Dispositivo de iluminación que comprende múltiples LED.

Dispositivo (20) generador de luz, que comprende:

- una entrada (21) para su conexión a una fuente (22) de tensión de CA;

- un rectificador (23) para rectificar la tensión de entrada de CA y proporcionar una tensión de salida de CA rectificada (Vin);

- una fuente (40) de corriente controlable;

- una matriz (30) de conmutación que comprende una pluralidad de conmutadores (S1-SN) controlables, teniendo la matriz un terminal (31) de entrada de tensión acoplado a una salida del rectificador para recibir la tensión de salida de CA rectificada (Vin) y que tiene un terminal (34) de entrada de corriente acoplado a la fuente (40) de corriente;

- una pluralidad de n grupos de LED (D1, D2, ... Dn), comprendiendo cada grupo una pluralidad de LED conectados en serie y/o en paralelo, estando cada grupo de LED conectado a terminales de salida (A1, K1; A2, K2; A3, K3; ... An, Kn) de la matriz (30) de conmutación;

- un controlador (50) que tiene una entrada (51) acoplada al rectificador (23) para recibir una señal que indica el valor momentáneo de la tensión de salida de CA rectificada (Vin), que tiene una primera salida (53) de control acoplada a los conmutadores (S1-SN) de la matriz (30) de conmutación para controlar el estado de conmutación de estos conmutadores (S1-SN), y que tiene una segunda salida (54) de control acoplada a la fuente (40) de corriente controlable para controlar la corriente generada por la fuente de corriente;

en el que el controlador está adaptado para controlar el estado de conmutación de los conmutadores (S1-SN) y la corriente generada por la fuente de corriente dependiente del valor momentáneo de la tensión de salida de CA rectificada (Vin); caracterizado porque

el controlador puede operar en al menos tres estados de control diferentes, en el que en un primero de dichos estados de control los conmutadores (S1-SN) se ponen en un estado de modo que todos los grupos de LED (D1, D2, ... Dn) se conectan entre sí en paralelo, en el que en un segundo de dichos estados de control los conmutadores (S1-SN) se ponen en un estado de modo que todos los grupos de LED (D1, D2, ... Dn) se conectan entre sí en serie, y en el que en un tercero de dichos estados de control los conmutadores 35 (S1-SN) se ponen en un estado de modo que al menos dos de dichos grupos de LED (D1, D2, ... Dn) se conectan entre sí en paralelo mientras que también al menos dos de dichos grupos de LED (D1, D2, ... Dn) se conectan entre sí en serie.

Dispositivo de iluminación que comprende múltiples LED.

Campo de la invención La presente invención se refiere en general a un dispositivo de iluminación que comprende una pluralidad de LED.

Antecedentes de la invención En general, se conoce el uso de LED para fines de iluminación. Un problema con los LED es el suministro de potencia. Para que un LED produzca luz, es necesario que una corriente pase por el mismo en un sentido (de ánodo a cátodo) ; se bloquea el flujo de corriente en el sentido opuesto. Cuando se excita con corriente que tiene el sentido correcto, se desarrolla una caída de tensión por el LED que es sustancialmente independiente de la corriente de LED. Dentro de unos márgenes, puede variarse la corriente de LED y la potencia luminosa será sustancialmente proporcional a esta corriente. Cuando se desea producir más luz de la que puede generar un LED, es posible combinar múltiples LED. Los LED pueden estar dispuestos en una disposición en serie, lo que requeriría una mayor caída de tensión a la misma corriente, o los LED pueden estar dispuestos en una disposición en paralelo, lo que requiere más corriente a la misma caída de tensión. Por tanto, aumentan los costes de suministro de potencia. También son posibles combinaciones de disposición en serie y disposición en paralelo.

Una manera relativamente sencilla y económica de alimentar una pluralidad de LED es conectar todos los LED en serie y conectar esta cadena a una red eléctrica de energía de CA, que tiene un resistor limitador de corriente en serie. Obviamente, los LED sólo pueden producir luz durante una mitad del periodo de corriente de CA. Para también producir luz durante la segunda mitad del periodo de corriente de CA, puede conectarse una segunda cadena de LED en el sentido opuesto, o puede aplicarse un rectificador en puente completo de modo que cada LED produzca luz durante ambos medios periodos de corriente.

Un problema cuando se alimenta un LED o una cadena de LED desde una fuente de CA es que la tensión de suministro varía con el tiempo. La figura 1 es un gráfico que muestra la tensión (eje vertical) en función del tiempo (eje horizontal) . Una línea 11 discontinua horizontal representa la caída de tensión requerida, también indicada como tensión directa, por una cadena de LED. La curva 12 representa la tensión de CA rectificada. Entre los tiempos t1 y t2, la tensión de suministro es mayor que la caída de tensión requerida, y los LED pasan una corriente (curva 13) y se genera luz. La diferencia entre tensión de suministro y caída de tensión la recibe el resistor en serie, e implica una pérdida de energía por disipación en el resistor. Entre los tiempos t2 y t3, la tensión de suministro es menor que la caída de tensión requerida: los LED no pueden pasar corriente y no pueden generar luz. Por tanto, los LED no están continuamente ENCENDIDOS sino que en realidad se ENCIENDEN/APAGAN a una frecuencia dos veces la frecuencia de CA, lo que lleva a un parpadeo perceptible, y a un ciclo de trabajo (t2-t1) / (t3-t1) que se ve influido por la amplitud de tensión del suministro de potencia en relación con la caída de tensión requerida por los LED, que depende del número de LED dispuestos en serie. Resultará evidente que puede aumentarse el ciclo de trabajo aumentando la amplitud de tensión, pero entonces también aumentará la potencia disipada en el resistor.

Sumario de la invención Un objeto de la presente invención es proporcionar una solución a los problemas mencionados anteriormente.

La publicación para información de solicitud de patente alemana 10.2006.024607 da a conocer un circuito que comprende dos cadenas de LED conectados en serie y tres conmutadores controlables, que se alimentan desde una fuente de potencia de CC en la que puede variar la tensión real, dependiendo de las circunstancias. La tensión de potencia se mide y se compara con un umbral. Si la tensión de potencia está por encima del umbral, los conmutadores se controlan de manera que las dos cadenas se conecten en serie. Si la tensión de potencia está por debajo del umbral, los conmutadores se controlan de manera que las dos cadenas se conecten en paralelo. Con el fin de garantizar que la corriente en los LED permanece constante, independientemente de las cadenas que se conectan en serie o en paralelo, cada cadena debe tener una fuente de corriente dedicada conectada en serie con la misma. Además, este circuito conocido tiene sólo dos posibles configuraciones y por tanto todavía es inadecuado para resolver los problemas mencionados anteriormente cuando se alimentan los LED desde una CA rectificada. El documento US 3714374 da a conocer una presentación visual de imágenes con direccionamiento de conmutación de avería que comprende un controlador y conmutadores umbral que pueden operar en dos estados.

Por tanto, un objeto de la presente invención es mejorar adicionalmente dicha técnica anterior.

En un aspecto, la presente invención proporciona un sistema de al menos tres grupos de LED, acoplados entre sí por conmutadores controlables, que pueden conmutarse a cualquiera de al menos tres estados:

-en un primer estado, todos los grupos están conectados en serie;

- en un segundo estado, todos los grupos están conectados en paralelo;

- en un tercer estado, al menos dos grupos están conectados en serie y al menos dos grupos están conectados en paralelo.

En un segundo aspecto, el sistema comprende una fuente de corriente controlable en común para todos los LED. El ajuste de corriente de la fuente de corriente se modifica en combinación con el estado de los conmutadores, tal como para mantener la corriente de LED individual sustancialmente constante.

Se mencionan realizaciones ventajosas adicionales en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos Estos y otros aspectos, características y ventajas de la presente invención se explicarán adicionalmente mediante la siguiente descripción de una o más realizaciones preferidas con referencia a los dibujos, en los que los mismos números de referencia indican las mismas partes o partes similares, y en los que:

la figura 1 es un gráfico que muestra la tensión de CA rectificada (eje vertical) en función del tiempo (eje horizontal) en combinación con la corriente de LED para una solución de la técnica anterior;

la figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra esquemáticamente un dispositivo de iluminación según la presente invención;

la figura 3 es un diagrama de bloques de una matriz de conmutación;

las figuras 4A-4D ilustran varios estados de conmutación;

la figura 5 es un gráfico que ilustra la operación del dispositivo de iluminación según la presente invención.

Descripción detallada de la invención La figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra esquemáticamente un dispositivo 20 de iluminación según la presente invención. El dispositivo 20 tiene una entrada 21 para su conexión a una salida 22 de tensión de red eléctrica de CA. Un rectificador 23 está conectado a la entrada 21 para recibir la tensión de red eléctrica de CA y para proporcionar tensión de CA rectificada.

D1, D2, ... Dn indican respectivos grupos de LED. Cada grupo puede consistir en sólo un LED. Cada grupo también puede comprender una pluralidad de LED conectados en serie y/o en paralelo. Se prefiere que los grupos sean idénticos entre sí, pero esto no es esencial. Por motivos de simplicidad, a continuación en el presente documento cada grupo se comentará como si fuera idéntico a un LED individual.

Los LED D1, D2, ... Dn tienen sus terminales conectados a terminales de salida A1 y K1, A2 y K2, ... An y Kn de una matriz 30 de conmutación que comprende una pluralidad de N conmutadores S1-SN, tal como se comentará más adelante. La matriz 30 de conmutación tiene una entrada 31 acoplada a una salida del rectificador 23 para recibir la tensión de CA rectificada.

El dispositivo 20 tiene además una fuente 40 de corriente controlable acoplada en serie con la matriz 30 de conmutación.

El dispositivo 20 tiene además un controlador 50 que tiene una entrada 51 acoplada a una salida del rectificador 23 para recibir la tensión de CA rectificada o una tensión de medición proporcional a la tensión de CA rectificada. El controlador 50 tiene una primera salida 53 acoplada a una entrada 35 de control de la matriz 30 de conmutación con el fin de controlar la configuración de los conmutadores de la matriz 30 de conmutación, tal como se comentará más adelante. El controlador 50 tiene una segunda salida 54 acoplada a una entrada 45 de control de la fuente 40 de corriente controlable con el fin de controlar la magnitud de corriente.... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (20) generador de luz, que comprende:

- una entrada (21) para su conexión a una fuente (22) de tensión de CA;

- un rectificador (23) para rectificar la tensión de entrada de CA y proporcionar una tensión de salida de CA rectificada (Vin) ;

- una fuente (40) de corriente controlable;

- una matriz (30) de conmutación que comprende una pluralidad de conmutadores (S1-SN) controlables, teniendo la matriz un terminal (31) de entrada de tensión acoplado a una salida del rectificador para recibir la tensión de salida de CA rectificada (Vin) y que tiene un terminal (34) de entrada de corriente acoplado a la fuente (40) de corriente;

- una pluralidad de n grupos de LED (D1, D2, ... Dn) , comprendiendo cada grupo una pluralidad de LED conectados en serie y/o en paralelo, estando cada grupo de LED conectado a terminales de salida (A1, K1; A2, K2; A3, K3; ... An, Kn) de la matriz (30) de conmutación;

- un controlador (50) que tiene una entrada (51) acoplada al rectificador (23) para recibir una señal que indica el valor momentáneo de la tensión de salida de CA rectificada (Vin) , que tiene una primera salida (53) de control acoplada a los conmutadores (S1-SN) de la matriz (30) de conmutación para controlar el estado de conmutación de estos conmutadores (S1-SN) , y que tiene una segunda salida (54) de control acoplada a la fuente (40) de corriente controlable para controlar la corriente generada por la fuente de corriente;

en el que el controlador está adaptado para controlar el estado de conmutación de los conmutadores (S1-SN) y la corriente generada por la fuente de corriente dependiente del valor momentáneo de la tensión de salida de CA rectificada (Vin) ; caracterizado porque el controlador puede operar en al menos tres estados de control diferentes, en el que en un primero de dichos estados de control los conmutadores (S1-SN) se ponen en un estado de modo que todos los grupos de LED (D1, D2, ... Dn) se conectan entre sí en paralelo, en el que en un segundo de dichos estados de control los conmutadores (S1-SN) se ponen en un estado de modo que todos los grupos de LED (D1, D2, ... Dn) se conectan entre sí en serie, y en el que en un tercero de dichos estados de control los conmutadores (S1-SN) se ponen en un estado de modo que al menos dos de dichos grupos de LED (D1, D2, ... Dn) se conectan entre sí en paralelo mientras que también al menos dos de dichos grupos de LED (D1, D2, ... Dn) se conectan entre sí en serie.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende además una memoria (60) que contiene información que define n niveles umbral (U1 < U2 < ... < Un) ;

en el que el controlador está adaptado para comparar el valor momentáneo de la tensión de salida de CA rectificada (Vin) con dichos niveles umbral;

en el que el controlador (50) está adaptado para controlar los conmutadores de manera que en todo momento los n grupos de LED se conmutan a una configuración de nP cadenas acopladas entre sí en paralelo, conteniendo cada cadena nS grupos de LED acoplados entre sí en serie, en el que nS es un número entero seleccionado de modo que el nS-ésimo nivel umbral U (nS) es menor que el valor momentáneo de la tensión de salida de CA rectificada (Vin) mientras que el (nS+1) -ésimo nivel umbral U (nS) es mayor que el valor momentáneo de la tensión de salida de CA rectificada (Vin) , es decir

U (ns) : Vin < U (ns+1)

y en el que nP es un número entero seleccionado de modo que se aplica nP·nS ≤ n < (nP+1) ·nS.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que cada grupo de LED tiene una tensión directa Vf, y en el que puede realizarse una aproximación a la i-ésima tensión umbral Ui como Ui = i·Vf+y donde y es una constante que representa las caídas de tensión por los conmutadores en serie con los LED más la caída de tensión por una resistencia en paralelo y la fuente de corriente.

4. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que cada grupo de LED tiene una corriente de LED nominal ILED, y en el que el controlador (50) está adaptado para controlar la fuente (40) de corriente de manera que en todo momento la corriente I proporcionada por la fuente de corriente satisface la relación I = nP·ILED.

5. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que cada grupo de LED tiene una corriente de LED nominal ILED,

y en el que el controlador (50) está adaptado para controlar la fuente (40) de corriente de manera que en todo momento la corriente I proporcionada por la fuente de corriente satisface la relación I = nP·ILED x n/ (nP·nS) .

6. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que aquellos n - nP·nS grupos de LED que no pertenecen a ninguna de dichas cadenas están no operativos.

7. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que el controlador (50) está adaptado para controlar la matriz

(30) de conmutación de manera que al menos uno de aquellos n - nP·nS grupos de LED que no pertenecen a ninguna de dichas cadenas está acoplado en paralelo con uno de dichos nP·nS grupos de LED de una de dichas cadenas.

8. Dispositivo según las reivindicaciones 1-7, en el que la matriz (30) de conmutación comprende una pluralidad de n pares de terminales de ánodo (Ai) y terminales de cátodo (Ki) conectados a la pluralidad de n grupos de LED (D1, D2, ... Dn) , y comprende una pluralidad de 3 (n-1) conmutadores (S1 a S (3 (n-1) ) ) controlables individualmente conectados entre el terminal (31) de entrada de tensión y el terminal (34) de entrada de corriente y conectados a dichos terminales de ánodo (Ai) y terminales de cátodo (Ki) ;

en el que el terminal de ánodo (A1) del primer LED (D1) está conectado al terminal (31) de entrada de tensión;

en el que el terminal de cátodo (Kn) del n-ésimo LED (Dn) está conectado al terminal (34) de entrada de corriente;

en el que un conmutador controlable (S (3m-5) ) está dispuesto entre el terminal de ánodo (Am) del m-ésimo LED (Dm) y el terminal de ánodo (A (m-1) ) del (m-1) -ésimo LED (D (m-1) ) ;

en el que un conmutador controlable (S (3m-4) ) está dispuesto entre el terminal de ánodo (Am) del m-ésimo LED (Dm) y el terminal de cátodo (K (m-1) ) del (m-1) -ésimo LED (D (m-1) ) ;

y en el que un conmutador controlable (S (3m-3) ) está dispuesto entre el terminal de cátodo (Km) del mésimo LED (Dm) y el terminal de cátodo (K (m-1) ) del (m-1) -ésimo LED (D (m-1) ) ; para todos los valores de m entre 2 y n.