Métodos y aparato para simular cargas resistivas.

Aparato (500), que comprende: al menos una carga (520) que tiene una característica corriente-tensión variable o no lineal;

y un circuito (510) convertidor acoplado a la al menos una carga (520);

en el que, cuando el aparato (500) extrae potencia de una fuente de potencia, el aparato (500) tiene una tensión en los bornes (VT) y transporta una corriente en los bornes (IT) que es proporcional a la tensión en los bornes (VT);

en el que el circuito (510) convertidor comprende una fuente de corriente variable a través de la cual fluye una tercera corriente (ICS), tercera corriente (ICS) que es proporcional a la tensión en los bornes (VT); y

en el que la fuente de corriente variable comprende una trayectoria de corriente a través de la cual está conectada la carga (520), en el que la trayectoria de corriente transporta una corriente de equilibrio (IB) que se añade a una segunda corriente (IL) transportada por la carga (520) para llegar a la tercera corriente (ICS);

mediante lo cual el aparato (500) le parece a la fuente de potencia que tiene una característica corriente-tensión sustancialmente lineal a lo largo de al menos algún intervalo de funcionamiento y la corriente en los bornes (IT) transportada por el aparato (500) es independiente de la segunda corriente (IL) transportada por la carga (520).

Métodos y aparato para simular cargas resistivas

Antecedentes Los diodos emisores de luz (LED) son fuentes de luz basadas en semiconductores tradicionalmente empleadas en aplicaciones de electrodomésticos e instrumentación de baja potencia con fines de indicación y están disponibles 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 suficiente emisión de luz para nuevas aplicaciones de iluminación de espacios y visualización directa. Por ejemplo, tal como se comenta en la patente estadounidense n.º 6.016.038, pueden combinarse múltiples LED de colores diferentes en un elemento de iluminación que tiene uno o más microprocesadores internos, en el que la intensidad de los LED de cada color diferente se controla independientemente y se varía 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 un único elemento de iluminación. Adicionalmente, las intensidades relativas de los LED rojos, verdes y azules pueden controlarse por ordenador, proporcionando así una fuente de luz de múltiples canales programables, que puede generar cualquier color y cualquier secuencia de colores a intensidades y saturaciones variables, permitiendo una amplia gama de efectos de iluminación atractivos. Tales fuentes de luz basadas en LED se han empleado recientemente en una variedad de tipos de elementos de iluminación y una variedad de aplicaciones de iluminación en las que se desean efectos de iluminación con color variables.

Estos sistemas de iluminación y los efectos que producen pueden controlarse y coordinarse mediante una red, en la que se comunica un flujo de datos que contiene paquetes de información a los dispositivos de iluminación. Cada uno de los dispositivos de iluminación puede registrar todos los paquetes de información que pasan a través del sistema, pero responder sólo a paquetes que están dirigidos al dispositivo particular. Una vez que llega un paquete de información apropiadamente dirigido, el dispositivo de iluminación puede leer y ejecutar las órdenes. Esta disposición requiere que cada uno de los dispositivos de iluminación tenga una dirección y se necesita que esas direcciones sean únicas con respecto a los otros dispositivos de iluminación en la red. Las direcciones se configuran normalmente mediante conmutadores de configuración en cada uno de los dispositivos de iluminación durante la instalación. Los conmutadores de configuración tienden a consumir mucho tiempo y ser propensos a errores.

Los sistemas de iluminación para entretenimiento, venta al por menor y lugares arquitectónicos, tales como cines, casinos, parques temáticos, tiendas y centros comerciales, requieren una diversidad de elementos de iluminación elaborados y por tanto sistemas de control para operar las luces. Las direcciones de los dispositivos de iluminación conectados en red convencionales se configuran mediante una serie de conmutadores físicos tales como selectores, conmutadores DIP o botones. Estos dispositivos tienen que configurarse individualmente para direcciones particulares y este proceso puede ser difícil. De hecho, una de las tareas más pesadas de los diseñadores de iluminación (la configuración del sistema) se realiza tras haber instalado las luces. Esta tarea requiere normalmente al menos dos personas e implica ir a cada elemento o instrumento de iluminación y determinar y configurar la dirección de la red para el mismo mediante el uso de conmutadores o selectores y después determinar la configuración y el elemento correspondiente en un ordenador o placa de iluminación. No resulta sorprendente que la configuración de la red de iluminación pueda llevar muchas horas, dependiendo de la ubicación y la complejidad. Por ejemplo, una nueva atracción en un parque de atracciones puede usar cientos de elementos de iluminación controlados por red, que no están en línea de visión ni unos con otros ni con ningún punto individual. Cada uno debe identificarse y vincularse con su configuración en una placa de control de iluminación. Las equivocaciones y confusiones son comunes durante este proceso. Con suficiente planificación y coordinación esta selección y configuración de direcciones puede realizarse de antemano, pero todavía requiere una cantidad sustancial de tiempo y esfuerzo.

Para tratar estas desventajas, la patente estadounidense n.º 6.777.891 (la “patente ’891”) , contempla disponer una pluralidad de unidades de iluminación basadas en LED como una “hilera de iluminación” controlada por ordenador, en la que cada unidad de iluminación constituye un “nodo” controlable de manera individual de la hilera de iluminación. Las aplicaciones adecuadas para tales hileras de iluminación incluyen aplicaciones de iluminación orientadas a la decoración y al entretenimiento (por ejemplo, luces para árboles de Navidad, luces de exposición, iluminación de parques temáticos, iluminación de salas recreativas de videojuegos y otros juegos, etc.) . Mediante control por ordenador, una o más de tales hileras de iluminación proporcionan una variedad de efectos de iluminación complejos de cambio de color y temporal. En muchas implementaciones, se comunican datos de iluminación a uno o más nodos de una hilera de iluminación dada de una manera en serie, según una variedad de diferentes esquemas de procesamiento y transmisión de datos, mientras que se proporciona potencia en paralelo a unidades de iluminación respectivas de la hilera (por ejemplo, a partir de una fuente de alta tensión rectificada, en algunos casos con una tensión ondulada sustancial) . En otras implementaciones, se acoplan unidades de iluminación individuales de una hilera de iluminación entre sí mediante una variedad de diferentes configuraciones de conducción para proporcionar un fácil acoplamiento y disposición de múltiples unidades de iluminación que constituyen la hilera de iluminación. Además, con frecuencia se fabrican unidades de iluminación basadas en LED pequeñas que pueden disponerse en una configuración de hilera de iluminación como circuitos integrados que incluyen conjunto de circuitos de procesamiento de datos y conjunto de circuitos de control para fuentes de luz de LED, y un nodo dado de la hilera de iluminación puede incluir uno o más circuitos integrados empaquetados con LED para un acoplamiento conveniente a un conducto para conectar múltiples nodos.

Por tanto, el enfoque dado a conocer en la patente ’891 proporciona una solución de control de múltiples colores,

baja tensión, flexible, para hileras de iluminación basadas en LED que minimiza el número de componentes en los nodos de LED. En vista del éxito comercial de este enfoque, la industria de la iluminación desea hileras más largas con más nodos para aplicaciones complejas.

El documento US6570505 da a conocer una lámpara de diodos emisores de luz con un circuito de cambio de impedancia que indica fallos. El circuito comprende una sección de circuito derivado que incluye un elemento de baja impedancia y una serie conectable de dispositivos de conmutación controlables, y una sección de circuito de detector que comprende medios para detectar el apagado de la lámpara de LED y medios para cerrar el conmutador en respuesta al mismo.

Sumario El solicitante ha reconocido y apreciado que con frecuencia resulta útil considerar la conexión de múltiples unidades de iluminación o fuentes de luz, así como otros tipos de cargas, para recibir potencia de funcionamiento en serie en vez de en paralelo. Una interconexión en serie de múltiples cargas puede permitir usar tensiones superiores para proporcionar potencia de funcionamiento a las cargas, y también puede permitir el funcionamiento de múltiples cargas sin requerir un transformador entre una fuente de potencia (por ejemplo, una toma de pared o tensión de línea tal como 120 VCA o 240 VCA) y las cargas (es decir, pueden hacerse funcionar múltiples cargas conectadas en serie “directamente” a partir de una tensión de línea) .

Por consiguiente, la presente invención se refiere de manera general a métodos y a aparatos para facilitar una conexión en serie de múltiples cargas para extraer potencia de funcionamiento de una fuente de potencia. Las realizaciones de la invención dadas a conocer en el presente documento se refieren a configuraciones, modificaciones y mejoras que dan como resultado características corriente-tensión (I- V) alteradas asociadas con las cargas.... [Seguir leyendo]

1. Aparato (500) , que comprende: al menos una carga (520) que tiene una característica corriente-tensión variable o no lineal; y un circuito (510) convertidor acoplado a la al menos una carga (520) ;

en el que, cuando el aparato (500) extrae potencia de una fuente de potencia, el aparato (500) tiene una tensión en los bornes (VT) y transporta una corriente en los bornes (IT) que es proporcional a la tensión en los bornes (VT) ;

en el que el circuito (510) convertidor comprende una fuente de corriente variable a través de la cual fluye una tercera corriente (ICS) , tercera corriente (ICS) que es proporcional a la tensión en los bornes (VT) ; y

en el que la fuente de corriente variable comprende una trayectoria de corriente a través de la cual está conectada la carga (520) , en el que la trayectoria de corriente transporta una corriente de equilibrio (IB) que se añade a una segunda corriente (IL) transportada por la carga (520) para llegar a la tercera corriente (ICS) ;

mediante lo cual el aparato (500) le parece a la fuente de potencia que tiene una característica corrientetensión sustancialmente lineal a lo largo de al menos algún intervalo de funcionamiento y la corriente en los bornes (IT) transportada por el aparato (500) es independiente de la segunda corriente (IL) transportada por la carga (520) .

2. Aparato (500) según la reivindicación 1, en el que el circuito (510) convertidor está configurado de tal manera que el aparato (500) tiene una resistencia efectiva de entre aproximadamente 0, 1 (VT/IT) y 10, 0 (VT/IT) al menos en un punto de funcionamiento nominal VT = Vnom en el al menos algún intervalo de funcionamiento.

3. Aparato (500) según la reivindicación 2, en el que el circuito (510) convertidor está configurado de tal manera que la resistencia efectiva es de entre aproximadamente 1, 0 (VT/IT) y 4, 0 (VT/IT) en el punto de funcionamiento nominal.

4. Aparato (500) según la reivindicación 2, en el que el punto de funcionamiento nominal es de aproximadamente 5 voltios.

5. Aparato (500) según la reivindicación 4, en el que el al menos algún intervalo de funcionamiento incluye tensiones en los bornes en un intervalo de desde aproximadamente 4, 5 voltios hasta 9 voltios.

6. Aparato (500) según la reivindicación 2, en el que el punto de funcionamiento nominal es de aproximadamente 24 voltios.

7. Aparato (500) según la reivindicación 6, en el que el al menos algún intervalo de funcionamiento incluye tensiones en los bornes en un intervalo de desde aproximadamente 21 voltios hasta 30 voltios.

8. Aparato (500) según la reivindicación 1, en el que la fuente de corriente variable incluye al menos un amplificador (U50) operacional.

9. Aparato (500) según la reivindicación 1, en el que la fuente de corriente variable incluye al menos un espejo de corriente.

10. Aparato (500) según la reivindicación 1, en el que el circuito convertidor comprende además un regulador de tensión para proporcionar una tensión de funcionamiento para la al menos una carga (520) .

11. Aparato (500) según la reivindicación 10, en el que el regulador de tensión comprende un diodo (D1) Zener.

12. Aparato (500) según la reivindicación 1, en el que el circuito (510) convertidor comprende además al menos una de una fuente de corriente fija y una fuente de tensión fija acoplada a la fuente de corriente variable.

13. Aparato (500) según la reivindicación 1, en el que la al menos una carga (520) comprende al menos una unidad de iluminación basada en LED, y en el que la al menos una unidad de iluminación basada en LED comprende: al menos un primer LED para generar primera radiación que tiene un primer espectro; y al menos un segundo LED para generar segunda radiación que tiene un segundo espectro diferente del primer espectro.

14. Método, que comprende:

hacer que un aparato (500) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 extraiga potencia de una fuente de potencia;

variar la segunda corriente (IL) transportada por la carga (520) a una tensión en los bornes (VT) dada del aparato (500) ; y

a medida que varía la segunda corriente (IL) , variar la corriente de equilibrio (IB) transportada por la trayectoria de corriente, de tal manera que la tercera corriente (ICS) que fluye a través de la fuente de corriente variable permanece proporcional a la tensión en los bornes (VT) ;

mediante lo cual el aparato (500) le parece a la fuente de potencia que tiene una característica corriente10 tensión sustancialmente lineal a lo largo de al menos algún intervalo de funcionamiento.