BR112020004214B1 - LIGHTING CONTROL CIRCUIT, LIGHTING INSTALLATION AND METHOD - Google Patents
LIGHTING CONTROL CIRCUIT, LIGHTING INSTALLATION AND METHOD Download PDFInfo
- Publication number
- BR112020004214B1 BR112020004214B1 BR112020004214-5A BR112020004214A BR112020004214B1 BR 112020004214 B1 BR112020004214 B1 BR 112020004214B1 BR 112020004214 A BR112020004214 A BR 112020004214A BR 112020004214 B1 BR112020004214 B1 BR 112020004214B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- control circuit
- circuit
- current
- source
- rectifier
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 38
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 5
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 8
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000009420 retrofitting Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Abstract
A presente invenção descreve uma instalação de iluminação tendo uma lâmpada LED (19), normalmente consistindo em uma cadeia em série de LEDs individuais (18), que é fornecida por um retificador (20, 200). Um circuito de controle (23, 23 e C1) é interposto entre o retificador e a fonte CA que alimenta o retificador. São divulgados vários circuitos para filtragem, controle de fator de potência, operação multifásica e escurecimento, por exemplo, por comutação de fase. Em particular, o controle realizado pelo circuito de controle ocorre no lado CA do retificador. Também são divulgados o circuito de controle em si e um método para converter uma instalação de lâmpada de Descarga de Alta Intensidade (HID) em uma instalação de Diodo Emissor de Luz (LED). O circuito de controle pode assumir a forma de um indutor, um indutor e um capacitor em série, um indutor de derivação, um transformador de reatância de vazamento, um transformador de corrente constante, um autotransformador, um transformador de isolamento ou um transformador ferro-ressonante.The present invention describes a lighting installation having an LED lamp (19), typically consisting of a series chain of individual LEDs (18), which is supplied by a rectifier (20, 200). A control circuit (23, 23 and C1) is interposed between the rectifier and the AC source that feeds the rectifier. Various circuits are disclosed for filtering, power factor control, multiphase operation, and dimming, for example, by phase switching. In particular, the control carried out by the control circuit occurs on the AC side of the rectifier. Also disclosed are the control circuit itself and a method for converting a High Intensity Discharge (HID) lamp installation into a Light Emitting Diode (LED) installation. The control circuit may take the form of an inductor, an inductor and capacitor in series, a shunt inductor, a leakage reactance transformer, a constant current transformer, an autotransformer, an isolation transformer, or a ferromagnetic transformer. resonant.
Description
[0001]A presente invenção refere-se à iluminação e, em particular, à iluminação externa, tal como iluminação pública ou iluminação de estádio. A presente invenção também se refere à iluminação interna (como pé direito alto). Até agora, essa iluminação era fornecida por meio de lâmpadas de Descarga de Alta Intensidade (HID).[0001] The present invention relates to lighting and, in particular, to external lighting, such as public lighting or stadium lighting. The present invention also relates to internal lighting (such as high ceilings). Until now, this lighting has been provided using High Intensity Discharge (HID) lamps.
[0002]As lâmpadas HID são essencialmente dispositivos CA e têm uma característica de resistência negativa. Como uma consequência, a potência é fornecida por uma fonte de rede elétrica CA e um reator ou afogador é conectado em série com a lâmpada para evitar danos à lâmpada devido a correntes excessivas. Uma lâmpada HID típica, tal como um halogeneto metálico de 1000W, tem uma tensão de ignição de 750 V de pico, uma tensão de operação de 260V e uma corrente de operação de 4A, dando uma potência de lâmpada de aproximadamente 1000W e uma saída de luz de 100.000 lúmens.[0002] HID lamps are essentially AC devices and have a negative resistance characteristic. As a consequence, power is supplied by an AC mains source and a ballast or choke is connected in series with the lamp to prevent damage to the lamp due to excessive currents. A typical HID lamp, such as a 1000W metal halide, has an ignition voltage of 750V peak, an operating voltage of 260V and an operating current of 4A, giving a lamp power of approximately 1000W and an output of 100,000 lumen light.
[0003]Nos últimos anos, as lâmpadas com um ou mais diodos emissores de luz (LEDs) substituíram as lâmpadas de incandescência e as lâmpadas de descarga de baixa intensidade, tais como as lâmpadas fluorescentes. À medida que a capacidade de potência desses LEDs aumentou, os LEDs passaram a ser usados em iluminação externa, tal como iluminação pública e iluminação de estádios, onde são necessárias potências consideráveis (por exemplo, mais de 1 kW).[0003] In recent years, lamps with one or more light-emitting diodes (LEDs) have replaced incandescence lamps and low-intensity discharge lamps, such as fluorescent lamps. As the power capacity of these LEDs increased, LEDs began to be used in outdoor lighting, such as street lighting and stadium lighting, where considerable powers (e.g. more than 1 kW) are required.
[0004]Claramente, como a palavra "diodo" implica, os LEDs são dispositivos CC (ou corrente unidirecional). Além disso, um LED possui uma característica de resistência positiva (na qual a resistência varia com a corrente que flui através do LED). Como dispositivos DC, onde os LEDs são fornecidos pela rede elétrica CA, normalmente há um retificador com alguma descrição fornecida pela rede elétrica e os LEDs (junto com seus drivers ou circuitos de controle) são alimentados pela saída do retificador. Como consequência, os circuitos de controle CC para lâmpadas LED são completamente diferentes dos circuitos de controle CA para lâmpadas HID.[0004] Clearly, as the word "diode" implies, LEDs are DC (or unidirectional current) devices. Additionally, an LED has a positive resistance characteristic (in which the resistance varies with the current flowing through the LED). Like DC devices, where the LEDs are supplied by the AC mains, there is typically a rectifier of some description supplied by the mains, and the LEDs (along with their drivers or control circuits) are powered by the output of the rectifier. As a consequence, DC control circuits for LED lamps are completely different from AC control circuits for HID lamps.
[0005]Um exemplo de LED de alta potência tem uma tensão nominal de 6V e consome uma corrente nominal de 2.1A. No entanto, o LED pode ter uma corrente de até 4.8A. Um fixador de lâmpada LED pode normalmente incluir 24 desses LEDs conectados em série. Esse fixador de lâmpada LED tem uma tensão operacional de 150V e uma corrente operacional nominal de 2.1A, dando uma potência de lâmpada de aproximadamente 315W e uma saída de luz de 30.000 lúmens. Em alguns casos, os LEDs correspondentes são conectados em paralelo; nesse caso, a corrente total é compartilhada.[0005] An example of a high power LED has a nominal voltage of 6V and consumes a nominal current of 2.1A. However, the LED can have a current of up to 4.8A. An LED lamp fixture may typically include 24 such LEDs connected in series. This LED lamp fixture has an operating voltage of 150V and a rated operating current of 2.1A, giving a lamp power of approximately 315W and a light output of 30,000 lumens. In some cases, corresponding LEDs are connected in parallel; in this case, the total current is shared.
[0006]Outro exemplo de um LED de alta potência possui 36 LEDs em uma cadeia, tem uma tensão nominal de 225V, uma corrente nominal de 2.1A, uma voltagem nominal de 475W e uma saída de luz de 45.000 lúmens.[0006] Another example of a high power LED has 36 LEDs in a string, has a nominal voltage of 225V, a nominal current of 2.1A, a nominal voltage of 475W and a light output of 45,000 lumens.
[0007]Normalmente, um circuito de controle na forma de um driver eletrônico de algum tipo (seja um circuito de corrente constante e/ou um circuito de tensão constante) é necessário para manter a corrente do LED dentro de seus limites nominais. Este circuito de controle é conectado entre o retificador e os LEDs e, na sua forma mais simples, compreende um único resistor. Além disso, a saída do retificador pode ter uma ondulação inaceitável e, portanto, um filtro incluindo um ou mais capacitores pode ser conectado entre o retificador e o LED.[0007] Typically, a control circuit in the form of an electronic driver of some type (either a constant current circuit and/or a constant voltage circuit) is required to maintain the LED current within its rated limits. This control circuit is connected between the rectifier and the LEDs and, in its simplest form, comprises a single resistor. Furthermore, the output of the rectifier may have unacceptable ripple, and therefore a filter including one or more capacitors may be connected between the rectifier and the LED.
[0008]Onde alguma função de controle adicional, tal como escurecimento, é necessária, isso é realizado por um circuito de controle conectado entre o retificador e os LEDs. Por exemplo, a modulação por largura de pulso (PWM) é frequentemente usada para controlar o brilho dos LEDs. Assim, um circuito de controle na forma de um modulador PWM é conectado entre o retificador e os LEDs.[0008] Where some additional control function, such as dimming, is required, this is performed by a control circuit connected between the rectifier and the LEDs. For example, pulse width modulation (PWM) is often used to control the brightness of LEDs. Thus, a control circuit in the form of a PWM modulator is connected between the rectifier and the LEDs.
[0009]Um problema particular com a técnica anterior acima mencionada é que os drivers ou circuitos de controle normalmente incluem um ou mais capacitores eletrolíticos com altos níveis de capacitância. Isso tem a consequência de correntes transitórias iniciais muito altas na partida, uma vez que o (s) capacitor (es) requerem grandes quantidades de carga para atingir sua tensão operacional. As pesquisas de novidades da técnica anterior realizadas após a concepção da presente invenção divulgaram a Patente US No 9,497,811 (Schijffelen), que é ilustrativa desta técnica anterior. Todo o controle é realizado entre o retificador e a cadeia de LEDs.[0009] A particular problem with the aforementioned prior art is that the drivers or control circuits typically include one or more electrolytic capacitors with high levels of capacitance. This has the consequence of very high initial transient currents at start-up, since the capacitor(s) require large amounts of charge to reach their operating voltage. Prior art research carried out after the conception of the present invention disclosed US Patent No. 9,497,811 (Schijffelen), which is illustrative of this prior art. All control is carried out between the rectifier and the LED chain.
[0010]Além disso, os semicondutores de alta tensão são muito dispendiosos. Consequentemente, os projetistas são frequentemente forçados, por razões econômicas, a usar sistemas de múltiplos drivers incorporando baixa tensão e semicondutores mais econômicos. Os sistemas de múltiplos drivers significam mais fios de controle e mais complexidade, com uma chance maior de falha do circuito em serviço.[0010] Furthermore, high voltage semiconductors are very expensive. Consequently, designers are often forced, for economic reasons, to use multi-driver systems incorporating low voltage and more economical semiconductors. Multi-driver systems mean more control wires and more complexity, with a greater chance of circuit failure in service.
[0011] O documento US2005/0030192, por exemplo, divulga um sistema de fonte de alimentação para iluminação LED de aeródromo onde os LEDs são fornecidos com uma corrente DC modulada por largura de pulso que é controlada por um circuito de controle DC (reguladores de corrente de comutação 430A e 430B) para variar a intensidade dos LEDs. Um circuito CA incluindo um transformador ferro-ressonante 415 é usado para fornecer uma tensão CA a um retificador de onda completa 420. O transformador ferro-ressonante atua como uma fonte de alimentação para os reguladores de corrente de comutação. O capacitor ferro-ressonante 419 não transporta a corrente que flui através do circuito retificador e das fontes de luz LED 465A e 465B. A atividade ferro-ressonante ocorre independentemente de a corrente fluir através do retificador 420.[0011] Document US2005/0030192, for example, discloses a power supply system for LED aerodrome lighting where the LEDs are supplied with a pulse width modulated DC current that is controlled by a DC control circuit (regulators). switching current 430A and 430B) to vary the intensity of the LEDs. An AC circuit including a ferroresonant transformer 415 is used to supply an AC voltage to a full-wave rectifier 420. The ferroresonant transformer acts as a power supply for the switching current regulators. The 419 ferroresonant capacitor does not carry the current flowing through the rectifier circuit and the 465A and 465B LED light sources. Ferroresonant activity occurs regardless of whether current flows through rectifier 420.
[0012]O circuito da técnica anterior monitora a magnitude da corrente em um loop de corrente 405 e um processador de CPU 450 interpreta a corrente do loop e usa um algoritmo para alterar o ciclo de trabalho dos reguladores de corrente de comutação 430A e 430B para tornar a intensidade dos LEDs equivalente à intensidade de uma lâmpada incandescente conectada ao mesmo loop de corrente.[0012] The prior art circuit monitors the magnitude of current in a current loop 405 and a CPU processor 450 interprets the loop current and uses an algorithm to change the duty cycle of the switching current regulators 430A and 430B to make the intensity of the LEDs equivalent to the intensity of an incandescent lamp connected to the same current loop.
[0013]O arranjo de transformador ferro-ressonante 415-419 é um transformador de tensão constante com um circuito "tanque" convencional (418-419) e fornece uma tensão CA constante ao retificador 420. O retificador 420 e o capacitor de filtragem 425 fornecem uma tensão CC constante para os reguladores de corrente de comutação 430A e 430B. Os reguladores de corrente de comutação, e não o transformador ferro-ressonante (415), controlam a corrente para os LEDs.[0013] The ferroresonant transformer arrangement 415-419 is a constant voltage transformer with a conventional "tank" circuit (418-419) and supplies a constant AC voltage to the rectifier 420. The rectifier 420 and the filtering capacitor 425 provide a constant DC voltage for the 430A and 430B switching current regulators. The switching current regulators, not the ferroresonant transformer (415), control the current to the LEDs.
[0014]O Gênesis da presente invenção é um desejo de evitar tais problemas adotando um arranjo de controle alternativo para lâmpadas LED.[0014] The genesis of the present invention is a desire to avoid such problems by adopting an alternative control arrangement for LED lamps.
[0015]De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é divulgado um circuito de controle para uma unidade de lâmpada LED, o referido circuito compreendendo entradas CA para conexão a uma fonte de rede elétrica CA, um par de saídas de lâmpada para conexão à referida unidade de lâmpada LED e um circuito de retificação fornecido a partir das referidas entradas CA e fornecendo as referidas saídas de lâmpada, em que um circuito de controle é interposto entre as referidas entradas CA e o referido circuito de retificação.[0015] According to a first aspect of the present invention, there is disclosed a control circuit for an LED lamp unit, said circuit comprising AC inputs for connection to an AC mains source, a pair of lamp outputs for connection to said LED lamp unit and a rectification circuit supplied from said AC inputs and providing said lamp outputs, wherein a control circuit is interposed between said AC inputs and said rectification circuit.
[0016]De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é divulgada uma instalação de iluminação que compreende um fixador de lâmpada LED fornecido por um retificador, o referido retificador sendo fornecido por uma fonte de rede elétrica CA e um circuito de controle interposto entre o referido retificador e a referida fonte de rede elétrica CA.[0016] According to a second aspect of the present invention, there is disclosed a lighting installation comprising an LED lamp fixture supplied by a rectifier, said rectifier being supplied by an AC mains source and a control circuit interposed between said rectifier and said AC mains source.
[0017]De acordo com outro aspecto da presente invenção, é provido um método para converter uma instalação de lâmpada de Descarga de Alta Intensidade (HID) fornecida por uma fonte de rede elétrica CA e incluindo um acessório de lâmpada HID, um reator e um mecanismo de controle associado a uma instalação de lâmpada LED, incluindo um acessório de lâmpada LED e fornecido pela referida fonte, o referido método compreendendo as etapas de: substituir o referido acessório de lâmpada HID pelo referido acessório de lâmpada LED, substituir o reator e o mecanismo de controle associado por um retificador tendo uma entrada e uma saída, conectar a saída do referido retificador ao referido acessório de lâmpada LED, e interpor um circuito de controle entre a referida fonte de rede elétrica CA e a referida entrada do retificador.[0017] According to another aspect of the present invention, there is provided a method for converting a High Intensity Discharge (HID) lamp fixture supplied by an AC mains source and including a HID lamp fixture, a ballast and a control mechanism associated with an LED lamp fixture including an LED lamp fixture and provided by said source, said method comprising the steps of: replacing said HID lamp fixture with said LED lamp fixture, replacing the ballast and the control mechanism associated by a rectifier having an input and an output, connecting the output of said rectifier to said LED lamp fixture, and interposing a control circuit between said AC mains source and said input of the rectifier.
[0018]Uma vantagem particular do método acima é que ele permite o uso de cabeamento e caixas do mecanismo de controle existentes que foram usados anteriormente para a instalação de HID, resultando em um processo de conversão simples e econômico.[0018] A particular advantage of the above method is that it allows the use of existing cabling and control mechanism boxes that were previously used for HID installation, resulting in a simple and economical conversion process.
[0019]Várias formas de circuito de controle são divulgadas, assim como as variantes acima, onde a fonte de rede elétrica CA é uma fonte trifásica.[0019] Various forms of control circuit are disclosed, as well as the variants above, where the AC mains source is a three-phase source.
[0020]As modalidades preferidas da invenção serão agora descritas, apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos nos quais: A figura 1 é um circuito da técnica anterior que mostra um driver eletrônico para uma lâmpada LED, A figura 2 é um diagrama de circuito para operação de uma lâmpada LED utilizando um circuito de controle de indutor único de uma primeira modalidade e um capacitor de filtro opcional e capacitor de correção de fator de potência opcional, A figura 3 é uma modificação do diagrama de circuitos da figura 2 para melhorar seu controle de corrente, A figura 4 é um diagrama de circuito de uma terceira modalidade incorporando um transformador de reatância de alto vazamento, A figura 5 é um diagrama de circuito de uma quarta modalidade incorporando um transformador de corrente constante isolado, A figura 6 é um diagrama de circuito de uma quinta modalidade sendo uma combinação dos circuitos das figuras 2 e 3, A figura 7 é um diagrama de circuito trifásico de uma sexta modalidade, A figura 8 é uma modificação do diagrama de circuito da figura 7, A figura 9 é um diagrama de circuito de uma sétima modalidade incorporando uma função de escurecimento, A figura 10 é uma combinação dos circuitos das figura 7 e 9, A figura 11 é um diagrama de circuito de uma nona modalidade sendo uma versão trifásica do circuito da figura 3, A figura 12 é um diagrama de circuito de uma décima modalidade sendo uma versão trifásica do circuito da figura 4, A figura 13 é um diagrama de circuito de outra modalidade trifásica, A figura 14 é um diagrama de circuito de uma décima primeira modalidade incorporando um ferro-regulador no circuito de controle, A figura 15 é um diagrama de circuito de uma décima segunda modalidade sendo uma modificação trifásica do circuito da figura 14, A figura 16 é um diagrama de circuito de uma modalidade adicional sendo um circuito de retificação duplo monofásico, A figura 17 é um circuito monofásico adicional com indutor de derivação saturável, A figura 18 é um diagrama de circuito de outra modalidade sendo uma modificação trifásica do circuito da figura 17, As figuras 19 e 20 são modalidades monofásicas que incorporam um autotransformador, As figuras 19A e 20A ilustram variações que podem ser feitas nos circuitos das figuras 19 e 20, e feitas de maneira mais geral, As figuras 21 a 24 são circuitos monofásicos que incorporam um transformador isolado de alto vazamento com enrolamentos de saída dupla, A figura 25 é um circuito monofásico que incorpora um dobrador de tensão, A figura 26 é um circuito transformador de corrente constante monofásica com um enrolamento secundário único, e A figura 27 é outro circuito transformador de corrente constante monofásica com dois enrolamentos secundários.[0020] The preferred embodiments of the invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a prior art circuit showing an electronic driver for an LED lamp, Figure 2 is a circuit diagram for operating an LED lamp utilizing a single inductor control circuit of a first embodiment and an optional filter capacitor and optional power factor correction capacitor, Figure 3 is a modification of the circuit diagram of Figure 2 to improve its current control, Figure 4 is a circuit diagram of a third embodiment incorporating a high leakage reactance transformer, Figure 5 is a circuit diagram of a fourth embodiment incorporating an isolated constant current transformer, Figure 6 is a circuit diagram of a fifth embodiment being a combination of the circuits of figures 2 and 3, Figure 7 is a three-phase circuit diagram of a sixth embodiment, Figure 8 is a modification of the circuit diagram of Figure 7, A Figure 9 is a circuit diagram of a seventh embodiment incorporating a dimming function, Figure 10 is a combination of the circuits of Figures 7 and 9, Figure 11 is a circuit diagram of a ninth embodiment being a three-phase version of the circuit of Figure 3, Figure 12 is a circuit diagram of a tenth modality being a three-phase version of the circuit of Figure 4, Figure 13 is a circuit diagram of another three-phase modality, Figure 14 is a circuit diagram of an eleventh Figure 15 is a circuit diagram of a twelfth embodiment being a three-phase modification of the circuit of Figure 14. Figure 16 is a circuit diagram of a further embodiment being a control circuit. single-phase double rectification, Figure 17 is an additional single-phase circuit with saturable shunt inductor, Figure 18 is a circuit diagram of another embodiment being a three-phase modification of the circuit of Figure 17, Figures 19 and 20 are single-phase embodiments incorporating a autotransformer, Figures 19A and 20A illustrate variations that can be made to the circuits of Figures 19 and 20, and done more generally, Figures 21 to 24 are single-phase circuits incorporating an isolated high leakage transformer with dual output windings, Figure 25 is a single-phase circuit incorporating a voltage doubler, Figure 26 is a single-phase constant current transformer circuit with a single secondary winding, and Figure 27 is another single-phase constant current transformer circuit with two secondary windings.
[0021]Como visto na figura 1, um circuito de lâmpada LED da técnica anterior assume a forma de um transformador 11 fornecido por uma fonte de rede elétrica CA e um retificador em ponte de onda completa 20 que fornece a tensão DC necessária. O retificador 20 inclui quatro diodos regulares 21. A lâmpada LED 19 assume a forma de uma cadeia de diodos emissores de luz 18.[0021] As seen in Figure 1, a prior art LED lamp circuit takes the form of a transformer 11 supplied by an AC mains source and a full-wave bridge rectifier 20 that provides the required DC voltage. The rectifier 20 includes four regular diodes 21. The LED lamp 19 takes the form of a string of light-emitting diodes 18.
[0022]Para controlar a corrente da lâmpada com flutuações na tensão de rede elétrica, é provido um circuito de controle na forma dos resistores R1 e R2, um transistor Q1 e uma tensão controlada. A tensão controlada onde não é necessário escurecimento pode assumir a forma de um diodo Zener de polarização reversa. A tensão controlada é igual à tensão do emissor base do transistor Q1 e a tensão através do resistor R1. Como a tensão do emissor base não varia de maneira significativa com a corrente coletor-emissor fluindo através do transistor, isso significa que a tensão no resistor R1 é substancialmente constante. Isto, por sua vez, torna a corrente através da lâmpada 19 substancialmente constante.[0022] To control the lamp current with fluctuations in the mains voltage, a control circuit is provided in the form of resistors R1 and R2, a transistor Q1 and a controlled voltage. Controlled voltage where dimming is not required can take the form of a reverse biased Zener diode. The controlled voltage is equal to the base-emitter voltage of transistor Q1 and the voltage across resistor R1. Since the base-emitter voltage does not vary significantly with the collector-emitter current flowing through the transistor, this means that the voltage across resistor R1 is substantially constant. This, in turn, makes the current through the lamp 19 substantially constant.
[0023]Onde a lâmpada 19 deve ser escurecida, a própria tensão controlada é ajustável por um circuito de ajuste do dimmer adicional que permite que a tensão controlada seja ajustada. Como consequência, a lâmpada 19 e seus circuitos associados que estão posicionados no topo de um poste ou torre, são conectados ao restante do circuito por quatro fios.[0023] Where lamp 19 is to be dimmed, the controlled voltage itself is adjustable by an additional dimmer adjustment circuit that allows the controlled voltage to be adjusted. As a consequence, the lamp 19 and its associated circuits, which are positioned at the top of a pole or tower, are connected to the rest of the circuit by four wires.
[0024]Voltando agora à figura 2, a lâmpada 19 é como antes consistindo em uma sequência de diodos emissores de luz conectados em série 18. A lâmpada 19 é conectada diretamente a um retificador em ponte de onda completa (FWB) 20 composto por quatro diodos regulares 21 conectados na maneira tradicional para uma retificação de onda completa. O retificador 20 é fornecido por uma fonte de rede elétrica CA com um terminal ativo A e um terminal neutro N. Um indutor de núcleo de ferro 23 é interposto entre a fonte de rede elétrica e o retificador 20, de preferência no condutor ativo, como ilustrado. O indutor 23 opera como um circuito de controle. A corrente fornecida pelo retificador em ponte 20 à lâmpada LED 19 é mantida dentro dos limites superior e inferior de condução de corrente de LED pela impedância do indutor 23.[0024] Returning now to figure 2, the lamp 19 is as before consisting of a sequence of light-emitting diodes connected in series 18. The lamp 19 is connected directly to a full-wave bridge rectifier (FWB) 20 composed of four 21 regular diodes connected in the traditional way for a full-wave rectification. The rectifier 20 is supplied by an AC mains source with an active terminal A and a neutral terminal N. An iron core inductor 23 is interposed between the mains source and the rectifier 20, preferably in the active conductor, such as illustrated. Inductor 23 operates as a control circuit. The current supplied by the bridge rectifier 20 to the LED lamp 19 is maintained within the upper and lower limits of LED current conduction by the impedance of the inductor 23.
[0025]Além disso, o indutor 23 provê uma mudança de fase na corrente de rede elétrica, de modo que a corrente de rede elétrica seja contínua e essencialmente sinusoidal. Dois capacitores Ci e C27 são desenhados na figura 2 em linhas tracejadas para indicar que são opcionais e podem ser providos, se desejado. A função do capacitor C27 é suavizar a tensão de ondulação provida pelo retificador em ponte de onda completa 20. A função do capacitor Ci é melhorar o fator de potência da corrente de rede elétrica.[0025] Furthermore, inductor 23 provides a phase change in the mains current, so that the mains current is continuous and essentially sinusoidal. Two capacitors Ci and C27 are drawn in figure 2 in dashed lines to indicate that they are optional and can be provided if desired. The function of capacitor C27 is to smooth the ripple voltage provided by the full-wave bridge rectifier 20. The function of capacitor Ci is to improve the power factor of the mains current.
[0026]Será visto que, são necessários apenas dois fios para alimentar a lâmpada LED 19. Como consequência, a lâmpada 19 pode ser localizada no topo de um poste ou torre (não ilustrado) e o circuito operacional na forma do indutor 23 e o retificador 20 podem estar localizados na base do poste ou torre. Isso permite uma adaptação fácil para substituir as instalações de iluminação HID existentes.[0026] It will be seen that only two wires are needed to power the LED lamp 19. As a consequence, the lamp 19 can be located at the top of a pole or tower (not illustrated) and the operating circuit in the form of the inductor 23 and the Rectifier 20 may be located at the base of the pole or tower. This allows for easy retrofitting to replace existing HID lighting installations.
[0027]Voltando agora à figura 3, nesta modalidade, o retificador em ponte de onda completa 20 e a lâmpada LED 19 e o indutor 23 são como antes, no entanto, um capacitor C1 é adicionado em série com o indutor 23 para converter o circuito de baixo fator de potência em atraso da figura 2 (sem o capacitor Ci) em um circuito de baixo fator de potência principal. A inclusão do capacitor C1 também reduz a variação na corrente fornecida aos LEDs 19 devido a variações de tensão da rede elétrica. Reduções adicionais na variação de corrente devido a variações de tensão de rede elétrica podem ser alcançadas através da introdução de um grau de não linearidade no indutor 23.[0027] Returning now to figure 3, in this embodiment, the full-wave bridge rectifier 20 and the LED lamp 19 and the inductor 23 are as before, however, a capacitor C1 is added in series with the inductor 23 to convert the low power factor lagging circuit of Figure 2 (without capacitor Ci) into a low main power factor circuit. The inclusion of capacitor C1 also reduces the variation in current supplied to the LEDs 19 due to variations in mains voltage. Further reductions in current variation due to mains voltage variations can be achieved by introducing a degree of nonlinearity in inductor 23.
[0028]Alternativamente, ou adicionalmente, se desejado, um indutor de derivação opcional 25 (ilustrado por linhas tracejadas na figura 3) pode ser conectado através dos terminais de rede elétrica para melhorar o fator de potência. Uma adição opcional adicional é a conexão de um filtro 27 através da saída do retificador 20. A provisão do filtro 27 atenua a ondulação na corrente através dos LEDs 19.[0028] Alternatively, or additionally, if desired, an optional shunt inductor 25 (illustrated by dashed lines in figure 3) can be connected across the mains terminals to improve the power factor. A further optional addition is the connection of a filter 27 across the output of the rectifier 20. The provision of the filter 27 attenuates the ripple in current through the LEDs 19.
[0029]Na modalidade da figura 4, um transformador de reatância de vazamento isolado T1 que incorpora derivações magnéticas é conectado através da rede elétrica e, portanto, substitui o indutor 23. O retificador em ponte 20 e a lâmpada LED 19 são como antes. O filtro opcional 27 também é como antes. Um capacitor opcional C2 pode ser conectado através dos terminais da rede elétrica para melhorar o fator de potência. A alta reatância de vazamento do transformador T1 provê essencialmente a mesma mudança de fase na corrente de saída provida pelo indutor 23 da figura 2. Como resultado, há um fluxo de corrente contínua e essencialmente sinusoidal nos enrolamentos primário e secundário do transformador de reatância de vazamento isolado T1.[0029] In the embodiment of figure 4, an isolated leakage reactance transformer T1 incorporating magnetic taps is connected across the electrical network and therefore replaces the inductor 23. The bridge rectifier 20 and the LED lamp 19 are as before. Optional filter 27 is also as before. An optional capacitor C2 can be connected across the mains terminals to improve the power factor. The high leakage reactance of transformer T1 provides essentially the same phase shift in the output current provided by inductor 23 of figure 2. As a result, there is a direct and essentially sinusoidal current flow in the primary and secondary windings of the leakage reactance transformer. isolated T1.
[0030]Uma variação do circuito da figura 4 é ilustrada na figura 5. Um transformador de reatância de vazamento isolado T2 da figura 5 tem um capacitor C1 conectado em série com seu enrolamento secundário. O circuito magnético associado ao enrolamento secundário permite saturação parcial. De preferência, isso é obtido pela modificação do circuito magnético. Esta natureza não linear da indutância do enrolamento secundário em conjunto com o capacitor C1, resulta em uma corrente relativamente constante através dos LEDs 19, independentemente das variações na tensão da fonte de rede elétrica.[0030] A variation of the circuit of figure 4 is illustrated in figure 5. An isolated leakage reactance transformer T2 of figure 5 has a capacitor C1 connected in series with its secondary winding. The magnetic circuit associated with the secondary winding allows partial saturation. Preferably, this is achieved by modifying the magnetic circuit. This non-linear nature of the inductance of the secondary winding in conjunction with the capacitor C1, results in a relatively constant current through the LEDs 19, regardless of variations in the mains source voltage.
[0031]A inclusão de um capacitor opcional C3 (ilustrado em linhas tracejadas na figura 5) em série com o capacitor C1 e o enrolamento secundário do transformador T2 aumenta a reatância capacitiva no circuito de saída do transformador T2. Isso, portanto, reduz a corrente através dos LEDs 19 e diminui a emissão de luz. Fechar o interruptor opcional S1 restaura a saída de luz total.[0031] The inclusion of an optional capacitor C3 (illustrated in dashed lines in figure 5) in series with the capacitor C1 and the secondary winding of transformer T2 increases the capacitive reactance in the output circuit of transformer T2. This therefore reduces the current through the LEDs 19 and decreases the light output. Closing optional switch S1 restores full light output.
[0032]Uma técnica alternativa para obter o escurecimento é substituir capacitores paralelos pelo capacitor C1. A saída de luz total é alcançada quando os dois capacitores estão em circuito, mas uma saída de luz fraca é alcançada quando um dos dois capacitores paralelos é desligado do circuito. É possível obter mais de um nível de escurecimento da saída de luz usando várias combinações de capacitores comutados em série e/ou paralelos.[0032] An alternative technique to obtain dimming is to replace parallel capacitors with capacitor C1. Full light output is achieved when both capacitors are in circuit, but weak light output is achieved when one of the two parallel capacitors is disconnected from the circuit. It is possible to achieve more than one level of dimming of the light output using various combinations of series and/or parallel switched capacitors.
[0033]Na figura 6, os circuitos das figuras 2 e 3 são combinados para produzir um circuito de alto fator de potência que pode operar duas lâmpadas 19 em uma configuração de lead- lag. Isso é muito benéfico para a rede da fonte de rede elétrica.[0033] In figure 6, the circuits of figures 2 and 3 are combined to produce a high power factor circuit that can operate two lamps 19 in a lead-lag configuration. This is very beneficial for the power grid supply network.
[0034]A fim de obter baixa corrente de ondulação através dos LEDs 19 sem a necessidade de um filtro 27 ou capacitor de filtro C27, como mostrado na figura 2 e figura 3, podem ser usadas entradas de potência da rede elétrica trifásica. A figura 7 ilustra uma modalidade trifásica simples do circuito da figura 2. Um retificador em ponte de onda completa convencional trifásico 200 utilizando seis diodos regulares 21 substitui o retificador 20 da figura 2. Um indutor 23 é provido para cada uma das 3 fases P1 a P3.[0034] In order to obtain low ripple current through the LEDs 19 without the need for a filter 27 or filter capacitor C27, as shown in figure 2 and figure 3, power inputs from the three-phase electrical network can be used. Figure 7 illustrates a simple three-phase embodiment of the circuit of Figure 2. A conventional three-phase full-wave bridge rectifier 200 using six regular diodes 21 replaces the rectifier 20 of Figure 2. An inductor 23 is provided for each of the 3 phases P1 to P3.
[0035]A figura 8 ilustra uma modificação do diagrama de circuitos da figura 7, em que um capacitor de derivação de entrada C2 é adicionado para cada fase. Isso melhora o fator de potência do circuito da figura 7. Os capacitores de derivação C2 podem ser conectados na configuração Wye a um terminal neutro opcional N, como mostrado, o que resulta em uma fonte de 4 fios. Como alternativa, em um arranjo de fonte de 3 fios, os capacitores de derivação podem ser conectados na configuração Wye a um ponto de estrela flutuante. Como alternativa, uma conexão Delta entre as fases pode ser usada para esses capacitores de correção de fator de potência C2, resultando novamente em uma fonte de 3 fios.[0035] Figure 8 illustrates a modification of the circuit diagram of Figure 7, in which an input bypass capacitor C2 is added for each phase. This improves the power factor of the circuit in figure 7. Shunt capacitors C2 can be connected in the Wye configuration to an optional N neutral terminal as shown, resulting in a 4-wire supply. Alternatively, in a 3-wire source arrangement, the shunt capacitors can be connected in Wye configuration to a floating star point. Alternatively, a Delta connection between the phases can be used for these C2 power factor correction capacitors, again resulting in a 3-wire supply.
[0036]A figura 9 ilustra uma modalidade adicional na qual o circuito trifásico da figura 7 é modificado pela provisão de um interruptor S1 que permite desligar uma fase única. Isso tem como consequência a queda da corrente fornecida pelo retificador trifásico 200 para a lâmpada LED 19. A corrente reduzida através da lâmpada 19 ainda está dentro da faixa de corrente especificada da lâmpada 19, mas resulta no escurecimento da lâmpada. Esse escurecimento é particularmente útil na introdução de iluminação em fixadores esportivos durante o início da noite. Além de economizar na potência, os olhos dos espectadores e jogadores podem se ajustar ao ambiente de iluminação artificial. Como alternativa, esse escurecimento é um nível de iluminação mais baixo aceitável para atividades de treinamento, em oposição à competição. A função de escurecimento idêntico também está disponível desligando uma das fases dos circuitos das figura 7 e 8. Na modalidade particular da figura 9, é provido um capacitor em série C1 para cada fase.[0036] Figure 9 illustrates an additional embodiment in which the three-phase circuit of figure 7 is modified by the provision of a switch S1 that allows a single phase to be turned off. This results in a drop in the current supplied by the three-phase rectifier 200 to the LED lamp 19. The reduced current through the lamp 19 is still within the specified current range of the lamp 19, but results in dimming of the lamp. This dimming is particularly useful in introducing lighting into sports fixtures during the early evening. In addition to saving on power, the eyes of spectators and players can adjust to the artificial lighting environment. Alternatively, this dimming is a lower lighting level acceptable for training activities, as opposed to competition. The identical dimming function is also available by turning off one of the phases of the circuits of figures 7 and 8. In the particular embodiment of figure 9, a series capacitor C1 is provided for each phase.
[0037]De um modo análogo à figura 6, a figura 10 é uma combinação dos circuitos das figura 7 e 9, que permite que duas lâmpadas LED 19 sejam operadas em um arranjo de lead-lag de alto fator de potência. O interruptor S1 permite que uma das fases seja derrubada para escurecer as duas lâmpadas 19.[0037] Analogous to figure 6, figure 10 is a combination of the circuits of figures 7 and 9, which allows two LED lamps 19 to be operated in a high power factor lead-lag arrangement. Switch S1 allows one of the phases to be dropped to dim both lamps 19.
[0038]Do mesmo modo, a figura 11 representa uma versão trifásica do circuito da figura 3 utilizando indutores de derivação 25, um para cada fase. O interruptor S1 pode ser aberto para prover um primeiro nível de escurecimento dos LEDs 19. Se desejado, um segundo interruptor opcional S2 (ilustrado em linhas tracejadas na figura 11) pode ser provido em outra fase. Se os dois interruptores S1 e S2 estiverem abertos, um segundo nível de escurecimento mais baixo poderá ser alcançado (provido que a tensão disponível seja adequada para prover queda de tensão direta dos LEDs e acionar corrente suficiente através dos LEDs).[0038] Likewise, figure 11 represents a three-phase version of the circuit of figure 3 using shunt inductors 25, one for each phase. Switch S1 can be opened to provide a first level of dimming of the LEDs 19. If desired, a second optional switch S2 (illustrated in dashed lines in figure 11) can be provided in another phase. If both switches S1 and S2 are open, a second, lower dimming level can be achieved (provided that the available voltage is adequate to provide forward voltage drop across the LEDs and drive sufficient current through the LEDs).
[0039]Do mesmo modo, a figura 12 representa uma versão trifásica do circuito da figura 4 utilizando três transformadores de reatância de vazamento isolados T1, novamente um para cada fase. Novamente, o interruptor S1 permite que uma função de escurecimento seja alcançada. Os três enrolamentos primários são conectados na configuração em estrela ou Wye e, de preferência, o ponto de estrela está flutuando para formar uma fonte de 3 fios. Como alternativa, o ponto de estrela pode ser conectado a um terminal neutro N da rede elétrica, de modo a formar uma fonte de 4 fios. Como na figura 8, os capacitores de correção do fator de potência C2 podem ser conectados aos terminais da fonte de rede elétrica nas configurações Delta ou em estrela.[0039] Likewise, figure 12 represents a three-phase version of the circuit of figure 4 using three isolated leakage reactance transformers T1, again one for each phase. Again, switch S1 allows a dimming function to be achieved. The three primary windings are connected in star or Wye configuration and preferably the star point is floating to form a 3-wire source. Alternatively, the starpoint can be connected to a neutral terminal N of the mains to form a 4-wire source. As in figure 8, power factor correction capacitors C2 can be connected to the mains source terminals in Delta or star configurations.
[0040]Além disso, a figura 13 representa uma versão trifásica do circuito da figura 5 utilizando três transformadores de corrente constante isolados T2, novamente um para cada fase. Um capacitor em série C1 é provido para cada fase.[0040] Furthermore, figure 13 represents a three-phase version of the circuit of figure 5 using three isolated constant current transformers T2, again one for each phase. A series capacitor C1 is provided for each phase.
[0041]Voltando agora à figura 14, em um circuito monofásico, um transformador ferro- regulador T3 possui um capacitor C3 conectado através de seu enrolamento secundário para formar um circuito de tanque. O enrolamento secundário é roscado para prover a tensão de entrada apropriada para o retificador em ponte de onda completa 20. A lâmpada 19 é como antes. Se desejado, um capacitor de filtragem opcional C27 pode ser conectado através da saída do retificador 20.[0041] Returning now to figure 14, in a single-phase circuit, a ferroregulator transformer T3 has a capacitor C3 connected through its secondary winding to form a tank circuit. The secondary winding is threaded to provide the appropriate input voltage to the full-wave bridge rectifier 20. Lamp 19 is as before. If desired, an optional filtering capacitor C27 can be connected across the rectifier output 20.
[0042]A figura 15 ilustra uma versão trifásica do circuito da figura 14 utilizando três transformadores ferro-reguladores T3. Os três enrolamentos primários são conectados na configuração de estrela ou Wye e, de preferência, o ponto de estrela está flutuando para formar uma fonte de 3 fios. Como alternativa, o ponto de estrela pode ser conectado a um terminal neutro N da rede elétrica, de modo a formar uma fonte de 4 fios.[0042] Figure 15 illustrates a three-phase version of the circuit in figure 14 using three T3 ferro-regulator transformers. The three primary windings are connected in star or Wye configuration and preferably the star point is floating to form a 3-wire source. Alternatively, the starpoint can be connected to a neutral terminal N of the mains to form a 4-wire source.
[0043]A figura 16 ilustra uma modalidade monofásica adicional que é semelhante à figura 6. Seis diodos 21 constituem um retificador em ponte de onda completa duplo 20 que é alimentado por um indutor 23, por um lado, e um indutor conectado em série 23 e o capacitor C1 por outro lado. Como consequência, as correntes principais e em atraso são fornecidas aos LEDs 19 simultaneamente. A corrente resultante do LED tem muito pouca ondulação (aproximadamente 5%) sem nenhum capacitor de filtro. Além disso, o circuito possui um fator de potência muito alto (quase unidade) e baixa distorção harmônica total da corrente de rede elétrica.[0043] Figure 16 illustrates an additional single-phase embodiment that is similar to Figure 6. Six diodes 21 constitute a double full-wave bridge rectifier 20 that is fed by an inductor 23, on the one hand, and a series-connected inductor 23 and capacitor C1 on the other hand. As a consequence, the main and lagging currents are supplied to the LEDs 19 simultaneously. The resulting current from the LED has very little ripple (approximately 5%) without any filter capacitors. Furthermore, the circuit has a very high power factor (almost unity) and low total harmonic distortion of the mains current.
[0044]Voltando agora à figura 17, neste indutor de circuito monofásico L1 está um indutor relativamente linear, enquanto o indutor L2 possui pelo menos uma saturação parcial de seu núcleo, de modo que a tensão no indutor L2 permanece relativamente constante. Como consequência, há uma corrente substancialmente constante fluindo através do capacitor C1 e, portanto, uma corrente constante fluindo através dos LEDs 19, apesar das flutuações na tensão da fonte de rede elétrica.[0044] Returning now to figure 17, in this single-phase circuit inductor L1 there is a relatively linear inductor, while inductor L2 has at least partial saturation of its core, so that the voltage in inductor L2 remains relatively constant. As a consequence, there is a substantially constant current flowing through capacitor C1 and therefore a constant current flowing through the LEDs 19 despite fluctuations in the mains supply voltage.
[0045]A figura 18 ilustra uma versão trifásica da figura 17. O ponto de conexão comum dos indutores L2 pode ser um ponto de estrela flutuante com uma fonte de rede elétrica de 3 fios ou pode ser conectado a um terminal neutro N de uma fonte de rede elétrica de 4 fios.[0045] Figure 18 illustrates a three-phase version of figure 17. The common connection point of the L2 inductors can be a floating star point with a 3-wire mains source or can be connected to a neutral terminal N of a source 4-wire electrical network.
[0046]As figuras 19 e 20 mostram cada um arranjo com um autotransformador T5 fornecendo o retificador 20 a partir de um enrolamento roscado. Um indutor 23 é conectado em série ao autotransformador T5. O rosqueamento pode ser selecionado para permitir uma correspondência entre a tensão de rede elétrica e a tensão de carga refletida X-Y (sendo a tensão nos LEDs 19 refletida no circuito da fonte de rede elétrica). Na figura 19, a tensão refletida do LED é aumentada. Enquanto na figura 20 a tensão refletida do LED diminui. Nos dois casos, a correção do fator de potência pode ser adicionada conectando um capacitor nos terminais de fonte.[0046] Figures 19 and 20 each show an arrangement with a T5 autotransformer supplying the rectifier 20 from a threaded winding. An inductor 23 is connected in series to autotransformer T5. Threading can be selected to allow a correspondence between the mains voltage and the X-Y reflected load voltage (with the voltage at the LEDs 19 being reflected in the mains supply circuit). In figure 19, the reflected voltage from the LED is increased. While in figure 20 the reflected voltage from the LED decreases. In both cases, power factor correction can be added by connecting a capacitor across the source terminals.
[0047]As figura 19A e 20A ilustram variações que podem ser feitas no autotransformador T5 para escurecer os LEDs 19. Na figura 19A, um interruptor S5 é conectado entre algumas das principais voltas do enrolamento do autotransformador T5. Com o interruptor S5 na posição 2, uma tensão mais baixa é aplicada ao indutor 23 e, assim, os LEDs 19 ficam escurecidos. Com o interruptor S5 na posição 1, a tensão de rede é aplicada através de um pequeno número de voltas do enrolamento primário e, assim, a tensão aplicada ao indutor 23 e ao retificador 20 é aumentada e, portanto, os LEDs 19 não ficam escurecidos.[0047] Figures 19A and 20A illustrate variations that can be made to the T5 autotransformer to dim the LEDs 19. In Figure 19A, a switch S5 is connected between some of the main turns of the T5 autotransformer winding. With switch S5 in position 2, a lower voltage is applied to inductor 23 and thus LEDs 19 are dimmed. With switch S5 in position 1, the mains voltage is applied through a small number of turns of the primary winding and thus the voltage applied to the inductor 23 and the rectifier 20 is increased and therefore the LEDs 19 are not dimmed .
[0048]A figura 20A ilustra um arranjo semelhante, mas com o interruptor S5 conectado ao lado secundário do autotransformador T5. Com o interruptor S5 na posição 1, uma tensão máxima é aplicada ao indutor 23 e ao retificador 20 e, portanto, os LEDs 19 não ficam escurecidos. No entanto, quando o interruptor S5 está na posição 2, uma tensão menor é aplicada ao indutor 23 e ao retificador 20 e, portanto, os LEDs ficam escurecidos.[0048] Figure 20A illustrates a similar arrangement, but with switch S5 connected to the secondary side of autotransformer T5. With switch S5 in position 1, a maximum voltage is applied to inductor 23 and rectifier 20 and therefore LEDs 19 are not dimmed. However, when switch S5 is in position 2, a lower voltage is applied to inductor 23 and rectifier 20 and therefore the LEDs are dimmed.
[0049]Será evidente para os versados na técnica que a comutação acima mencionada no local primário ou no lado secundário para obter o escurecimento é aplicável a transformadores que não sejam autotransformadores e, portanto, é aplicável, por exemplo, aos arranjos de transformadores ilustrados nas figuras 5, 12 a 15 e 21 a 25.[0049] It will be apparent to those skilled in the art that the above-mentioned switching at the primary location or secondary side to obtain dimming is applicable to transformers other than autotransformers and is therefore applicable, for example, to the transformer arrangements illustrated in figures 5, 12 to 15 and 21 to 25.
[0050]Além disso, as figura 19A e 20A também ilustram técnicas de escurecimento comutado aplicáveis às impedâncias localizadas na fonte de rede elétrica para os retificadores 20, 200. Na figura 19A, o indutor 23 tem um rosqueamento no enrolamento. Com o interruptor S8 na posição 1, há uma impedância mais baixa e os LEDs 19 não ficam escurecidos. Com o interruptor S8 na posição 2, o indutor 23 tem uma impedância mais alta e os LEDs 19 ficam escurecidos.[0050] In addition, Figures 19A and 20A also illustrate switched dimming techniques applicable to impedances located in the electrical network source for rectifiers 20, 200. In Figure 19A, inductor 23 has a thread in the winding. With switch S8 in position 1, there is a lower impedance and the LEDs 19 are not dimmed. With switch S8 in position 2, inductor 23 has a higher impedance and LEDs 19 are dimmed.
[0051]Um arranjo semelhante é ilustrado na figura 20A. em um primeiro arranjo, um indutor L8 é conectado em série com o retificador 20. Um interruptor S7 conectado em série com um outro indutor L9 pode ser operado para conectar o indutor L9 em paralelo com o indutor L8, aumentando assim a corrente para o retificador 20. Assim, com o interruptor S7 aberto, os LEDs 19 ficam escurecidos e com o interruptor S7 fechado, os LEDs 19 não ficam escurecidos.[0051] A similar arrangement is illustrated in figure 20A. In a first arrangement, an inductor L8 is connected in series with the rectifier 20. A switch S7 connected in series with another inductor L9 can be operated to connect the inductor L9 in parallel with the inductor L8, thus increasing the current to the rectifier 20. Thus, with switch S7 open, LEDs 19 are dimmed and with switch S7 closed, LEDs 19 are not dimmed.
[0052]Alternativa ou adicionalmente, o comutador S8 pode ser provido como na figura 19A para alterar o número efetivo de voltas do indutor 23. Com o comutador S8 na posição 1, a impedância do indutor 23 é reduzida, a corrente para o retificador 20 está no máximo e os LEDs 19 não estão escurecidos. No entanto, com o interruptor S8 na posição 2, a impedância do indutor 23 é máxima e, portanto, a corrente no retificador 20 é reduzida e os LEDs ficam escurecidos. Será evidente para os versados na técnica que, em alguns arranjos de circuitos, a troca de capacitores pode ser usada como uma forma alternativa de mudança de impedância. Outras formas de séries comutáveis e/ou interconexões paralelas para alterar o nível de corrente também serão evidentes para os versados na técnica.[0052] Alternatively or additionally, switch S8 can be provided as in figure 19A to change the effective number of turns of inductor 23. With switch S8 in position 1, the impedance of inductor 23 is reduced, the current to rectifier 20 is at maximum and the LEDs 19 are not dimmed. However, with switch S8 in position 2, the impedance of inductor 23 is maximum and therefore the current in rectifier 20 is reduced and the LEDs are dimmed. It will be apparent to those skilled in the art that, in some circuit arrangements, capacitor switching can be used as an alternative form of impedance changing. Other forms of switchable series and/or parallel interconnections for changing the current level will also be apparent to those skilled in the art.
[0053]As figura 21 a 24 ilustram cada um circuito monofásico com um transformador isolado de alto vazamento T10 com enrolamentos de saída dupla. Estes são utilizados para fornecer um par de lâmpadas LED 19 a uma tensão apropriada e aceitável, especialmente nos casos em que um circuito de tensão de LED de 2 fios exigiria o uso de tensões inaceitavelmente altas. O escurecimento pode ser conseguido com a inclusão de capacitores paralelos ou em série adicionais nos enrolamentos de saída dupla, que são comutados dentro ou fora do circuito. A correção do fator de potência pode ser obtida com um capacitor opcional conectado entre os terminais ativo e neutro.[0053] Figures 21 to 24 each illustrate a single-phase circuit with a T10 high leakage isolated transformer with double output windings. These are used to supply a pair of LED lamps 19 at an appropriate and acceptable voltage, especially in cases where a 2-wire LED voltage circuit would require the use of unacceptably high voltages. Dimming can be achieved by including additional parallel or series capacitors in the dual output windings, which are switched in or out of the circuit. Power factor correction can be achieved with an optional capacitor connected between the active and neutral terminals.
[0054]Nas figura 21 e 23, os dois retificadores em ponte de onda completa 20 são completamente isolados um do outro, criando assim uma alimentação de 4 fios para os módulos de lâmpadas LED 19. Como alternativa, como ilustrado nas figuras 22 e 24, os dois retificadores em ponte de onda completa 20 podem ter uma conexão comum, criando assim uma alimentação de 3 fios para os módulos de lâmpada LED 19.[0054] In Figures 21 and 23, the two full-wave bridge rectifiers 20 are completely isolated from each other, thus creating a 4-wire supply for the LED lamp modules 19. Alternatively, as illustrated in Figures 22 and 24 , the two full-wave bridge rectifiers 20 may have a common connection, thus creating a 3-wire supply for the LED lamp modules 19.
[0055]Nos circuitos das figura 23 e 24, os enrolamentos de saída dupla do transformador isolado de alto vazamento T10 têm cada um capacitor C10 conectado em série. Este arranjo provê essencialmente os mesmos benefícios que os associados à figura 5, em que a corrente através dos módulos de lâmpadas LED 19 será relativamente constante, independentemente das mudanças na tensão de rede elétrica. No entanto, como para os circuitos das figuras 21 e 22, há o benefício adicional de uma tensão reduzida aplicada aos módulos de lâmpada LED 19.[0055] In the circuits of figures 23 and 24, the double output windings of the high leakage isolated transformer T10 each have a capacitor C10 connected in series. This arrangement provides essentially the same benefits as those associated with Figure 5, in that the current through the LED lamp modules 19 will be relatively constant regardless of changes in mains voltage. However, as for the circuits in Figures 21 and 22, there is the additional benefit of a reduced voltage applied to the LED lamp modules 19.
[0056]A figura 25 ilustra um circuito monofásico semelhante à figura 2, exceto que o retificador 20 é substituído por um transformador T4 e uma unidade duplicadora de tensão formada por um par de diodos regulares 21 e um par de capacitores C4. Uma vantagem do circuito da figura 25 é que a tensão através da lâmpada LED 19 é muito aumentada e, portanto, pode acomodar um número aumentado de diodos de LED conectados em série 18. Assim, a lâmpada 19 da figura 25 pode ter uma potência aumentada em relação às lâmpadas 19 dos outros circuitos.[0056] Figure 25 illustrates a single-phase circuit similar to figure 2, except that the rectifier 20 is replaced by a transformer T4 and a voltage doubler unit formed by a pair of regular diodes 21 and a pair of capacitors C4. An advantage of the circuit of Figure 25 is that the voltage across the LED lamp 19 is greatly increased and can therefore accommodate an increased number of series-connected LED diodes 18. Thus, the lamp 19 of Figure 25 can have an increased power. in relation to the lamps 19 of the other circuits.
[0057]O exposto acima descreve apenas algumas modalidades da presente invenção e modificações, óbvias para os versados na técnica de circuitos de iluminação LED, podem ser feitas a elas sem se afastar do escopo da presente invenção. Em particular, será apreciado que o controle de corrente é alcançado na porção CA do circuito a montante do retificador que fornece os LEDs. Isto representa um afastamento significativo da técnica anterior.[0057] The above describes only some embodiments of the present invention and modifications, obvious to those skilled in the art of LED lighting circuits, can be made to them without departing from the scope of the present invention. In particular, it will be appreciated that current control is achieved in the AC portion of the circuit upstream of the rectifier supplying the LEDs. This represents a significant departure from the prior art.
[0058]Além disso, algumas variações podem ser categorizadas da seguinte maneira. Um filtro 27 pode estar localizado entre o retificador 20, 200 e o (s) módulo (s) de LEDs 19. Este filtro pode assumir a forma de um capacitor de derivação C27 ou um indutor em série ou uma combinação de indutores em série e um capacitor de derivação.[0058] Additionally, some variations can be categorized as follows. A filter 27 may be located between the rectifier 20, 200 and the LED module(s) 19. This filter may take the form of a bypass capacitor C27 or a series inductor or a combination of series inductors and a bypass capacitor.
[0059]Além disso, o circuito de controle pode assumir a forma de vários transformadores, incluindo transformadores de reatância de vazamento, transformadores ferro-ressonantes e transformadores de corrente constante. Isso pode ser realizado por um autotransformador ou por um transformador de isolamento convencional. O circuito de controle também pode assumir a forma de um transformador de corrente constante, como ilustrado nas figuras 26 e 27.[0059] Furthermore, the control circuit may take the form of various transformers, including leakage reactance transformers, ferroresonant transformers and constant current transformers. This can be accomplished by an autotransformer or a conventional isolation transformer. The control circuit can also take the form of a constant current transformer, as illustrated in figures 26 and 27.
[0060]Na figura 26, o transformador de corrente constante Tr é desenhado com seu circuito magnético primário ilustrado com as laminações paralelas ao plano do papel e seu circuito magnético de vazamento desenhado com as laminações perpendiculares ao plano do papel. Assim, um enrolamento primário WP é fornecido com potência da rede elétrica CA e um enrolamento secundário WS provê uma tensão de saída para o (s) circuito (s) de carga. As derivações do circuito magnético de vazamento proveem indutância de vazamento substancial, desse modo desacoplando magneticamente a saída do enrolamento secundário a partir de variações na tensão da rede elétrica. O circuito magnético associado ao enrolamento secundário WS é disposto de modo que pelo menos uma porção substancial do mesmo entre em saturação magnética durante a operação normal. De preferência, isso é obtido pela modificação do circuito magnético.[0060] In figure 26, the constant current transformer Tr is drawn with its primary magnetic circuit illustrated with the laminations parallel to the paper plane and its leakage magnetic circuit drawn with the laminations perpendicular to the paper plane. Thus, a primary winding WP is supplied with power from the AC mains and a secondary winding WS provides an output voltage to the load circuit(s). The leakage magnetic circuit leads provide substantial leakage inductance, thereby magnetically decoupling the secondary winding output from variations in mains voltage. The magnetic circuit associated with the WS secondary winding is arranged so that at least a substantial portion thereof enters into magnetic saturation during normal operation. Preferably, this is achieved by modifying the magnetic circuit.
[0061]A natureza não linear da indutância do enrolamento secundário WS em conjunto com a reatância do capacitor ressonante CR, resulta em pelo menos uma porção do circuito magnético do enrolamento secundário sendo mantida em um estado magneticamente saturado devido à ferro-ressonância.[0061] The non-linear nature of the inductance of the secondary winding WS in conjunction with the reactance of the resonant capacitor CR, results in at least a portion of the magnetic circuit of the secondary winding being maintained in a magnetically saturated state due to ferro-resonance.
[0062]Como o núcleo magnético associado ao enrolamento secundário WS está saturado, as alterações na tensão da rede praticamente não afetam a saída do enrolamento secundário WS, com o resultado de que sua tensão permanece constante. Isso tem a consequência de que a corrente através da carga também permanece constante e sua magnitude é principalmente governada pelo tamanho do capacitor ressonante CR.[0062] As the magnetic core associated with the WS secondary winding is saturated, changes in the network voltage practically do not affect the output of the WS secondary winding, with the result that its voltage remains constant. This has the consequence that the current through the load also remains constant and its magnitude is mainly governed by the size of the resonant capacitor CR.
[0063]De preferência, como indicado na figura 26, a carga consiste em 4 diodos regulares formando um retificador em ponte de onda completa com o módulo de LEDs 19 formando a carga. Se desejado, um capacitor de filtragem opcional C27 pode ser conectado em paralelo com os LEDs 19.[0063] Preferably, as indicated in figure 26, the load consists of 4 regular diodes forming a full-wave bridge rectifier with the LED module 19 forming the load. If desired, an optional filtering capacitor C27 can be connected in parallel with the LEDs 19.
[0064]Além de controlar a corrente de carga de modo a ser substancialmente constante, há outros benefícios para este circuito. Um desses benefícios é o fator de potência operacional muito alto, muito próximo da unidade. Outro benefício é a distorção harmônica total muito baixa no circuito de rede, normalmente com distorção inferior a 10%. Um benefício adicional é que o circuito secundário possui uma imunidade muito alta a tensões transitórias na rede elétrica, e essa imunidade é aplicável às tensões transitórias no modo transversal e às tensões transitórias no modo comum.[0064] In addition to controlling the charging current so that it is substantially constant, there are other benefits to this circuit. One of these benefits is the very high operating power factor, very close to unity. Another benefit is very low total harmonic distortion in the network circuit, typically less than 10% distortion. An additional benefit is that the secondary circuit has a very high immunity to mains transient voltages, and this immunity is applicable to transverse mode transient voltages and common mode transient voltages.
[0065]Se for necessária uma melhoria adicional na regulação da linha, um pequeno enrolamento de curvatura “bucking” (não ilustrado, mas convencional) pode ser enrolado no enrolamento primário WP e conectado em série ao enrolamento secundário WS, mas em um sentido indutivo oposto.[0065] If further improvement in line regulation is required, a small bucking winding (not illustrated, but conventional) can be wound on the primary winding WP and connected in series to the secondary winding WS, but in an inductive direction opposite.
[0066]Conforme indicado pelas linhas quebradas na Fig. 26, vários circuitos de carga, cada um com sua própria sequência de LEDs 19, podem ser operados em paralelo com o transformador de corrente constante Tr. A extensão para 3 fases é como indicado nas figuras 12 a 15.[0066] As indicated by the broken lines in Fig. 26, several load circuits, each with its own sequence of LEDs 19, can be operated in parallel with the constant current transformer Tr. The extension to 3 phases is as indicated in figures 12 to 15.
[0067]Voltando agora à figura 27, é possível construir um transformador de corrente constante Tr com um único enrolamento primário WP e dois enrolamentos secundários totalmente independentes WS1 e WS2. O enrolamento primário único WP está localizado entre um par de derivações magnéticas e resulta em saturação substancial do circuito magnético de cada um dos enrolamentos secundários WS1 e WS2. Cada um dos enrolamentos secundários é capaz de fornecer um número de circuitos de carga paralelos da maneira da figura 26.[0067] Returning now to figure 27, it is possible to build a constant current transformer Tr with a single primary winding WP and two completely independent secondary windings WS1 and WS2. The single primary winding WP is located between a pair of magnetic taps and results in substantial saturation of the magnetic circuit of each of the secondary windings WS1 and WS2. Each of the secondary windings is capable of providing a number of parallel load circuits in the manner of figure 26.
[0068]Em geral, a fonte de rede elétrica CA pode ser monofásica ou polifásica (normalmente trifásica). Onde um transformador é usado para arranjo trifásico, os enrolamentos primários do transformador podem ser conectados na configuração Wye ou na configuração Delta. Um circuito de correção do fator de potência pode ser usado para melhorar o fator de potência do circuito geral. Um circuito de correção de fator de potência típico é um capacitor de derivação conectado entre as fases da fonte ou entre cada fase e um ponto de estrela ou conexão neutra.[0068] In general, the AC mains source can be single-phase or polyphase (normally three-phase). Where a transformer is used for three phase arrangement, the primary windings of the transformer can be connected in either Wye configuration or Delta configuration. A power factor correction circuit can be used to improve the power factor of the overall circuit. A typical power factor correction circuit is a shunt capacitor connected between the source phases or between each phase and a star point or neutral connection.
[0069]A correção do fator de potência também pode ser implementada duplicando o circuito geral e operando dois conjuntos de módulos de LED 19 em uma configuração de lead-lag.[0069] Power factor correction can also be implemented by duplicating the overall circuit and operating two sets of LED modules 19 in a lead-lag configuration.
[0070]O escurecimento é possível desligando um dos circuitos duplicados em uma configuração lead-lag ou desligando uma ou mais das fases de um circuito polifásico. O escurecimento também é possível alternando a impedância (s) para dentro e para fora do circuito de fonte do retificador 20, 200. Da mesma forma, o escurecimento também é possível alternando as voltas para dentro e para fora dos arranjos de transformadores que aplicam o retificador 20, 200.[0070] Dimming is possible by turning off one of the duplicate circuits in a lead-lag configuration or turning off one or more of the phases of a polyphase circuit. Dimming is also possible by switching the impedance(s) in and out of the rectifier source circuit 20, 200. Likewise, dimming is also possible by alternating the in and out turns of the transformer arrays that apply the rectifier 20, 200.
[0071]Para um circuito polifásico, como um circuito trifásico, é possível uma fonte de 3 fios ou de 4 fios. A fonte de 3 fios pode ser conectada em delta ou ter um ponto de estrela flutuante. A fonte de 4 fios pode ter o ponto de estrela conectado a um terminal neutro.[0071] For a polyphase circuit, such as a three-phase circuit, a 3-wire or 4-wire source is possible. The 3-wire source can be delta connected or have a floating star point. The 4-wire source can have the star point connected to a neutral terminal.
[0072]O precedente descreve apenas algumas modalidades da presente invenção e modificações, óbvias para os versados na técnica na técnica de eletrônicos, podem ser feitas a ela sem se afastar do escopo da presente invenção.[0072] The foregoing describes only some embodiments of the present invention and modifications, obvious to those skilled in the art of electronics, can be made to it without departing from the scope of the present invention.
[0073]O termo "compreendendo" (e suas variações gramaticais), conforme usado aqui, é usado no sentido inclusivo de "incluindo" ou "ter" e não no sentido exclusivo de "consistir apenas em".[0073] The term "comprising" (and its grammatical variations), as used here, is used in the inclusive sense of "including" or "having" and not in the exclusive sense of "consisting only of".
Claims (15)
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AU2017903526 | 2017-09-01 | ||
AU2017903526A AU2017903526A0 (en) | 2017-09-01 | A Lighting Control Circuit, Lighting Installation and Method | |
AU2017904960 | 2017-12-11 | ||
AU2017904960A AU2017904960A0 (en) | 2017-12-11 | A Lighting Control Circuit, Lighting Installation and Method | |
PCT/AU2018/050915 WO2019040978A1 (en) | 2017-09-01 | 2018-08-28 | A lighting control circuit, lighting installation and method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR112020004214A2 BR112020004214A2 (en) | 2020-09-01 |
BR112020004214B1 true BR112020004214B1 (en) | 2024-06-25 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8704446B2 (en) | Solid state light AC line voltage interface with current and voltage limiting | |
US9018852B2 (en) | Synchronous regulation for LED string driver | |
US9706613B2 (en) | LED driver operating from unfiltered mains on a half-cycle by half-cycle basis | |
US8384295B2 (en) | Ballast circuit for LED-based lamp including power factor correction with protective isolation | |
US8698407B1 (en) | Highly integrated non-inductive LED driver | |
AU2018326288B2 (en) | A lighting control circuit, lighting installation and method | |
JP2002008409A (en) | Led light source device | |
US20150137688A1 (en) | Led driver operating from unfiltered mains on a half-cycle by half-cycle basis | |
TW201811116A (en) | Dim to warm controller for LEDS | |
JPS5874000A (en) | Method and device for controlling illumination of gas discharge lamp illuminator | |
WO2011086440A2 (en) | A power factor correction circuit of an electronic ballast | |
JP2016501436A (en) | LED driver circuit using flyback converter to reduce observable optical flicker by reducing rectified AC power supply ripple | |
CN109716862B (en) | Dimming warming controller for LED | |
BR112020004214B1 (en) | LIGHTING CONTROL CIRCUIT, LIGHTING INSTALLATION AND METHOD | |
US9648690B1 (en) | Dimmable instant-start ballast | |
US20080150447A1 (en) | Electronic ballasts | |
EA040866B1 (en) | CONTROL CIRCUIT OF LIGHTING, LIGHTING INSTALLATION AND METHOD | |
Fan et al. | A simplified LED converter design and implement | |
KR102253999B1 (en) | LED dimmer with dimming control function for phase control | |
CN108235486A (en) | Off-line type lighting driving system | |
CN206790730U (en) | LED adjusting control circuit | |
US9668309B1 (en) | LED driver providing constant output power across a wide output voltage and current range | |
JP2018037136A (en) | Lighting control lighting device including choke transformer | |
Qin | High Efficiency SEPIC Converter For High Brightness Light Emitting Diodes (LEDs) System | |
JPH0322040B2 (en) |