Dispositivo de excitación y control para proporcionar una corriente conmutada deseada a una carga (15,

241, 242, 243) que incluye una hilera de uno o más dispositivos electrónicos, comprendiendo dicho dispositivo:

a) un convertidor (12, 221, 222, 223) de tensión adaptado para su conexión a una fuente (11, 21) de alimentación, siendo dicho convertidor de tensión para convertir la tensión procedente de la fuente de alimentación desde una tensión de primera magnitud hasta una tensión de segunda magnitud, respondiendo dicho convertidor de tensión a una señal de control;

b) un dispositivo (13) de control de atenuación dispuesto para recibir dicha tensión de segunda magnitud y para controlar la transmisión de la tensión de segunda magnitud a dicha hilera controlando de ese modo la activación de dicha hilera;

c) un dispositivo (104) de detección de tensión conectado eléctricamente a la salida de dicho convertidor de tensión dispuesto para generar una primera señal (530) y un dispositivo (16) de detección de corriente en serie con dicha hilera para generar una segunda señal (520) indicativa de una corriente que fluye a través de dicha hilera; y

d) un dispositivo (19, 291, 292, 293) de realimentación acoplado eléctricamente a dicho convertidor de tensión, dicho dispositivo de detección de tensión y dicho dispositivo de detección de corriente, estando dispuesto dicho dispositivo de realimentación para recibir dichas señales primera y segunda y para proporcionar la señal de control al convertidor de tensión, estando basada dicha señal de control en las señales primera y segunda;

en el que dicho convertidor de tensión cambia la tensión de segunda magnitud basándose en la señal de control recibida desde el dispositivo de realimentación, caracterizado porque el dispositivo de control de atenuación está dispuesto para recibir una señal (140) de conmutación, respondiendo dicho dispositivo de control de atenuación a la señal de conmutación controlando la transmisión de la tensión de segunda magnitud a dicha hilera, porque dicho dispositivo de realimentación comprende además un conmutador (51) de realimentación que responde a una señal de control de ciclo de trabajo, porque dicho dispositivo de realimentación está dispuesto para generar la señal de control basándose principalmente en la primera señal cuando dicho conmutador de realimentación está en un estado activado, y porque dicho dispositivo de realimentación está dispuesto para generar la señal de control basándose principalmente en la segunda señal cuando dicho conmutador de realimentación está en un estado desactivado.

Circuito de excitación y control de corriente constante conmutada.

Campo de la invención.

La presente invención se refiere al campo de los circuitos excitadores, y más particularmente, a circuitos de excitación que proporcionan fuentes de corriente constante conmutada para dispositivos electrónicos tales como elementos emisores de luz.

Antecedentes

Avances recientes en el desarrollo de diodos emisores de luz (LED) semiconductores y diodos emisores de luz orgánicos (OLED) han hecho que estos dispositivos sean adecuados para su uso en aplicaciones de iluminación general, incluyendo el alumbrado arquitectónico, de espectáculos y de calzadas, por ejemplo. Así, estos dispositivos se están volviendo cada vez más competitivos frente a fuentes de luz tales como las lámparas incandescentes, fluorescentes y de descarga de alta intensidad.

Los diodos emisores de luz son dispositivos excitados por corriente, lo que significa que la cantidad de corriente que pasa a través de un LED controla su brillo. Con el fin de evitar variaciones en el brillo entre dispositivos adyacentes, la corriente que fluye a través de los LED y sus circuitos de control debe corresponderse estrechamente. Los fabricantes han implementado varias soluciones para hacer frente a la necesidad de controlar estrechamente la cantidad de corriente que fluye a través de los LED. Una solución es mantener una corriente constante que fluye a través de los LED usando un circuito de corriente constante lineal. Sin embargo, un problema con el uso de un circuito de corriente constante lineal es que el circuito de control disipa una gran cantidad de energía, y en consecuencia, requiere grandes dispositivos de alimentación y disipadores de calor. Además, cuando se atenúa cualquier sistema de corriente constante no conmutada, normalmente no puede lograrse del 0 al 100% de la atenuación. Por ejemplo, a niveles de corriente inferiores, algunos LED permanecerán encendidos mientras que otros, con tensiones directas superiores, no.

Se ha intentado una solución más eficiente energéticamente que usa un regulador reductor-elevador para generar una alimentación de tensión común regulada para el lado alto de las redes de LED. Entonces se usan resistencias autorreguladoras de lado bajo para ajustar la corriente de LED, y se usan resistencias separadas para monitorizar la corriente. Por ejemplo, la patente estadounidense nº 6.362.578 proporciona un método en el que se usa un convertidor de tensión con realimentación para mantener una tensión de carga constante a través de una serie hileras de LED y se usan resistencias de polarización para el control de la corriente. Se conecta un transistor en el lado bajo de los LED y se conmuta con modulación por ancho de pulsos (PWM) para el control del brillo. Este diseño proporciona control de atenuación completo cuando se conmuta la corriente, pudiéndose mantener la misma corriente cuando el conmutador de PWM está encendido, mientras que no se permite corriente cuando el conmutador está apagado. La corriente promedio es entonces igual al ciclo de trabajo multiplicado por el nivel de corriente en estado encendido. El problema con estos tipos de diseños es que son ineficaces debido a las pérdidas de energía en la resistencia de polarización, y pueden requerir resistencias adaptadas para controlar la corriente de manera precisa.

La patente estadounidense nº 4.001.667 también da a conocer un circuito de lazo cerrado que proporciona pulsos de corriente constante, sin embargo, este circuito no permite un control completo del ciclo de trabajo sobre los LED.

La patente estadounidense nº 6.586.890 da a conocer un método que usa realimentación de corriente para ajustar la energía para los LED con una señal de PWM de baja frecuencia suministrada a la fuente de alimentación con el fin de reducir el brillo de los LED cuando están en modo de atenuación. El problema con este método es que si la señal de baja frecuencia está dentro del intervalo de 20 Hz a 20.000 Hz, tal como se da a conocer, la fuente de alimentación puede producir ruido audible. Además, las frecuencias de conmutación en este intervalo pueden ciclar térmicamente los LED reduciendo probablemente por tanto la fiabilidad y la vida útil del dispositivo.

La patente estadounidense nº 6.734.639 B2 da a conocer un método para controlar sobremodulaciones de un circuito de excitación conmutado para redes de LED por medio de un convertidor de tensión combinado con un circuito de muestreo y retención adaptado. La señal de conmutación que controla los LED está asociada a una señal para habilitar y deshabilitar el convertidor de tensión y por tanto conmuta tanto la carga como la alimentación. La señal que controla la conmutación de la carga está polarizada de manera que hace funcionar el conmutador esencialmente en su región lineal con el fin de proporcionar control de corriente máxima que puede dar como resultado pérdidas de energía dentro del conmutador, reduciendo de ese modo la eficiencia global del sistema. Además, esta configuración se define como aplicable para frecuencias en el intervalo de 400 Hz y no permite conmutación de alta frecuencia de la carga por ejemplo a frecuencias superiores a 20 kHz que es aproximadamente el intervalo umbral audible.

La solicitud de patente estadounidense nº 2004/0036418 da a conocer además un método de excitación de varias hileras de LED en el que se usa un convertidor para variar la corriente a través de los LED. Se implementa un conmutador de corriente para proporcionar realimentación. Este método es similar a usar un convertidor reductor convencional y puede proporcionar una forma eficaz para controlar la corriente a través de los LED. Surge un problema, sin embargo, cuando múltiples hileras de LED requieren diferentes tensiones directas. En este caso, se usan conmutadores de transistor de lado alto como resistencias variables para limitar la corriente para la hilera de LED apropiada. Estos conmutadores de transistor de lado alto pueden inducir grandes pérdidas y disminuir la eficiencia global del circuito. Además, este circuito no permite obtener un rango completo de atenuación.

Sherman, L en "Logic power drives high-intensity LEDs", en Electronic design, Penton media, Cleveland, OH, EE.UU., vol. 45, nº 23, 23 de octubre de 1997, páginas 142, 144, XP000752929 ISSN: 0013-4872 da a conocer que la excitación de LED de alta intensidad en serie garantiza un brillo uniforme, pero este enfoque normalmente requiere una tensión de alimentación mayor que la tensión directa total a través de la hilera de LED. Un convertidor elevador en modo de conmutación puede excitar de manera eficaz la hilera de LED a partir de entradas menores que la tensión directa de los LED, pero tales circuitos normalmente no pueden regular también la corriente a través de los LED. Por tanto, se propone añadir algunas resistencias y dos transistores normales y corrientes que permitan que el circuito eleve la tensión y regule la corriente al mismo tiempo.

Por tanto, existe la necesidad de un circuito excitador de corriente constante conmutada que proporcione de manera eficaz tensiones a múltiples dispositivos electrónicos según la polarización directa requerida, de ese modo sin el uso de transistores o resistencias de polarización. Además, existe la necesidad de atenuar de manera eficaz elementos emisores de luz mientras se mantiene una corriente constante conmutada.

Sumario de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un circuito de excitación y control con salida de corriente constante conmutada. Según la presente invención se proporciona un dispositivo de excitación y control para proporcionar una corriente conmutada deseada a una carga que incluye una hilera de uno o más dispositivos electrónicos, según las características de la reivindicación 1.

Breve descripción de las figuras La figura 1a ilustra una representación esquemática de un sistema de iluminación según una realización de la presente invención.

La figura 1b ilustra una representación esquemática de un sistema de iluminación según otra realización de la presente invención.

La figura 1c ilustra una representación esquemática de un sistema de iluminación según otra realización de la presente invención.

La figura 1d ilustra una representación esquemática de un sistema de iluminación según otra realización de la presente invención.

La figura 1e ilustra una representación esquemática de un sistema de iluminación... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de excitación y control para proporcionar una corriente conmutada deseada a una carga (15, 241, 242, 243) que incluye una hilera de uno o más dispositivos electrónicos, comprendiendo dicho dispositivo:

a) un convertidor (12, 221, 222, 223) de tensión adaptado para su conexión a una fuente (11, 21) de alimentación, siendo dicho convertidor de tensión para convertir la tensión procedente de la fuente de alimentación desde una tensión de primera magnitud hasta una tensión de segunda magnitud, respondiendo dicho convertidor de tensión a una señal de control;

b) un dispositivo (13) de control de atenuación dispuesto para recibir dicha tensión de segunda magnitud y para controlar la transmisión de la tensión de segunda magnitud a dicha hilera controlando de ese modo la activación de dicha hilera;

c) un dispositivo (104) de detección de tensión conectado eléctricamente a la salida de dicho convertidor de tensión dispuesto para generar una primera señal (530) y un dispositivo (16) de detección de corriente en serie con dicha hilera para generar una segunda señal (520) indicativa de una corriente que fluye a través de dicha hilera; y d) un dispositivo (19, 291, 292, 293) de realimentación acoplado eléctricamente a dicho convertidor de tensión, dicho dispositivo de detección de tensión y dicho dispositivo de detección de corriente, estando dispuesto dicho dispositivo de realimentación para recibir dichas señales primera y segunda y para proporcionar la señal de control al convertidor de tensión, estando basada dicha señal de control en las señales primera y segunda;

en el que dicho convertidor de tensión cambia la tensión de segunda magnitud basándose en la señal de control recibida desde el dispositivo de realimentación, caracterizado porque el dispositivo de control de atenuación está dispuesto para recibir una señal (140) de conmutación, respondiendo dicho dispositivo de control de atenuación a la señal de conmutación controlando la transmisión de la tensión de segunda magnitud a dicha hilera, porque dicho dispositivo de realimentación comprende además un conmutador (51) de realimentación que responde a una señal de control de ciclo de trabajo, porque dicho dispositivo de realimentación está dispuesto para generar la señal de control basándose principalmente en la primera señal cuando dicho conmutador de realimentación está en un estado activado, y porque dicho dispositivo de realimentación está dispuesto para generar la señal de control basándose principalmente en la segunda señal cuando dicho conmutador de realimentación está en un estado desactivado.

2. Sistema que comprende dos o más dispositivos de excitación y control según la reivindicación 1, en el que los dos o más dispositivos de excitación y control están adaptados para su conexión a una única fuente de alimentación, en el que cada uno de los dos o más dispositivos de excitación y control pueden controlarse individualmente, en el que el dispositivo de control de atenuación asociado con cada uno de los dos o más dispositivos de excitación y control responde a una señal de control de amortiguación predeterminada.

3. Sistema según la reivindicación 2, en el que la señal de control de amortiguación predeterminada para cada uno de los dos o más dispositivos de excitación y control tiene una fase, y cada señal de control de amortiguación predeterminada tiene una fase diferente.

4. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo está dispuesto para proporcionar una corriente conmutada deseada a una carga que incluye dos o más hileras de uno o más dispositivos electrónicos, comprendiendo además dicho dispositivo:

a) dos o más dispositivos de control de atenuación que reciben la tensión de segunda magnitud y controlando cada dispositivo de control de atenuación la transmisión de la tensión de segunda magnitud a una respectiva de dichas dos o más hileras controlando de ese modo la activación de dichas dos más hileras; y b) un dispositivo de detección de corriente en serie con una de dichas dos o más hileras está dispuesto para generar una segunda señal indicativa de una corriente que fluye a través de una de dichas dos o más hileras.

5. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1 ó 4, en el que el dispositivo de detección de tensión se selecciona del grupo que comprende un divisor de tensión y un amplificador operacional.

6. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de control de atenuación se selecciona del grupo que comprende un conmutador FET, un conmutador BIT y un relé.

7. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de control de

atenuación está dispuesto para controlarse por una señal digital seleccionada del grupo que comprende señal de modulación por ancho de pulsos y señal de modulación por código de pulsos.

8. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que dicha hilera tiene un extremo alto y un extremo bajo, estando acoplado eléctricamente dicho dispositivo de control de atenuación al extremo alto de la hilera.

9. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que dicha hilera tiene un extremo alto y un extremo bajo, estando acoplado eléctricamente dicho dispositivo de control de atenuación al extremo bajo de la hilera.

10. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1 ó 4, en el que dicho convertidor de tensión es un convertidor CC-CC.

11. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 10, en el que el convertidor de tensión se selecciona del grupo que incluye un convertidor reductor, un convertidor elevador, un convertidor reductorelevador, un convertidor Cuk y un convertidor de retorno.

12. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1 ó 4, en el que el dispositivo de detección de corriente se selecciona del grupo que comprende una resistencia fija, una resistencia variable y un inductor.

13. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1 ó 4, en el que el dispositivo de realimentación comprende un circuito de muestreo y retención.

14. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1 ó 4, en el que el dispositivo de realimentación es un circuito que tiene una configuración OR cableada.

15. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1 ó 4, en el que el dispositivo de realimentación comprende un acondicionador de señal que incluye medios para ajustar la corriente conmutada deseada a la carga.

16. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que dicho conmutador de realimentación es un conmutador FET o un conmutador BJT.

17. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que dicho conmutador de realimentación comprende un transistor (511) , y en el que la resistencia de dicho transistor produce una transición gradual desde el estado desactivado hasta el estado activado y viceversa.

18. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que la señal de conmutación es una señal de modulación por ancho de pulsos o una señal de modulación por código de pulsos.

19. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que el conmutador de realimentación se activa cuando la señal de control de ciclo de trabajo es indicativa de un ciclo de trabajo por debajo de un nivel predeterminado.

20. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 19, en el que el nivel predeterminado es del 10%.

21. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que la señal de control de ciclo de trabajo es idéntica o sustancialmente idéntica a la señal de conmutación.

22. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que la corriente conmutada deseada para la carga puede cambiarse a un nivel diferente.

23. Dispositivo de excitación y control según la reivindicación 1, en el que los uno o más dispositivos electrónicos son elementos emisores de luz.