Excitador resonante con control de lado secundario de baja tensión para iluminación de LED de alta potencia.

Dispositivo de suministro de potencia para suministrar potencia a cargas (60),

preferiblemente LED, que comprende

- un primer conjunto (12) de circuitos con una unidad (24) de inversor adaptada para proporcionar una tensión de CA, preferiblemente una tensión rectangular, y circuitos (30.1 - 30.3) resonantes conectados en paralelo entre sí, comprendiendo cada circuito (30.1 -30.3) resonante el lado (20) primario de un transformador (18.1 - 18.3), una capacitancia (32) y una inductancia (34),

- un segundo conjunto (14) de circuitos que comprende derivaciones (50, 52, 54) cada una con una unidad (42) rectificadora, un conmutador (64) y una carga (60), estando adaptado dicho conmutador (64) para encender y apagar dicha carga (60), estando conectado el lado (22) secundario de cada transformador (18.1 - 18.3) con una única derivación (50, 52, 54) del segundo conjunto (14) de circuitos, de manera que los conjuntos (12, 14) de circuitos primero y segundo están aislados de manera galvánica, y

- una unidad (16) controladora adaptada para controlar dichos conmutadores (64) de dicho segundo conjunto (14) de circuitos en cuanto a ajustar la potencia proporcionada a dichas cargas (60) sin ninguna señal de medición de dicho primer conjunto (12) de circuitos.

Excitador resonante con control de lado secundario de baja tensión para iluminación de LED de alta potencia La presente invención se refiere a un dispositivo de suministro de potencia para suministrar potencia a una carga, preferiblemente un diodo emisor de luz (LED) .

Generalmente, la iluminación de estado sólido tiene un creciente interés para aplicaciones residenciales, del automóvil y profesionales. Debido a que las lámparas de estado sólido, tales como LED, no pueden alimentarse desde una batería o desde la red de distribución de CA directamente, son necesarios excitadores de potencia electrónicos (denominados también dispositivos de suministro de potencia) para una excitación eficaz de potencia. Por razones de eficiencia, los excitadores de LED tienen que funcionar en un modo conmutado. Los excitadores convierten la tensión de CC o CA disponible en una corriente CC suministrada a los LED. El excitador electrónico tiene que proporcionar una corriente de salida CC que sea independiente de variaciones de la fuente de tensión de entrada y de caídas de tensión en los LED. En la mayoría de las aplicaciones el aislamiento galvánico es otro requisito importante para los excitadores de LED.

Los suministros de potencia para alimentar LED y otras cargas se conocen por ejemplo a partir de los documentos US 2005/0225176 A1, US 2003/0067791 A1, US 2006/0077600 A1 o WO 2005/036726.

Generalmente, los suministros de potencia en modo conmutado generan una tensión de salida de CC, controlándose en la mayoría de los casos la tensión de salida mediante modulación por ancho de impulso (PWM) . Para usar este concepto de excitador en sistemas de iluminación de LED, tiene que añadirse una unidad controladora de corriente que incluye un detector de corriente. Para aislar de manera galvánica los circuitos excitadores, la corriente tiene que medirse en el lado secundario mientras que el control de PWM y los transistores están ubicados en el lado primario. Esto produce esfuerzos adicionales debido a que se necesita una tensión auxiliar en el lado secundario y el aislamiento galvánico tiene que preverse en la trayectoria de retroalimentación. Si la medición de corriente se basa en una resistencia de derivación barata y simple se producen pérdidas adicionales.

Otro problema de este concepto conocido puede verse en la distorsión EMI (interferencia electromagnética) relacionada normalmente con topologías de conmutación PWM.

El documento US 6.369.525 da a conocer un excitador de lámpara de diodo emisor de luz blanca basado en un convertidor de salida múltiple con un control de modo de corriente de salida.

El documento US 6.430.064 da a conocer un dispositivo de suministro de potencia sin contacto.

A la vista de lo anterior es un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo de suministro de potencia que supere las deficiencias de dispositivos de la técnica anterior. Particularmente, la EMI debe minimizarse y deben evitarse pérdidas por conmutación. Además, un objeto adicional es proporcionar un suministro de potencia rentable sin renunciar al aislamiento galvánico y al control de potencia de la carga.

Éste y objetos adicionales de la presente invención se resuelven mediante un dispositivo de suministro de potencia para suministrar potencia a cargas, que comprende un primer conjunto de circuitos con una unidad de inversor adaptada para proporcionar una tensión de CA, preferiblemente una tensión rectangular, y circuitos resonantes conectados en paralelo entre sí, comprendiendo cada circuito resonante el lado primario de un transformador, una capacitancia y una inductancia, un segundo conjunto de circuitos que comprende derivaciones cada una con una unidad rectificadora, un conmutador y una carga, estando adaptado dicho conmutador para encender y apagar dicha carga, estando conectado el lado secundario de cada transformador con una única derivación del segundo conjunto de circuitos, de manera que los conjuntos de circuitos primero y segundo están aislados de manera galvánica, y una unidad controladora adaptada para controlar dichos conmutadores en cuanto a ajustar la potencia proporcionada a las cargas sin ninguna señal de medición de dicho primer conjunto de circuitos.

El dispositivo de suministro de potencia de la invención proporciona una topología de excitador de aislamiento galvánico de funcionamiento resonante novedosa y un esquema de control para alimentar cargas, preferiblemente LED. El dispositivo puede alimentarse mediante una tensión de CC, que puede proporcionarse mediante la tensión de red de distribución rectificada y aplanada. El dispositivo de la invención comprende un inversor, preferiblemente un inversor de alta frecuencia, un transformador, un condensador en serie y una fase de rectificador secundario. El transformador sirve para aislamiento galvánico y adapta el nivel de tensión, por ejemplo desde 300 voltios primario hasta 30 voltios secundario. El circuito resonante está formado preferiblemente por la inductancia parásita del transformador y el condensador en serie. Por tanto, la inductancia de dispersión parásita del transformador es parte del dispositivo. A diferencia de convertidores basados en PWM conocidos tales como topologías hacia delante y deretorno, la inductancia de dispersión no necesita minimizarse. Ésta es una ventaja para el diseño de aislamiento y devanado y por tanto mantiene el coste bajo.

La potencia, suministrada a la carga se controla en el lado de baja tensión secundario del transformador. El número de estados de activado respecto al número de estados de desactivado del conmutador en el segundo conjunto de circuitos determina la salida promedio a la carga.

Una de las ventajas del dispositivo de la invención es que la corriente se vuelve sinusoidal y es cero en el caso de conmutación. Esto evita pérdidas por conmutación y minimiza la EMI. Además, la tensión de salida nominal suministrada al segundo conjunto de circuitos puede fijarse mediante la razón de espiras del transformador según la característica de la carga deseada. Además, el dispositivo de suministro de potencia según la presente invención es muy adecuado para el suministro de la red de distribución. Además, la unidad controladora no necesita ninguna señal/retroalimentación desde el primer conjunto de circuitos para ajustar la potencia, es decir la corriente suministrada a la carga. No es necesaria ninguna "transferencia de información" entre los conjunto de circuitos primero y segundo.

Una ventaja adicional del dispositivo de suministro de potencia de la presente invención es que no se requiere un condensador de aplanamiento de CC caro adicional para aplanar la tensión de carga. Esto incrementa el tiempo de vida útil esperado porque los condensadores de compensación son a menudo los elementos más débiles en cuanto al tiempo de vida útil.

En una realización preferida, dicho controlador está adaptado para hacer funcionar dicho conmutador en el cruce por cero de corriente.

La ventaja de esta medida es que se minimizan o evitan pérdidas por conmutación.

En una realización preferida adicional, dicho segundo conjunto de circuitos comprende un elemento de medición de corriente.

Esta medida tiene la ventaja de que el control de corriente se realiza en el segundo conjunto de circuitos y por tanto a un nivel de tensión bajo.

Preferiblemente, dicha unidad controladora se dispone para evaluar una corriente por medio de una tensión a través de un conmutador durante su estado de activado.

En una realización preferida adicional, dichas cargas comprenden, cada una, una pluralidad de LED conectados en serie.

La ventaja de esta medida es que una pluralidad de LED puede controlarse mediante un conmutador.

En una realización preferida, en cada circuito resonante el inductor se proporciona mediante la inductancia parásita del transformador.

En una realización preferida adicional, cada derivación comprende una resistencia en serie con dichos LED y dicho conmutador.

Esta medida tiene la ventaja de que se proporciona un protector frente a sobrecorriente.

En una realización preferida, los conmutadores son conmutadores de transistor (por ejemplo un transistor bipolar o un MOSFET) preferiblemente excitados en una zona lineal para protección frente a sobrecorriente. Más preferiblemente, dichos conmutadores de transistor se excitan en una zona lineal para equilibrar la corriente entre LED... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de suministro de potencia para suministrar potencia a cargas (60) , preferiblemente LED, que comprende

- un primer conjunto (12) de circuitos con una unidad (24) de inversor adaptada para proporcionar una tensión de CA, preferiblemente una tensión rectangular, y circuitos (30.1 - 30.3) resonantes conectados en paralelo entre sí, comprendiendo cada circuito (30.1 -30.3) resonante el lado (20) primario de un transformador (18.1 - 18.3) , una capacitancia (32) y una inductancia (34) ,

- un segundo conjunto (14) de circuitos que comprende derivaciones (50, 52, 54) cada una con una unidad (42) rectificadora, un conmutador (64) y una carga (60) , estando adaptado dicho conmutador (64) para encender y apagar dicha carga (60) , estando conectado el lado (22) secundario de cada transformador (18.1 - 18.3) con una única derivación (50, 52, 54) del segundo conjunto (14) de circuitos, de manera que los conjuntos (12, 14) de circuitos primero y segundo están aislados de manera galvánica, y

- una unidad (16) controladora adaptada para controlar dichos conmutadores (64) de dicho segundo conjunto (14) de circuitos en cuanto a ajustar la potencia proporcionada a dichas cargas (60) sin ninguna señal de medición de dicho primer conjunto (12) de circuitos.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha unidad (16) controladora está adaptada para hacer funcionar dichos conmutadores (64) en el cruce por cero de corriente.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho segundo conjunto (14) de circuitos comprende un elemento (70) de medición de corriente.

4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha unidad (16) controladora se dispone para evaluar una corriente por medio de una tensión a través de un conmutador (64) durante su estado de activado.

5. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas cargas (60) comprenden, cada una, una pluralidad de LED (60.1 - 60.n, 60.1 - 60.k, 60.1 - 60.m) conectados en serie.

6. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque en cada circuito (30.1 - 30.3) resonante el inductor (34) se proporciona mediante la inductancia parásita del transformador (18.1 - 18.3) .

7. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque cada derivación (50, 52, 54) comprende una resistencia (62) en serie con dichos LED (60.1 - 60.n, 60.1 - 60.k, 60.1 - 60.m) y dicho conmutador (64) .

8. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque los conmutadores (64) son conmutadores de transistor preferiblemente excitados en una zona lineal para protección frente a sobrecorriente.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque dichos conmutadores de transistor se excitan en una zona lineal para equilibrar la corriente entre LED (60.1 - 60.n, 60.1 - 60.k, 60.1 - 60.m) que funcionan de manera sincrónica de las diferentes derivaciones (50, 52, 54) .

10. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer conjunto (12) de circuitos comprende un elemento (40) de detección de corriente para detectar la corriente y transmitir la señal de corriente detectada a la unidad (24) de inversor.

11. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha unidad (24) de inversor está adaptada para proporcionar dicha tensión de CA y una corriente, teniendo ambas signos idénticos.

12. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha unidad (24) de inversor está separada mecánicamente de los transformadores (18.1 - 18.3) y los circuitos (30.1 - 30.3) resonantes.

13. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque dicha unidad (24) de inversor está adaptada para apagar la salida (26) , preferiblemente durante algunos ciclos resonantes, si se detecta una sobrecorriente mediante dicho elemento (40) de detección de corriente.