Лампа світлодіодна з регульовною кольоровою температурою

Лампа світлодіодна з регульовною кольоровою температурою, що містить джерело світла, тепловідведення, розсіювач, фотодатчик, контролер кольору, задавач кольорової температури, корпус, різьбовий металевий цоколь, яка відрізняється тим, що фотодатчик складається з трикольорових інтегрального датчика і світлофільтра, який з'єднаний з контролером кольору, а останній з задавачем кольорової температури і драйверами, які з'єднані з відповідними RGB-світлодіодами джерела світла. (19) (21) u201103694 (22) 28.03.2011 (24) 26.09.2011 (46) 26.09.2011, Бюл.№ 18, 2011 р. (72) ГОВОРОВ ПИЛИП ПАРАМОНОВИЧ, НОСАНОВ МИКОЛА ІЛЛІЧ, ЩИРЕНКО ВАСИЛЬ ВАСИЛЬОВИЧ, ПИЛИПЧУК РОМАН ВОЛОДИМИРОВИЧ, ТИМЧЕНКО ВОЛОДИМИР ІВАНОВИЧ, РОМАНОВА ТЕТЯНА ІВАНІВНА (73) ГОВОРОВ ПИЛИП ПАРАМОНОВИЧ, НОСАНОВ МИКОЛА ІЛЛІЧ 3 драйверами, які з'єднані з світлодіодним модулем RGB-світлодіодів. Сумісним з прототипом [1] є розсіювач, драйвери, світлодіоди, тепловідведення, корпус, блок живлення, різьбовий металевий цоколь. На кресленні зображений: загальний вид ЛСДРКТ (фіг. 1), переріз по А-А (фіг. 2), вид зверху за стрілкою А при знятому розсіювачі (фіг. 3), переріз по С-С (фіг. 4), блок-схема ЛСДРКТ (фіг. 5). Запропонована лампа (фіг. 1-5) містить наступні блоки: 1 - світлодіодний модуль з RGBсвітлодіодами; 2 - розсіювач, виконаний з прозорого антивандального полікарбонату; 3 - світлофільтри - червоний, зелений, синій; 4 - трикольоровий фотодатчик RGB, що сумісно з 3 створює інтегральний мініатюрний кольоровий датчик, що приймається типу ADJD-S311 з габаритними розмірами 2,2x2,2x0,76 мм (або ADJD-S312, 3,0x3,0x0,77 мм) [5], який підключається до мікроконтролера 10 і установлюється на внутрішній поверхні розсіювача перпендикулярно до повздовжньої осі лампи; 5 вимірювальний перетворювач кольору; 6 - задавач кольорової температури; 7 - елемент порівняння; 8 - алгоритм обробки кольору; 9 - широтноімпульсний модулятор (ШІМ); 10 - контролер кольору ASSP (мікросхема ASSP) [3], який складається з 5, 7, 8, 9, мікроконтролер кольору ASSP сумісно з 6 і інтегральним мініатюрним кольоровим датчиком створює регулятор кольорової температури з зворотним оптичним зв'язком, його можна прийняти типу ADJD-J823 [4], він має малі габарити і вільно розміщується в внутрішньому об'ємі лампи; 11, 12, 13 - драйвери, відповідно DR, DG, DB; 14 - об'єкт освітлення білим світлом (W); 75 - корпус ЛСД - він же тепловідведення, виконане з теплопровідної кераміки, наприклад Аl2О3, AlN або з алмазної кераміки, теплопровідність якої більше, ніж у міді, і має високі діелектричні властивості; 16 - різьбовий металевий цоколь Е27; 17 - панель потенціометрів для установлення заданої кольорової температури в кожному кольоровому каналі, градуювання виконане напругою в вольтах, значення якої пропорційне своїм кольоровим температурам (фіг. 1, 2); 18 - джерело живлення; DR, DG, DB - драйвери відповідних RGB-світлодіодів; LEDR, LEDG, LEDB - світлодіоди системи RGB 1; IR, IG, IB струми каналів RGB; UR, UG, UB - напруга каналів трикольорового фотодіода RGB; Uw - напруга білого фотодіода; Uзад - задана кольорова температура представлена напругою електричного сигналу в вольтах; Uвим - виміряна кольорова температура представлена напругою електричного сигналу в вольтах; UR зад, Ug зад, Ub зад - задана напруга каналів RGB, що відповідає заданій кольоровій температурі. Загальні положення і робота лампи світлодіодної з керованою кольоровою температурою. Загальні положення. При використанні RGBсвітлодіодів результуюча кольорова температура джерела світла буде залежати від співвідношення інтенсивності їх свічення, якою можна регулювати, змінюючи коефіцієнт заповнення (або шпаруватість) ШІМ-сигналу керування. При цьому залежність інтенсивності кольору світла від коефіцієнту заповнення буде близькою до лінійної. 63147 4 При існуючому методі [1] керування світлодіодним модулем (СДМ) з RGB-світлодіодами з незамкненим контуром (тобто без зворотного зв'язку) існують суттєві недоліки. Оптичні характеристики світлодіодів залежать від умов експлуатації (деградація кристалів (старіння), термін експлуатації, підвищення температури і т.д.), в результаті цього яскравість і кольоровість комбінованого RGBджерела будуть змінюватися [3]. Крім того, розкид між параметрами окремих екземплярів світлодіодів також вносить внесок в варіації характеристик джерела. Тому, для того, щоб підтримувати постійні значення кольорової температури і яскравості необхідно застосовувати в системі оптичний зворотний зв'язок, в якій використовується трикольоровий фотодатчик і трикольоровий фільтр над ними [4]. При такій конструкції фотодатчики реєструють також інформацію про кольоровість, а не тільки про яскравість, що дозволяє керувати співвідношенням інтенсивності свічення наборів червоних, зелених і синіх світлодіодів. Це найважливіша властивість, тому що воно дає можливість контролювати як яскравість, так і кольоровість RGBджерела світла. Тут важливу роль грає інтегральна схема ASSP ((англ. Application Specific Standard Product) - спеціалізований стандартний виріб фірми Avago, що дозволяє впоратись з багатьма з цих труднощів [3]). В системі трикольорового оптичного зворотного зв'язку, трикольоровий фотодатчик визначає тримірну систему специфікації кольорів (або можна назвати її простором кольорів RGB-датчика). Ця система дозволяє задавати конкретні кольори у вигляді набору вихідних напруг датчика. Система зворотного зв'язку (фіг. 5) буде періодично брати звіти вихідних сигналів RGB-фотодатчика 4 і порівнювати виміряний колір (Uвим) з заданим (Uзад). Задача системи зворотного зв'язку - звести різницю між виміряним і заданим кольором (сигнал похибок) до нуля, тобто U  (Uвим - Uзад)  0. З зміною характеристик світлодіодів виміряний колір «віддаляється» від заданого. Мікросхема ASSP виявляє цей факт і настроює відповідним чином ШІМ-сигнали, що застосовуються для керування світлодіодами 1 (LEDR, LEDG, LEDB) крізь відповідні драйвери 11,12, 13 (відповідно DR, DG, DB) (фіг. 5). Важливо пам'ятати, що у міру старіння світлодіодів інтенсивність їх свічення зменшується. Отже, яскравість світлодіодної RGB-системи, що максимально досягається, з часом буде знижуватись. В більшості літературних джерел поступове зниження яскравості припустиме, неприпустимою є зміна кольору свічення світлодіодної RGBсистеми. Мікросхема ASSP контролює зниження яскравості світлодіодної RGB-системи таким чином, що кольоровість залишається постійною (в межах допуску) навіть при зменшенні максимально допустимої яскравості. Треба передбачити, щоб яскравість, яка максимально установлюється, була менше тієї, що максимально досягається, протягом потрібного терміну експлуатації. Робота ЛСДРКТ. Працює лампа наступним чином. Усі елементи схеми лампи отримують жив 5 лення від джерела живлення 18, до якого від металічного різьбового цоколя 16 підводиться напруга 220 В частотою 50 Гц. В схемі ЛСДРКТ застосовується трикольоровий оптичний зворотний зв'язок, тобто регулятор кольорової температури ADJD-J823, до складу якого входять інтегральний кольоровий датчик 4 з світлофільтром 3, контролер кольору ASSP 10 і задавач кольорової температури 6. За допомогою потенціометрів 17, які установлені в блоці задавача кольорової температури 6, задається відповідна кольорова температура для кожного кольору RGB. Наприклад, білий колір D65 може задаватися наступними напругами UR зад: (UR зад, Ug зад, Ub зад) = (2,0; 2,2; 1,9) В (фіг. 5). В джерелі світла 1 різні кольори світла від LEDR, LEDG, LEDB змішуються і виходить біле світло (W) з відповідною кольоровою температурою, яке надходить до об'єкту освітлення 14 і крізь трикольоровий світлофільтр 3 на трикольоровий фотодатчик 4, де відбувається перетворення RGBсвітла в електричний сигнал UR, UG, UB, який надходить до вимірювального перетворювача кольору 5. Фотодатчик білого кольору W 4 і відповідно світлофільтр призначені для регулювання яскравості. Над кожним фотодатчиком розташований світлофільтр. Фільтри нижніх частот роблять «усереднювання» сигналу датчика, що виходить, так що на елемент порівняння 7 контролера 10 передається постійний рівень напруги Uвим. В блоці елемента порівняння 7 відбувається порівняння сигналів заданих Uзад і виміряних Uвим. Сигнал розузгодження U (U = Uвим - Uзад) подається на блок алгоритму обробки кольору 8, де обробляється і надходить на ШІМ-генератор 9, який регулює коефіцієнти заповнення ШІМ-сигналу керування і драйверів 11, 12 і 13 відповідних каналів RGB. Після драйверів струм керування надходить IR, IG, IB на світлодіоди джерела світла LEDR, LEDG, LEDB 1. Система зворотного зв'язку ASSP буде регулювати (корегувати) вихідні дані до тих пір, поки вийде залежність U0. В цьому випадку Uзад  Uвим, тобто на виході з джерела світла буде підтримуватись постійне значення кольорової температури і яскравості в залежності від деградації 63147 6 кристалів світлодіодів. Таким чином, впровадження оптичної системи зворотного зв'язку для RGB-системи дозволить поліпшити якість світла з можливістю установлювати будь-які значення кольорових температур (у діапазоні 2700-9000 К) і їх підтримувати постійно протягом періоду експлуатації, що позитивно позначиться на поліпшенні біологічного і психологічного стану наших громадян і соціального положення. Габарити лампи можуть бути різноманітними це залежить від її потужності і відповідно від кількості СД. Наприклад, на фіг. 1-5 наведена ЛСДРКТ потужністю 7 Вт з потужними RGB-світлодіодами, яка відповідає лампі розжарювання 40 Вт приблизно з однаковим світловим потоком, при цьому їх габарити однакові, і вона може встановлюватись в тих самих світильниках або пристроях, що призначені для ЛР. Запропонована ЛСДРКТ більш економна, ніж ЛР, потужність її менша в декілька разів, термін служби складає приблизно 50 тис. год., вона має великий діапазон робочої напруги (80-260 В). ЛСДРКТ надійна, економна і корисна для оточуючих, її можна рекомендувати для використання майже в кожній галузі народного господарства. Джерела інформації: 1. Хартмут Пошманн. Светодиодные лампы на пути к массовому рынку. / X. Пошманн, перевод Андрей Новиков // Полупроводниковая светотехника. 2010. - №6. - С. 4-8 (прототип). 2. Философия качества света от Philips / Світло Люкс. - 2010. - №4. - С. 26-27. 3. Анна Буданова. Управление цветом комбинированного светодиодного RGB-источника света. / Полупроводниковая светотехника. 2010. - №3. С. 32-35. 4. Патрик Трусон. Преимущества RGBсветодиодов для осветительных приборов / П. Трусон, Э. Халворлсон // Компоненты и технологии. - 2007. - №2. - С. 30-38. 5. RGB цифровые датчики цвета. Каталог фирмы Avago Technologies, 2007 (http://www.avagotech.com). 7 63147 8 9 63147 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 63147 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601