Dispositivo y procedimiento de activación de LED.

Un dispositivo para proporcionar corriente eléctrica a al menos un diodo de emisión de luz (LED) (100;

200) a través de un convertidor de potencia en modo conmutado, que comprende:

al menos un circuito integrado (CI) (34; 134);

un conmutador electrónico (28; 128) configurable para presentar un periodo de tiempo de conmutación;

un convertidor de analógico a digital (ADC) (26; 126), estando configurado el ADC (26; 126) para obtener una entrada de tensión digitalizada;

un comparador de tensiones (30; 130), estando configurado el comparador de tensiones (30; 130) para obtener un tiempo de descarga de un elemento inductivo (L1, 123) del convertidor de potencia en modo conmutado en cada periodo de tiempo;

caracterizado porque

el al menos un CI (34; 134) es un CI programable que usa un lenguaje de descripción de hardware, en el que en funcionamiento, dicho CI programable (34; 134) está programado para obtener la entrada de tensión digitalizada (26), el tiempo de descarga del elemento inductivo (L1, 123), la corriente eléctrica deseada (IOUT), una constante de referencia (K) y el periodo de tiempo de conmutación del conmutador electrónico (28; 128) como entradas y después para calcular un tiempo de activación (TON) del conmutador electrónico (28; 128) en cada periodo de tiempo de conmutación, de manera que el tiempo de activación (TON) del conmutador electrónico (28; 128) regula la corriente eléctrica que fluye hacia el al menos un LED (100; 200).

Dispositivo y procedimiento de activación de LED.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento de activación de diodos de emisión de luz 5 (LED) mediante una configuración de fuente de alimentación en modo conmutado. La invención es particularmente adecuada para el diseño de un controlador de corriente de LED y se describirá en este contexto.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El siguiente análisis de los antecedentes de la invención pretende facilitar el entendimiento de la presente invención. Sin embargo, debe apreciarse que el análisis no reconoce o admite que el contenido al que se hace referencia se haya publicado, sea conocido o forme parte del conocimiento general común en cualquier jurisdicción en la fecha de prioridad de la solicitud.

Los diodos de emisión de luz (LED) son activados normalmente mediante circuitos controladores para satisfacer uno o más objetivos. Puesto que los LED son sensibles a fluctuaciones de corriente y de tensión, uno de los objetivos más importantes de los circuitos controladores de LED es proporcionar la corriente apropiada para activar los LED con variaciones de carga o de tensión de alimentación.

Se han desarrollado controladores basados en modulación por anchura de impulsos (PWM) para proporcionar a los LED una corriente apropiada con variaciones de carga/tensión de alimentación. La mayoría de controladores PWM son controladores basados en el modo conmutado, que requieren el uso de conmutadores electrónicos, tales como MOSFET, como un medio para regular la entrada de corriente en los LED.

La Fig. 1 ilustra un controlador LED reductor/elevador típico usado en una aplicación de CA aislada. El sistema de circuitos de control de corriente está basado en un controlador PWM analógico, que incluye el uso de resistencias de realimentación de corriente 13, acopladores ópticos 14 y condensadores polarizados 12. El sistema de circuitos de control de corriente incluye además un controlador PWM analógico 15.

El circuito controlador basado en PWM tiene varias desventajas, las cuales se enumeran a continuación:

! Puesto que las resistencias de realimentación de corriente 13 están en la trayectoria de corriente del MOSFET de alimentación y los LED, disipan una gran cantidad de energía eléctrica. Esta pérdida de energía eléctrica se debe a que las resistencia de realimentación 13 consumen energía eléctrica (que se disipa como calor) , lo que no genera un funcionamiento útil. Además, tales resistencias de realimentación 13 son, normalmente, resistencias de gran disipación que generan una gran cantidad de calor y que requieren generalmente un diseño de cobre más grueso cuando se implementan en una placa de circuito impreso (PCI) . Esto aumenta el coste global de la implementación.

! La vida útil de los condensadores polarizados 12 es normalmente mucho más corta que la vida útil de los LED. Cuando uno o más condensadores polarizados 12 dejan de funcionar, producen cortocircuitos que pueden provocar además un mal funcionamiento en el sistema de circuitos de control. Este mal

funcionamiento puede acortar la vida útil de los LED debido a un efecto de mal funcionamiento en cascada.

! Los condensadores polarizados 12 introducen además diferencias de fase en el circuito, lo que reduce el factor de potencia y la eficacia global y útil de la potencia eléctrica.

! Los acopladores ópticos 14 son componentes eléctricos normalmente caros que aumentarán el coste 40 global de la implementación del controlador de LED.

Además de las desventajas anteriores, el solicitante sostiene que los controladores PWM genéricos (ya sean analógicos o digitales) funcionan conforme a bandas de frecuencias fijas/estrechas y esto no garantiza que el controlador funcione en un modo discontinuo cuando cambie la frecuencia de funcionamiento.

Por tanto, un objeto de la invención es superar, o al menos solventar en parte, uno o más de los problemas 45 mencionados anteriormente.

El documento KR100954123B da a conocer un dispositivo de suministro de energía que controla la iluminación de una lámpara de LED según un entorno circundante modificando una tensión de entrada de CA. Más en particular, el dispositivo comprende un convertidor que proporciona la tensión de entrada de CA a la lámpara de LED a través de un elemento de conmutación. Para controlar constantemente la iluminación de la lámpara de LED

independientemente de la variación de la tensión de entrada de CA, se proporciona una unidad de realimentación de corriente de salida. En caso de que el valor de corriente de salida medido de la unidad de realimentación de corriente de salida supere un valor de referencia, un circuito integrado PFC (corrección de factor de potencia) controla las conmutaciones del elemento de conmutación para ajustar el factor de potencia del convertidor.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

A lo largo de este documento, a no ser que se indique lo contrario, debe considerarse que las expresiones “comprender”, “consistir en” y similares, son inclusivas y no exhaustivas. Según un primer aspecto de la presente invención se proporciona un dispositivo según la reivindicación 1. Preferentemente, el al menos un CI es un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) . Preferentemente, el tiempo de activación del conmutador electrónico se calcula según la siguiente fórmula:

donde TON es el tiempo de activación del conmutador electrónico, IOUT es la corriente eléctrica deseada, T es el periodo de tiempo de conmutación del conmutador electrónico, K es el valor constante de referencia, TOFF es el tiempo de descarga del elemento inductivo de la potencia en modo conmutado y VIN es la entrada de tensión digitalizada.

Preferentemente, en una configuración de retorno de corriente alterna (CA) aislada que presenta el elemento inductivo como un transformador que aísla el al menos un LED en el extremo secundario del transformador, la constante de referencia K se calcula según la siguiente fórmula:

donde L1 es el valor de inductancia del devanado primario de un transformador y L2 es el valor de inductancia del devanado secundario del transformador. Preferentemente, el transformador es un transformador plano.

Como alternativa, para una configuración de retorno de corriente continua (CC) no aislada, el valor constante de referencia K se calcula según la siguiente fórmula:

donde L3 es el valor de inductancia del elemento inductivo en la configuración de retorno.

Preferentemente, el valor de TON se actualiza en cada periodo de tiempo comparando un valor A con un valor B; las fórmulas de A y B son, respectivamente:

donde TCALC es el instante de tiempo, después del tiempo de descarga del elemento inductivo, en que se calcula la fórmula, y el periodo de tiempo de conmutación del conmutador electrónico es la suma de TON, TOFF y TCALC, de manera que cuando el valor de A es mayor que B, el valor de TON disminuye en un número predeterminado de ciclos de reloj; cuando el valor de A es menor que B, el valor de TON aumenta en el número predeterminado de ciclos de reloj; y cuando el valor de A es igual a B, no se produce ningún cambio en TON.

Preferentemente, el dispositivo está configurado para ajustar la corriente eléctrica en función de la temperatura mediante un termistor situado en la unión de cada LED; el dispositivo está configurado además para actualizar la salida de corriente eléctrica actualizando el número predeterminado de ciclos de reloj.

Preferentemente, el conmutador electrónico es un transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET) y, en funcionamiento, el MOSFET está configurado para funcionar en un modo discontinuo.

Preferentemente, el ADC, el comparador de tensiones y el oscilador están integrados en el CI.

Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento (reivindicación 13) que proporciona corriente eléctrica a al menos un diodo de emisión de luz (LED) a través de un convertidor de potencia en modo conmutado, que comprende las etapas de:

(i) obtener (a) una entrada de tensión digitalizada; (b) un periodo de tiempo de conmutación de un conmutador electrónico; (c) un tiempo de descarga de un elemento inductivo del convertidor de potencia en modo conmutado; (d) el valor deseado de la corriente eléctrica; y (e) una referencia digital como entradas;

(ii) calcular un tiempo de activación del conmutador electrónico en cada periodo de tiempo de conmutación;

(iii) regular la corriente eléctrica que fluye hacia el al menos un LED en... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo para proporcionar corriente eléctrica a al menos un diodo de emisión de luz (LED) (100; 200) a través de un convertidor de potencia en modo conmutado, que comprende:

al menos un circuito integrado (CI) (34; 134) ; un conmutador electrónico (28; 128) configurable para presentar un periodo de tiempo de conmutación; un convertidor de analógico a digital (ADC) (26; 126) , estando configurado el ADC (26; 126) para obtener una entrada de tensión digitalizada; un comparador de tensiones (30; 130) , estando configurado el comparador de tensiones (30; 130) para obtener un tiempo de descarga de un elemento inductivo (L1, 123) del convertidor de potencia en modo conmutado en cada periodo de tiempo;

caracterizado porque

el al menos un CI (34; 134) es un CI programable que usa un lenguaje de descripción de hardware, en el que en funcionamiento, dicho CI programable (34; 134) está programado para obtener la entrada de tensión digitalizada (26) , el tiempo de descarga del elemento inductivo (L1, 123) , la corriente eléctrica deseada (IOUT) , una constante de referencia (K) y el periodo de tiempo de conmutación del conmutador electrónico (28; 128) como entradas y después para calcular un tiempo de activación (TON) del conmutador electrónico (28; 128) en cada periodo de tiempo de conmutación, de manera que el tiempo de activación (TON) del conmutador electrónico (28; 128) regula la corriente eléctrica que fluye hacia el al menos un LED (100; 200) .

2. Un dispositivo según la reivindicación 1, en el que el al menos un CI programable (34; 134) es un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) .

3. Un dispositivo según la reivindicación 2, en el que el tiempo de activación del conmutador electrónico (28; 128) se calcula según la siguiente fórmula:

donde TON es el tiempo de activación del conmutador electrónico (28; 128) , IOUT es la corriente eléctrica deseada, T es el periodo de tiempo de conmutación del conmutador electrónico (28; 128) , K es la constante de referencia, TOFF es el tiempo de descarga del elemento inductivo del convertidor de potencia en modo conmutado y VIN es la entrada de tensión digitalizada.

4. Un dispositivo según la reivindicación 3, en el que para una configuración de retorno de corriente alterna (CA) aislada que presenta el elemento inductivo como un transformador (23) que aísla el al menos un LED (100) en el extremo secundario del transformador (23) , la constante de referencia K se calcula según la siguiente fórmula:

donde L1 es el valor de inductancia del devanado primario del transformador (23) y L2 es el valor de inductancia del devanado secundario del transformador (23) .

5. Un dispositivo según la reivindicación 4, en el que el transformador (23) es un transformador plano.

6. Un dispositivo según la reivindicación 3, en el que para una configuración de retorno de corriente continua (CC) no aislada, la constante de referencia K se calcula según la siguiente fórmula:

donde L3 es el valor de inductancia del elemento inductivo (123) en la configuración de retorno.

7. Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que el valor de TON se actualiza en cada periodo de tiempo en función de la comparación de un valor A con un valor B; las fórmulas de A y B son, respectivamente:

donde TCALC es el instante de tiempo, después del tiempo de descarga del elemento inductivo, en que se calcula la fórmula, y el periodo de tiempo de conmutación del conmutador electrónico (28; 128) es la suma de TON, TOFF y TCALC,

de manera que cuando el valor de A es mayor que B, el valor de TON disminuye en un número predeterminado de ciclos de reloj; cuando el valor de A es menor que B, el valor de TON aumenta en el número predeterminado de ciclos de reloj; y cuando el valor de A es igual a B, no se produce ningún cambio en TON.

8. Un dispositivo según la reivindicación 7, en el que el dispositivo está configurado para ajustar la corriente eléctrica en función de la temperatura mediante un termistor situado en la unión de cada LED (100; 200) ; estando configurado además el dispositivo para actualizar la salida de corriente eléctrica actualizando el número predeterminado de ciclos de reloj.

9. Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conmutador electrónico (28; 128) es un transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET) y, en funcionamiento, el MOSFET está configurado para funcionar en modo discontinuo.

10. Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un oscilador electrónico (36; 136) , en el que el ADC (26; 126) , el comparador de tensiones (30; 130) y el oscilador (36; 136) están integrados en el CI programable.

11. Un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resolución mínima del ADC (26; 126) es de 8 bits.

12. Un dispositivo según la reivindicación 4 o 6, en el que el valor de TOFF está configurado para compararse con un valor de referencia de cortocircuito de manera que, durante el funcionamiento, el valor de TOFF es menor que el valor de referencia de cortocircuito cuando se produce un cortocircuito.

13. Un procedimiento para proporcionar corriente eléctrica a al menos un diodo de emisión de luz (LED) (100; 200) a través de un convertidor de potencia en modo conmutado, que comprende las etapas de:

(i) obtener (a) una entrada de tensión digitalizada (26) ; (b) un periodo de tiempo de conmutación de un conmutador electrónico (28; 128) ; (c) un tiempo de descarga de un elemento inductivo (L1, 123) del convertidor de potencia en modo conmutado; (d) el valor deseado de la corriente eléctrica (IOUT) ; y (e) una constante de referencia digital (K) como entradas;

(ii) calcular un tiempo de activación (TON) del conmutador electrónico (28; 128) en cada periodo de tiempo de conmutación; y

(iii) regular la corriente eléctrica que fluye hacia el al menos un LED (100; 200) en cada periodo de tiempo de conmutación en función del tiempo de activación (TON) del conmutador electrónico (28; 128) ; y

(iv) repetir las etapas (i) a (iii) en cada periodo de tiempo de conmutación.

14. Un procedimiento según la reivindicación 13, en el que el tiempo de activación TON del conmutador electrónico (28; 128) se calcula según la siguiente fórmula:

donde IOUT es la corriente eléctrica deseada, T es el periodo de tiempo de conmutación del conmutador electrónico (28; 128) , K es una constante de referencia, TOFF es el tiempo de desactivación del conmutador electrónico (28; 128) en cada periodo de tiempo de conmutación y VIN es la entrada de tensión digitalizada.

15. Un procedimiento según la reivindicación 14, para una entrada de fuente de corriente alterna (CA) aislada que presenta un transformador (23) que aísla el al menos un LED (100) en el extremo secundario del transformador (23) , en el que la constante de referencia K se calcula según la siguiente fórmula:

donde L1 es el valor de inductancia del devanado primario del transformador (23) y L2 es el valor de inductancia del

devanado secundario del transformador (23) .

16. Un procedimiento según la reivindicación 14, para una configuración de retorno de corriente continua (CC) no aislada, en el que la constante de referencia K se calcula según la siguiente fórmula:

donde L3 es el valor de inductancia de un elemento inductivo (123) en la configuración de retorno.

17. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el que el valor de TON se actualiza en cada periodo de conmutación en función de la comparación de un valor A con un valor B; las fórmulas de A y B son, respectivamente:

donde TCALC es el instante de tiempo, después del tiempo de descarga del elemento inductivo, en que se calcula la fórmula, y el periodo de tiempo de conmutación del conmutador electrónico (28; 128) es la suma de TON, TOFF y TCALC,

de manera que cuando el valor de A es mayor que B, el valor de TON disminuye en un número predeterminado de 15 ciclos de reloj; cuando el valor de A es menor que B, el valor de TON aumenta en el número predeterminado de ciclos de reloj; y cuando el valor de A es igual a B, no se produce ningún cambio en TON.

18. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, en el que la resolución mínima de la entrada de tensión digitalizada es de 8 bits.

19. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el que el valor de TOFF se compara 20 con un valor de referencia de cortocircuito y cuando TOFF es menor que el valor de referencia de cortocircuito indica que se ha producido un cortocircuito.