно-импульсное регулирование длительности τ рабочих импульсов тока через каждый из N источников света по сигналу обратной связи с датчика тока, включенного последовательно с регулируемым источником света и соединенным с ним дросселем, причем, реактивный ток каждого из N дросселей в паузе (T-τ) между рабочими импульсами тока пропускают через один из N источников света, соединенный с данным дросселем.The essence of the invention is a method for controlling light sources using, for example, LED modules in the amount of N as light sources, using the assignment of operating current pulses of duration τ through each light source, with a repetition period of operating pulses of duration T and a phase shift between the mentioned operating pulses currents through light sources flowing under the influence of a switched constant voltage is that the previously mentioned phase shift between the operating pulses of currents through the light sources is set in time equal to the value ϕ=T/N, while the nominal values of the parameters of the control currents of each of N light sources are set by passing its operating current pulses through one of N chokes, each of which is connected in series with one of the N mentioned light sources, and providing pulse-width control of the duration τ of operating current pulses through each of the N light sources using a feedback signal from a current sensor connected in series with an adjustable light source and a choke connected to it, moreover, the reactive current of each of the N chokes in the pause (T-τ) between operating current pulses is passed through one of the N light sources connected to this choke.
Дополнительно предложено в заявляемом способе управления источниками света:Additionally proposed in the inventive method for controlling light sources:
- суммировать индивидуальные световые потоки всех источников света, например, путем взаимного пространственного наложения упомянутых индивидуальных световых потоков;- sum up the individual light fluxes of all light sources, for example, by mutual spatial superposition of said individual light fluxes;
- изменять значение сдвига по фазе между рабочими импульсами токов через источники света при отключении части источников света в количестве Z и задавать при этом значение сдвига по фазе равным ϕ=T/(N-Z), где Z принимает значения от единицы до (N-2);- change the value of the phase shift between operating pulses of currents through light sources when turning off part of the light sources in the amount of Z and set the value of the phase shift equal to ϕ=T/(N-Z), where Z takes values from one to (N-2) ;
- задавать длительность протекания реактивных токов каждого из N дросселей через соединенный с дросселем один из N источник света в паузах между рабочих импульсов тока короче длительности (T-τ) паузы, по меньшей мере, на интервал времени θ, не короче времени закрывания диода, проводящего реактивный ток упомянутого дросселя, соединенного с источником света.- set the duration of the flow of reactive currents of each of the N chokes through one of the N light sources connected to the inductor in pauses between operating current pulses shorter than the duration (T-τ) of the pause, at least for a time interval θ, not shorter than the closing time of the diode conducting reactive current of said inductor connected to the light source.
Сущность заявляемого способа управления источниками света поясняется приложенным чертежом фиг. 1, на котором изображены: диаграммы 1, 2, 3, 4 - токи управления i1(t), i2(t), i3(t), i4(t) четырьмя источниками света с параметрами: Iм - максимальное значение амплитуды упомянутых токов управления источниками света и их рабочих импульсов; τ - длительность рабочих импульсов токов через источники света; T - длительность периода повторения рабочих импульсов и токов управления источниками света; (Т-τ) - длительность паузы между рабочими импульсами токов для задания реактивных токов дросселей; θ - интервал паузы, на котором реактивные токи дросселей равны нулю; диаграмма 5, ic1(t) - сумма токов управления через все источники света; диаграмма 6, Lп1(t) - ток, потребляемый от внешнего источника постоянного напряжения; Iос, Iоп - постоянные составляющие (средние значения), соответственно, тока ic1(t) и тока iп1(t) на диаграммах 5 и 6; Ic1, Iп1 максимальные амплитудные значения токов, соответственно, ic1(t) и iп1(t) на диаграммах 5 и 6; - переменные составляющие токов, соответственно, ic1(t) и iп1(t) на диаграммах 5 и 6; Kпс, Kп1 - коэффициенты пульсации токов, соответственно, ic1(t) и iп1(t) на диаграммах 5 и 6.The essence of the proposed method of controlling light sources is illustrated by the attached drawing Fig. 1, which shows: diagrams 1, 2, 3, 4 - control currents i 1 (t), i 2 (t), i 3 (t), i 4 (t) by four light sources with parameters: I m - maximum the amplitude value of the said light source control currents and their operating pulses; τ - duration of working current pulses through light sources; T is the duration of the repetition period of operating pulses and control currents of light sources; (T-τ) - the duration of the pause between operating current pulses to set the reactive currents of the chokes; θ is the pause interval at which the reactive currents of the chokes are zero; diagram 5, i c1 (t) - the sum of control currents through all light sources; diagram 6, L p1 (t) - current consumed from an external DC voltage source; I os , I op - constant components (average values), respectively, of the current i c1 (t) and current i p1 (t) in diagrams 5 and 6; I c1 , I p1 are the maximum amplitude values of currents, respectively, i c1 (t) and i p1 (t) in diagrams 5 and 6; - alternating current components, respectively, i c1 (t) and i p1 (t) in diagrams 5 and 6; K ps , K p1 - current ripple coefficients, respectively, i c1 (t) and i p1 (t) in diagrams 5 and 6.
Сущность ближайшего известного способа управления источниками света (прототипа) поясняется диаграммами электрических процессов на фиг. 2, где изображены: диаграммы 1, 2, 3, 4 - рабочие импульсы токов через четыре источника света, фазовый сдвиг между которыми задан согласно известному способу (пункт [0018] и фиг. 2В описания прототипа) из условия перекрытия рабочих импульсов токов через источники света по их длительности τ на интервале периода повторения Т; диаграмма 5, сумма рабочих импульсов токов через четыре источника света ic2(t), которая в соответствии с функционированием прототипа соответствует току iп2(t), потребляемому источниками света от источника постоянного напряжения, т.е. ic2(t)=iп2(t) в любой момент времени на периоде повторения Т.The essence of the closest known method of controlling light sources (prototype) is illustrated by diagrams of electrical processes in Fig. 2, which shows: diagrams 1, 2, 3, 4 - working current pulses through four light sources, the phase shift between which is set according to a known method (item [0018] and Fig. 2B of the prototype description) from the condition of overlapping working current pulses through the sources light by their duration τ over the interval of the repetition period T; diagram 5, the sum of operating current pulses through four light sources i c2 (t), which, in accordance with the operation of the prototype, corresponds to the current i p2 (t) consumed by the light sources from a constant voltage source, i.e. i c2 (t)=i p2 (t) at any time during the repetition period T.
Для определения эффективности решения технических проблем, имеющих место в ближайшем аналогичном способе управления источниками света, посредством реализации заявляемого способа, диаграммы на чертежах фиг. 1 и фиг. 2 заявки выполнены в одном масштабе, для установившегося режима, равномерного распределения токов через источники света, и одинаковых значений исходных параметров: длительности рабочих импульсов τ, периода повторения рабочих импульсов токов через источники света Т, максимальной амплитуды рабочих импульсов тока через источники света Iм и линейного характера (что вполне реально) изменения токов управления источниками света на фиг. 1. С учетом известной зависимости величины светового потока светодиода от амплитуды тока через него (см. «Справочная книга по светотехнике », под ред. Ю.Б. Айзенбнрга, М., 3 изд., 2006 г., стр. 180-185), правомерно сделать вывод о том, что переменная составляющая совокупного светового потока от N модулей будет тем меньше, чем меньше переменная составляющая суммы токов ic1(t) через упомянутые источники света. Сумму токов управления через источники света ic1(t), диаграмма 5, фиг. 1 и сумму рабочих импульсов токов через источники света ic2(t) на диаграмме 5, фиг. 2 определим графически, путем суммирования амплитуд токов на диаграммах 1, 2, 3, 4, на интервалах периодов Т. Ток, потребляемый от внешнего источника постоянного напряжения iп1(t), диаграмма 6 фиг.1 - определим графически, суммируя амплитуды токов на диаграммах 1, 2, 3, 4, на интервалах рабочих импульсов токов длительностью τ. Постоянные составляющие Iос, Iоп (средние значения) импульсных токов определим методом графического интегрирования - как амплитуду прямоугольника, площадь которого равна площади, ограниченной функцией импульсного тока на диаграмме, но распределенной равномерно на интервале периода повторения.To determine the effectiveness of solving technical problems occurring in the nearest similar method of controlling light sources, through the implementation of the proposed method, the diagrams in the drawings of Figs. 1 and fig. 2 applications are made on the same scale, for a steady state, uniform distribution of currents through light sources, and the same values of the initial parameters: duration of working pulses τ, repetition period of working current pulses through light sources T, maximum amplitude of working current pulses through light sources I m and linear nature (which is quite realistic) of changes in the control currents of light sources in Fig. 1. Taking into account the known dependence of the luminous flux of an LED on the amplitude of the current through it (see “Reference book on lighting engineering”, edited by Yu.B. Aizenberg, M., 3rd ed., 2006, pp. 180-185 ), it is reasonable to conclude that the variable component of the total luminous flux from N modules will be smaller, the smaller the variable component sums of currents i c1 (t) through the mentioned light sources. The sum of control currents through light sources i c1 (t), diagram 5, Fig. 1 and the sum of operating current pulses through light sources i c2 (t) in diagram 5, Fig. 2 is determined graphically by summing the amplitudes of the currents in diagrams 1, 2, 3, 4, at intervals of periods T. The current consumed from an external source of constant voltage i p1 (t), diagram 6 of Fig. 1 - is determined graphically by summing the amplitudes of the currents on diagrams 1, 2, 3, 4, at intervals of operating current pulses of duration τ. We determine the constant components I os , I op (average values) of pulse currents by the method of graphic integration - as the amplitude of a rectangle, the area of which is equal to the area limited by the pulse current function in the diagram, but distributed uniformly over the interval of the repetition period.
С учетом принятых выше допущений, определим значения параметров токов на диаграммах фиг. 1, характеризующих реализацию заявляемого способа управления источниками света.Taking into account the assumptions made above, we determine the values of the current parameters in the diagrams of Fig. 1, characterizing the implementation of the proposed method of controlling light sources.
Токи управления источниками света на диаграммах 1, 2, 3, 4 заданы со сдвигом по фазе ϕ=T/4 относительно друг друга и с интервалами θ, на которых реактивные токи равны нулю, обеспечивая устранение токов короткого замыкания, что снижает мощность электромагнитных помех, повышает КПД и надежность устройств, реализующих заявляемый способ. Сумма токов ic1(t) через источники света (диаграмма 5,) фиг. 1 имеет: максимальное амплитудное значение Ic1=2,1Iм, постоянную составляющую Iос=2,05Iм, переменную составляющую и коэффициент пульсации Kпс=0,02.The light source control currents in diagrams 1, 2, 3, 4 are specified with a phase shift ϕ=T/4 relative to each other and at intervals θ, at which the reactive currents are zero, ensuring the elimination of short circuit currents, which reduces the power of electromagnetic interference, increases the efficiency and reliability of devices implementing the proposed method. The sum of currents i c1 (t) through light sources (diagram 5,) Fig. 1 has: maximum amplitude value I c1 =2.1I m , constant component Ioc =2.05I m , variable component and pulsation coefficient K ps =0.02.
Ток, потребляемый от внешнего источника постоянного напряжения (диаграмма 6, фиг. 1), имеет максимальное амплитудное значение Iп1=1,5⋅Iм, его постоянная составляющая равна Iоп=1,25Iм, переменная составляющая равна , коэффициент пульсации равен .The current consumed from an external constant voltage source (diagram 6, Fig. 1) has a maximum amplitude value I p1 = 1.5⋅I m , its constant component is equal to I op = 1.25 I m , the alternating component is equal to , the ripple coefficient is .
Значения параметров токов на диаграммах фиг. 2.The values of the current parameters in the diagrams of Figs. 2.
Фазовый сдвиг между рабочими импульсами токов через источники света задан на диаграммах 1, 2, 3, 4 в соответствии с рис. 2В описания прототипа, при этом сумма рабочих импульсов токов через источники света на диаграмме 5 равна току, потребляемому от источника питания, т.е. с максимальным iс2(t)=iп2(t), с максимальным амплитудным значением Ic2=Iп2=3Iм, составляющей Iп2=2Iм, переменной составляющей , и коэффициентом пульсации Kп2=0,5.The phase shift between operating current pulses through light sources is specified in diagrams 1, 2, 3, 4 in accordance with Fig. 2B description of the prototype, while the sum of the operating current pulses through the light sources in diagram 5 is equal to the current consumed from the power source, i.e. with maximum i c2 (t)=i p2 (t), with maximum amplitude value I c2 =I p2 =3I m , component I p2 =2I m , variable component , and pulsation coefficient K p2 =0.5.
Сравним параметры токов, потребляемых от источников постоянного напряжения, на диаграмме 6 фиг. 1 и диаграмме 5 фиг. 2: максимальная амплитуда в заявляемом способе равна Iп1=1,5Iм, в прототипе Iп2=3⋅Iм, т.е. на фиг. 1 - в 2 раза ниже; амплитуда переменной составляющей в заявляемом способе в прототипе , т.е. на фиг. 1 - в четыре раза ниже, а частота пульсаций в четыре раза выше (период пульсации равен Т/N, диаграмма 6); постоянная составляющая в заявляемом способе равна Iоп=1,25Iм, а в прототипе Iо2=2Iм, т.е. на фиг. 1 - в 1,6 раза ниже.Let us compare the parameters of currents consumed from constant voltage sources in diagram 6 of Fig. 1 and diagram 5 of Fig. 2: the maximum amplitude in the proposed method is equal to I p1 =1.5I m , in the prototype I p2 =3⋅I m , i.e. in fig. 1 - 2 times lower; amplitude of the variable component in the proposed method in the prototype , i.e. in fig. 1 - four times lower, and the pulsation frequency is four times higher (pulsation period is equal to T/N, diagram 6); the constant component in the claimed method is equal to I op =1.25I m , and in the prototype I o2 =2I m , i.e. in fig. 1 - 1.6 times lower.
Сравним значения параметров суммы токов через источники света на диаграммах 5 фиг. 1 и фиг. 2: максимальная амплитуда в заявляемом способе Iс1=2,1Iм, а в прототипе Iс2=3Iм, т.е. на фиг. 1 - в 1.43 раза ниже; амплитуда переменной составляющей в заявляемом способе равна в прототипе , т.е. на фиг. 1 - в 25 раз ниже.Let us compare the values of the parameters of the sum of currents through light sources in diagrams 5 of Fig. 1 and fig. 2: the maximum amplitude in the proposed method is I c1 = 2.1I m , and in the prototype I c2 = 3I m , i.e. in fig. 1 - 1.43 times lower; the amplitude of the variable component in the proposed method is equal to in the prototype , i.e. in fig. 1 - 25 times lower.
Сравнение параметров показало, что реализация заявляемого способа управления источниками света обеспечивает решение проблем, имеющих место в ближайшем аналогичном способе, а именно:A comparison of the parameters showed that the implementation of the proposed method for controlling light sources provides a solution to the problems that occur in the closest similar method, namely:
- повышает надежность устройств, реализующих способ, за счет применения минимального числа функциональных узлов (устранен импульсный стабилизатор), повышения точности распределения токов через источники света (за счет пропускания рабочих импульсов источников света через дроссели), обеспечения резервирования источников света за счет независимого отключения части источников света в условиях автономной стабилизации параметров токов через источники света;- increases the reliability of devices implementing the method due to the use of a minimum number of functional units (the pulse stabilizer is eliminated), increasing the accuracy of current distribution through light sources (by passing operating pulses of light sources through chokes), ensuring redundancy of light sources due to independent shutdown of some sources light in conditions of autonomous stabilization of current parameters through light sources;
- расширяет область применения способа управления источниками света, например, для разрядных источников света за счет повышения точности распределения токов через параллельно включенные источники света с повышенным разбросом внутренних сопротивлений.- expands the scope of application of the method for controlling light sources, for example, for discharge light sources by increasing the accuracy of current distribution through parallel-connected light sources with an increased spread of internal resistances.
-повышает срок эксплуатации сглаживающих конденсаторов без замены, понижает уровень электромагнитных помех, за счет снижения амплитуды переменной составляющей тока, потребляемого от источника постоянного напряжения и повышения частоты упомянутой переменной составляющей в N раз (см. фиг. 1, диагр. 6);-increases the service life of smoothing capacitors without replacement, reduces the level of electromagnetic interference by reducing the amplitude of the alternating component of the current consumed from a direct voltage source and increasing the frequency of the mentioned alternating component N times (see Fig. 1, diagram 6);
- повышает качественные параметры освещения за счет подавления в десятки раз переменной составляющей в сумме токов управления источниками света, влияние нестабильности постоянного напряжения внешнего источника питания подавляется за счет независимой широтно-импульсной стабилизации параметров тока через каждый источник света.- increases the quality of lighting parameters by suppressing tens of times the variable component in the sum of the control currents of the light sources, the influence of instability of the direct voltage of the external power source is suppressed due to the independent pulse-width stabilization of the current parameters through each light source.
Предлагаемый способ управления источниками света может быть реализован на базе источников света различной физической природы, в том числе имеющих значительный разброс внутренних сопротивлений, с обеспечением задания через них как однополярных, так и двухполярных рабочих импульсов тока, с использованием внешнего источника постоянного напряжения с выхода выпрямителя, или с клемм аккумуляторов, и, с учетом возможности решения описанных выше проблем, может найти широкое применение для освещения. Проектирование силовой части устройств, для реализации предлагаемого способа, исчерпывающе рассмотрено, например, в монографии: В.И. Мелешин «Транзисторная преобразовательная техника», М., Техносфера, 2006 г.; дроссели целесообразно применять стандартные, например, ДМ, Д13-21 (RU), или SMD-типа компании EPCOS, например, B82732R, и др. Блок управления в устройстве может быть реализован на базе известных микросхем, выпускаемых серийно, например, для управления по заявляемому способу двумя источниками света возможно применение микросхемы типа 1156ЕУ2, параметры см. в книге «Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение». М., ДОДЕКА, 1997 г., стр. 170-177.The proposed method for controlling light sources can be implemented on the basis of light sources of various physical natures, including those with a significant spread of internal resistances, ensuring that both unipolar and bipolar operating current pulses are specified through them, using an external constant voltage source from the output of the rectifier, or from battery terminals, and, taking into account the possibility of solving the problems described above, can be widely used for lighting. The design of the power part of devices for implementing the proposed method is exhaustively discussed, for example, in the monograph: V.I. Meleshin “Transistor converter technology”, M., Tekhnosphere, 2006; It is advisable to use standard chokes, for example, DM, D13-21 (RU), or SMD-type from EPCOS, for example, B82732R, etc. The control unit in the device can be implemented on the basis of well-known commercially produced microcircuits, for example, for control by For the proposed method with two light sources, it is possible to use a microcircuit of type 1156EU2, see the parameters in the book “Integrated circuits: Microcircuits for switching power supplies and their application.” M., DODEKA, 1997, pp. 170-177.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2803418C1 true RU2803418C1 (en) | 2023-09-12 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9648695B2 (en) * | 2013-07-31 | 2017-05-09 | Cree, Inc. | Lighting apparatus for use with controlled current drivers |
| RU2683594C2 (en) * | 2014-07-03 | 2019-03-29 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Splittable light strings and methods for splitting light strings |
| US11191220B2 (en) * | 2016-09-25 | 2021-12-07 | Illum Horticulture Llc | Method and apparatus for horticultural lighting with current sharing |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9648695B2 (en) * | 2013-07-31 | 2017-05-09 | Cree, Inc. | Lighting apparatus for use with controlled current drivers |
| RU2683594C2 (en) * | 2014-07-03 | 2019-03-29 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Splittable light strings and methods for splitting light strings |
| US11191220B2 (en) * | 2016-09-25 | 2021-12-07 | Illum Horticulture Llc | Method and apparatus for horticultural lighting with current sharing |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДАВИДЕНКО Ю.И. "Современная схемотехника в освещении", СПб, изд. "Наука и Техника", 2008 г., стр. 271, рис. 5.50. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210242785A1 (en) | Forward converter having a primary-side current sense circuit | |
| US9820349B2 (en) | Apparatus, method and system for providing AC line power to lighting devices | |
| US8324840B2 (en) | Apparatus, method and system for providing AC line power to lighting devices | |
| KR101001241B1 (en) | Ac led dimmer and dimming method thereby | |
| US8410717B2 (en) | Apparatus, method and system for providing AC line power to lighting devices | |
| US8686651B2 (en) | Multiple stage sequential current regulator | |
| US8698422B2 (en) | Average current controller | |
| JP5645741B2 (en) | Power supply device and lighting device | |
| RU2692700C2 (en) | Linear positioner | |
| CN113841336B (en) | Negative voltage rail | |
| RU2803418C1 (en) | Light source control method | |
| JP6453164B2 (en) | Lighting power supply control device, semiconductor integrated circuit, lighting power supply and lighting fixture | |
| KR101367383B1 (en) | Ac led dimmer | |
| KR101029874B1 (en) | Ac led dimmer and dimming method thereby | |
| KR20090056025A (en) | Power supply for a lamp comprising light emitting diode | |
| US9326332B1 (en) | Ripple reduction in light emitting diode (LED)-based light bulb through increased ripple on an energy storage capacitor | |
| JP2014130699A (en) | Light-emitting element lighting device and luminaire | |
| US9130465B2 (en) | Minimum off time control systems and methods for switching power converters in discontinuous conduction mode | |
| Liu et al. | Dimmable white LED driver with adaptive voltage feedback control | |
| Tahan et al. | Hybrid control system in an efficient LED driver | |
| Manohar et al. | Low Cost-Efficient Buck Converter Gate Driver for LED Lights for Solar Applications | |
| US11233449B2 (en) | Tapped single-stage buck converter LED driver | |
| Cheung et al. | PWM dimming module allowing wide DC-link voltage variation | |
| Li et al. | Enhanced Modulation Technique for Power Quality Improvement of LED Drivers | |
| Sreeram et al. | A Novel Design of Single Switch Long Life LED Driver. |