Aparato y método para controlar el color y la temperatura de color de la luz generada por una luminaria controlada digitalmente.

Aparato para controlar la temperatura de color o el color de la luz emitida desde una red de elementos emisores de luz,

comprendiendo dicho aparato:

a) una fuente (40) de alimentación acoplada operativamente a elementos (411, 412, 413) emisores de luz primarios y uno o más elementos (431, 432, 433) emisores de luz secundarios, siendo la fuente de alimentación para proporcionar corriente a los mismos, emitiendo dichos elementos emisores de luz primarios luz de un color particular cuando se activan y emitiendo cada uno del uno o más elementos (431, 432, 433) emisores de luz secundarios luz de otro color cuando se activan;

b) un trayecto primario para que la corriente fluya selectivamente, incluyendo dicho trayecto primario los elementos (411, 412, 413) emisores de luz primarios;

c) uno o más trayectos secundarios para que la corriente fluya selectivamente, incluyendo cada uno de dicho uno o más trayectos secundarios uno o más elementos (431, 432, 433) emisores de luz secundarios; y

d) una pluralidad de medios (421, 422, 423, 441, 442, 443) de control en los que uno o más medios de control están dispuestos en cada uno del trayecto primario y el uno o más trayectos secundarios, estando dispuestos los medios de control para dirigir la corriente a través de uno o más del trayecto primario y el uno o más trayectos secundarios;

en el que la luz emitida se mezcla para generar una temperatura de color o un color de luz deseado;

caracterizado porque: dichos medios de control están dispuestos para dirigir una parte principal de dicha corriente a través de dicho trayecto primario mientras que se redirige selectivamente una pequeña cantidad de dicha corriente a través de dicho uno o más trayectos secundarios, de manera que la temperatura de color o el color de luz puede cambiarse mientras que se mantiene sustancialmente constante la corriente proporcionada por la fuente (40) de alimentación.

Aparato y método para controlar el color y la temperatura de color de la luz generada por una luminaria controlada digitalmente.

Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de la iluminación y, más específicamente, a un sistema y a un método para controlar el color o la temperatura de color de la luz emitida desde una red de elementos emisores de luz tales como diodos emisores de luz (LED) .

Antecedentes Los avances recientes en el desarrollo de diodos emisores de luz de semiconductores y orgánicos (LED y OLED) han hecho que estos dispositivos de estado sólido sean adecuados para su uso en aplicaciones de iluminación general, incluyendo iluminación arquitectónica, para entretenimiento y para autopistas, por ejemplo. Como tal, estos dispositivos están volviéndose cada vez más competitivos con fuentes de luz tales como lámparas incandescentes, fluorescentes y de descarga de alta intensidad.

Una propiedad usada para caracterizar una fuente de luz es la temperatura de color correlacionada (CCT) y hay varios métodos de control de la CCT de una fuente de luz de tipo LED. Por ejemplo, la patente estadounidense n.º

6.411.046 da a conocer el cálculo de la temperatura de color de la luz emitida por una luminaria con una red de LED multicolor con al menos un LED de cada uno de una pluralidad de colores. La temperatura de color se calcula basándose en temperaturas ambientales y valores preestablecidos y se acciona cada conjunto de LED de colores para producir una temperatura de color deseada. La patente estadounidense n.º 6.495.964 describe un método para controlar la temperatura de color de luz blanca a través de una realimentación óptica. Se comparan las potencias luminosas medidas con las potencias deseadas y cada color de LED se acciona en consecuencia para alcanzar la emisión deseada. Este método de accionamiento ilustrado en la figura 1, incluye un convertidor de retorno de CC a CC junto con un inductor y condensador de filtrado. Esta configuración puede ser un método de accionamiento eficaz, sin embargo implica un gran número de piezas por LED.

La solicitud de patente estadounidense n.º 2004/0036418, que proporciona la base para la parte del preámbulo de las reivindicaciones independientes, también da a conocer un método de accionamiento en el que se usa un convertidor de CC a CC para variar la corriente a través de varios trayectos de LED. Se implementa un sensor y conmutador de corriente para proporcionar realimentación y control para limitar la corriente a niveles definidos tal como se ilustra en la figura 2. Este método puede considerarse similar a un convertidor reductor convencional y proporciona una manera eficaz para controlar la corriente a través de una cadena de LED dada. Sin embargo, este método de accionamiento no proporciona un control de accionamiento eficaz cuando se emplean múltiples trayectos de LED para facilitar el control del color. Cuando se usan dos trayectos de LED con tensiones directas diferentes, se usan conmutadores laterales como dispositivos de limitación de corriente. La función de limitar la corriente usando transistores como resistencias variables puede dar como resultado grandes pérdidas que disminuyen la eficiencia global del circuito.

Además, pueden usarse técnicas de derivación para proporcionar un flujo de corriente variable a través de los LED. Por ejemplo, si cambia la tensión directa a lo largo de un LED dentro de una cadena de LED, entonces la tensión directa total a lo largo de la cadena cambiará en la tensión directa a lo largo de ese LED específico. La conmutación requiere de esta manera grandes inductores para suavizar los grandes cambios en la tensión directa y el flujo de corriente. En la ausencia de grandes inductores, se producirán pérdidas de potencia de magnitud significativa en la alimentación o en el conjunto de circuitos de accionamiento. Los métodos de accionamiento que requieren grandes componentes debido a una fuerte conmutación, que induce grandes pérdidas de potencia en la alimentación o el conjunto de circuitos de activación, no se prestan además a la miniaturización debido al tamaño de estos componentes.

Además, las fuentes de luz que usan un recubrimiento de fósforo para producir luz visible son normalmente muy sensibles a cambios en su temperatura de la unión. Los cambios en esta temperatura de la unión pueden provocar desplazamientos en la longitud de onda central de la luz azul, por ejemplo. Desafortunadamente, los espectros de excitación de los fósforos están configurados normalmente de manera que las longitudes de onda de excitación pico no coinciden con la longitud de onda central emitida por el LED, y por tanto sólo desplazamientos menores en los espectros de emisión de LED pueden provocar cambios significativos en la eficiencia de conversión de los fósforos. Esta configuración puede producir cambios significativos en la CCT de los LED recubiertos con fósforo a medida que se atenúan o a medida que cambia la temperatura ambiental. Por tanto, estos dispositivos requieren métodos adicionales para controlar sus CCT. Por ejemplo, la publicación de solicitud de patente internacional n.º WO 03/024269 da a conocer un método de uso de LED de color ámbar en combinación con LED recubiertos de fósforo “de color blanco cálido” (baja CCT) y “de color blanco frío” (alta CCT) para cambiar de manera dinámica la CCT de la luz blanca que generan. Sin embargo, este método se limita a ajustar la temperatura de color de LED de color blanco recubiertos de fósforo.

Además, cuando aumenta la temperatura de la unión de los LED disminuye el flujo luminoso relativo tal como se ilustra en la figura 3 (ficha técnica DS25 del emisor Luxeon™) . Si los LED se accionan a su potencia nominal y disminuye la potencia luminosa de un color específico en el espectro, es posible que deba accionarse ese color de LED más fuerte para compensar esta disminución. La corriente aumentada da como resultado más calor, lo que puede conducir a un efecto de avalancha y daño permanente a los LED.

Por tanto, existe la necesidad de un aparato y un método de control del color y la temperatura de color de la luz producida por una fuente de luz controlada digitalmente sin pérdidas de potencia significativas así como circuitos que tienen un pequeño recuento de piezas que puede potenciar adicionalmente la eficiencia del circuito mientras que se mantiene un bajo coste del sistema global.

Esta información sobre antecedentes se proporciona con el fin de hacer que se conozca información que el solicitante cree que es de posible relevancia para la presente invención. No se pretende realizar necesariamente ninguna admisión, ni debe interpretarse que ninguna información anterior constituye técnica anterior con respecto a la presente invención.

El documento WO2004/100612 A1 da a conocer un circuito de accionador de LED que emplea una fuente de alimentación para proporcionar potencia a una frecuencia de conversión de potencia a una célula de LED de conmutación. La célula de LED de conmutación conmuta entre un modo radiante, en el que la célula de LED de conmutación controla un flujo de una corriente de LED desde la fuente de alimentación a través de uno o más LED para irradiar un color de luz desde los LED, y un modo deshabilitado en el que la célula de LED de conmutación impide el flujo de la corriente de LED desde la fuente de alimentación a través de los LED.

Sumario de la invención Un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato y un método para controlar el color y la temperatura de color de la luz generada por una luminaria controlada digitalmente. Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para controlar la temperatura de color o el color de la luz emitida desde una red de elementos emisores de luz, comprendiendo dicho aparato: una fuente de alimentación acoplada operativamente a elementos emisores de luz primarios y uno o más elementos emisores de luz secundarios, siendo la fuente de alimentación para proporcionar corriente a los mismos, emitiendo dichos elementos emisores de luz primarios luz de un color particular cuando se activan y emitiendo cada uno del uno o más elementos emisores de luz secundarios luz de otro color cuando se activan; un trayecto primario para que la corriente fluya selectivamente, incluyendo dicho trayecto primario los elementos emisores de luz primarios; uno o más trayectos secundarios para que la corriente fluya selectivamente, incluyendo cada uno de dicho uno o más trayectos secundarios uno o más elementos emisores de luz secundarios y una pluralidad de medios de control, en el que uno o más medios de control están dispuestos en cada uno del trayecto primario y... [Seguir leyendo]

1. Aparato para controlar la temperatura de color o el color de la luz emitida desde una red de elementos emisores de luz, comprendiendo dicho aparato:

a) una fuente (40) de alimentación acoplada operativamente a elementos (411, 412, 413) emisores de luz primarios y uno o más elementos (431, 432, 433) emisores de luz secundarios, siendo la fuente de alimentación para proporcionar corriente a los mismos, emitiendo dichos elementos emisores de luz primarios luz de un color particular cuando se activan y emitiendo cada uno del uno o más elementos (431, 432, 433) emisores de luz secundarios luz de otro color cuando se activan;

b) un trayecto primario para que la corriente fluya selectivamente, incluyendo dicho trayecto primario los elementos (411, 412, 413) emisores de luz primarios;

c) uno o más trayectos secundarios para que la corriente fluya selectivamente, incluyendo cada uno de dicho uno o más trayectos secundarios uno o más elementos (431, 432, 433) emisores de luz secundarios; y

d) una pluralidad de medios (421, 422, 423, 441, 442, 443) de control en los que uno o más medios de control están dispuestos en cada uno del trayecto primario y el uno o más trayectos secundarios, estando dispuestos los medios de control para dirigir la corriente a través de uno o más del trayecto primario y el uno o más trayectos secundarios;

en el que la luz emitida se mezcla para generar una temperatura de color o un color de luz deseado;

caracterizado porque: dichos medios de control están dispuestos para dirigir una parte principal de dicha corriente a través de dicho trayecto primario mientras que se redirige selectivamente una pequeña cantidad de dicha corriente a través de dicho uno o más trayectos secundarios, de manera que la temperatura de color o el color de luz puede cambiarse mientras que se mantiene sustancialmente constante la corriente proporcionada por la fuente (40) de alimentación.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicho trayecto primario comprende una secuencia de partes de trayecto primario, estando cada una dotada de un medio de control respectivo, en el que cada parte de trayecto primario está dispuesta en paralelo con un trayecto secundario respectivo, estando cada uno dotado de un medio de control respectivo.

3. Aparato según la reivindicación 1, en el que el trayecto primario comprende una pluralidad de elementos emisores de luz que producen luz blanca.

4. Aparato según la reivindicación 1, en el que el trayecto primario comprende uno o más elementos emisores de luz roja, uno o más elementos emisores de luz verde y uno o más elementos emisores de luz azul.

5. Aparato según la reivindicación 1 en el que hay tres o más trayectos secundarios, en el que un primer trayecto secundario comprende uno o más elementos emisores de luz roja, un segundo trayecto secundario comprende uno o más elementos emisores de luz verde y un tercer trayecto secundario comprende uno o más elementos emisores de luz azul.

6. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además un medio (45, 46) de suavizado acoplado operativamente al trayecto primario y uno o más trayectos secundarios, siendo dicho medio (45, 46) de suavizado para suavizar uno o más transitorios de conmutación.

7. Aparato según la reivindicación 6, en el que el medio de suavizado es un inductor (45) .

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que el medio de suavizado comprende además una resistencia (46) .

9. Aparato según la reivindicación 8, en el que el medio de suavizado comprende además un diodo (47) de circulación libre configurado como trayecto de retorno entre un lado inferior y un lado superior de los elementos emisores de luz primarios y secundarios.

10. Aparato según la reivindicación 1, en el que la caída de tensión a lo largo de cada uno del trayecto primario y el uno o más trayectos secundarios es aproximadamente igual.

11. Aparato según la reivindicación 1, en el que los medios de control se controlan digitalmente usando una o más formas de onda de conmutación, teniendo cada forma de onda de conmutación una fase.

12. Aparato según la reivindicación 1, en el que la corriente se conmuta entre el trayecto primario y el uno o más trayectos secundarios a una frecuencia por encima de 60 Hz.

13. Aparato según la reivindicación 1, en el que la corriente se conmuta entre el trayecto primario y el uno o más trayectos secundarios a una frecuencia por encima de 100 Hz.

14. Aparato según la reivindicación 1, en el que el flujo de corriente a través del trayecto primario es directamente proporcional a un ciclo de trabajo para el trayecto primario y el flujo de corriente a través de cada uno del uno o más trayectos secundarios es directamente proporcional a un ciclo de trabajo para cada uno del uno o más trayectos secundarios, de manera que la suma de los ciclos de trabajo para el trayecto primario y el uno o más trayectos secundarios asciende aproximadamente al 100%.

15. Método para controlar la temperatura de color o el color de la luz emitida desde una red de elementos emisores de luz, comprendiendo dicho método las etapas de:

a) generar una corriente para la activación de uno o más de los elementos (411, 412, 413) emisores de luz primarios y uno o más elementos (431, 432, 433) emisores de luz secundarios, emitiendo los elementos (411, 412, 413) emisores de luz primarios luz de un color particular cuando se activan y emitiendo cada uno del uno o más elementos (431, 432, 433) emisores de luz secundarios luz de otro color particular cuando se activan;

b) dirigir selectivamente la corriente a través de un trayecto primario o uno o más trayectos secundarios usando una pluralidad de medios de control, activando selectivamente de ese modo uno o más elementos emisores de luz primarios y/o elementos emisores de luz secundarios, incluyendo dicho trayecto primario elementos (411, 412, 413) emisores de luz primarios e incluyendo cada uno del uno o más trayectos secundarios uno o más elementos (431, 432, 433) emisores de luz secundarios;

c) mezclar la luz para generar una temperatura de color o un color de luz deseado; caracterizado porque:

dicha etapa de dirigir selectivamente la corriente comprende dirigir una parte principal de dicha corriente a través de dicho trayecto primario mientras se redirige selectivamente una pequeña cantidad de dicha corriente a través de dicho uno o más trayectos secundarios, de manera que la temperatura de color o el color de luz puede cambiarse mientras que se mantiene sustancialmente constante la corriente proporcionada por la fuente (40) de alimentación.