ES2413563A2

ES2413563A2 - Lighting system with variable impedance led matrix powered by an autonomous system based on batteries (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Info

Publication number: ES2413563A2
Application number: ES201131568A
Authority: ES
Inventors: Alfonso GAGO CALDERÓN; José Fernández Ramos; Alfonso Carlos GAGO BOHÓRQUEZ
Original assignee: Universidad de Malaga
Current assignee: Universidad de Malaga
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-07-16
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: ES2413563B2; ES2413563R1

Abstract

Lighting system capable of regulating the impedance and connection to the power supply of a matrix (1) of leds (2) in identical parallel branches of several diodes in series directly to a battery system (3), adapting to the parameters electrical and environmental in which it works. The system includes a microcontroller (4) which is connected to a temperature sensor (7) embedded in the matrix (1) and to an analog signal (6) which measures the load on the terminals of the battery (3). The microcontroller (4) is also connected to a transistor (5) through which a pwm signal can switch the power supply of the leds (2) to control its operation, as in the case of receiving a reading of the temperature sensor ( 7) greater than a defined maximum nominal work value. Likewise, it controls a second regulation system comprising a second transistor and a series resistance connected in parallel with one of the leds (2) of each branch of the matrix (1), which is activated when the voltage at the terminals of the battery is smaller than a certain value fixed by the design of the matrix (1) and the choice of the led model (2). (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

Sistema de iluminación con matriz de leds de impedancia variable alimentado por un sistema autónomo basado en baterías Illumination system with variable impedance LED matrix powered by a battery-based autonomous system

La presente invención se encuadra en el sector técnico de la electrónica y más concretamente en el de los sistemas electrónicos de iluminación de alta eficiencia. The present invention falls within the technical sector of electronics and more specifically in that of high efficiency electronic lighting systems.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR STATE OF THE PREVIOUS TECHNIQUE

Los avances técnicos en el campo de la iluminación de emisores en estado sólido o iluminación LED han generado las herramientas para crear un emergente paradigma dentro de las alternativas tradicionales de este campo de la tecnología. The technical advances in the field of solid-state emitter lighting or LED lighting have generated the tools to create an emerging paradigm within the traditional alternatives of this technology field.

La naturaleza de funcionamiento de los LEDs, que trabajan de modo natural en corriente continua, les convierte en un sistema de iluminación idónea para su utilización con sistemas donde la energía se genera o almacena directamente en este formato. Esto ocurre, por ejemplo, en los sistemas renovables fotovoltaicos o con aerogeneradores. Son idóneos, también, para ser utilizados donde directamente se cuenta como fuente de alimentación con baterías como sistema de iluminación durante todo, o parte, del tiempo en el que deben funcionar. The operating nature of the LEDs, which work naturally in direct current, makes them an ideal lighting system for use with systems where energy is generated or stored directly in this format. This occurs, for example, in renewable photovoltaic systems or with wind turbines. They are also suitable for use where it is directly counted as a power supply with batteries as a lighting system for all or part of the time in which they must work.

Los avances en las prestaciones de los nuevos LED de alta luminosidad permiten su utilización en aplicaciones con mayores prestaciones que las de iluminación decorativa, de emergencia o de señalización. Estos emisores luminosos pueden ser utilizados en aplicaciones de iluminación funcional con consumos asumibles por sistemas de baterías de capacidad media y alta. Advances in the performance of the new high-brightness LEDs allow its use in applications with higher performance than decorative, emergency or signal lighting. These light emitters can be used in functional lighting applications with consumable consumptions by medium and high capacity battery systems.

Los sistemas de alimentación por baterías presentan dos inconvenientes fundamentales para la consecución del objetivo planteado. El primer problema es la adaptación de los valores de los sistemas de almacenamiento a las necesidades de las matrices de LEDs a través de ‘drivers’. El segundo problema es que los valores de tensión de salida de la batería dependen del estado de carga de la misma, pudiendo fluctuar, en algunos casos y según la tecnología, hasta 3 y 4 voltios. The systems of feeding by batteries present two fundamental disadvantages for the attainment of the stated objective. The first problem is the adaptation of storage system values to the needs of LED arrays through a drivers ’. The second problem is that the output voltage values of the battery depend on the state of charge of the battery, and may vary, in some cases and according to technology, up to 3 and 4 volts.

Estos dos problemas implican la necesidad de utilizar sistemas, más o menos complejos, de regulación de los valores de salida de los sistemas de almacenamiento a unos valores estables y fijos. En este sentido se han planteado diversas arquitecturas de control a utilizar en luminarias basadas en diodos LEDs, como se presentan en diversas patentes estadounidenses. These two problems imply the need to use more or less complex systems for regulating the output values of storage systems at stable and fixed values. In this sense, various control architectures have been proposed to be used in luminaires based on LEDs, as presented in various US patents.

La patente US2007058365 propone un sistema de control de lámparas LED portátiles basado en un regulador reductor lineal de tensión para obtener una tensión constante de salida a partir de un valor variable de la batería. Este es un sistema complejo, con un gran número de componentes electrónicos y que funciona de manera permanente, añadiendo una pérdida de rendimiento y limitando las posibilidades de funcionamiento de las matrices de LEDs a tensiones sensiblemente inferiores a los de los sistemas de las baterías de alimentación. Este sistema no cuenta con ningún sistema de regulación o protección de la lámpara ante aumentos excesivos de la temperatura de trabajo o reducciones altas de la carga de la batería. The US2007058365 patent proposes a portable LED lamp control system based on a linear voltage reducing regulator to obtain a constant output voltage from a variable battery value. This is a complex system, with a large number of electronic components and that works permanently, adding a loss of performance and limiting the possibilities of operation of LED arrays at voltages significantly lower than those of the systems of the power batteries . This system does not have any lamp regulation or protection system against excessive increases in working temperature or high reductions in battery charge.

En general, al igual que en la patente anterior, los controles que se proponen en las diferentes patentes relacionadas con iluminación LED proponen controles no adaptativos basados en la conversión de los valores de alimentación a parámetros de corriente constante, como ocurre en la patente US20100237789 o en las patentes US20107847486 , US20067010007 y US2010011538. Las configuraciones de los diodos LEDs para este tipo de sistemas de alimentación deben ser cadenas largas de emisores en serie. Los principales problemas que presentan son que, si se estropea un LED, se deshabilita completamente la cadena donde se encuentra, y que, al caerse una de estas líneas, si hay otras similares en paralelo, éstas asumen el exceso de la corriente, entrando en una zona de trabajo no deseada. In general, as in the previous patent, the controls proposed in the different patents related to LED lighting propose non-adaptive controls based on the conversion of the feed values to constant current parameters, as occurs in US20100237789 or in US20107847486, US20067010007 and US2010011538. The configurations of the LEDs for this type of power supply systems must be long chains of series emitters. The main problems they present are that, if a LED is damaged, the chain where it is located is completely disabled, and that, when one of these lines falls, if there are other similar lines in parallel, they assume the excess of the current, entering an unwanted work zone.

Todas estas patentes muestran distintos sistemas tradicionales de realimentación de información del grupo de LEDs con elementos pasivos, resistencias, o reguladores de alimentación analógicos. Del mismo modo, se observa como el sistema de alimentación es el que se ajusta a la matriz de LEDs en lugar de generar una matriz específica optimizada a la fuente de alimentación o batería utilizada. All these patents show different traditional feedback systems of the group of LEDs with passive elements, resistors, or analog power regulators. In the same way, it is observed how the power system is the one that adjusts to the array of LEDs instead of generating a specific matrix optimized to the power source or battery used.

En la actualidad existen patentes de lámparas LEDs con controladores digitales encargados de regular el brillo de iluminación pero cuyo trabajo es modular conversores de valores de alimentación de alta complejidad y funcionamiento permanente, y no controlar la alimentación por ellos mismos. Entre este tipo de dispositivos se encuentran los descritos por ejemplo en las patentes US20110068704, US20100244707, US20060274540 y la US20090021187. Currently there are patents of LED lamps with digital controllers responsible for regulating the brightness of lighting but whose job is to modulate converters of power values of high complexity and permanent operation, and not control the power by themselves. Among such devices are those described for example in patents US20110068704, US20100244707, US20060274540 and US20090021187.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN EXPLANATION OF THE INVENTION

La presente invención propone un sistema de iluminación alimentado por baterías que comprende una matriz de LEDs en la que los elementos de regulación de la alimentación de la lámpara de diodos se pueden adaptar de manera dinámica a la vez que la propia estructura eléctrica de la misma, a través de un control digital, trabajando únicamente en La presente invención propone un sistema de iluminación basado en una matriz de LEDs que se adapta a un sistema de alimentación por baterías. El objetivo es crear un sistema de control muy sencillo, con la menor cantidad de componentes posibles, que le permita ser extremadamente fiable, y que le permita trabajar con una máxima eficiencia energética en cualquier temperatura, ambiente de trabajo, o nivel de carga de la batería. The present invention proposes a battery-powered lighting system comprising a matrix of LEDs in which the power regulating elements of the diode lamp can be dynamically adapted at the same time as the electrical structure itself, through a digital control, working solely on the present invention proposes a lighting system based on a matrix of LEDs that adapts to a battery power system. The objective is to create a very simple control system, with the least amount of possible components, that allows it to be extremely reliable, and that allows it to work with maximum energy efficiency at any temperature, work environment, or load level of the drums.

El sistema de la invención trabaja en un modo de tensión constante. Sin embargo, el valor de tensión de salida se va reduciendo paulatinamente con la descarga de la batería. De hecho, se reduce hasta llegar a unos valores donde se recomienda el cese en su uso para evitar una descarga profunda de la misma y, de este modo, una pérdida de funcionalidad o, incluso, una degradación destructiva de los equipos. The system of the invention works in a constant voltage mode. However, the output voltage value is gradually reduced with the discharge of the battery. In fact, it is reduced to reach some values where the cessation in its use is recommended to avoid a deep discharge of the same and, in this way, a loss of functionality or, even, a destructive degradation of the equipment.

El sistema de esta invención está dotado de una arquitectura de control para la gestión eficiente de una lámpara LED alimentada a través de un sistema autónomo basado en baterías. Esta arquitectura permite que se generen valores óptimos de iluminación en todo el rango de valores de tensión posibles de los sistemas de alimentación. The system of this invention is provided with a control architecture for the efficient management of an LED lamp powered by an autonomous battery-based system. This architecture allows optimal lighting values to be generated over the entire range of possible voltage values of the power systems.

El sistema presenta un modelo de matriz de diodos optimizada para los valores de alimentación que ofrecen las baterías actuales de alta capacidad. Esta matriz de LEDs está controlada por una arquitectura de control muy sencilla basada en la supervisión de los niveles de carga de la batería y de la temperatura de trabajo de los LED. Para ello se utiliza un microprocesador de muy bajo consumo al que se le conecta un sensor digital de temperatura integrado en la matiz de LEDs, un transistor MOSFET de potencia y alta velocidad de conmutación que actúa como interruptor de la alimentación de la matriz de diodos y una resistencia de bajo valor adaptable a la matriz de LEDs a través de un segundo transistor. El microcontrolador, a través de una entrada analógica, supervisa los niveles de tensión de la batería en todo momento. The system features a diode array model optimized for the power values offered by current high capacity batteries. This matrix of LEDs is controlled by a very simple control architecture based on the monitoring of the battery charge levels and the working temperature of the LEDs. For this, a very low consumption microprocessor is used to which a digital temperature sensor integrated in the LED shade is connected, a high-speed switching power MOSFET transistor that acts as a power switch for the diode array and a low value resistor adaptable to the array of LEDs through a second transistor. The microcontroller, through an analog input, monitors battery voltage levels at all times.

La matriz de LEDs, nominalmente, se conecta directamente y de manera ininterrumpida a la batería para su alimentación por lo que el MOSFET de conexión de la matriz de LEDs está activado de manera fija. Así se optimiza el rendimiento del equipo dado que no existe ningún elemento con consumo pasivo en el circuito equivalente. The array of LEDs, nominally, is connected directly and uninterruptedly to the battery for its power, so the MOSFET of connection of the array of LEDs is permanently activated. This optimizes the performance of the equipment since there is no element with passive consumption in the equivalent circuit.

En caso de producirse una sobre tensión en los bornes de salida de la batería, se genera una sobre iluminación, un sobrecalentamiento de la lámpara o ambas cosas, con lo que se pone en riesgo la vida útil del equipo. El microcontrolador de la arquitectura de control del sistema es capaz de detectar esta situación y su evolución en el tiempo a través de la lectura analógica de la tensión de la batería y de la temperatura de la matriz de LEDs. Con esta información se aplica un algoritmo adaptativo de forma que el procesador regula la entrada de corriente en la matriz de LEDs. Esta regulación se lleva a cabo a través del transistor de potencia de conmutación de la alimentación sobre el que se aplica una señal de ancho de pulso modulable (PWM) que conmuta muy rápido y de manera repetitiva la señal de encendido de un modo más o menos profundo según sea el periodo activo de la señal de regulación y, de este modo, reduciendo el consumo y el calor generado. Esta señal pulsante debe ser lo suficientemente rápida como para que el ojo no detecte parpadeos en la luz emitida sino una regulación del brillo percibido. La actuación sobre el MOSFET de control de la entrada de alimentación depende de lo elevado que sea el alejamiento del modo de funcionamiento respecto a la definición nominal del equipo, de cómo varían las dos variables de realimentación y del tiempo que transcurre en un estado anómalo. In case of an over voltage in the battery's output terminals, an over lighting, an overheating of the lamp or both, is generated, which puts the life of the equipment at risk. The microcontroller of the system control architecture is able to detect this situation and its evolution over time through the analog reading of the battery voltage and the temperature of the LED array. With this information an adaptive algorithm is applied so that the processor regulates the current input in the array of LEDs. This regulation is carried out through the power switching power transistor on which a modulable pulse width (PWM) signal is applied which switches the ignition signal very quickly and repetitively in a more or less way. deep depending on the active period of the regulation signal and, thus, reducing the consumption and the heat generated. This pulsating signal must be fast enough so that the eye does not detect flickering in the emitted light but a regulation of the perceived brightness. The action on the power input control MOSFET depends on how high the distance from the operating mode is compared to the nominal definition of the equipment, how the two feedback variables vary and the time spent in an anomalous state.

Por otro lado, al ir consumiéndose la carga de la batería, ésta baja sus niveles de tensión de salida, generando un descenso brusco de la luminosidad emitida en los diodos, marcado por su curva exponencial de funcionamiento Tensión/Iluminación. Para compensar esta situación anómala el sistema de iluminación incluye un sistema de regulación de la matriz de diodos mediante la colocación de una resistencia eléctrica en paralelo con uno de los LEDs de cada una de las ramas de la matriz de la pantalla. El funcionamiento de esta resistencia está controlado por el microcontrolador a través de un segundo transistor MOSFET que permite conectar o desacoplar la resistencia en el circuito eléctrico. La función de esta resistencia es la de generar una caída de tensión efectiva menor que la propia generada por el LED al que se acopla y que permite unos valores de alimentación más adecuados a un nivel de iluminación necesario para el buen funcionamiento de la iluminación en el resto de LEDs de cada una de las ramas. On the other hand, when the battery charge is consumed, it lowers its output voltage levels, generating a sharp decrease in the brightness emitted in the diodes, marked by its exponential operating curve Voltage / Illumination. To compensate for this anomalous situation, the lighting system includes a diode matrix regulation system by placing an electrical resistor in parallel with one of the LEDs of each of the branches of the screen matrix. The operation of this resistance is controlled by the microcontroller through a second MOSFET transistor that allows the resistance to be connected or decoupled in the electrical circuit. The function of this resistance is to generate an effective voltage drop lower than the one generated by the LED to which it is attached and which allows more adequate power values at a level of lighting necessary for the proper functioning of the lighting in the rest of LEDs of each of the branches.

Se puede eliminar el uso de la resistencia para aumentar la eficiencia de la matriz de LED generando una resistencia dinámica variable equivalente conmutando, de manera muy rápida con pulsos más o menos amplios, los diodos que puentea el segundo transistor. Si la conmutación es suficientemente rápida se genera una impedancia proporcional al ancho del pulso activo. The use of the resistance to increase the efficiency of the LED matrix can be eliminated by generating an equivalent variable dynamic resistance by switching, very quickly with more or less wide pulses, the diodes that bridge the second transistor. If the switching is fast enough, an impedance proportional to the width of the active pulse is generated.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra quot;comprendequot; y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas. Throughout the description and the claims the word quot; comprehequot; and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and features of the invention will be derived partly from the description and partly from the practice of the invention. The following examples and drawings are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention. In addition, the present invention covers all possible combinations of particular and preferred embodiments indicated herein.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

FIG. 1 muestra el esquema eléctrico del sistema de iluminación con matriz de LEDs de impedancia variable alimentado Referencias: FIG. 1 shows the electrical scheme of the lighting system with matrix of LEDs of variable impedance powered References:

1:Matriz; 2:LED; 3:Batería; 4:Microcontrolador; 5:Transistor tipo MOSFET de conmutación de la alimentación; 6:Señal analógica; 7:Sensor de temperatura; 8: Resistencia; 9: Segundo transistor tipo MOSFET de control de la impedancia de la matriz de LEDs 1: Matrix; 2: LED; 3: Battery; 4: Microcontroller; 5: MOSFET type power switching transistor; 6: Analog signal; 7: Temperature sensor; 8: Resistance; 9: Second MOSFET type transistor for the control of the LED matrix impedance

EXPOSICION DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓN DETAILED EXHIBITION OF MODES OF EMBODIMENT

Para complementar la descripción y con el objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se comenta a continuación un ejemplo de realización preferida, con carácter ilustrativo y no limitativo, consistente en el desarrollo de un sistema de iluminación, alimentado por baterías, y que comprende una matriz de LEDs de impedancia variable. To complement the description and in order to facilitate the understanding of the features of the invention, an example of a preferred embodiment, with an illustrative and non-limiting nature, consisting in the development of a lighting system, powered by batteries, is discussed below. and comprising a matrix of LEDs of variable impedance.

El sistema de iluminación de la invención comprende una matriz (1) de LEDs (2) alimentada por una batería (3). La matriz se adapta en cada caso a los valores de tensión del sistema de alimentación elegido y a la potencia luminosa que se desea. La matriz (1) comprende varias ramas de LEDs (2) con un número de emisores en serie tal que se su suma de tensiones es ligeramente inferior a la salida nominal de la batería (3) que alimenta al sistema. Se colocan tantas ramas de LEDs iguales en paralelo como se desee para conseguir una potencia luminosa nominal determinada. La matriz (1) está siempre conectada de forma directa a un polo de la batería (3). The lighting system of the invention comprises a matrix (1) of LEDs (2) powered by a battery (3). The matrix adapts in each case to the voltage values of the chosen power system and the desired light output. The matrix (1) comprises several branches of LEDs (2) with a number of emitters in series such that their sum of voltages is slightly lower than the nominal output of the battery (3) that feeds the system. As many branches of equal LEDs are placed in parallel as desired to achieve a specific nominal light output. The matrix (1) is always directly connected to a battery pole (3).

En un ejemplo de realización, el sistema comprende una matriz (1) de LEDs (2) de alta luminosidad agrupados en ramas paralelas de 4 emisores cada una y dicha matriz (1) está conectada a una batería de de alta capacidad de 12 Voltios (3). De forma que el sistema de iluminación se ha diseñado para que funcione a tensiones por encima de 12V. In an exemplary embodiment, the system comprises a matrix (1) of high brightness LEDs (2) grouped in parallel branches of 4 emitters each and said matrix (1) is connected to a high capacity 12 Volt battery ( 3). So the lighting system is designed to work at voltages above 12V.

El sistema comprende también un transistor tipo MOSFET de conmutación de la alimentación (5) que está conectado a la matriz (1) y a uno de los bornes de la batería (3). Como la matriz (1) está conectada a la batería (3) siempre y de forma directa, el transistor (5), nominalmente, estará siempre activando los LEDs (2). La única limitación que hay que tener en cuanta si se agrupan varias ramas de LEDs en paralelo es la potencia que es capaz de conducir el transistor MOSFET (5). En cualquier caso, se puede duplicar el transistor (5) controlándolo con otra señal digital de iguales características. The system also includes a MOSFET transistor of the supply switching (5) that is connected to the matrix (1) and to one of the battery terminals (3). As the matrix (1) is connected to the battery (3) always and directly, the transistor (5), nominally, will always be activating the LEDs (2). The only limitation that must be taken into account if several branches of LEDs are grouped in parallel is the power that the MOSFET transistor (5) is capable of driving. In any case, the transistor (5) can be duplicated by controlling it with another digital signal of the same characteristics.

Para tensiones más altas de hasta 13V y 14V, que se pueden alcanzar en momentos de carga de las baterías (3) o de alta generación de energía en un sistema autónomo, los LEDs (2) trabajan en un modo de alta emisión, e incluso ligeramente forzados en los casos más extremos, lo que conlleva una fuerte generación de calor. Si el sistema de iluminación no es capaz de disipar este calor, la temperatura de trabajo de los LEDS (2) aumentará, lo que puede reducir drásticamente la vida útil del equipo. Este modo de trabajo de riesgo térmico también se puede alcanzar por condiciones ambientales excepcionalmente anómalas o porque se esté haciendo un mal uso del equipo como obstruir parcial o totalmente los disipadores térmicos del sistema de iluminación. Para evitar o paliar este efecto, el sistema de la invención incluye un sensor de temperatura (7) integrado en la matriz (1) de LEDs. En una realización preferente de la invención, el sensor de temperatura (7) se coloca en la zona central de la matriz (1), y, si existe, en contacto con el plano metálico de disipación térmica de la placa de circuito impreso u otro sustrato donde se encuentren colocados los LEDs. For higher voltages of up to 13V and 14V, which can be reached at times of charging the batteries (3) or high power generation in an autonomous system, the LEDs (2) work in a high emission mode, and even slightly forced in the most extreme cases, which implies a strong heat generation. If the lighting system is not able to dissipate this heat, the working temperature of the LEDS (2) will increase, which can dramatically reduce the life of the equipment. This thermal risk work mode can also be achieved due to exceptionally abnormal environmental conditions or because the equipment is being misused, such as partially or totally obstructing the heat sinks of the lighting system. To avoid or mitigate this effect, the system of the invention includes a temperature sensor (7) integrated in the array (1) of LEDs. In a preferred embodiment of the invention, the temperature sensor (7) is placed in the central area of the matrix (1), and, if it exists, in contact with the metallic thermal dissipation plane of the printed circuit board or other substrate where the LEDs are placed.

El sistema de iluminación de la presente invención incorpora también un microcontrolador (4). Este microcontrolador recibe por un lado una señal con la temperatura de trabajo de la matriz (1) de los diodos (ofrecida por el sensor de temperatura (7)) y por otro lado una señal analógica (6) indicando el nivel de carga de la batería (3) en todo momento. En caso de que la temperatura medida por el sensor de temperatura (7) sea mayor que una temperatura predeterminada para tener una esperanza de vida deseada del sistema de iluminación, el microcontrolador (4) lleva a cabo un proceso de regulación del brillo del sistema de iluminación para disminuir la temperatura hasta valores que queden dentro de rangos especificados. Para ello, el microcontrolador (4) envía al transistor MOSFET (5) de alimentación de la matriz de LEDs una señal de control con modulación por ancho de pulsos (PWM). Así pues, el periodo activo de esta señal marca el porcentaje de tiempo encendido del sistema de iluminación, reduciendo ligeramente el brillo, pero de manera fundamental el consumo y la generación de calor. Esta señal debe ser lo suficientemente rápida como para engañar al ojo humano, que será incapaz de percibir parpadeos en la luz emitida sino simplemente una reducción general del brillo. The lighting system of the present invention also incorporates a microcontroller (4). This microcontroller receives on the one hand a signal with the working temperature of the matrix (1) of the diodes (offered by the temperature sensor (7)) and on the other hand an analog signal (6) indicating the charge level of the battery (3) at all times. In case the temperature measured by the temperature sensor (7) is higher than a predetermined temperature to have a desired life expectancy of the lighting system, the microcontroller (4) carries out a process of brightness regulation of the lighting system. lighting to decrease the temperature to values that fall within specified ranges. To do this, the microcontroller (4) sends a pulse width modulation control signal (PWM) to the MOSFET transistor (5) of the LED array. Thus, the active period of this signal marks the percentage of time on the lighting system, slightly reducing brightness, but fundamentally the consumption and heat generation. This signal must be fast enough to deceive the human eye, which will be unable to perceive flickers in the emitted light but simply a general reduction in brightness.

La señal analógica (6) que recibe el microcontrolador (4) le proporciona información que permite a dicho microcontrolador (4) activar el control de brillo de manera preventiva, adelantándose a una sobre generación térmica y así, a través de una tabla de calibración obtener un brillo equivalente al que tiene la lámpara trabajando a 12V (en el caso del presente ejemplo), consiguiendo al mismo tiempo una reducción del consumo energético. The analog signal (6) received by the microcontroller (4) provides information that allows said microcontroller (4) to activate the brightness control in a preventive manner, anticipating a thermal over generation and thus, through a calibration table, obtain a brightness equivalent to that of the lamp working at 12V (in the case of the present example), while achieving a reduction in energy consumption.

Conforme se descarga la batería (3) de alimentación baja la tensión de salida. Los LEDs tienen una curva de alimentación en tensión con una forma parecida a una exponencial. Esto implica que, considerando la tensión con la que se trabaja en este ejemplo, alimentado a cada uno de los LED con valores por debajo de 3V su luminosidad se reduce drásticamente. En muchos sistemas de baterías la tensión de funcionamiento puede bajar hasta 11V, lo que Para aumentar la tensión de trabajo cuando esta cae a causa de la descarga de la batería (3), el sistema de iluminación de la invención incluye un segundo transistor de tipo MOSFET (9) que está colocado en serie con una resistencia (8) formando un segundo sistema de regulación. Dicho sistema de regulación secundario está colocado en paralelo con los primeros LEDs conectados al positivo de la batería (3) de cada una de las ramas de la matriz (1) como se aprecia en la figura 2. As the battery (3) is discharged, the output voltage drops. The LEDs have a voltage supply curve with an exponentially similar shape. This implies that, considering the voltage with which one works in this example, fed to each one of the LEDs with values below 3V its luminosity is drastically reduced. In many battery systems the operating voltage can go down to 11V, which To increase the working voltage when it falls due to the discharge of the battery (3), the lighting system of the invention includes a second type transistor MOSFET (9) which is placed in series with a resistor (8) forming a second regulation system. Said secondary regulation system is placed in parallel with the first LEDs connected to the battery positive (3) of each of the branches of the matrix (1) as shown in Figure 2.

En el caso contrario, cuando la tensión de la batería baja de un umbral previamente establecido, en este ejemplo en torno a 12V, el microcontrolador (4) activa el segundo sistema de regulación provocando que la resistencia (8) quede en paralelo con los primeros LEDs de cada rama de la matriz (1), derivando la mayoría de la intensidad a través de dicha resistencia (8) y obligando a que estos primeros LEDs no conduzcan y se apaguen. Por tanto, la tensión en el resto de LEDs será mayor y estos emitirán mayor intensidad luminosa. In the opposite case, when the battery voltage drops below a previously established threshold, in this example around 12V, the microcontroller (4) activates the second regulation system causing the resistance (8) to be parallel with the first LEDs of each branch of the matrix (1), deriving the majority of the intensity through said resistance (8) and forcing that these first LEDs do not conduct and turn off. Therefore, the voltage in the rest of the LEDs will be greater and these will emit greater light intensity.

El valor de la resistencia (8), la tensión a partir de la que se activa el segundo sistema de regulación y el uso de una señal PWM para el control de la entrada en funcionamiento del nuevo distribuidor de tensiones permiten configurar diferentes modos de funcionamiento para la matriz de LEDs (1). The resistance value (8), the voltage from which the second regulation system is activated and the use of a PWM signal for the control of the new voltage distributor's start-up allow different operating modes to be configured for the array of LEDs (1).

Un criterio posible de fijar estos tres valores puede ser imponer que en el momento en que se manda corriente a través de la resistencia, la intensidad de cada LED no afectado por la regulación del sistema de iluminación debe ser la misma que tiene cada uno de los LEDs (2) en los valores nominales del sistema de iluminación. De esta forma, en el ejemplo de realización propuesto, cuando se produzca la conmutación, la iluminación del sistema será igual al 75% de la iluminación nominal. Esta transición se puede suavizar aplicando, en función de la lectura de la tensión de la batería (3), una señal pulsante sobre el segundo transistor MOSFET (9), de manera que el efecto se integre en el sistema de iluminación suave y linealmente, aumentando el ancho de pulso activo a medida que se reduce la lectura de la tensión de la batería (3). A possible criterion for setting these three values may be to impose that at the moment in which current is sent through the resistance, the intensity of each LED not affected by the regulation of the lighting system must be the same as each one of the LEDs (2) in the nominal values of the lighting system. Thus, in the proposed embodiment, when switching occurs, the system lighting will be equal to 75% of the nominal lighting. This transition can be smoothed by applying, depending on the battery voltage reading (3), a pulsating signal on the second MOSFET transistor (9), so that the effect is integrated into the lighting system smoothly and linearly, increasing the active pulse width as the battery voltage reading (3) is reduced.

En caso de superar las condiciones de potencia de funcionamiento de algún transistor tipo MOSFET de conmutación de la alimentación, éste se puede duplicar preservándose la misma arquitectura del sistema de iluminación. En este caso cada transistor para la conmutación de la alimentación se activará, en lo posible, de manera desincronizada para minimizar la emisión de ruido electromagnético. In case of exceeding the operating power conditions of some MOSFET type transistor for switching the power supply, it can be duplicated by preserving the same architecture of the lighting system. In this case, each transistor for switching the power supply will be activated, if possible, in a synchronized manner to minimize the emission of electromagnetic noise.

Si se quiere aumentar el rango de tensiones válidas de funcionamiento se pueden generar varias etapas de adaptación de impedancia de la matriz de LEDs sobre los bloques de LEDs colocados también en una segunda posición de la secuencia en serie de cada rama de la matriz. Se puede repetir el proceso en un tercer o sucesivo bloque de diodos. If it is desired to increase the range of valid operating voltages, several stages of impedance adaptation of the LED matrix can be generated on the LED blocks also placed in a second position of the serial sequence of each branch of the matrix. The process can be repeated in a third or subsequent block of diodes.

El sistema de iluminación propuesto actúa sobre la matriz (1) de LEDs de forma directa, sin el empleo de drivers o conversores de los parámetros de alimentación, modificando la impedancia final de la matriz de emisores luminosos para variar los parámetros eléctricos que la hacen funcionar. The proposed lighting system acts on the matrix (1) of LEDs directly, without the use of drivers or converters of the power parameters, modifying the final impedance of the array of light emitters to vary the electrical parameters that make it work .

La presente invención permite solucionar los problemas mencionados del estado de la técnica con un sistema sencillo con un bajo número de componentes. Además, los sistemas conocidos del estado de la técnica necesitan de la utilización de drivers o conversores que funcionan de forma permanente, con lo que añaden una pérdida continua de rendimiento, limitándose a regular los valores de alimentación a parámetros de corriente constante estables, pero sin ser adaptativos. The present invention allows solving the aforementioned problems of the prior art with a simple system with a low number of components. In addition, the systems known in the state of the art require the use of drivers or converters that work permanently, thereby adding a continuous loss of performance, limiting themselves to regulating the power values to stable constant current parameters, but without Be adaptive

Claims

In the case of the present invention, the proposed system allows adapting the impedance of the matrix to the different operating needs. Thus, in the event that the temperature in the matrix has increased greatly, the system is capable of pulsatingly feeding the matrix (1) of the LEDs (2) so that the temperature decreases, and in case it has decreased the voltage at the terminals of the battery, the system is regulated by causing the current to pass through a resistor instead of passing through the first LEDs of each branch of the matrix, which adapts the brightness of the system to said low voltage in the battery terminals. At the beginning of the use of this impedance adaptation, it can be used in combination with the power switching system to avoid a sharp jump.

1- Lighting system with matrix of LEDs of variable impedance powered by an autonomous battery-based system comprising a matrix (1), which is adapted to the voltage values of the chosen power system and has a temperature sensor (7) integrated and is formed by a plurality of branches of several LEDs in series, the amount of which depends on the nominal voltage of the power battery so that the sum of the nominal values of the LEDs is slightly lower than the nominal voltage of the battery of power supply being the branches of the matrix (1) located in parallel, all comprising the same number of LEDs, the system being characterized in that it comprises a microcontroller (4) that receives an analog signal (6) that is a function of the remaining charge level in the battery (3) and that receives a signal value from the temperature sensor (7) so that it simultaneously controls both values and allows to regulate the illumination flow The system is continuously without sudden changes in lighting; the system also includes at least one transistor (5) of the MOSFET type of switching of the power supply that is connected to the negative terminal of the battery (3) and to the matrix (1); the matrix (1) being connected directly and at all times to the positive pole of the battery (3); when the microcontroller (4) receives a temperature sensor signal value (7) greater than a predetermined value, the microcontroller (4) sends a pulse width modulation control signal (PWM) to the MOSFET type transistor ( 5) switching the power supply that switches very quickly, so as to avoid visual effects of flickering of the light, the power signal of the LEDs (2) regulating the lighting of the system decreasing the brightness; when the microcontroller (4) receiving an analog signal (6) less than a certain level of battery charge (3), the microcontroller (4) activates a second regulation system comprising a second MOSFET type transistor (9) connected in series to a resistor (8), this second regulation system being connected to the microcontroller (4) and connected in parallel with an LED (2) of each of the branches of the matrix (1).

2- System according to claim 1 wherein the second regulation system comprises a second transistor (9) of the MOSFET type and a resistor (8) connected in series; and where this second regulation system is connected in parallel with an LED (2) of each of the branches of the matrix (1), such that when the second regulation system is activated the current passes through the resistor (8) leaving to the switched LEDs (2) of each branch without current, thus adapting the lighting system to the remaining charge in the battery; Furthermore, this system can be used absolutely, controlling the transistor (9) with an all / nothing digital signal or adaptively using a second PWM signal.

FIG. one