MÉTODO Y APARATO PARA AJUSTAR A ESCALA LA ALIMENTACIÓN DE CORRIENTE PROMEDIO A ELEMENTOS EMISORES DE LUZ.

Método y aparato para ajustar a escala la alimentación de corriente promedio a elementos emisores de luz Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de la iluminación y más específicamente al ajuste a escala de la corriente promedio alimentada a elementos emisores de luz. Antecedentes Avances recientes en el desarrollo de diodos emisores de luz semiconductores y orgánicos (LED y OLED) han hecho que estos dispositivos en estado sólido sean adecuados para su uso en aplicaciones de iluminación general, incluyendo el alumbrado arquitectónico, de espectáculos y de calzadas, por ejemplo. Como tales, estos dispositivos se están volviendo cada vez más competitivos con fuentes de luz tales como lámparas incandescentes, fluorescentes, y de descarga de alta intensidad. Una ventaja de los LED es que sus tiempos de encendido y apagado son normalmente inferiores a 100 nanosegundos. La intensidad luminosa promedio de un LED puede controlarse por tanto usando una fuente de alimentación de corriente constante fija junto con una modulación por ancho de pulsos (PWM), por ejemplo, de la corriente de excitación de LED, donde la intensidad luminosa promediada en el tiempo es linealmente proporcional al ciclo de trabajo de PWM. Esta técnica de usar señales de PWM se da a conocer en la patente estadounidense n.º 4.090.189. Hoy en día, PWM es normalmente el método preferido para controlar la intensidad luminosa de LED ya que ofrece control lineal durante décadas (1000:1) o más sin sufrir pérdidas de energía a través de resistores de limitación de corriente, intensidades luminosas irregulares en matrices de LED, y cambios de color apreciables como los identificados por Zukauskas, A., M.S. Schur, y R. Caska, 2002, Introduction to Solid-State Lighting. New York, NY: Wiley-Interscience, pág. 136. Las señales de PWM usadas para controlar los LED se generan preferiblemente por microcontroladores y hardware periférico asociado. Según la patente estadounidense n.º 4.090.189, una pluralidad de LED puede conectarse en paralelo con sus ánodos conectados a una alimentación de tensión común, y sus cátodos conectados cada uno a un resistor y conmutador fijos diferentes. Los resistores fijos pueden servir para limitar la corriente pico a través de cada LED cuando se cierran los conmutadores correspondientes. En la práctica, sin embargo, esto sólo funciona bien si la tensión directa de cada LED es casi idéntica, de no ser así deben elegirse valores diferentes de resistores para cada LED diferente para evitar el acaparamiento de corriente por cualquier LED en esta configuración en paralelo. Este uso de resistores puede inducir también grandes pérdidas reduciendo así la eficiencia total del circuito. Alternativamente, como en la patente estadounidense 6.621.235, se describe una técnica de uso de espejos de corriente de transistores para cada hilera paralela de LED como un modo de equiparar la corriente repartida por cada hilera. Otra técnica se da a conocer en la patente estadounidense 5.598.068, que establece múltiples fuentes de corriente independientes para cada hilera paralela de LED. Estas técnicas sin embargo, normalmente usan un gran número de componentes y tienen una eficiencia baja. Otros medios para abordar las diferencias de tensión directa en hileras paralelas es mediante agrupamiento de tensión directa, lo que no es necesariamente práctico en lo que se refiere a la etapa adicional durante el proceso de producción. Este procedimiento puede dar como resultado adicionalmente piezas de desecho. Además, la invención de diodos emisores de luz de alto brillo (HBLED) y el deseo de usar mucho de ellos en luminarias para iluminación general o arquitectónica dan como resultado circuitos de LED con una pluralidad de hileras paralelas, conteniendo cada uno una pluralidad de LED. Debido a tolerancias de fabricación, además de a diferencias fundamentales entre las químicas del dispositivo de LED de diferentes colores, la tensión directa de diferentes LED puede variar en hasta aproximadamente 1,6 voltios. Esta disparidad en las necesidades de tensión directa puede exacerbarse cuando varios de estos LED se apilan en serie, dando como resultado que hileras paralelas del mismo número de LED pueden tener grandes caídas de tensión directa. La excitación de LED usando las técnicas citadas anteriormente significa que la fuente de tensión común debe ser de una tensión suficientemente alta como para polarizar la hilera de LED con la mayor caída de tensión directa. Como resultado, las hileras de LED con una menor necesidad de tensión directa tendrán un exceso de tensión, que dará como resultado un exceso de energía disipada por los componentes en serie con los LED que se usan para limitar la corriente a través de la hilera de LED con la menor caída de tensión directa. Si no se proporcionó esta forma de disipación, el exceso de corriente fluirá a través de la hilera de LED con la menor caída de tensión directa lo que puede sobreexcitar la hilera de LED y dar como resultado un daño de LED. Una ventaja de las técnicas de PWM es que la corriente de LED promedio puede controlarse eficientemente mediante la reducción del ciclo de trabajo de la señal de conmutación de PWM para evitar exceder la corriente promedio nominal máxima. En la práctica, sin embargo, esto significa que si los LED, o hileras de LED, con diferentes tensiones directas están en paralelo entre sí, obteniendo todos energía de una sola fuente de tensión, la 2   hilera de tensión directa superior puede atenuarse completamente desde el 0 hasta el 100%, mientras que la hilera de tensión directa inferior debe excitarse con un ciclo de trabajo máximo, Dmax, inferior al 100% para evitar la sobreexcitación. La figura 1 muestra una configuración de sistema de iluminación en la que se usa un dispositivo 13 de microcontrolador o similar para generar señales de PWM para cada hilera 11 a 12 de LED, obteniendo cada uno energía de la fuente 10 de tensión. Esta configuración tiene dos problemas. En primer lugar, suponiendo que el generador 13 de señales de PWM tiene 8 bits de precisión, por ejemplo, lo que puede proporcionar 256 niveles de atenuación discretos para del 0 al 100%, entonces para las hileras con Dmax<100%, la resolución de atenuación se reduciría significativamente. Por ejemplo, si el ciclo de trabajo seguro máximo era del 75% para una hilera de LED particular, entonces el número de niveles de atenuación discretos para esa hilera se reduciría hasta el 75% x 256 = 192. En segundo lugar, el firmware puede volverse más complicado puesto que diferentes hileras de LED deben excitarse con diferentes ciclos de trabajo para lograr el mismo nivel de atenuación efectiva, dando como resultado así la necesidad de que se determinen factores de calibración específicos para cada hilera de LED para el almacenamiento en la EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory, memoria de sólo lectura programable borrable eléctricamente), por ejemplo. Estos problemas se aplicarían también normalmente a cualquier otro método de control digital conocido en la técnica que podría usarse para variar el brillo de LED, por ejemplo, modulación por código de pulsos (PCM). Por tanto, existe la necesidad de un método y un aparato económicos y eficientes para ajustar a escala la corriente proporcionada a los LED y otros elementos emisores de luz que permita a cada tipo de elemento emisor de luz atenuarse desde el 0% hasta el 100%, sin necesidad de un firmware complicado. En el documento DE 103 54 76 A1 se describe un ejemplo de un aparato básico de ajuste a escala. Esta información de los antecedentes se proporciona con el fin de dar a conocer la información que en opinión del solicitante puede ser de relevancia para la presente invención. No se pretende admitir necesariamente, ni debe interpretarse, que algo de la información precedente constituye técnica anterior frente a la presente invención. Sumario de la invención Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método y un aparato para ajustar a escala la alimentación de corriente promedio a elementos emisores de luz. Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de excitación de elemento emisor de luz para excitar dos o más hileras de uno o más elementos emisores de luz, comprendiendo dicho aparato: uno o más generadores de señales de control para generar dos o más señales de control originales; uno o más generadores de señales de ajuste a escala para generar una o más señales de ajuste a escala; uno o más medios de acoplamiento, recibiendo un medio de acoplamiento particular una de las señales de control originales y una señal de ajuste a escala particular, generando cada medio de acoplamiento una señal de control efectiva para controlar una hilera particular mediante el... [Seguir leyendo]

1. Aparato de excitación de elemento emisor de luz para excitar dos o más hileras de uno o más elementos emisores de luz, comprendiendo dicho aparato: a. uno o más generadores de señales de control para generar dos o más señales de control originales, siendo cada una de las una o más señales de control originales una señal seleccionada del grupo que comprende señal de modulación por ancho de pulsos, señal de modulación por código de pulsos, señal modulada por frecuencia, señal constante, señal con incremento lineal, señal con reducción lineal, señal con incremento no lineal y señal con reducción no lineal; b. uno o más generadores de señales de ajuste a escala para generar una o más señales de ajuste a escala, siendo cada una de las una o más señales de ajuste a escala una señal digital pulsada seleccionada del grupo que comprende señal de modulación por ancho de pulsos, señal de modulación por código de pulsos y señal de modulación de frecuencia, teniendo dicha señal de ajuste a escala una primera frecuencia y teniendo una señal de control original respectiva una segunda frecuencia, en el que la primera frecuencia es mayor que la segunda frecuencia; c. uno o más medios de acoplamiento, recibiendo un medio de acoplamiento particular una de las señales de control originales y una señal de ajuste a escala particular, generando cada medio de acoplamiento una señal de control efectiva para controlar una hilera particular mediante el acoplamiento de la señal de ajuste a escala recibida a la señal de control original recibida; y d. medios de conmutación asociados con cada hilera, estando adaptados los medios de conmutación para conectarse a una fuente de energía, y respondiendo cada medio de conmutación a una señal de control particular para controlar la energía alimentada a una hilera particular, en el que la señal de control particular es o bien una de las dos o más señales de control originales o bien la señal de control efectiva generada por uno de los uno o más medios de acoplamiento y en el que al menos una señal de control particular es una señal de control efectiva generada por un medio de acoplamiento. 2. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que uno o más medios de acoplamiento es una puerta lógica AND o una puerta lógica NAND invertida. 3. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que uno o más medios de acoplamiento es un conmutador de control que responde operativamente a la señal de ajuste a escala, controlando el conmutador de control la transmisión de la señal de control original a una de las una o más hileras. 4. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que uno o más generadores de señales de ajuste a escala es un oscilador de onda cuadrada de funcionamiento libre. 5. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que uno o más generadores de señales de ajuste a escala es un circuito temporizador. 6. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 5, en el que el circuito temporizador genera una o más señales de ajuste a escala que tienen un ciclo de trabajo fijo. 7. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 5, en el que el circuito temporizador genera una o más señales de ajuste a escala que tienen un ciclo de trabajo ajustable. 8. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que uno o más generadores de señales de ajuste a escala es un circuito amplificador operacional configurado con un resultado AND. 9. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que uno o más generadores de señales de ajuste a escala es una matriz de puertas programables de campo con un núcleo de microcontrolador. 10. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que el uno o más generadores de señales de ajuste a escala generan de manera autónoma una o más señales de ajuste a escala. 11. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que el uno o más generadores de señales de ajuste a escala generan una o más señales de ajuste a escala en respuesta a una o más señales de entrada recibidas por los mismos. 8   12. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que uno de los uno o más generadores de señales de ajuste a escala genera señales de ajuste a escala para dos o más hileras. 13. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que los medios de conmutación son un conmutador de transistor. 14. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 13, en el que el conmutador de transistor se selecciona del grupo que comprende un conmutador FET, conmutador BJT y relé. 15. Aparato de excitación de elemento emisor de luz según la reivindicación 1, en el que la una o más señales de ajuste a escala y la una o más señales de control originales se generan por un microprocesador. 16. Método para excitar dos o más hileras de uno o más elementos emisores de luz, comprendiendo dicho método las etapas de: a. generar dos o más señales de control originales que se seleccionan del grupo que comprende señal de modulación por ancho de pulsos, señal de modulación por código de pulsos, señal modulada por frecuencia, señal constante, señal con incremento lineal, señal con reducción lineal, señal con incremento no lineal y señal con reducción no lineal; b. generar una o más señales de ajuste a escala, siendo cada una de las una o más señales de ajuste a escala una señal digital pulsada seleccionada del grupo que comprende señal de modulación por ancho de pulsos, señal de modulación por código de pulsos y señal de modulación de frecuencia, teniendo dicha señal de ajuste a escala una primera frecuencia y teniendo una señal de control original respectiva una segunda frecuencia, en el que la primera frecuencia es mayor que la segunda frecuencia; c. acoplar independientemente cada señal de ajuste a escala con una de las dos o más señales de control originales, generando así una o más señales de control efectivas; d. transmitir una señal de control particular a cada hilera de uno o más elementos emisores de luz para controlar la energía alimentada a cada hilera, en el que la señal de control particular es o bien una de las dos o más señales de control originales o bien una de las una o más señales de control efectivas y en el que al menos una señal de control particular es una señal de control efectiva generada por un medio de acoplamiento excitando así dichas dos o más hileras de uno o más elementos emisores de luz. 9     11   12