BR112013010672A2

BR112013010672A2 - dispositivo de acionamento para o acionamento de uma carga, emparticular uma unidade led, método de acionamento e equipamento luminoso

Info

Publication number: BR112013010672A2
Application number: BR112013010672-7A
Authority: BR
Inventors: Toni Lopez; Reinhold Elferich
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics N.V
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2020-10-06
Also published as: JP5890429B2; ES2688073T3; JP6185618B2; US20130221865A1; EP2636282B1; EP2636282A1; WO2012059853A1; US9526135B2; CN103190200B; JP2016129146A; RU2613524C2; CN103190200A; RU2013125456A; JP2013545239A

Abstract

DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO PARA O ACIONAMENTO DE UMA CARGA, EM PARTICULAR UMA UNIDADE LED, MÉTODO DE ACIONAMENTO E EQUIPAMENTO LUMINOSO A presente invenção refere-se a um dispositivo de acionamento (50a-50e) e um correspondente método de acionamento para o acionamento de uma carga (22), em particular uma unidade LED, compreendendo uma unidade de entrada de energia (52) para o recebimento de uma tensão de entrada (V20) a partir de uma fonte externa de energia e para prover uma tensão de fornecimento retificada (V52), uma unidade de conversão de energia (54) para a conversão da dita tensão de fornecimento (V52) em um corrente de carga (I54) para a energização da carga (22), um capacitor de carga (56) para armazenar uma carga e energizar a carga (22) quando é retirada energia insuficiente para a energização da carga (22) e/ou a unidade de conversão de energia (54) da dita fonte externa de energia (20) em um dado tempo, e uma unidade de controle (58) para o controle do carregamento do dito capacitor de carga (56) pela dita tensão de fornecimeto (V52) em uma tensão de capacitor (V56) que possa ser substancialmente maior que a tensão de pico (V52) da dita tensão de fornecimento e para a energização da carga (22).

Description

DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO PARA O ACIONAMENTO DE UMA CARGA, EM PARTICULAR UMA UNIDADE LED, MÉTODO DE ACIONAMENTO E EQUIPAMENTO LUMINOSO

CAMPO DA INVENÇÃO 5 A presente invenção se refere a um dispositivo de acionamento e a um correspondente método de acionamento para o acionarnento de uma carga, em particular uma unidade LED que cornpreende um ou mais LEDS. Além disso, a presente invenção se_refere a aparelhos de iluminação.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO - No campo dos acionadores de LED para aplicações off-line como lâmpadas para retrofit, estão sendo pesquisadas soluções para trazer alta eficiência, alta densidade de energia, longo período de vida útil, alto fator de energia e baixo custo, entre outras características relevantes. Apesar de praticamente todas as soluções existentes comprorneterem uma ou outra exigência, é essencial que os circuitos propostos de acionamento condicionem adequadamente as formas principais de energia com a forma exigida pelos LEDs, mantendo a conformidãde com os atuais e futuros regulamentos de entrada de energia. É de crítica importância garantir uma máxirna oscilação luminosa perceptível ao mesmo tempo em que o fator de energia seja mantído acima de um determinado Iirnite.

A WO 2010/027254 Al revela um aplicativo de iluminação que compreende um conjunto led que compreende uma conexão em série de duas ou mais unidades LED, cada unidade LED compreendendo urn ou mais leds, e cada unidade LED sendo dotada de um comutador controlável para substancialrnente causar curto-circuito à unidade LED. O aplicativo para iluminação ainda compreende uma unidade de controle para o controle de uma unidade de acionamento e montado para receber um sinal que representa um nível de tensão da tensão de fornecimento, e que controla os comutadores de acordo com o

- sinal. Alérn disso, é provido um acionador LED que permite a operação de um dimmer à base de TRIAC sob uma corrente de retenção ideal e um acionador LED que compreende um buffer comutável, por exemplo, um capacitor.

5 SUMÁRIO DA INVENÇÃO Trata-se de um objetivo da presente invenção prover um dispositivo de acionamento e um método correspondente de acionamento para o acionarnento de uma carga, em particular de 0 uma unidade LED que compreende um ou mais LEDs,

W 10 particularmente proporcionando um alto fator de energia, pequeno tarnanho, alta eficiência, longa vida útil e baixo custo. Além disso, trata-se de um objetivo da presente invenção prover os correspondentes aparelhos de iluminação. De acordo com um aspecto da presente invenção, é 15 provido um dispositivo de acionamento que compreendm - uma unidade de entrada de energia para o recebirnento de uma tensão de entrada a partir de uma fonte externa de energia e para prover uma tensão de fornecimento retíficada, 20 - uma unidade de conversão de energia para a conversão da dita tensão de fornecimento em uma corrente de .

fornecimento para a energização da carga, - um capacitor de carga para armazenar uma carga e * fazer a energização da carga quando ê obtida energia 3 25 insuficiente para a energização da carga e/ou da unidade de conversão de energia da fonte de energia em um dado tempo, e - uma unidade de controle para o controle do carregamento do dito capacitor de carga pela dita tensão de / fornecimento em urna tensão de capacitor que possa ser 30 substancialmente maior que a tensão de pico da dita tensão de fíornecimento e para a energização da carga. De acordo com outro aspecto da presente invenção, é provido um método correspondente de acionamento.

3 /20

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, são providos aparelhos de iluminação que compreendem um conjunto luminoso compreendendo uma ou mais unidades de iluminação, em particular uma unidade LED que

5 compreende um ou mais LEDs, e o dispositivo de acionamento para o acionamento do dito conjunto luminoso como indicado de acordo com a presente invenção.

As realizações preferidas da invenção são definidas nas reivindicações dependentes.

Deve ser entendido que o método reivindicado tem realizações preferidas similares e/ou idênticas às do dispositivo reivindicado e como definidas nas reivindicações dependentes.

A presente invenção se baseia na ideia de prover uma unidade de controle pela qual, entre outros, seja controlado cj carregamento do capacitor de carga, de preferência de maneira ativa.

Assim, o capacitor de carga pode ser carregado no nível desejado de rnaneira controlada, em particular, controlando a velocidade, a forma e/ou o grau do carregamento daquele capacitor de carga de maneira a rnelhorar a eficiência de conversão e o fator de energia.

O carregamento pode ser particularmente controlado de maneira que o capacitor de carga seja carregado em um nível de tensão que possa ser substancialrnente maior que a tensão de pico da tensão de fornecimento.

Alêm disso, a energização da carga pode ser controlada de maneira que a energia armazenada no capacitor seja fornecida à carga somente quando necessário para evitar uma oscilação perceptível, em particular, quando pouca ou nenhuma energia seja retirada da fonte de energia para acionar a carga em um dado tempo (por exemplo, quando não puder ser retirada nenhuma, ou mesmo pouca energia, de uma tensão de entrada provida como entrada para a unidade de entrada de energia). De preferência, a energia armazenada no capacitor de carga pode ser explorada de forma mais efetiva

4 /20 de acordo com a presente invenção, que dá a vantagem de a capacitância do capacitor de carga poder ser dimensionado de forma muito menor quando comparado à do capacitor de carga usado nos dispositivos conhecidos de acionamento.

5 A tensão de fornecimento é geralmente uma tensão de fornecimento periódica retificada provida por uma unidade de entrada de energia. No caso de ser provida uma tensão de entrada CA como tensão de entrada para a unidade de entrada e de energia, por exemplo, de uma entrada de tensão de entrada, , h 10 é preferivelmente usada uma unidade retificadora na unidade de entrada de energia para a retificação de uma tensão de entrada CA fornecida, por exemplo, uma tensão de entrada, na tensão de fornecimento periódica retificada. Essa unidade retificadora pode, por exemplo, compreender um retificador 15 geralmente conhecido de meía ponte ou de ponte total. Assim, a tensão de fornecimento tem a mesma polaridade para qualquer polaridade da tensão de entrada CA. Alternativamente, por exemplo, se essa tensão de fornecimento periódica retificada já for provida na entrada 20 da unidade de entrada de energia, por exemplo, por um retificador (representando a dita fonte de tensão externa) provida em outro local, a unidade de entrada de energia simplesmente compreende terminais de entrada e, caso + necessário, outros elementos como, por exemplo, um

A 25 amplificador. Em uma realização, a dita unidade de controle é conectada em série ao dito capacitor de carga, em particular entre o capacitor de carga e um nodo entre a unidade de entrada de energia e a unidade de cónversão de energia ou 30 entre o capacitor de carga e a carga. Essas realizações são de simples implementação e proporcionam as funções desejadas. Em uma realização particularmente vantajosa, a dita unidade de controle está conectada entre o dito capacitor de

' " 5/20 carga e um nodo entre a dita unidade de entrada de energia e a dita unidade de conversão de energia, a dita unidade de controle compreendendo: - uma unidade de controle de carregamento conectada 5 à dita unidade de fornecimento de energia para o controle do carregamento do dito capacitor de carga pela dita tensão de fornecimento em uma tensão de capacitor que possa ser substancialmente rnaior que a tensão de pico da dita tensão de e fornecimento, . 10 - urn comutador conectado em paralelo à dita unidade de controle de carregamento para a conexão comutável do dito capacitor de carga a um nodo entre a dita unidade de entrada de energia e a dita unidade de conversão de energia para fornecer a energia armazenada no dito capacitor de carga para 15 a unidade de conversão de energia e a carga, e - uma unidade de controle de comutação para o controle do dito comutador.

Quando o comutador está aberto, a energia (preferivelmente baixa energia) é retirada da unidade de 20 entrada de energia (ou, mais precisamente, de qualquer fonte externa de energia, por exemplo, uma fonte principal de entrada de energia conectada à unidade de entrada de energia) para o carregamento do capacitor de carga, considerando que,

F quando o comutador é fechacío, a energia do capacitor de carga . 25 é enviada para a unidade de conversão de energia e, assim, para a carga. A unidade de controle de carregamento pode, de preferência, ser um circuito ativo corno um conversor auxiliar. Permite o controle da energia no capacitor de carga de maneira que o fator de energia da fonte principal de 30 energia possa ser alto e a capacitância do capacitor de carga possa ser baixa.

Em uma realização, a unidade de controle de comutação está adaptada para o controle do dito cornutador L- — —

para a conexão do dito capacitor de carga a urna dita unidade de conversão de energia para a energização da dita carga quando a magnitude da tensão de fornecimento (.e da tensão principal-) cai abaixo de um limite de comutação e para 5 desligar o dito capacitor de carga da dita unidade de conversão de energia quando a tensão de capacitor cair abaixo do dito limite de comutação. De preferência, o dito limite de comutação corresponde a urna tensão pouco maior (por exemplo, 1-10% maior) que a tensão aplicada à carga, de preferência nos casos em que a unidade de conversão de energia compreenda um conver"or abaixador. Entretanto, em outras realizações, pode também ser usado um limite de comutação predeterminado para essa finalidade. Assim, somente durante períodos de tempo relativamente curtos o comutador é ligado para conectar o capacitor de carga à dita carga (indiretamente peía unidade de conversão de energia), e durante o dito curto período de ternpo pode ser usada uma parte significativa da energia armazenada no capacitor de carga para a energização da carga, isto é, a tensão no capacitor de carga pode cair de um alto nível (maior que a tensão de pico da tensão de fornecimento de energia) para um nível muito baixo, em particular, o limite de comutação e/ou a tensão aplicada à carga.

Em outra realização, a unidade de controle está conectada à saída da unidade de conversão de energia. Nessa realização, a unidade de controle compreende uma unidade de controle de carregamento conectada à dita saída da unidade de conversão de energia para o controle do carregamento do dito capacitor de carga por uma tensão de carga aplicada à dita carga em uma tensão de capacitor que possa ser substancialmente maior que a tensão de carga, um comutador para a conexão comutável o dito capacitor de carga a um nodo entre a dita unidade de entrada de energia e a dita unidade de conversão de energia para fornecer a energia armazenada no dito capacitor de .carga para a unidade de conversão de energia, e uma unidade de controle de comutação para o controle do dito comutador.

Em ainda outra realização, a unidade de controle

5 está conectada à saída da unidade de conversão de energia, à dita unidade de controle que compreende uma unidade bidirecíonal de controle de carregamento para o carregamento do capacitor de carga por uma tensão de carga aplicada à dita carga em uma tensão de capacitor que possa ser substancialmente maior que a tensão de carga.

De preferência, a unidade de controle de carregamento compreende um conversor auxiliar bidirecional ou um conversor abaixador auxiliar bidirecional.

Quando, ern um dado ternpo, energia insuficiente é retirada da fonte de energia, a unidade de controle de carregamento, em virtude de sua característica bidirecional, faz c) bypass da energia armazenada do capacitor de carga diretamente para a carga.

Assim, existem várias realizações para o controle da energia de armazenagem do capacitor de carga.

Dependem da implementação desejada e do desejado hardware/software disponível ou para ser usado ern uma determinada realização para a provisão de uma determinada implementação do dispositivo de acionamento.

Como acima mencionado, o carregamento do capacitor de carga pode, de preferência, ser cont:rolado pela unidade de controle de carregamento.

Em particular, podem ser controlados vários parâmetros do processo de carregamento,

como a temporização, em particular, o tempo de início, o tempo de parada e a duração.

De preferência, a ternporização é controlada de maneira que o capacitor de carga seja (ativamente) carregado, geralmente em uma tensão que possa ser maior que a tensão de pico principal, durante um período de carregarnento onde a tensão de fornecimento esteja acima do

" """""" '" " "" 8/2'0 " " """ "" "' '"" " " " """""" " '""" " . -" m _ —----' --·| L'imi'te de carregamento. Em particular, é efetuado o carregamento durante os períodos de pico da tensão de fornecimento, e a unidade de controle de carregamento, por exemplo, o conversor auxiliar, trabalha sornente durante os 5 ditos curtos períodos de tempo, o que contribui para a obtenção de uma alta eficiência do acionador. Além disso, a velocidade, a forma e/ou o grau do carregamento do dito capacitor de carga podem, de preferência, ser controlados m .para melhorar o fator de energia e/ou otimizar o . 10 carregamento, de maneira que a operação normal do dispositivo de acionamento, em particular, a provisão de uma corrente de saída constante para a carga não seja afetada negativamente pelo dito carregamento do capacitor de carga.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS 15 Ficarão aparentes estes e outros aspectos da invenção e elucidados com referência à(s) rea1ização(ões) doravante descritas. Nos desenhos a seguir: A Fig. 1 mostra um diagrama esquemático de blocos ' de um conhecido dispositivo de acionamento de dois estágios, 20 A Fig. 2a mostra um diagrama esquemático de blocos de um conhecido dispositivo de acionamento de urn estágio com capacitor de armazenamento de entrada, A Fig. 2b mostra um diagrama esquemático de blocos ^ de um conhecido dispositivo de acionaniento de um estágio com . 25 capacitor de armazenamento de saída, A Fig. 3a_mos.tra um.diagrama esquemático de blocos de uma primeira realização de um dispositivo de acionamento de acordo com a presente invenção, a Fig. 3b mostra um diagrama esquemático de blocos 30 de uma segunda realização de um dispositivo de acionamento de acordo com a presente invenção, A Fig. 3c mostra um diagrama esquemático de blocos de urna terceira realização de um dispositivo de acionamento

— 9/20 de acordo corn a presente invenção, A Fig. 4a mostra um diagrama esquemático de blocos detalhado da primeira realização de um dispositivo de acionamento de acordo corn a presente invenção, 5 A Fig. 4b mostra um diagrama esquemático de blocos detalhado da segunda realização de um dispositivo de acionamento de acordo com a presente invenção, a Fig. 5 mostra um diagrama que ilustra formas de

Ã onda de tensão cía realização do dispositivo de acionamento . 10 mostrado na Fig. 4a, e A Fig. 6 mostra um diagrama que ilustra formas de onda de corrente da realização do dispositivo de acionamento mostrado na Fig. 4a.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO 1-5 É mostrada esquematicamente uma realização de um conhecido dispositivo de acionamento de dois estágios 10 na Fig. 1. O dito dispositivo de acionamento 10 compreende uma unidade retificadora 12, uma unidade de pré-condicionamento de primeíro estágio 14 conectada à saída da unidade 20 reti£ícadora 12, uma unidade de conversão de segundo estágio 16 conectada à saída da unidade de pré-condicionamento de primeiro estágio 14 e um capacitor de carga 18 conectado ao nodo 15 entre a dita unidade de pré-condicionamento de + primeíro estágio 14 e a dita unidade de conversão de segundo . 25 estágio 16. A unidade retificadora 12 de preferência compr-e-ende um retificador, corno um conhecido retificador de ponte total ou de meia ponte para a retificação de uma tensão CA de entrada V20 provida, por exemplo, de uma fonte de tensão principal externa 20, em uma tensão retificada V12. A 30 carga 22, nesta realização, uma unidade LED que compreende dois LEDS 23, está conectada à saída da unidade de conversão de segundo estágio 16, cujo sinal de saída, eui particular, de sua tensão de acionamento Vl6 e de sua corrente de

""" 10/20 acionamento I16, é usado para acionar a carga 22. A unidade de pré-condicionamento de primeiro estágio 14 pré-condiciona a tensão retificada V12 em uma tensão DC intermediária V14, e a unidade de conversão de 5 segundo estágio 16 conxrerte a dita tensão CC intermediária v14 na desejada tensão CC de acionamento da tensão V16. É provido o capacitor de carga 18 para armazenar uma carga, isto é, é carregado a partir da tensão CC intermediária V14,

W Eiltrando assim o sinal de baixa frequência da tensão . 10 retificada V12 para garantir um sinal de saída substancialmente constante da unidade de conversão de segundo estágio 16, em particular, urna corrente constante de acionamento 116 pela carga 22. Esses elementos 14, 16, 18 são geralmente conhecidos e amplamente usados nesses dispositivos 15 de acionamento 10 e, portanto, não serão descritos em maiores detalhes na presente. Em geral, o dispositivo de acionamento 10 está em conformidade com a demanda supramencionada de um alto fator de energia e baixa oscíj-ação à custa de maiores requisitos de 20 espaço e custo, que podem ser drasticamente limitados particularmente em aplicações de retrofit. O tarnanho da unidade de pré-condicionamento de primeiro estágio 14 pode ¶ ser principalmente determinado pelos componentes passivos associados, particularmente se compreenderem uma fonte de . 25 energia em rnodo comutado (SMPS), por exemplo, um conversor auxiliar, operando em urna baixa ou moderada frequência de comutação. Qualquer tentativa de aumento da frequêncía de comutação de maneira a reduzir q tamanho desses componentes de filtro pode produzir um rápido aumento de perdas de 30 energia no SMPS de comutação por fiação, resultando assirn na necessidade do uso de maiores dissipadores de calor.

As realizações dos conhecidos dispositivos de acionamento de estágio simples 30a, 30b são mostradas esquematicamente nas Fig. 2a e Fig. 2b, respectivamente. O dito dispositivo de acionamento 30 compreende uma unidade retificadora 32 (que pode ser idêntica à unidade retificadora 12 do dispositivo de acionamento de dois estágios 10 mostrado 5 na Fig. 1) e uma unidade de conversão 34 (por exemplo, conversor tipo flyback para a realização mostrada na Fig. 2b ou um conversor abaixador para a realização mostrada na Fig. 2a) conectada à saída da unidade retificadora 32. Além disso, .,na realização mostrada na Fig. 2a, um capacitor de carga 36a (representando urn capacitor de armazenamento de entrada de baixa frequência) está conectado ao nodo 33 entre a dita unidade retificadora 32 e a dita unidade de conversão 34. Na realização mostrada na Fig. 2b, o capacitor de carga 36b (representando um capacitor de armazenagem de saída de baixa frequência) está conectado ao nodo 35 entre a dita unidade de conversão 34 e a carga 22. A unidade retificadora retifica uma tensão de entrada CA V20 provida, por exemplo, por uma fonte de tensão principal externa (também denominada fonte de energia) 20, em uma tensão retificada V32. A tensão retificada V32 é convertida na tensão de acionamento CC desejada v34 para a energização da carga 22. Os capacitores de armazenagem 18 (na Fig. 1) e 36a, 36b (nas Figs. 2a, 2b) são principalmente providos para fi-ltrar o componente de baixa frequência da tensão retificada V12 de maneira a permitir uma corrente constante em uma carga- Portanto, esses capacitores são grandes, particularmente quando colocados em paralelo com a carga e quando essa carga é um LED. Os dispositivos de acionamento mostrados nas Figs.

1 e 2 são, por exemplo, descritos em Robert Erickson e Míchael Madigan, "Design of a simple high-power-factor rectifier based on the flyback converter", IEEE Proceedings of the Applied Power Electronics Conferences and Expositions,

"'"1Z/2"0"" 1990, pp. 792-801. Apesar de a maioria desses dispositivos de acionamento de estágio simples 30a, b indicarem um menor número de componentes de hardware quando comparados aos 5 dispositivos de acionamento de dois estágios, como mostrado exemplarmente na Fig. 1, estes geralmente não podem oferecer um alto fator de energia e urna oscilação mínimaperceptível simultaneamente devido às limitações ãe tamanho do capacitor g de carga, que deve filtrar o componente de baixa frequência 10 da tensão CA de entrada. Além disso, dispositivos de * acionamento de estágio sirnples podem comprometer de forma crítica o tamanho, o período de vida e a operação em temperatura máxima da carga (por exemplo, uma lâmpada) devido ao uso de grandes capacitores de armazenagem usados para 15 minimizar a oscilação perceptível.

Urna primeira realização de um dispositivo de acionamento 50a de acordo com a presente invenção é mostrado esquematicamente na Fig. 3a. Compreende a unidade de entrada de energia 52 (por exemplo, que cornpreende um retificador 20 convencional, como um retificador de ponte total ou de meia ponte como explicado acima, para a retificação de uma tensão CA de entrada fornecida V20, ou alternativamente que compreende somente terminais de entrada de energia no caso de ¶ ser provida uma tensão de entrada já retificada como entrada) 25 para a provisão de uma tensão de fornecimento periódica V52, ^ uma unidade de conversão de energia 54 (por exemplo, urn _ conversor ábaixador convencional) para a conversão da dita tensão de fornecimento V52 em uma corrente de carga 154 para a energização da carga 22 (tensão de carga V54), um capacitor 30 de carga 56 para armazenar uma carga e a energização da carga 22 quando nenhuma ou pouca energia da entrada de tensão 20 é retirada (por exemplo, no caso da magnitude da tensão de entrada / tensão de entrada V20 cair abaixo de um determinado

.- r """ 13/20 limite de comutação), e uma unidade de controle 58 (conectada ao nodo 60) para o controle do carregamento do dito capacitor de carga 56 pela dita tensão de fornecimento V52 em uma tensão de capacitor V56 que seja substancialmente maior que a 5 tensão de pico da dita tensão de fornecimento V52 e para a energização da carga 22.

Uma segunda realização de um dispositivo de acionamento 50b de acordo com a presente invenção é & esquematicamente mostrada na Fig. 3b. Quando comparada à & 10 primeira realização do dispositivo de acionamento 5oa, a unídade de controle 58 e o capacitor de carga 56 são conectados à saída 61 da unidade de conversão de energia 54.

Além disso, é provido um circuito de carregamento 59 conectado ao nodo 60 entre a unidade de entrada de energia 52 15 e a unidade de conversão de energia 54. Uma terceira realização de um dispositivo de acionamento 50C de acordo com a presente invenção é esquematicamente mostrada na Fig. 3c. Esta realização é substancialmente idêntica à realização do dispositivo de 20 acionamento 50b, isto é, a unidade de controle 58 e o capacitor de carga 56 são conectados à saída 61 da unidade de conversão de energia 54, mas não compreendem o circuito de controle 59. Nesta realização, a unidade de controle 58 pode

R compreender um conversor auxiliar abaixador ou um conversor n 25 bidirecional convencional- auxiliar. Como mostrado nas realizações exibidas nas Figs. 3a, 3b, 3c, a unidade de controle 58 de acordo com a presente invenção pode ser facilmente incorporada em acionadores de estágio simples que possam realizar as funções de conversão 30 de abaixamento ou elevação. O capacitor de carga 56 provê a energia necessária para a unidade de conversão de energia 54, de maneira a manter um fluxo constante de energia para a carga 22 durante os períodos em que pouca ou nenhuma energia

14/20 "" é aplicada a partir da fonte de tensão 20, por exemplo, ' quando a magnitude da tensão V20 for menor que a tensão de carga v54, caso a unidade de conversão de energia 54 incluir um conversor abaixador convencional (no caso de uma conversão 5 de abaixamento, a tensão de entrada deve ser maior ou igual à tensão de saída ou de carga para que ocorra a conversão de energia, considerando que no caso de um conversor auxiliar, o dito limite de comutação pode ser muito menor que a tensão de q .saída).

4 10 Comparado com os conhecidos dispositivos de acíonamento 10, 30 mostrados nas Figs. 1 e 2, o dispositivo de acionamento de acordo corn a presente invençáo incorpora a unidade de controle 58 que pode carregar de maneira controlável o capacitor de carga 56 em um determinado nível 15 de alta tensão, de maneira que possa ser minimizada a capacítância de carga necessária para evitar a oscilação , perceptível, melhorando assim o fator de energia, o tamanho e o tempo de vida. Portanto, a dita unidade de controle 58 auxilia a tensão de capacitor em um dado tempo e controla 20 parcialmente sua transferência de energia para a carga 22. De preferência, a unidade de controle 58 sornente opera durante breves períodos do ciclo principal, e assirn a eficiência da conversão pode ser alta. Caso adequadamente controlada, a

N unidade de controle 58 não exige grandes elementos de

P 25 armazenagem e, portanto, pode ser pequena. Assim, a solução proposta oferece um alto fator de energia, nenhuma oscilação perceptível, alta eficiência, tamanho reduzido e uma capacitância de filtro muito baixa do capacitor de carga 56 (e, portanto tamanho reduzido e longa vida útil).

30 a Fig. m ilustra esquematicamente uma realização de um dispositivo de acionamento 50d da presente invenção, giostrando uma irnplernentação mais detalhada do dispositivo de acionamento 50a mostrado na Fig. 3a. Os mesmos elementos são referenciados pelos mesmos numerais de referência usados na primeira realização ilustrada na Fig. 3. Nesta realização do dispositivo de acionamento 50d, a unidade de controle 58 está conectada entre o dito capacitor de carga 56 e o nodo 60 5 entre a dita unidade de entrada de energia 52 e a dita unidade de conversão de energia 54.

Nesta realização, o capacitor de carga 56 está conectado entre a unidade de entrada de energia 52 e a unidade de conversão de energia 54. A unidade de controle 58 está conectada em série ao capacitor de carga 56. A unidade de controle 58 compreende uma unidade de controle de carregamento 62 (por exemplo, um conversor auxiliar convencional) conectado à dita unidade de entrada de energia 52 para o controle do carregamento do dito capacitor de carga 56 pela dita tensão de fornecimento V52 em uma tensão de capacitor V56 que possa ser substancialmente maior que a tensão de pico da dita tensão de Eornecimento V52. A dita unidade de controle de carregamento 62 pode, por exemplo, compreender um conversor auxiliar. Além disso, a unidade de controle 58 compreende um comutador 64, em particular um comutador de baixa frequência (LF) 64, conectado em paralelo à dita unidade de controle de carregamento 62 para a conexão do dito capacitor de carga 56, assim como de sua desconexão do nodo 60 para a energização da carga 22 pela unidade de conversão de energia 54, e uma unidade de controle de comutação 66 para o controle do dito comutador 64.

A Fig. 4b ilustra esquematicamente uma realização de um dispositivo de acionamento 50e da presente invenção, mostrando uma implementação mais detalhada do dispositivo de acionamento 50b mostrado na Fig. 3b. Nesta realização, a uni-dade de controle de carregamento 62 está conectada entre a saída 61 da unidade de conversão de energia 54 e o capacitor de carga 56. Quando o comutador 64 é aberto, controlado pela

., unidade de controle de comutação 66, o capacitor de carga 56 é carregado pela tensão de saída da unidade de conversão de energia 54. Quando o comutador 64 é fechado, o capacitor de carga 56 provê sua energia pelo circuito de carregamento 59 5 para o nodo 60 para a provisão de energia para a unidade de conversão de energia 54. De acordo com as realizações mostradas nas Figs. 3b e 4b, a energia é retirada a partir do capacitor de carga da . unidade de convers-ão de energia, ao invés de ser diretamente . 10 principal / da fonte de energia de entrada corno no caso das realizações mostradas nas Figs. 3a, 4a. A vantagem dessas realizações é que a unidade de controle de carga 62 pode operar de forma rrtais eficiente em uma faixa mais ampla do ciclo principal, devido à taxa de conversão mais moderada 15 quando comparada à unidade de controle de carga 62 das realizações mostradas nas Figs. 3a, 4a.

A realização mostrada na Fig. 3c evita completamente o uso de um comutador e de seu controle de comutação usando uma unidade de controle de carga 20 bidirecíonal como unidade de controle 58. Essa unidade de controle de carga bidirecional pode transferir energia da unidade de conversão de energia 54 para o capacitor de carga 56 e do capacitor de carga 56 para a carga 22. Isto pode ser

A feito, por exemplo, por meio de um auxiliar bidirecional ou , 25 um auxiliar de abaixamento. A operação seria então igual à operação das demais realizações, exceto por não ser necessário nenhum comutador (LF). A vantagem da realização com relação às demais realizações é ser evitado o uso de um comutador LF e de seu controle associado. Além disso, a 30 unidade de controle de carga bidirecional pode compreender um conversor auxiliar de abaixamento, e consequentemente, a utilização da energia de capacitância pode ser maximizada, já que a tensão de capacitor pode agora cair abaixo da tensão de

17/20" r carga V54. Isso pode resultar em um capacitor de carga até menor com, portanto, maior tempo de vida, fator de energia e tamanho. A operação do dispositivo de acionamento 50d está 5 ilustrada nas formas de onda simuladas mostradas nas Figs. 5 e 6 para o caso em que a unidade de conversão de energia 54 seja um conversor abaixador síncrono. O comutador 64 permanece desligado enquanto a magnitude da tensão de entrada * V20 (isto é, a tensão de entrada) for maior que a tensão de

D 10 saída V54 do conversor 54. Enquanto essa condição for obedecida, a tensão de entrada V52 do conversor 54 será igual à magnitude da tensão de entrada V20. A unidade de controle de carregamento 62 é operável de maneira que a tensão V56 no capacitor de carga 56 deve ser 15 maior ou igual à tensão de entrada retíficada V52. A funcionalidade auxiliar da unidade de controle de carregamento 62 é somente operacional por um curto período Tc de tempo relativo ao período principal retificado 1 Tp. No exemplo ilustrado, a tensão V56 no capacitor de carga 56 é 20 incrementada em cerca de 50OV durante o tempo Tc em que a tensão principal retificada (europeia) V52 for maior que 290V. Quando o capacitor de carga 56 tiver sido carregado nesse nível, a tensão V56 no capacitor de carga 56 permanece q constante até que a tensão principal retificada V52 se 0 25 aproximar da tensão de saída V54. Nesse momento, o comutador 64 liga (fecha) e a tensão V56 no capacitor de carga 56 é impressa na entrada da unidade de conversão de energia 54. Nesse momento, inicia o período Tl (também denominado período de preenchimento de vale), durante o qual a carga do 30 capacitor de carga 56 é transferida para a unidade de conversão de energia 54 e para a carga 22. A capacitância necessária para preencher o vazio e garantir a aplicação constante de energia à carga 22 depende da energia de saída e

|- 18/20 da tensão auxiliar máxima no capacitor de carga 56. O tamanho do capacitor é projetado de maneira que, na condição de pior caso (isto é, carga pesada), a magnitude da tensão de entrada V20 alcança um valor maior que V56 um pouco antes de a tensão 5 V56 cair abaixo da tensão V54. Nesse momento, o comutador 64 deslíga, terminando assím o período Tl. No exemplo dado, podem ser providos os seguintes valores exemplares para os elementos usados. O capacitor de carga 56 pode ser tão baixo quanto 120nF enquanto mantém uma 0 10 potência constante de saída de 5W. O circuito de controle de carregamento pode compreender um conversor auxiliar convencional que empregue uma bobina de somente 50µH operando em 30OkHz. O conversor de Eront-end 54 analisado para acionar a carga LED 22 é um retificador síncrono que opera em uma 15 onda quase quadrada (isto é, ZVS), permitindo assim tanto a miniaturização dos componentes de filtro com alta eficiência.

O filtro de saída deste conversor pode compreender uma bobina de 200µH e um capacitor de 40onF (IOOV). A eficiência do conversor 54 e da unidade de controle de carregamento 58 é 20 estimada em 90%. A corrente principal 120 mostrada na Fig. 6 corresponde a um fator de energia de -90%.

Em uma realização, a unidade de controle de comutação controla o comutador para a conexão do dito

U capacitor de carga à dita unidade de conversão de energia ü 25 para a energização da dita carga quando a dita tensão de fornecimento V52 cair abaixo de um limite de corn'utação ST e para deslígar o dito capacitor de carga da dita unidade de conversão de energia quando a tensão de capacitor V56 cair abaixo do dito limíte de comutação ST. O limite de comutação 30 ST corresponde, por exemplo, à tensão de carga V54 aplicada à carga ou a uma tensão pouco maior (por exemplo, 1-10% maior) que a tensão de carga V54 aplicada à carga (como mostrado na Fig. 5). O limite de comutação pode, entretanto, também ser

—- . - . -. ^ ©"W 19/20 q um valor fixo predetermínado.

De preferência, a unidade de controle de carregamento 62 pode realizar controle ativo, em particular para o controle da temporização, em particular do tempo de 5 início, do tempo de parada e da duração do carregamento do dito capacitor de carga 56. Além disso, a unidade de controle de carregamento 62 está, de preferência, adaptada para o controle da temporização do carregamento do dito capacitor de

P carga 56, de maneira que o capacitor de carga 56 seja

W 10 carregado durante urn período de carregamento onde a tensão de fornecimento V52 esteja acima do limite de carregamento CT.

Assim, nesta realização, somente durante o tempo de pico Tc da tensão de fornecimento V52, é carregado o capacitor de carga 56. Em geral, a velocidade, a forma e/ou o grau do 15 carregamento do dito capacitor de carga 56 podem ser controlados pela unidade de controle 62. Assim, a invenção proposta oferece uma solução para um dispositivo de acionamento e método de acionamento para o acionamento de uma carga, solução que perrnite que a oscilação 20 perceptível seja eliminado com o uso de uma capacitância de filtro muito baixa, isto é, uma capacitância muito baixa do capacitor de carga. Assim, é efetivamente evitada a necessidade do uso de grandes capacitores que impactem & negativamente tanto a densidade de energía do acionador como q 25 o tempo de vida da carga, em particular de um conjunto luminoso que compr-eende uma unidade LED de um ou mais LEDs.

Como mencionado, a presente invenção está de preferência adaptada para acionar um cQnjunto luminoso, podendo geralmente ser usada para o acionamento de outros 30 tipos de carga, em particular de qualquer carga CC, como de um motor CC, LEDS orgânicos e outras cargas eletrônicas que devam ser adequadamente acionadas. Como consequência direta da baixa capacitância do

2!0/20 filtro de entrada, o fator de energia do dispositivo de acionamento cíe acordo com a presente invenção pode ser substancialmente ampliado. Além disso, a solução proposta pode exibir tanto um espaço reduzido como alta eficiência de 5 conversão, superando assim as limitações mencionadas dos conhecidos dispositivos de acionamento, em particular da maioria dos dispositivos de acionamento pré-condicionadores existentes. Portanto, o dispositivo de acionamento e método de acordo com a presente invenção combinam as vantagens das conhecidas soluções de estãgio simples e estágio duplo. Apesar de a invenção ter sido ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e na descrição acima, essa ilustração e descrição devem ser consideradas ilustratívas ou exemplares e não restritivas; a invenção não se limita às realizações reveladas. Podem ser entendidas e efetuadas outras variações das realizações reveladas pelos técnicos no assunto na prática da invenção reivindicada, a partir do estudo dos desenhos, da revelação e das reivindicações anexas. Nas reivindicações, a palavra "compreendendo" não exclui outros elementos ou etapas, e c) artigo indefinido "um" ou "uma" não exclui uma pluralidade. Um único elemento ou outra unidade pode realizar as funções de vários itens mencionados nas reivindicações. O simples fato que determinadas medidas sejam mencionadas em reivindicações dependentes rnutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não possa ser usada como vantagens.

Quaisquer dos sinais de referência nas reivindicações não deve ser entendido como limitador de seu escopo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (50a-50e) PARA O ACIONAMENTO DE UMA CARGA (22), EM PARTICULAR UMA UNIDADE LED, caracterizado por compreender um ou mais LEDs {23), o dito 5 dispositivo de acionamento compreendendm uma unidade de entrada de energia (52) para o recebimento de uma tensão de entrada (V20) a partir de uma fonte externa de energia e para prover uma tensão de fornecírnento retificada (V52), uma unidade de conversão de energia (54) para a conversão da dita tensão de fornecimento (V52) em uma corrente de carga (154) para a energização da carga (22), um capacitor de carga (56) para armazenar uma carga e energizar a carga (22) quando é obtida energia insuficiente para a energização da carga (22) e/ou da unidade de conversão de energia (54) da dita fonte externa de energia (20) em um dado tempo, e uma unidade de controle (58) para o controle do carregamento do dito capacitor de carga (56) pela dita tensão de fornecimento (V52) em uma tensão de capacitor (V56) que possa ser substancialmente maior que a tensão de pico (V52) da dita tensão de fornecimento e para a energização da carga (22).

2, DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (50a-50e), de acordo corrt a reivindicação 1, caracterizado em que a dita unidade de ,controle (58) é conectada em série ao dito capacitor de carga (56).

3. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (50d), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado em que a dita unidade de controle (58) está conectada entre o dito capacitor de carga (56) e um nodo (60) entre a dita unidade de entrada de energia (52) e a díta unidade de conversão de energia (54), a dita unidade de

..,- 2/5 . "' controle (58) compreende uma unidade de controle de carregamento (62) conectada à dita unidade de entrada de energia (52) para o controle do carregamento do dito capacitor de carga (56) pela 5 dita tensão cie fornecimento (V52) em uma tensão de capacitor (V56) que possa ser substancialmente maior que a tensão de pico da dita tensão de fornecimento (V52), um comutador (64) conectado erri paralelo à dita

0.

unidade de controle de carregamento (62) para a conexão , 10 comutável do dito capacitor de carga a um nodo (60) entre a díta unidade de entrada de energia (52) e a dita unidade de conversão de energia (54) para fornecer a energia armazenada no dito capacitor de carga para a unidade de conversão de energia (54), e 15 uma unidade de controle de comutação (66) para o controle do dito comutador (64).

4. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (50e), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado em que a dita unidade de controle 20 (58) estã conectada à saída da unidade de conversão de energia (54), a dita unidade de controle (58) caracterizada compreende uma unidade de controle de carregamento (62)

W conectada à dita saída da unidade de conversãQ de energia . 25 (54) para o controle do carregamento do dito capacitor de carga (56) por uma tensãçj de carga (V54) aplicada à dita carga (22) em uma tensão de capacitor (V56) que possa ser substancialmente maior que a tensão de carga (V54), um comutador (64) para a conexão comutãvel do dito 30 capacitor de carga (56) a um nodo (60) entre a dita unidade de entrada de energia (52) e a dita unidade de conversão de energia (54) para fornecer a energia armazenada no dito capacitor de carga (56) para a unidade de conversão de

-. - . -.

energia (54), e uma unidade de controle de comutação (66) para o controle do dito comutador (64).

5. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (50d, 50e), de acordo 5 com as reivindicações 3 ou 4, caracterizado em que a dita unidade de controle de comutação {66) está adaptada para o controle do dito comutador (64) para a conexão do dito capacitor de carga (56) a a unía dita unidade ã.e conversão de energia (54) para a 10 energização da dita carga (22) quando a dita tensão de fornecimento (V52) cai abaixo de 'urn limite de comutação (ST) e para desligar o dito capacitor de carga (56) da dita unidade de conversão de energia (22) quando a tensão do capacitor (V56) cair abaixo do dito limite de comutação (ST).

15

6. DISPOSITIVO DE ACTONAMENTO (50d, 50e), de acordo com as reivindícações 3 ou 4, caracterizado em que o dito limite de comutação (ST) corresponde à tensão de carga (V54) aplicada à carga (22) ou a uma tensão pouco maior que a tensão de carga (V54).

20

7. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (50c), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado em que a dita unidade de controle (58) está conectada à saída da unídade de conversão de e energia (54), a dita unidade de controle (58) compreende uma

W 25 unidade bi-direcional de controle de carregamento para o " carregamento do capacitor de carga (56) por uma tensão de carga (V54) aplicada à dita carga (22) em uma tensão de capacitor (V56) que possa ser substancialmente maior que a tensão de carga (V54).

30

8. DIsposITrvo DE ACIONAMENTO (50C, 50d, 50e), de acordo com as reivindicações 3, 4 ou 7, caracterizado em que a dita unidade de controle de carregamento (62) está adaptada para controlar a teinporização, em partícular, o tempo de início, o tempo de parada e a duração do carregamento do dito capacitor de carga (56).

9. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (50C, 50d, 50e), de 5 acordo com as reivindicações 3, 4 ou 7, caracterizado ern que a dita unidade de controle de carregamento (62) está adaptada para controlar a temporização do carregamento do dito capacitor de carga (56), de maneira que o capacitor de carga (56) seja carregado durante urn período de carregamento (T,) onde a tensão de fornecimento (V52) esteja acima do limite de carregamento (CT).

10. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (50C, 50d, 50e), de acordo com as reivindicações 3, 4 ou 7, caracterizado em que a dita unidade de controle de carregamento (62) está adaptada para controlar a velocidade, a forma e/ou o grau do carregamento do dito capacitor de carga.

11. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (50d, 50e), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado em que a dita unidade de controle de carregamento (62) compreende um conversor auxiliar.

12. DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO (50a-50e), de acordo corri a reivindicação 1, caracterizado em que a dita unidade de fornecimento de energia (52) compreende uma unidade retíficadora para a retificação de uma tensão de entrada CA fornecida (V20) em uma tensão cie abastecimento periõdico retificada (V52).

13. MÉTODO DE ACIONAMENTO, para o acionamento de uma carga (22), em particular uma unidade LED caracterizada por compreender um ou mais LEDS (23), o dito método de acionamento compreendendo as etapas de: receber uma tensão de entrada (V20) a partir de uma fonte externa de energia,

prover uma tensão de fornecimento retificada (V52), converter a dita tensão de fornecimento (V52) em uma corrente de carga (154) para a energização da carga (22), armazenar uma carga e energizar a carga (22) quando 5 é retirada energia insuficiente para a energização da carga (22) e/ou a unidade de conversão de energia (54) da dita fonte externa de energia (20) em um dado tempo, e controlar o carregamento do dito capacitor de carga

W (56) pela dita tensão de fornecirnento (V52) em uma tensão de

B 10 capacitor (V56) que possa ser substancialmente maior que a tensão de pico da dita tensão de fornecimento (V52) e para a energização da carga (22).

14. EQUIPAMENTO LUMINOSO, caracterizado por compreendem 15 um conjunto luminoso compreendendo urria ou mais unidades luminosas, em particular uma unidade LED compreendendo um Olj mais LEDS (23), e um dispositivo de acionamento (50a-50e) para o acíonamento do dito conjunto luminoso conforme definido em 20 qualquer uma das reivindicações l a 12.

B

P