Aparato (100A), que comprende: al menos dos LED (104A, 104B) conectados en serie entre un primer nodo (108A) y un segundo nodo (108B),

en el que fluye una corriente en serie entre el primer nodo y el segundo nodo cuando se aplica una tensión de funcionamiento a lo largo del primer nodo y el segundo nodo; al menos una trayectoria (312A) de corriente controlable conectada en paralelo con al menos un primer LED de los al menos dos LED para desviar al menos parcialmente la corriente en serie alrededor del primer LED; caracterizado por al menos un controlador (105A) para monitorizar al menos un parámetro representativo de la tensión de funcionamiento y determinar un número máximo de LED de los al menos dos LED que puede activarse mediante la tensión de funcionamiento, controlando el al menos un controlador (105A) la al menos una trayectoria (312A) de corriente controlable de modo que aumente la cantidad de la corriente en serie que se desvía alrededor de al menos el primer LED cuando el número máximo es inferior al número total de todos los al menos dos LED conectados en serie

Procedimientos y aparato para controlar LED conectados en serie.

Antecedentes

Los diodos emisores de luz (LED) son fuentes de luz basadas en semiconductores empleadas frecuentemente en instrumentación de baja potencia y aplicaciones de aparatos con fines de indicación. Los LED están disponibles convencionalmente en una variedad de colores (por ejemplo, rojo, verde, amarillo, azul, blanco), basándose en los tipos de materiales usados en su fabricación. Esta variedad de colores de los LED se ha aprovechado recientemente para crear fuentes de luz basadas en LED novedosas que tienen un rendimiento lumínico suficiente para nuevas aplicaciones de iluminación de espacios. Por ejemplo, tal como se comentó en la patente estadounidense n.º 6.016.038, múltiples LED de diferente color pueden combinarse en una luminaria, en la que la intensidad de los LED de cada color diferente se varía independientemente para producir varios tonos diferentes. En un ejemplo de un aparato de este tipo, se usan LED rojos, verdes y azules en combinación para producir literalmente cientos de tonos diferentes a partir de una única luminaria. Adicionalmente, las intensidades relativas de los LED rojos, verdes y azules pueden controlarse por ordenador, proporcionando de ese modo una fuente de luz multicolor programable. Tales fuentes de luz basadas en LED se han empleado en una variedad de aplicaciones de alumbrado en las que se desean efectos de alumbrado de color variable.

Por ejemplo, la patente estadounidense n.º 6.777.891 (la "patente '891"), contempla disponer una pluralidad de unidades de alumbrado basadas en LED como "hilera de luces" controlable por ordenador, en la que cada unidad de alumbrado constituye un "nodo" controlable individualmente de la hilera de luces. Las aplicaciones adecuadas para tales hileras de luces incluyen aplicaciones de alumbrado orientadas al espectáculo y decorativas (por ejemplo, luces de árboles de navidad, luces de pantallas, alumbrado de parques temáticos, alumbrado de salas de videojuegos y otros juegos, etc.). A través de un control informático, una o más hileras de luces de este tipo pueden proporcionar una variedad de efectos de alumbrado con cambio de color y temporales complejos. En muchas implementaciones, se comunican datos de alumbrado a uno o más nodos de una hilera de luces dada en serie, según una variedad de esquemas de procesamiento y transmisión de datos diferentes, mientras que se proporciona potencia en paralelo a unidades de alumbrado respectivas de la hilera (por ejemplo, procedente de una fuente de alta tensión rectificada, en algunos casos con una tensión de ondulación sustancial).

La tensión de funcionamiento requerida por cada unidad de alumbrado (así como la hilera, debido a la interconexión de potencia en paralelo de las unidades de alumbrado) normalmente se refiere a la tensión directa de los LED en cada unidad de alumbrado (por ejemplo, desde aproximadamente 2 hasta 3,5 voltios dependiendo del tipo/color de LED), cuántos LED se emplean para cada "canal de color" de la unidad de alumbrado y cómo se interconectan, y cómo se organizan los canales de color respectivos para recibir potencia desde una fuente de alimentación. Por ejemplo, la tensión de funcionamiento para una unidad de alumbrado que tiene una disposición paralela de canales de color respectivos para recibir potencia, incluyendo cada canal un LED que tiene una tensión directa del orden de 3 voltios y conjuntos de circuitos correspondientes para proporcionar corriente al canal, puede ser del orden de 4 a 5 voltios, que se aplica en paralelo a todos los canales para albergar el un LED y conjuntos de circuitos de corriente en cada canal. Por consiguiente, en muchas aplicaciones, algún tipo de dispositivo de conversión de tensión es deseable con el fin de proporcionar una tensión de funcionamiento generalmente menor a una o más unidades de alumbrado basadas en LED con respecto a tensiones de suministro de mayor potencia disponibles comúnmente (por ejemplo, 12 VCC, 15 VCC, 24 VCC, una tensión de línea rectificada, etc.).

Un impedimento para la adopción extendida de LED de baja tensión y unidades de alumbrado basadas en LED de baja tensión como fuentes de luz en aplicaciones en las que generalmente están fácilmente disponibles tensiones de suministro de mayor potencia es la necesidad de convertir energía de una tensión a otra, lo que, en muchos casos, da como resultado una ineficacia de conversión y energía desperdiciada. Además, la conversión de energía implica normalmente componentes de gestión de potencia de un tipo y tamaño que generalmente impiden la integración. Convencionalmente, se proporcionan los LED como paquetes de LED individuales, o múltiples LED conectados en serie o en paralelo en un paquete. Actualmente, no están disponibles paquetes de LED que incluyen uno o más LED integrados junto con algún tipo de conjuntos de circuitos de conversión de potencia. Una barrera significativa para la integración de LED y conjuntos de circuitos de conversión de potencia se refiere al tipo y tamaño de componentes de gestión de potencia necesarios para convertir energía a niveles de tensión relativamente menores requeridos normalmente para activar los LED.

Por ejemplo, un aparato de conversión de tensión (por ejemplo, convertidores CC a CC) utiliza normalmente inductores como elementos de almacenamiento de energía, que no pueden integrarse de forma eficaz en chips de silicio para formar circuitos integrados. El tamaño del inductor también es una barrera importante para implementaciones de circuito integrado, tanto en cuanto a un componente de inductor individual como parte de cualquier circuito integrado, así como más específicamente en paquetes de LED. Además, normalmente no puede hacerse que los inductores tanto sean eficaces como manejen un intervalo de tensiones relativamente amplio, y los convertidores inductivos generalmente requieren una capacitancia significativa para almacenar energía durante el funcionamiento del convertidor. Por tanto, un aparato de conversión de tensión convencional basado en inductores tiene una huella bastante significativa en comparación con un único o múltiples paquetes de LED, y ellos mismos no se prestan a la integración con paquetes de LED.

Los sistemas de conversión de tensión capacitivos presentan retos similares. Los sistemas capacitivos no pueden convertir tensión directamente, y en su lugar crean tensiones multiplicadas o divididas fraccionales fijas. El número de condensadores requerido está directamente relacionado con el producto de los números enteros en el numerador y el denominador de la fracción. Puesto que cada condensador también requiere generalmente múltiples conmutadores para conectarlo entre la fuente de alimentación de mayor tensión y una carga de tensión relativamente menor, el número de componentes aumenta drásticamente a medida que aumentan el numerador y el denominador, con una disminución correspondiente en la eficacia. Si la eficacia es un requisito destacado, estos sistemas deben tener razones prácticas con un denominador o numerador unitario; de ahí, o bien la entrada o bien la salida son de baja tensión a mayor corriente, lo que disminuye de forma eficaz la eficacia. Por tanto, inevitablemente es necesario que la eficacia esté equilibrada a cualquier tensión de funcionamiento particular para disminuir la complejidad y hacer las fracciones más sencillas.

Sumario de la invención

El solicitante ha reconocido y aprecia que a menudo es útil considerar la conexión de múltiples unidades de alumbrado o fuentes de luz (por ejemplo, LED), así como otros tipos de cargas, para recibir potencia de funcionamiento en serie en vez de en paralelo. Una interconexión en serie de múltiples LED puede permitir el uso de tensiones de funcionamiento que son significativamente superiores a las tensiones directas de LED típicas, y también puede permitir el funcionamiento de múltiples LED o unidades de alumbrado basadas en LED sin requerir un transformador entre una fuente de alimentación (por ejemplo, tensión de línea o potencia de pared tal como 120 VCA o 240 VCA) y las cargas (es decir, múltiples cargas conectadas en serie pueden operarse "directamente" desde una tensión de línea).

Por consiguiente, diversas realizaciones de la presente invención se refieren generalmente a procedimientos y aparato para controlar fuentes de luz basadas en LED, en los que elementos respectivos de una fuente de luz de múltiples elementos, y/o múltiples fuentes de luz por sí mismas, se acoplan en serie para recibir potencia de funcionamiento. Una interconexión...

1. Aparato (100A), que comprende: al menos dos LED (104A, 104B) conectados en serie entre un primer nodo (108A) y un segundo nodo (108B), en el que fluye una corriente en serie entre el primer nodo y el segundo nodo cuando se aplica una tensión de funcionamiento a lo largo del primer nodo y el segundo nodo; al menos una trayectoria (312A) de corriente controlable conectada en paralelo con al menos un primer LED de los al menos dos LED para desviar al menos parcialmente la corriente en serie alrededor del primer LED; caracterizado por al menos un controlador (105A) para monitorizar al menos un parámetro representativo de la tensión de funcionamiento y determinar un número máximo de LED de los al menos dos LED que puede activarse mediante la tensión de funcionamiento, controlando el al menos un controlador (105A) la al menos una trayectoria (312A) de corriente controlable de modo que aumente la cantidad de la corriente en serie que se desvía alrededor de al menos el primer LED cuando el número máximo es inferior al número total de todos los al menos dos LED conectados en serie.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que el al menos un controlador (105A) controla la al menos una trayectoria (312A, 312B) de corriente controlable de modo que aumente la cantidad de la corriente en serie que se desvía alrededor del primer LED cuando el al menos un parámetro indica que la tensión de funcionamiento es inferior a un valor umbral predeterminado, y en el que el valor umbral predeterminado representa una tensión de funcionamiento mínima necesaria para activar todos los al menos dos LED (104A, 104B).

3. Aparato según la reivindicación 1, en el que el al menos un controlador (105A) controla la al menos una trayectoria (312A, 312B) de corriente controlable para desviar sustancialmente la corriente en serie alrededor del primer LED (104A) de modo que se provoque el cortocircuito del primer LED.

4. Aparato según la reivindicación 1, en el que: los al menos dos LED incluyen al menos tres LED (104A, 104B, 104C) conectados en serie entre el primer nodo (108A) y el segundo nodo (108B); y la al menos una trayectoria de corriente controlable incluye una pluralidad de trayectorias (312A, 312B, 312C) de corriente controlables que responden a al menos un controlador (105A), conectándose cada trayectoria de corriente en paralelo con al menos uno de los al menos tres LED.

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que los al menos tres LED incluyen un primer número de LED, en el que la pluralidad de trayectorias de corriente controlables incluye un segundo número de trayectorias de corriente controlables, y en el que el primer número y el segundo número son diferentes.

6. Aparato según la reivindicación 4, en el que los al menos tres LED incluyen un primer número de LED, en el que la pluralidad de trayectorias de corriente controlables incluye un segundo número de trayectorias de corriente controlables, en el que el primer número y el segundo número son iguales, y en el que cada trayectoria de corriente está conectada en paralelo con un LED correspondiente de los al menos tres LED.

7. Aparato según la reivindicación 4, en el que el al menos un controlador controla al menos algunas de la pluralidad de trayectorias de corriente controlables, y en el que cada trayectoria de corriente controlable controlada por el controlador desvía de manera intermitente la corriente en serie alrededor del correspondiente al menos un LED de los al menos tres LED, de tal manera que un número inferior a todos los al menos tres LED se activan simultáneamente.

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que el al menos un controlador controla de manera secuencial las al menos algunas de la pluralidad de trayectorias de corriente controlables.

9. Aparato según la reivindicación 7, en el que el al menos un controlador controla simultáneamente al menos dos de las al menos algunas de la pluralidad de trayectorias de corriente controlables.

10. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además una fuente de corriente, conectada en serie con los al menos dos LED entre el primer nodo y el segundo nodo, para fijar la corriente en serie.

11. Aparato según la reivindicación 10, en el que la fuente de corriente está configurada para fijar la corriente en serie basándose en la tensión de funcionamiento.

12. Aparato según la reivindicación 10, en el que la fuente de corriente responde a al menos un controlador, y en el que el al menos un controlador controla la corriente en serie basándose al menos en parte en el al menos un parámetro monitorizado representativo de la tensión de funcionamiento.

13. Aparato según la reivindicación 12, en el que el al menos un controlador está configurado para controlar la fuente de corriente de modo que aumente la corriente en serie a medida que disminuye la tensión de funcionamiento.

14. Procedimiento de activación de una pluralidad de LED (104A, 104B) conectados en serie entre un primer nodo (108A) y un segundo nodo (108B), en el que fluye una corriente en serie entre el primer nodo y el segundo nodo cuando se aplica una tensión de funcionamiento a lo largo del primer nodo y el segundo nodo, comprendiendo el procedimiento:

A) monitorizar al menos un parámetro representativo de la tensión de funcionamiento;

B) determinar un número máximo de LED de los al menos dos LED que puede activarse mediante la tensión de funcionamiento; y

C) cuando el número máximo es inferior al número total de todos los al menos dos LED conectados en serie, provocar el cortocircuito de al menos uno de la pluralidad de LED de modo que un número inferior a todos de la pluralidad de LED se activan simultáneamente.

15. Aparato de alumbrado para automóviles, que comprende: al menos un chip de circuito integrado, que comprende: un primer número de LED conectados en serie entre un primer nodo y un segundo nodo, en el que fluye una corriente en serie entre el primer nodo y el segundo nodo cuando se aplica una tensión de funcionamiento a lo largo del primer nodo y el segundo nodo; un segundo número de trayectorias de corriente controlables, en el que el segundo número es igual a o inferior al primer número, conectándose cada trayectoria de corriente en paralelo con un LED correspondiente del primer número LED para desviar la corriente en serie alrededor del LED correspondiente del primer número de LED; una fuente de corriente conectada en serie con el primer número de LED entre el primer nodo y el segundo nodo para fijar la corriente en serie; y al menos un controlador para monitorizar al menos un parámetro representativo de la tensión de funcionamiento y determinar un número máximo de LED del primer número de LED que puede activarse mediante la tensión de funcionamiento, controlando el al menos un controlador el segundo número de trayectorias de corriente controlables de modo que se desvíe la corriente en serie alrededor de LED correspondientes respectivos del primer número de LED cuando el número máximo es inferior al primer número, de tal manera que un número inferior a todos del primer número de LED se activan simultáneamente; y un paquete para el al menos un chip de circuito integrado, incluyendo el paquete al menos un primer conector eléctrico configurado para acoplarse con un conector eléctrico complementario o arnés de cable de un automóvil, incluyendo el al menos un primer conector eléctrico al menos un primer conductor conectado eléctricamente al primer nodo y un segundo conductor conectado eléctricamente al segundo nodo para aplicar la tensión de funcionamiento a lo largo del primer nodo y el segundo nodo.