Aparato para controlar una luminaria (100; 200) que incluye uno o más elementos (130) emisores de luz enuno o más colores,

suministrándose cada uno del uno o más elementos (130) emisores de luz con corrienteeléctrica para producir luz, comprendiendo dicho aparato

a) medios para ajustar la corriente eléctrica al uno o más elementos (130) emisores de luz usandomodulación por ancho de pulso o modulación por código de pulsos, teniendo cada una de dicha modulaciónpor ancho de pulso y modulación por código de pulsos un ciclo de pulso;

b) medios para modular un ancho de pulso para cada ciclo de pulso, aumentando así la resolución decontrol del uno o más elementos (130) emisores de luz; caracterizado porque dicho aparato comprende unaparato de modulación por ancho de pulso extendido para transformar una señal de (N+M) bits en un flujode 2M palabras de ancho de N bits para un total de 2M ciclos de pulso, comprendiendo el aparato demodulación por ancho de pulso extendido:

c) medios para recibir la señal de (N+M) bits;

d) medios para dividir la señal de (N+M) bits en una parte de N bits y una parte de M bits;

e) medios para interpretar la parte de N bits como un número codificado binario n;

f) medios para interpretar la parte de M bits como un número codificado binario m;

g) medios para codificar n+1 en forma de palabra de N bits binaria y alimentar la palabra para m ciclos depulso al flujo; y

h) medios para codificar n en forma de palabra de N bits binaria para (2M - m) ciclos de pulso y alimentar lapalabra al flujo;

formando así el flujo de 2M palabras de ancho de N bits para un total de 2M ciclos de pulso.

Aparato y método de control con resolución aumentada para uso con fuentes de luz moduladas.

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de la iluminación y en particular a un método y un aparato para controlar la cantidad de luz emitida por una o más fuentes de luz controladas digitalmente.

Antecedentes

Los avances en el desarrollo y mejoras del flujo luminoso de los diodos emisores de luz (LED) tales como diodos emisores de luz orgánicos y de estado sólido han hecho que estos dispositivos sean adecuados para su uso en aplicaciones de iluminación general, incluyendo la iluminación arquitectónica, de entretenimiento y de autopistas, por ejemplo. Como tales, los diodos emisores de luz se están volviendo cada vez más competitivos con fuentes de luz tales como lámparas incandescentes, fluorescentes y de descarga de alta intensidad.

Los diodos emisores de luz ofrecen varias ventajas y se eligen generalmente por sus requisitos de resistencia, larga vida útil, alta eficacia, baja tensión, y la posibilidad de controlar el color e intensidad de la luz emitida independientemente. Proporcionan una mejora en comparación con los sistemas de iluminación fluorescentes, incandescentes y de lámparas delicadas de descarga de gas. Los diodos emisores de luz mejorablemente orgánicos y de estado sólido tienen la capacidad de crear las mismas impresiones de iluminación de otras tecnologías de iluminación y pueden superar enormemente los inconvenientes asociados a las mismas.

A diferencia de las fuentes de luz incandescentes clásicas, la intensidad y el color de la luz emitida por los LED pueden controlarse independientemente. Siempre que los parámetros, por ejemplo la temperatura de pastilla, que pueden afectar a la distribución espectral de la luz emitida por el dispositivo permanezcan constantes, la luz emitida total puede controlarse sin cambiar sustancialmente la impresión de colores. La emisión de luz en un LED sólo se produce cuando la corriente a través del dispositivo supera un determinado umbral y a partir de aquí la corriente puede aumentarse de manera segura hasta un valor máximo específico. El control de una salida de luz constante y estable requiere por tanto controlar de manera precisa la corriente continua a través de un LED. Sin embargo, determinadas aplicaciones sólo requieren controlar la salida de luz promedio con el tiempo. Por consiguiente, la rápida conmutación repetitiva entre ninguna emisión de luz y emisión completa de luz tal como, por ejemplo, por el uso de modulación por ancho de pulso (PWM) o modulación por código de pulsos puede ser suficiente para lograr un efecto de iluminación deseado.

Mientras que PWM es una técnica útil para atenuar LED, debe cumplir varios requisitos especiales con el fin de crear efectos de iluminación aparentes que se percibirán como agradables por los humanos. La necesidad de atenuación perceptivamente suave, particularmente con ecualización de ley del cuadrado para compensar la respuesta de brillo no lineal del sistema visual humano, generalmente requiere controlar la salida de luz con una resolución de 12 a 14 bits mientras que los circuitos de PWM de hardware principales convencionales sólo soportan una resolución de diez bits. Además, debido a la intensidad sometida a una modulación del 100%, la frecuencia de PWM normalmente debe ser mayor de aproximadamente 300 Hz con el fin de evitar un parpadeo perceptible de la luz producida. Además, puesto que los componentes de los LED pueden transportar y almacenar calor a diferentes tasas, las frecuencias de PWM mayores pueden reducir los efectos de esfuerzo provocados por la oscilación térmica del dispositivo y en los paquetes de LED típicos los efectos perjudiciales de las fluctuaciones de temperatura pueden volverse despreciables para frecuencias de PWM mayores de aproximadamente de 103 a104 Hz.

Se ha hecho referencia al control del brillo de los LED en varias patentes estadounidenses, por ejemplo la patente estadounidense n.º 3.787.752 que describe el control de intensidad para una pantalla de diodo emisor de luz. La invención describe cómo puede usarse una serie de pulsos de potencia para controlar eficazmente los LED que no coinciden en sus características de iluminación para corrientes eléctricas bajas pero coinciden para corrientes eléctricas cerca de sus condiciones operativas óptimas. Sin embargo, este documento no describe cómo los factores de trabajo de los pulsos de potencia pueden establecerse de manera reproducible y discreta y sólo se define como si se aplicara a pantallas.

La patente estadounidense n.º 4.090.189 da a conocer otro circuito de control del brillo para pantallas LED. La invención describe un método de PWM para controlar LED a través de una gama relativamente amplia de niveles de brillo extendiendo también el funcionamiento estable a la región de brillo inferior. Esta descripción tampoco describe cómo los factores de trabajo de los pulsos de potencia pueden establecerse de manera reproducible y discreta para controlar el brillo de los LED a una resolución deseada.

La patente estadounidense n.º 6.833.691 da a conocer un sistema y un método para proporcionar una modulación por ancho de pulso digital. La invención describe un sistema de modulación por ancho de pulso para su uso en un circuito de suministro de potencia de conmutación que proporciona señales moduladas por ancho de pulso de alta resolución. El sistema está configurado para recibir una señal de control que comprende una palabra binaria de (m+n) bits y para proporcionar una señal modulada por ancho de pulso con un ciclo de trabajo promedio predeterminado que tiene una resolución de sustancialmente 2 (m+n) . El sistema de modulación por ancho de pulso incluye un circuito de sincronismo para proporcionar 2m señales de sincronismo, un circuito de oscilación, y un generador de señales. Al recibir la señal de control, el circuito de oscilación está configurado para proporcionar una señal de control modificada, que comprende una serie de hasta 2n palabras binarias de m bits. El generador de señales está configurado para recibir las señales de sincronismo y la señal de control modificada y para proporcionar la señal modulada por ancho de pulso que tiene un ciclo de trabajo que, cuando se promedia durante 2n ciclos de sincronismo, es aproximadamente igual al ciclo de trabajo promedio predeterminado. La señal modulada por ancho de pulso se usa por un circuito de suministro de potencia de conmutación para controlar al menos un dispositivo de conmutación de potencia. En particular, esta invención usa un circuito de generación de señales complicado con sumadores, retardos, multiplexores, memoria, y módulos de retención. Además, en su realización preferida, se mapean palabras de control de (m+n) bits en una secuencia de factores de trabajo de PWM de m bits de manera que se crean artefactos cuando la palabra de (m+n) bits toma su valor máximo de 2m+n-1.

El documento US 2002/0005861 A1 da a conocer un método para accionar un dispositivo de luz posterior de LED usando modulación por ancho de pulso con un temporizador adicional para gestionar el consumo de potencia, producción térmica, y nivel de iluminación del dispositivo con una resolución mejorada. En particular D1 da a conocer un dispositivo de luz posterior de LED que usa control de PWM en el que se usa un temporizador adicional con el fin de aumentar la resolución del control de PWM.

Por tanto, existe la necesidad de un aparato y un método de control mejorado y simplificado para su uso con fuentes de luz controladas digitalmente que sean robustos frente a señales ruidosas y que puedan mejorar eficazmente el nivel de resolución de control de fuentes de luz controladas digitalmente.

Esta información de los antecedentes se proporciona para revelar información considerada por el solicitante de posible relevancia para la presente invención. No se pretende reconocer necesariamente, ni debe interpretarse, que la información anterior constituye la técnica anterior con respecto a la presente invención.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato y método de control para su uso con fuentes de luz controladas digitalmente. Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para controlar una luminaria que incluye uno o más elementos emisores de luz en uno o más colores, suministrándose cada uno del uno o más elementos emisores de luz con corriente eléctrica para producir luz, comprendiendo dicho aparato: medios para ajustar la corriente eléctrica... [Seguir leyendo]

1. Aparato para controlar una luminaria (100; 200) que incluye uno o más elementos (130) emisores de luz en uno o más colores, suministrándose cada uno del uno o más elementos (130) emisores de luz con corriente eléctrica para producir luz, comprendiendo dicho aparato a) medios para ajustar la corriente eléctrica al uno o más elementos (130) emisores de luz usando modulación por ancho de pulso o modulación por código de pulsos, teniendo cada una de dicha modulación por ancho de pulso y modulación por código de pulsos un ciclo de pulso;

b) medios para modular un ancho de pulso para cada ciclo de pulso, aumentando así la resolución de control del uno o más elementos (130) emisores de luz; caracterizado porque dicho aparato comprende un aparato de modulación por ancho de pulso extendido para transformar una señal de (N+M) bits en un flujo de 2M palabras de ancho de N bits para un total de 2M ciclos de pulso, comprendiendo el aparato de modulación por ancho de pulso extendido:

c) medios para recibir la señal de (N+M) bits;

d) medios para dividir la señal de (N+M) bits en una parte de N bits y una parte de M bits;

e) medios para interpretar la parte de N bits como un número codificado binario n;

f) medios para interpretar la parte de M bits como un número codificado binario m;

g) medios para codificar n+1 en forma de palabra de N bits binaria y alimentar la palabra para m ciclos de pulso al flujo; y h) medios para codificar n en forma de palabra de N bits binaria para (2M -m) ciclos de pulso y alimentar la palabra al flujo;

formando así el flujo de 2M palabras de ancho de N bits para un total de 2M ciclos de pulso.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que dichos medios para modular el ancho de pulso comprenden un sumador (330) de N bits acoplado de manera operativa a un controlador (140) , proporcionando dicho sumador (330) de N bits al controlador (140) señales de control para controlar la corriente eléctrica al uno o más elementos (130) emisores de luz, comprendiendo además los medios para modular un contador (340; 390) programable de M bits acoplado al sumador (330) de N bits, proporcionando así dichos medios para modular el ancho de pulso una resolución de control de 2N+M estados.

3. Aparato según la reivindicación 1, en el que dichos medios para modular el ancho de pulso comprenden un incrementador (330) acoplado de manera operativa a un controlador, proporcionando dicho incrementador al controlador señales de control para controlar la corriente eléctrica al uno o más elementos (130) emisores de luz, comprendiendo además los medios para modular el ancho de pulso un contador (340; 390) programable de M bits acoplado al incrementador (330) .

4. Aparato según la reivindicación 2, en el que dichos medios para modular el ancho de pulso comprenden además un circuito de tratamiento de excepción conectado de manera operativa al contador (340, 390) programable de M bits y el sumador (330) de N bits.

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que dichos medios para modular el ancho de pulso comprenden además un contador (350) de división entre N conectado de manera operativa al contador (340; 390) programable de M bits, sirviendo dicho contador (350) de división entre N para reinicializar el contador (340; 390) programable de M bits.

6. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicho aparato funciona a una frecuencia de ciclo superior o igual a aproximadamente 20 kHz.

7. Aparato según la reivindicación 6, funcionando dicho aparato a una frecuencia de ciclo de aproximadamente 30 kHz.

8. Aparato según la reivindicación 1, en el que cada uno del uno o más colores se seleccionan del grupo que comprende rojo, verde, azul, ámbar y blanco.

9. Aparato según la reivindicación 2 ó 3, que comprende además un sistema (260) de sensor acoplado de manera operativa al controlador (140) , estando configurado el sistema (260) de sensor para recopilar uno o más parámetros de entrada, siendo dicho uno o más parámetros de entrada la temperatura de componentes o cantidad y composición espectral de la luz, en el que el uno o más parámetros de entrada

están configurados como entradas de retroalimentación por el controlador (140) para controlar la corriente eléctrica al uno o más elementos (130) emisores de luz.

10. Aparato según la reivindicación 1, en el que el flujo comprende anchos de pulso que varían aleatoriamente.

11. Aparato según la reivindicación 1, en el que el flujo comprende anchos de pulso variados por ciclo.

12. Método para controlar una luminaria (100; 200) que incluye uno o más elementos (130) emisores de luz en uno o más colores, suministrándose cada uno del uno o más elementos (130) emisores de luz con corriente eléctrica para producir luz, comprendiendo dicho método las etapas de

a) ajustar la corriente eléctrica al uno o más elementos (130) emisores de luz usando modulación por ancho de pulso o modulación por código de pulsos, teniendo cada una de dicha modulación por ancho de pulso y modulación por código de pulsos un ciclo de pulso;

b) modular un ancho de pulso para cada ciclo de pulso, aumentando así la resolución de control del uno o más elementos (130) emisores de luz; caracterizado porque dicho método comprende un método de modulación por ancho de pulso extendido para transformar una señal de (N+M) bits en un flujo de 2M palabras de ancho de N bits para un total de 2M ciclos de pulso, comprendiendo el método las etapas de:

c) recibir la señal de (N+M) bits; d) dividir la señal de (N+M) bits en una parte de N bits y una parte de M bits; e) interpretar la parte de N bits como un número codificado binario n; f) interpretar la parte de M bits como un número codificado binario m; g) codificar n+1 en forma de palabra de N bits binaria y alimentar la palabra para m ciclos de pulso al flujo; y h) codificar n en forma de palabra de N bits binaria para (2M -m) ciclos de pulso y alimentar la palabra al flujo formando así el flujo de 2M palabras de ancho de N bits para un total de 2M ciclos de pulso.

13. Método según la reivindicación 12, en el que el flujo comprende anchos de pulso que varían aleatoriamente.

14. Método según la reivindicación 12, en el que el flujo comprende anchos de pulso variados por ciclo.