ES2534415T3

ES2534415T3 - Regulador de corriente

Info

Publication number: ES2534415T3
Application number: ES12738154.9T
Authority: ES
Inventors: Dave BANNISTER
Original assignee: Accuric Ltd
Current assignee: Accuric Ltd
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: AP2013007332A0; MY164849A; WO2013005002A1; HRP20150394T1; BR112014000125B1; MA35255B1; EP2729861A1; BR112014000125A2; SMT201500101B; CU20130169A7; CN103635866B; KR20140039296A; CO6930317A2; GB2492551A; CA2840369A1; ECSP14013194A; GB201111359D0; RS53949B1; GB2492630B; PT2729861E

Abstract

Un regulador de corriente que comprende un circuito regulador de corriente para proporcionar una corriente regulada a partir de un voltaje de entrada, el circuito regulador de corriente que comprende: un circuito controlador que comprende un resistor (R1) y un transistor (T1); y un circuito regulador de voltaje (VRC1) operable para proporcionar voltaje regulado a dicho circuito controlador, caracterizado porque dicho circuito regulador de voltaje comprende una pluralidad de diodos Zener (Z11, Z12, ... Z1n) conectados en paralelo, cada diodo Zener que tiene un voltaje Zener de menos de 5.5 V y en donde los diodos Zener se seleccionan de manera que existe una variación de entre 0.1 V y 0.3 V entre los voltajes Zener de los diodos Zener comprendidos en la pluralidad de diodos Zener.

Description

Regulador de corriente

5: La presente invención se refiere a un dispositivo de regulación de corriente. En particular, la presente invención se

refiere a un regu lador de corriente adecuado para suministrar una corriente de control a dispositivos ta les como diodos

emisores de luz (LEO), y otros dispositivos que son sensibles a fluctuaciones de corriente

El costo reducido y la mejora continua en el desempeño de los LEO ha llevado a su aplicación aumentada en los últimos

10: años Estos son ampliamente empleados, por ejemplo , como elementos de iluminación en aplicaciones de

retroiluminación, tal como dentro de la retroiluminación de pantallas de cristal liquido (LeO). Las retroiluminaciones de

este tipo se usan para proporcionar iluminación uniforme y constante de un arreglo de elementos LCo que arman la

pantalla. Los LEO se emplean comúnmente también en otras aplicaciones tales como dentro de ensambles de

iluminación, pantallas e indicadores de estado en un variedad de equipos y instalaciones. Dentro de todas estas

15: aplicaciones, los LEO se arreglan típicamente en cadenas conectadas en serie y se proporcionan con una corriente

sustancialmente constante, mediante un circuito controlador de corriente constante Tales circu itos controladores por lo

tanto incluyen un medio de regu lación de corriente.

Se conoce bien que las variaciones en la corriente de control suministrada a un LEO, o una cadena de LEO, que forman

20: parte de un sistema de iluminación, puede afectar adversamente el desempeño del sistema. Por ejemplo, en

aplicaciones de iluminación y señalización grandes, la incertidumbre en la corriente de control puede llevar a una

incertidumbre correspondiente en el consumo de energía. Tales incertidumbres no son generalmente bienvenidas en el

contexto de una tecnología de iluminación comercializada sobre la base de la conservación de la energia. De la misma

manera, las variaciones en la corriente, en ciertas aplicaciones pueden requerir, por ejemplo, una mezcla de colores

25: Rojo-Verde-Azu l (RGB), lo que resu lta en variaciones en las propiedades cromáticas de una plataforma iluminada, tal

como un anuncio. Además, el tiempo de vida útil de un LEO, o una cadena de LEO conectada en serie se relaciona con

la temperatura de unión del/de cada LEO , que a su vez se relaciona parcialmente con la corriente que fluye a través

del/cada LEO. Por lo tanto, el control preciso de la corriente del LEO puede resultar en mejoras en la previsibilidad del

tiempo de vida del LEO. Se conoce además pueden ocurrir que las variaciones en la corriente suministrada por un

3 O: controlador de LEO como resultado de las variaciones en las propiedades de los componentes debido ya sea a

variaciones de fabricación, o como resultado de variaciones en la temperatura. Otros requerim ientos de desempeño

para los controladores de LEO para sistemas de iluminación, se refieren a la fiabilidad de un controlador. Típicamente,

esto se expresa a través del uso de una medida referenciada como tiempo medio entre fa llas (MTBF). Para un

ensamble electrónico dado, que usa componentes bien establecidos, esta medida puede calcularse fácilmente, siempre

35: y cuando las tensiones térmicas y eléctricas colocadas en cada componente durante el funcionamiento sean conocidas

Debido a la mezcla de componentes típicamente usados en los llamados controladores de modo de conmutación de

LEO convencionales, que incluyen la conmutación de transistores de efecto de campo semiconductores de óxido

metálico (MOSFETs) y capacitares electrolíticos, ambos conocidos por tener limitaciones en términos de fiabilidad a

largo plazo, las limitaciones correspondientes están presentes en los MTBF de tales controladores. Por el contrario, los

40: controladores que usan medios lineales de regulación de corriente, en lugar de medios de modo de conmutación,

típicamente sufren de las variaciones de corriente, referenciadas anteriormente.

Es por lo tanto altamente deseable que a un LEO o una cadena de LEO se le suministre una corriente de control

sustancialmente constante. Es particu larmente deseable que una corriente de control sustancialmente constante se

45: produzca a través del uso de ensambles electrónicos de alto MTBF, que usa componentes de alta fiabil idad ta les como

transistores bipolares y que evitan o al menos limitan la necesidad de capacitores electrolíticos. En el caso de los

medios de modo de conmutación de LEO, en donde la función de regu lación de corriente se proporciona por una forma

de onda de voltaje de conmutación que ca rga y descarga sucesivamente un elemento de circuito tal como un inductor,

con tal descarga que tiene lugar a través de una cadena de LEO, puede producirse una corriente sustancialmente

50: constante dentro de la cadena de LEO. La corriente entregada a la cadena de LEO por ta l controlador de modo

conmutación depende de un número de factores, que incluyen la proporción de tiempo al que el voltaje de conmutación

está en el estado 'ENCENDIDO', durante el cual se entrega la carga a la cadena de LEO (esta proporción es referida

como el ciclo de trabajo de la forma de onda de conmutación). Este proceso de conmutación , sin embargo, conduce a la

generación de una forma de onda de interferencia electromecánica (EMI) que necesita el uso de estructuras de filtro de

55: EMI, que a su vez usan capacitores electrolíticos. Desde la perspectiva de tratar de maximizar el MTBF de un

controlador, puede ser ventajoso construir un controlador de corriente constante de LEO, basado en un circuito de

regu lación de corriente que no usa ningún elemento de modo de conmutación, siempre que pueda mantenerse la

exactitud de la corriente, que incluye la constancia de la corriente sobre la temperatura. La presente invención se

relaciona con el objetivo general de proporcionar una corriente regu lada a partir de un voltaje de entrada para

60: proporcionar una corriente de control sustancialmente constante o estable para suministrar a los dispositivos de

iluminación tal como LEO, u otros dispositivos que se ven afectados adversamente por, o son sensibles a, las

fluctuaciones de corriente. Las modalidades preferidas de la presente invención tratan de lograr este objetivo

preferentemente sin el uso de circuitería de modo de conmutación dentro del regulador de corriente, tend iendo de esta

manera a aumentar la fiabil idad a largo plazo del regulador, así como a reducir o eliminar la necesidad de capacitores

electrolíticos en un controlador de LEO basado en el regulador, aumentando de esta manera además, la fiabilidad a largo plazo del controlador de LEO

Son conocidos los circuitos o dispositivos reguladores de corriente que persiguen proporcionar una corriente a un LEO o cadena de LEO regulada, o sustancialmente constante, con respecto un voltaje de alimentación. Los llamados "reguladores de corriente constante" pueden comercializarse en ya sea topologias de dos tenninales o de tres terminales_ La Figura 1a ilustra el caso de un regulador de dos terminales, mientras que la Figura 1b muestra un regulador de corriente de tres terminales

Sin embargo, incluso con el uso de un dispositivo regulador de corriente, las variaciones en la corriente de control suministrada a una cadena de LEO pueden surgir por un número de razones. La dispersión de fabricación-es decir las variaciones en la tolerancia de fabricación de la corriente que detennina los elementos de circuito -es una de las principales causas del surgimiento de las variaciones en el control de LEO/corriente de alimentación. Las variaciones surgen también debido al "coeficiente de temperatura" del circuito regulador de corriente -en otras palabras la dependencia del desempeño del regulador con respecto un ambiente o temperatura de unión.

Como será evidente de la discusión siguiente con relación a los reguladores de corriente constante previamente considerados, hay un número de inconvenientes asociados con la técnica anterior

La Figura 2 muestra una esquema de un regulador de corriente de tres terminales tipico usado para propósitos de controlar una cadena de LEO (también citada enUS2010f0277091 -Brieda y otros). El mínimo 'voltaje de caída' a través de un regulador de corriente de acuerdo con el diseño mostrado en la Figura 2 es aproximadamente 1.3 V -esto es igual a dos caídas de voltaje base-emisor (vbe) (a través de los transistores Q1 y Q2). Una de estas 'caídas de vbe' específicamente la que es a través de la unión base-emisor de Q1 -ocurre a través de R1 , que resulta en una corriente a través de R1 de vbe1fR1 Asumiendo que Q2 es una corriente base despreciable, la corriente a través de los LEO es también igual a vbe1fR1, donde vbe1 es el voltaje base-emisor del transistor Q1 Consecuentemente, debido a la dependencia de la temperatura inherente de vbe, la variación relacionada con la temperatura de la corriente del LEO, expresada como una fracción de la corriente nominal del LEO, se da por:

TC = (6I~/6T)/IuD = (6vbel/~T)/vbe2n~

ecuación 1

en donde, vbe1 nom es el valor nominal de vbe1 a una temperatura estándar (300K). En el diseño de la Figura 2, vbe1 nom es aproximadamente 0.6 V Y e5vbelfe5T es, en una aproximación ingenieril muy buena, -2 mVfK. consecuentemente, el valor más bajo que puede lograrse del coeficiente de temperatura, TC, para este diseño es -0.0033 K" (-0.33 % por Kelvin, o -3, 300 ppm por Kelvin). Las corrientes mostradas para esta 'solución estándar' en la Tabla 1 de Brieda y otros indican una variación de -0.35 % por Kelvin. Este valor de TC resultaria en la corriente proporcionada a la cadena de LEO que varía en -f+ 9.25% sobre un intervalo de temperatura de +f-55 Kelvin

La solución propuesta por Brieda y otros sufre de un coeficiente de temperatura TC de -0.0650 % por Kelvin (-650 ppm/K). Esto resulta en una variación de corriente del LEO de -f+ 3.6% sobre +f-55 Kelvin. Esta variación hace que en la solución de Brieda, para muchas aplicaciones donde las fluctuaciones una temperatura ambiente, se esperen inadecuadamente y donde se requiere la salida óptica, en términos de flujo luminoso ylo índices cromáticos, de un ensamble de LEO para mantenerse sustancialmente constante.

En resumen, por lo tanto, aunque el diseño de Brieda ofrece algunas ventajas en ténninos de costo-eficiencia, este diseño es capaz de entregar valores mínimos de coeficiente de temperatura, TC, de aproximadamente 650 ppmlK en magnitud. Esta magnitud de TC es aún significativa y lleva a variaciones de aproximadamente -f+ 4% de corriente del LEO sobre el intervalo de temperatura especificado de -30C a +80C

Se conoce además en la técnica una topología de circuito de dos terminales generalizada capaz de proporcionar una corriente sustancialmente constante, limitada por las capacidades de manejo de corriente y el voltaje de un transistor bipolar de silicio. Esta topología generalizada se muestra en la Figura 3

Dentro de esta topología, se usa un dispositivo de regulación de voltaje (VRo) para regular el voltaje a través de una combinación en serie de un voltaje base-€misor, vbe, y un resistor de programación de corriente, R. Si el voltaje regulado a través del VRO es Vreg, entonces la corriente a través del resistor R se da por·

IR ~ (Vreg -vbe)IR

ecuación 2

Permitiendo que dos de tales corrientes polaricen mutuamente las uniones base-emisor de los dos transistores bipolares mostrados en la Figura 3, la corriente total regulada a través del regulador se da por·

Ir -= 2./R ~ 2.(Vreg -tlbe)/R

ecuación 3

El coeficiente de temperatura de esta corriente , definido (anteriormente) como el cambio fraccional en la IT con la temperatura , se da por:

Te -(Iil,!OT")Ilr -(óVreg/óT -Iio>be/óT)/(V"8 -,be) ecuación 4

Se conoce en la técnica que para un transistor bipolar de silicio, el valor de ~.... bef~T es aproximadamente -2 mVfK y que vbe, que es el voltaje a través de una unión pn de silicio de pcolarización directa es aproximadamente 0.7 V.

El comportamiento térmico de la corriente regulada depende por lo tanto de la naturaleza y del comportamiento térmico del VRO. A la luz de esto, se ha descrito un diseño particular, basado en esta topología generalizada, en el que el VRO comprende una combinación en serie de un diodo de unión pn de polarización directa y un diodo de 'referencia de banda prohibida'. Este diseño se muestra en la Figura 4. Para este diseño, el ....oltaje regulación, Vreg se da por:

"reg"" Vdi.diodo Vbg

ecuación 5

Es una propiedad de un diodo de referencia de banda prohibida, que el voltaje a tra ....és de este, Vbg (típicamente 1.23 V) no ....aría sustancialmente con la temperatura, mientras que, el voltaje a través de un diodo de unión pn de polarización directa, Vdiodo, variará con la temperatura de la misma manera que una unión base-emisor (que también es una unión pn de polarización directa, que porta sustancialmente la misma corriente que el diodo). Por lo tanto, el comportamiento térmico del Vreg será idéntico al del vbe, produciendo de esta manera un coeficiente de temperatura cero, TC, para la corriente del regulador.

Hay, sin embargo, limitaciones en el desempeño y costos de los reguladores de este diseño En particular, un diodo de silicio de referencia de banda prohibida, que mantiene una voltaje de temperatura estabilizado a través de este de 1.23 V, funciona hasta una corriente máxima típica de 20 mA. Esto coloca un límite superior en la corriente total del regulador, IT, de 40 mA

Además, la impedancia diferencial mínima del diodo de banda prohibida (típicamente menos de 1 O) hace difícil asegurar que los dispositivos de este tipo puedan conectarse en paralelo, mientras que se distribuye la corriente entre ellos. La Figura 5 ilustra el problema. Esta representa las características IN de dos diodos de banda prohibida, que se disponen (para la ilustración del peor caso) en cada extremo de la dispersión de fabricación en el Vbg • para un diodo de silicio de banda prohibida típico, esta dispersión (Vbg2 -Vbgl) es aproximadamente 8 mV. Puede verse fácilmente, que si dos de tales diodos se colocan en paralelo, el diodo con el valor más bajo de Vbg (Vbgl) tomará una cierta cantidad de corriente (mostrada como Ibgj) antes de que el otro diodo comience a tomar cualquier corriente. Consecuentemente, habrá un intervalo de corriente de VRO, sobre la que no se da una distribución de corrientes y sobre el que por lo tanto, las capacidades de manejo de corriente del VRO y por lo tanto del regulador de corriente como un todo, permanecen limitadas por las capacidades de manejo de corriente de un único diodo de referencia de banda prohibida.

Inspeccionando la caracterlstica IN de un diodo de banda prohibida con una capacidad de manejo de corriente máxima de 20 mA (tal como el L T1 004-1.2) puede verse que el voltaje a través del diodo de banda prohibida 1 en la Figura 5, tiene un valor que es sustancialmente 8 mV más alto que su valor nominal (corriente baja), asegurando de esta manera que el diodo de banda prohibida 2 se enciende, cuando la corriente a través del diodo de banda prohibida 1 ha alcanzado un valor de aproximadamente 14 mA. Esto significa que el diodo de banda prohibida 1 y el diodo de banda prohibida 2 no comparten corriente, hasta que la corriente a través del diodo de banda prohibida 1 ha alcanzado un valor que es solamente unos pocos miliamperes más baja que su valor de capacidad máximo. Además, debido a la naturaleza no lineal de la caracteristica IN de un diodo de banda prohibida, donde la impedancia diferencial (tasa de cambio de voltaje con corriente) es significativamente mayor a baja corriente que a alta corriente, cuando la corriente a través del diodo de banda prohibida 1 aumenta en 6 mA, hasta su capacidad máxima de 20 mA, la corriente a través del diodo de banda prohibida 2 aumentará significativamente menos que esto (aproximadamente 3 mAl.

Consecuentemente, reemplazando el diodo de banda prohibida en cada VRD de un circuito de acuerdo con la Figura 4, con una combinación en paralelo de dos de tales diodos de banda prohibida y permitiendo las variaciooes de fabricación en el Vbg, puede esperarse fácilmente el aumento de la capacidad de manejo de corriente de cada VRO en solamente 9 mA, comparado con los 20 mA deseados. Por lo tanto, el aumento fácilmente esperado de la capacidad de manejo de corriente del regulador de corriente como un todo sería aproximadamente 18 mA, opuesto a los 40 mA deseados. Esto es efectivamente un proceso de rendimiento decreciente en términos de la corriente que se maneja por costo unitario La importancia de esto es significativa, en vistas del hecho de que los diodos de referencia de banda prohibida no son diodos de estructuras simples, sino circuitos integrados bastante complejos, que contienen varios elementos de circuito Un diodo de referencia de banda prohibida de 1.23 voltios típico contiene aproximadamente 13 transistores bipolares y 8 resistores, convirtiéndolo en un contribuidor significativo del costo total del regulador de corriente.

Una aproximación alternativa, en el caso de un circuito de acuerdo con el diseño de la Figura 4, sería formar

combinaciones en paralelo de todo el VRo de baja comente (donde cada VRo de baja corriente es, como se muestra, una combinación en serie del diodo de unión pn de polarización directa y el diodo de referencia de banda prohibida) para formar un VRo de alta corriente. Esto, sin embargo, significaría replicar tanto el diodo de banda prohibida como el diodo de unión PN, aumentando nuevamente de esta manera significativamente, el costo del regulador.

Como tal, la rea lización de la topología general mostrada en la Figura 4 no ofrece una soluciórl rentable al reto de proporcionar un regulador de corriente de bajo coeficiente de temperatura que es programable en un intervalo amplio de corrientes constantes

Las modalidades de la presente invención persiguen aliviar los problemas e inconvenientes asociados con los dispositivos reguladores de corriente antes considerados. La consideración de los requerimientos del controlador de LEO de un intervalo de diferentes aplicaciones, lleva a la observación de que existe una necesidad de un dispositivo de corriente que tenga desempeño térmico mejorado junto con la exactitud de las capacidades de ajuste de comente y que es preferentemente operable en un intervalo amplio de valores de corrientes programables. Además, en vistas de la sensibilidad al precio de muchas de estas aplicaciones, los controladores de LEO enfocados en esta necesidad deben, idealmente, ser rentables. En términos de diseño de circuito, esto significa soluciones de realización que usan topologías de comente y componentes simples. Por ejemplo, una solución rentable sería una que mantuviera un bajo conteo de transistores. Esto tendría el beneficio añadido de maximizar el MTBF del regulador de corriente y por lo tanto de un controlador de LEO que incorpora el mismo. Se desea además proporcionar un dispositivo regulador de corriente que exhibe una sensibilidad más baja a la tolerancia de fabricación de corriente que determina los elementos de circuito que las soluciones consideradas anteriormente

Chattopadhyay O: "Electronics (Fundamentals And Applications )", 1 de enero de 2006, New Age International, páginas 74 a la 75 describe un regu lador de corriente de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona un regu lador de corriente que comprende un circuito regulador de corriente para proporcionar una corriente regulada a partir de un voltaje de entrada, el circuito regulador de comente que comprende: un circuito controlador que comprende un resistor y un transistor; y un circuito regulador de voltaje (VRC1) operable para proporcionar voltaje regulado a dicho circuito controlador, caracterizado porque dicho circuito regulador de voltaje comprende una pluralidad de diodos lener cooectados en paralelo, cada diodo lener que tiene un voltaje lener de menos de 5.5V y en donde los diodos lener se seleccionan de manera que existe una variación de entre 0.1 V Y 0.3 V entre los voltajes lener de los diodos lener comprendidos en la pluralidad de diodos lener.

Preferentemente, el circuito controlador y el circuito regulador de voltaje forman un primer circuito regulador de corriente. Preferentemente, el primer circuito regulador de corriente se acopla de manera cruzada a un segundo circuito regulador de corriente. Preferentemente, en este caso, el segundo circuito regulador de corriente puede comprender·

un segundo circuito cootrolador que comprende un resistor y un transistor; y un segundo circuito regulador de voltaje operable para proporcionar voltaje regulado a dicho segundo circuito controlador, en donde dicho circuito regulador de voltaje comprende una pluralidad de diodos lener conectados en paralelo, cada diodo lener que tiene un voltaje lener de menos de 5.5 V Y en doode los diodos lener se seleccionan de manera que existe una variaciórl de entre 0.1 V Y 0.3 V entre los voltajes lener de los diodos lener comprendidos en la pluralidad de diodos lener.

Alternativamente, el circuito controlador y el circuito regulador de voltaje forman un primer circuito regulador de corriente que se conecta a un circuito sumador resistivo

De acuerdo coo las modalidades en donde la salida del primer circuito regulador de corriente se acopla de manera cruzada a dicho segundo circuito reguladOf de corriente, el colector del transistor del primer circuito regulador de corriente se conecta al terminal positivo del circuito regulador de voltaje del segundo circuito regulador de corriente.

Preferentemente, los diodos lener del/de cada circuito regulador de voltaje comprenden diodos lener de silicio Los transistores usados en un circuito regulador de corriente acoplado de manera cruzada de este tipo preferentemente forman un Mpar complementarioM en donde un transistor es un transistor bipolar de silicio del tipo PNP Y el otro es un transistor bipolar de silicio del tipo NPN

Las modalidades de la presente invención ventajosamente explotan el voltaje de ruptura bien definido de los diodos lener como un medio para regular el voltaje aplicado al circuito controlador de un dispositivo regulador de corriente para generar una comente estabilizada para suministrarla a una carga dada.

La provisión de una pluralidad de diodos lener que se conectan en paralelo para formar el circuito regulador de voltaje de acuerdo con las modalidades de la presente invención es ventajosa en que facilita mucho la generación de un intervalo amplio de valores de corriente regulada (IT). Específicamente, el intervalo de programación de corriente de un regulador de corriente que incorpora la presente invención puede seleccionarse ventajosamente de acuerdo con el número de diodos lener usados en cada circuito reguladOf de voltaje, o dispositivo regulador de voltaje (VRo). Como tal, de acuerdo COfl las modalidades de la presente invención, no es necesario establecer un paralelismo o replicar todo el circuito para lograr un intervalo de valores de corrientes constantes. Por lo tanto, las partes que se replican de acuerdo con la presente invención (es decir los diodos Zener) son elementos de circuito simples y relativamente baratos. Esto proporciona ventajosamente una solución muy rentable al problema de proporcionar un intervalo de valores de corrientes reguladas, permitiendo de esta manera que las modalidades de la presente invención sean útiles para estabilizar la corriente de control para un intervalo diverso de aplicaciones

Para los diodos lener de silicio con voltajes lener, Vz, de menos de aproximadamente 5.5 V, existe un valor de corriente, IZ,opt, a través del diodo lener a la que la tasa de cambio de voltaje lener COfl la temperatura es sustancialmente igual a la tasa de cambio de voltaje base-emisor, vbe, de un transistor bipolar de silicio (sustancialmente -2 mV/K). Los diodos lener con estos voltajes lener, sin embargo, difieren de acuerdo tanto con el valor de Iz, opt a la que se cumple esta condición de equilibrio térmico, y el valor de la impedancia lener, lz a cua lquier corriente dada. Las modalidades preferidas de la presente invención hacen uso del hecho de que en un circuito acoplado de manera cruzada, un VRo puede construirse, usando diodos lener de bajo voltaje, que se eligen sobre la base de que tienen una corriente, IZ,opt, a la que la tasa de cambio del voltaje lener con la temperatura es sustancialmente igual a la tasa de cambio del voltaje base-emisor, vbe, de un transistor bipolar de silicio con la temperatura

Además, de acuerdo con una modalidad particularmente preferida, los diodos lener se seleccionan de manera que la tasa de cambio de voltaje lener con la temperatura, bVzjbT debe exhibir la variación con corriente minima, para valores de corriente lener de aproximadamente Iz,opt, facilitando de esta manera un intervalo amplio de corrientes programables a través de un regulador que incorpora la presente invenciÓfl, sobre el que la dependencia de la temperatura de cada corriente dentro de este intervalo programable es ventajosamente pequeño.

Por lo tanto, de acuerdo con las modalidades de la presente invención, los diodos lener exhiben un bajo voltaje lener es decir menos de 5.5 V. Preferentemente, los diodos lener exhiben un voltaje lener de entre 2.0 V Y 3.0 V. Se apreciará por los expertos en la técnica que el voltaje lener de un diodo lener dado se define, de acuerdo con la definición del voltaje lener nominal, como el voltaje a través del diodo a una cOfriente del diodo definida Una corriente de diodo lener típica a la que se mide el voltaje lener es 5 mA.

Las modalidades preferidas de la presente invención hacen uso del hecho de que los diodos lener de silicio con bajos valores de voltaje lener tienden a tener valores mayores de impedancia diferencial lener, lz comparado tanto con mayores voltajes lener como con diodos de banda prohibida. Estos valores mayores de lz ventajosamente aseguran, dentro de los límites definidos por la tolerancia de fabricación en el voltaje lener, que tales diodos lener pueden conectarse en paralelo y compartir, aproximadamente de manera uniforme, la corriente a través de la combinación en paralelo. Esto asegura beneficiosa mente que puedan elegirse varios intervalos de corriente del regulador, sobre el que la dependencia de la temperatura de corriente es pequeña y tiene un valor de cero dentro del intervalo Cada dicho intervalo se refiere a un número dado de diodos lener por VRO.

Preferentemente, las modalidades de la presente invención persiguen aliviar el problema que ocurriría normalmente como resultado de las variaciones de fabricación en el voltaje lener de cualquier diodo lener dado, o de hecho las variaciones de fabricación en los diodos de rectificación, tal como lo usados en la técnica anterior con referencia 2, que corresponden específicamente a las variaciones en la corriente programada del regulador, IT. Esto se hace asegurando que la corriente a través de un regulador de acuerdo con la presente invención varía de acuerdo con el voltaje lener promedio dentro de cada pila de diodo lener en paralelo, donde las variaciones en este valor promedio obedecerán a una distribución estadística gobernada por el teorema del límite central de estadisticas, de manera que la desviación estándar del voltaje lener medio dentro de cada VRo se reduce por un factor de la raíz cuadrada del número de diodos lener por VRo, comparado con la desviación estándar del voltaje lener de un único diodo lener. Esto lleva a una variación reducida en el voltaje lener medio dentro de un VRo y por lo tanto las variaciones fraccionales reducidas de la corriente regulada, en mayOfes variaciones de corriente de un circuito regulador de corriente de acuerdo con la presente invención

Como se discutirá en más detalle en la presente, el dispositivo de regulación de voltaje (VRo) de acuerdo con las modalidades de la presente invención es altamente ventajoso en que la combinación en paralelo de diodos lener no solamente sirve para proporcionar una función de regulación de voltaje, sino que, en modalidades preferidas, puede servir además para compensar la dependencia de temperatura del transistor de control para lograr una función de equilibrio térmico, sobre un intervalo amplio de corrientes, que comprende un número de subintervalos, donde cada subintervalo corresponde a un número particular de diodos lener en paralelo por VRO. Los circuitos reguladores de corriente de acuerdo con ta presente invención ventajosamente proporcionan una corriente regulada para la que la dependencia de temperatura de la corriente regulada se reduce beneficiosamente a un valor medido en decenas de partes por millón por Kelvin. De hecho, de acuerdo con modalidades particularmente preferidas de la presente invención, el valor del coeficiente de temperatura, TC, se ve que es sustancialmente cero a corrientes preferidas especificas a través de cada subintervalo

5: Además, se apreciará que ya que puede lograrse este desempeño, de acuerdo con las modalidades de la presente invención, por medio de un circuito que contiene solamente transistores bipolares, diodos Zener y resistores, las modalidades de la presente invención representan un regulador de corriente particularmente rentable. Como tal , las modalidades de la presente invención encuentran particular aplicación en la iluminación LEO, retroiluminaciones LCO, que incluyen las grandes pantallas públicas , asi como también pantallas LEO, iluminación arquitectónica y aplicaciones de rotulación de canal, sin recurrir a medios adicionales para corregir la desvi ación térmica de la corriente del regulador

10: En resumen, las modalidades preferidas de la presente invención ventajosamente proporcionan un circuito de regu lación rentable, con desempeño térmico mejOfado (es decir valores de coeficiente de temperatura que son menos de los asociados con las soluciones antes consideradas), que es operable en un intervalo de valores de corriente programable, y que se establece de manera adecuada.

15: De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente invención se propOfciona un aparato de iluminación que comprende uno o más LEO, el aparato de iluminación que comprende un regu lador de corriente de acuerdo con una modalidad del primer o segundo aspecto

2 O: El aparato de iluminación puede, por ejemplo, comprender un articulo de iluminación, que contiene LEO, junto con uno o más controladores de LEO, donde cada uno de los dichos controladores de LEO contiene uno o más regu ladores de corriente

Para un mejor entendimiento de la presente invención, y para mostrar cómo la misma puede llevarse a la práctica, se hará referencia ahora, a modo de ejemplo a los dibujos acompañantes en los que:

25: La Figura 1 muest ra topologías generalizadas de circuitos reguladores de corriente de acuerdo con la técn ica anterior;

30: La Figura 2 muestra la topología generalizada de un circuito regu lador de corriente de tres term inales de acuerdo con la técnica anterior; La Figura 3 muestra la topología generalizada de un circuito regulador de corriente de dos term inales de acuerdo con la técnica anterior;

35: La Figura 4 muestra un diseño de un circuito regu lador de corriente de acuerdo con la técnica anterior; La Figura 5 representa una representación gráfica de las características corriente/voltaje (IN) de dos diodos de banda prohibida;

40: La Figura 6 muestra un circuito regulador de corriente de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 7 muestra un circuito regulador de corriente de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención; y

45: La Figura 8 representa una representación gráfica de las características corriente/voltaje (IN) de dos diodos Zener

5 O 55: La Figura 6 muestra un circuito regulador de corriente de dos terminales de acuerdo con una primera modalidad de la presente invención, el circuito regulador de corriente que tiene un primer circuito regu lador de corriente Cl acoplado de manera cruzada a un segundo circuito regulador de corriente C2. El primer circuito regulador de corriente Cl comprende un circuito controlador que tiene un resistor R1 y un transistor bipolar T1 El primer circuito regulador de corriente comprende además un circuito regu lador de voltaje VRCl que comprende una pluralidad de diodos Zener Z1 1, Z1 2 Zln conectados en paralelo. El segundo circuito regulador de corriente C2 comprende un circuito controlador que tiene un resistor R2 y un transistor bipolar T2 El segundo circuito regulador de corriente comprende además un circuito regulador de voltaje VRC2 que comprende una pluralidad de diodos Zener Z21, Z22 ... Z2n conectados en paralelo.

60: Una fuente de voltaje lleva una corriente tT hacia el nodo W que conecta el resistor Rl y el terminal positivo del circuito regu lador de voltaje VRCl del primer circuito regu lador de corriente C1 de manera que la corriente IT se divide entre el resislor Rl y VRC1 . El resistor Rl se conecta al emisor e del transistor TI . La corriente del colector del transistor bipolar TI , que se determina por el valor de Rl , el voltaje producido por el VRCl y por el voltaje base-emisor Vbe del transistor T1 , se suministran al terminal positivo del circu ito regu lador de voltaje VRC2 del segundo circuito regulador de corriente C2 y a la base del transistor T2 en el nodo Y. El nodo X conecta el terminal negativo de VRC1 , la base de TI y el colector de T2. El resistor, Rn es simplemente una fuente de ruido térmico, usado para 'arrancar' el circuito

Asumiendo despreciable la corriente de base en T2, IVRD1 es igual a la corriente del colector de T2. Además, la corriente del colector de T2 se determina por el valor de R2, el voltaje producido por el VRC2 y por el voltaje base-emisor vbe de transistor T2. El terminal negativo de VRC2 se conecta a R2 formando el nodo de salida Z a través del que IT fluye hacia la carga pretendida

En virtud del acoplamiento cruzado de este circuito, los dos transistores se proporcionan ventajosamente con corrientes de polarización de base

De acuerdo con la modalidad anterior, uno de los resistores puede mantenerse en un valor constante, mientras que el otro se usa como un resistor de programación de corriente. Alternativamente, ambos resistores pueden ser variables de manera que ambos sirven como resistores programados de corriente.

De acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención mostrada en la Figura 7, un circuito regulador de corriente C1 se conecta a un circuito sumador resistivo RSC. Un experto en la técnica apreciará que varios diseños para el circuito sumador resistivo son posibles. Por ejemplo, en el ejemplo particular mostrado en la Figura 7, el circuito sumador resistivo comprende una pluralidad de resistores conectados en paralelo.

Lo siguiente describe las propiedades y principios de las moclalidades preferidas de la presente invención.

Precisión de ajuste: La 'precisión de ajuste' de un regulador de corriente de acuerdo con las modalidades de la presente invención se discute en la presente, en términos de las variaciones en la corriente proporcionada por tal regulador, provocadas por las variaciones aleatorias en las propiedades de los elementos de circuito. Mientras que debe apreciarse por el lector que tanto los errores aleatorios corno errores deterministas ocurren en cualquier circuito, son estos errores aleatorios los que dan lugar a las dispersiones en el desempeño del circuito. Los errores deterministas dan lugar a los 'desplazamientos' fijos entre el desempeño de diseño y real. La precisión de ajuste de cualquier circuito de corriente constante se expresa apropiadamente como el cambio fraccional en la corriente regulada. Por lo tanto, para un circuito de acuerdo con la topología general de la Figura 3:

&rI/r "" (.1Vreg + ¡jvbe)/(Vreg -"be)

ecuación 6

en donde, LWreg es la dispersión de fabricación en Vreg y lwbe es la dispersión de fabricación en vbe. En la presente invención, el voltaje de regulación Vreg se proporciona por diodos Zener de bajo voltaje y por lo tanto, t:Nreg = t:Nz. Esta dispersión en Vreg es significativamente mayor (por un factor de aproximadamente 10) que la dispersión en vbe. Por lo tanto·

M¡l1r~ !JVz((Vreg -,be)

ecuación 7

Típicamente, para un diodo Zener de bajo voltaje « 5.5 voltios), tNz, la dispersión estática en el voltaje Zener es aproximadamente 10% -que es igual a una dispersión de + {-5% en Vz. La eco 6 indica que el uso de diodos Zener de bajo voltaje, en ausencia de cualquier medio de corrección, daría lugar a una variación grande en Ir con tolerancia de fabricación en Vz -en otras palabras, una precisión de ajuste de corriente pobre. Por lo tanto se hace deseable, de acuerdo con las modalidades de la presente invención, combinar los diodos Zener de manera que se aminore este efecto

De acuerdo con las modalidades de la presente invención, se hace uso de un teorema de la estadística, conocido como el teorema del límite central. Una consecuencia de este teorema es que si una variable, x, se distribuye de acuerdo con una distribución normal, con media, ~ y la desviación estándar, (J, entonces la media de las muestras de tamaño N, se distribuirán de acuerdo con una distribución normal, con la misma media, ~ y una desviación estándar de (J{..JN.

Se considera el caso de un diodo Zener, con un voltaje Zener nominal, Vz y una tolerancia de fabricación, !:J.Vz. El valor de !:J.Vz se relacionará con la desviación estándar (J (Vz) de las estadísticas de oblea a oblea de Vz. Típicamente, el valor citado para la dispersión de fabricación en Vz será aproximadamente +/-3. (J (Vz) -la 'dispersión de seis'

Si las muestras de N diodos Zener se toman de esta distribución 'global', para formar cada pila de diodos en paralelo, entonces el valor medio de voltaje Zener, <Vz> dentro de cada muestra tendrá un valor medio, « <Vz»> igual al voltaje Zener nominal, Vz y una desviación estándar de (J (Vz){..JN

De acuerdo con las modalidades de la presente invención que usan un circuito de regulación de voltaje, VRC, elfcada VRC se proporciona comprendiendo una pila en paralelo de diodos Zener, cada uno con el mismo voltaje Zener nominal, Vz

El regulador, que tiene dos pilas de diodos, que portan corrientes IS1 e IS2 tiene una corriente total regulada, IT dada por:

ecuación 8

Por lo lanto

Ir::: f«JlZ]> -vbe) +«Vz,>· vbe)f/R

ecuación 9

La varianza en esta corriente lotal se da por" Var(/rJ :: (Var«Vz1» + Var«V'ZI»/R1 ecuación 10

A partir del teorema del límite central:

Var«Vzz»:: Var«YzJ»:: Yar(V¡)/N

ecuación 11

Por lo tanlo· Var(hJ .., 2. Var(Vz)l(N.R1)

ecuación 12

Puede mostrarse que la corriente nominal regulada, IrnQm, a través del regulador se da por"

Ir""... ::: 2. (Vz -vbe)/R ecuación 13

en donde, Vz toma su valor nominal como se cita en la hoja de dalos del fabricante. La desviación estándar en Ir se da por:

ecuación 14

La 'precisión de ajuste' de Ir se da por la dispersión en Ir (l'r.lr) como una fracción de ITnorn• donde la dispersión es 6 (J (IT). De manera similar, la dispersión de fabricación en Vz (.6.Vz) es igual a 6. o (Vz). Por lo lanlo" A(h) = S. " INR').A(Vz)

ecuación 15

A(h)/ho,m s S v'!/NR').A(Vz)/h.~m

ecuación 16 A(IT)/I" .." ~ A(Vz)/IS [" .N).(V, -vbell

ecuación 17

en donde, N es el número de diodos Zener en cada pila. Por lo lanlo, este error fraccional en la corrienle del regulador, para un regulador de acuerdo con la presenle invención se reduce con el número de diodos Zener por pila, por un faclor de raiz cuadrada(2.N).

Coeficiente de temperatura e intervalo de programación de corriente : el coeficiente de temperatura de corriente para un regulador que incorpora la presente invención se da por:

TC ~ (óV<l1fT -"'bel,fl)I(V, -vbe)

ecuación 18

Este coeficiente de temperatura es sustancialmente cero cuando la corriente a través de cada diodo Zener es igual a Iz, opt (el valor de corriente Zener a la que tNzl6T = 6vbeftlT). Consecuentemente, hay valores de corriente del regulador, Ir, a la que TC es sustancialmente cero. Para un desempeño térmico óptimo, por lo tanto, estos valores de Ir se convierten en corrientes operacionales 'preferidas' para un regulador que incorpora la presente invención.

Cuando la corriente Zener, Iz, se separa de este valor óptimo, el valor de TC cambia. Las modalidades preferidas de la presente invención persiguen proporcionar una intervalo de programación de corriente sobre la que TC se desvía de cero solamente una pequeña cantidad. Para propósitos ilustrativos, tomaremos este intervalo de programación de corriente como que es el intervalo sobre el que el valor de TC se limita dentro del intervalo +/-75 ppm por Kelvin. Por lo tanto, definiendo los valores límite inferior y superior del coeficiente de temperatura, TC, como TCu= 7.5x10-s por K y TCL = -7.5xl0·5 por K, los valores inferior y superior de correspondencia a los dos extremos del intervalo de programación de corriente son·

(óV<lof;' = TC,.(V,"-vbe) +"'bellfT ecuación 19

y

ecuación 20

TCu es el valor límite superior de TC, que corresponde al limite inferior de corriente Zener; TCL es el límite inferior de TC, que corresponde al límite superior de corriente Zener. VZu y VZt. denotan los valores de voltaje Zener en los límites superior e inferior de corriente Zener respectivamente. Estos valores de Vz pueden aproximarse de manera exacta asumiendo, a priori, que el intervalo de corriente a través del diodo Zener medio dentro de cada pila es aproximadamente 10 mA a 20 mA. Este intervalo de corrientes se centra sobre un va lor de corriente Zener que corresponde al valor de Iz, opt para un diodo Zener de 2.4 V, elegido por razones que se dan más adelante. Entonces los valores exactos de Iz (Iz.u Ytz.d que corresponden a los valores inferior y superior de

5Vz/5T

respectivamente, pueden obtenerse usualmente de la hoja de datos del fabricante del diodo Zener. Los valores correspondientes de Ir son entonces:

lr,,/'= 2.N.lz.ua¡ Y :L:sZ.N,/z.L

ecuación 21

Asumiendo que los transistores bipolares tienen altos valores de ¡3(ldlb) la corriente total a través del regulador en el centro de su intervalo de programación, para un valor dado de N se da por·

h

U II: 2.N.Jz,opt

ecuación 22

De la ecuación 9, el valor del resistor de programación que corresponden a este valor central de corriente se da por:

R =2.«Vz> -vbeJ/h,m,

ecuación 23

Donde el <Vz> toma el valor del voltaje Zener nominal en Iz, opl. Para valores de total regulador corriente en otro lugar dentro del intervalo de programación·

R =1. «Vz> -vbe)/Ir ecuación 24

Distribución de corrientes· se conoce en la técnica que surgen dificultades en la conexión de diodos Zener en paralelo Estas dificultades se relacionan con la extensión a la que estos diodos Zener comparten corriente · similar al caso de

diodos de referencia de banda prohibida usados en la técnica anterior representada en la Figura 4. Si la impedancia diferencial Zener (tasa de cambio de voltaje Zener, Vz, con corriente) a aproximadamente la corriente de operación por diodo Zener (Iz,opt) es insuficientemente alta, o si la dispersión de fabricación en Vz (tNz) es demasiado alta, entonces el diodo Zener con el voltaje más bajo Zener en la pila tomará toda (o al menos la mayoría) de la corriente. Para contrarrestar este problema, asegurando de esta manera que todos los Zeners en cada pila se enciendan, es preferible usar diodos Zener con una pequeña dispersión de fabricación en el voltaje Zener y un voltaje Zener nominal para el que la impedancia Zener a IZ,opt es mayor que unos pocos Ohms. Por lo tanto, de acuerdo con las modalidades preferidas, existe una variación pequeña entre los voltajes Zener de los diodos Zener. La impedancia diferencial Zener se considera normalmente como una impedancia 'parásita' o no deseada. Sin embargo, en el cootexto de la presente invención esto facil ita de manera útil la distribución de corrientes

Esto se muestra con referencia a la Figura 8, que representa las características IN de dos diodos Zener, Z1 y Z2, con voltajes lener que se disponen en las extremidades de la tolerancia de fabricación intervalo para un voltaje lener nominal dado. El voltaje Zener de cada diodo Zener se define, de acuerdo con la definición del voltaje Zener nominal, como el voltaje a través del diodo a una corriente del diodo definida, de normalmente 5 mA. Además, en vistas del diseño del regulador que usa tales diodos Zener, de manera que la corriente nominal Zener es I z, opt, las corrientes a través de Zener 1 y Zener 2 en la Figura 6, se dispone a cada lado de este valor. Por lo tanto, por diseño, la relación entre (IZl -Izz) Y (Vzz -VZ1) se da por·

(!zl -hJJ = (VZ1-Vzd/Rz ecuación 24

en donde, Rz es la resistencia Zener (la parte real de la impedancia Zener, Zz) a Iz,opt. Para un diodo de silicio Zener de

2.4 voltios tipico (citado por razones dadas más adelante) Rz es aproximadamente 35 O Y Iz, opt es sustancialmente

14.5 mA. La dispersión de fabricación en Vz (Vz2 .vz,) es típicamente 0.24 V. Por lo tanto, la diferencia en el peor caso en las corrientes a través del Zener 1 y el Zener 2 es aproximadamente 7 mA. Esto significa que Zener 1 porta una corriente de IZ,opt más 3.5 mA (lz1 = 18 mAl mientras que el Zener 2 porta una corriente de IZ,opt menos 3.5 mA (IZ2 = 11 mAl. Mediante la inspecciórJ del comportamiento térmico de un diodo de silicio Zener de 2.4 voltios típico, la tasa de cambio tipica de VZl y V~ con la temperatura soo (a 18 mA y 11 mA respectivamente) sustancialmente -2.1 mVfK y -1.9 mV/K. Por lo tanto, la tasa de cambio promedio de voltaje Zener con la temperatura es sustancialmente -2.0 mVlK, como se desea para un comportamiento térmico óptimo (OVzJ6T =6vbe/OT) a una corriente nominal por diodo Zener de Iz,opt.

Por lo tanto, contrario a un circuito que usa combinaciones de diodos de unión PN de polarización directa y diodos de referencia de banda prohibida, un circuito que incorpora la presente invención ventajosamente usa referencias de voltaje de distribución de corrientes (diodos Zener de bajo voltaje) dentro de cada VRO. En vistas del hecho de que, contrario a los diodos de referencia de banda prohibida, tales diodos Zener de bajo voltaje son estructuras de unión PN simples, esto proporciona un medio rentable mediante el que las capacidades de manejo de corriente y por lo tanto, el intelValo de programación de corriente de un regulador de corriente pueden seleccionarse, de acuerdo con el número de tales diodos Zener de bajo voltaje usado en cada VRO.

La utilidad de esta aproximación se muestra con referencia a una serie de modalidades diferente, cada diferenciaciórJ en términos del número de diodos Zener por VRO

El criterio de selección preferido para diodos Zener usado en una modalidad preferida de la presente invención son, a la luz de lo anterior:

/':Nz (dispersión de fabricación en Vz -es decir el surgimiento de las variaciones entre los voltajes Zener de la pluralidad de diodos Zener comprendida en a VRD dado) debe ser baja. Esto asegura ventajosamente una buena precisión de ajuste y facilita la distribución de corrientes.

2.: La impedancia Zener Zz debe ser alta a la corriente de operación por diodo, IZ,opt para permitir ventajosamente la distribución de corrientes

3.: Vz a Iz,opt debe ser baja para lograr un bajo 'voltaje de desconexión', que es igual a 2xVz.

4 La tasa de cambio con corriente (OVzJOT.Olz) debe ser baja, para corrientes aproximadamente IZ,opt para lograr ventajosamente un amplio intervalo de corrientes programables.

5. El valor de IZ,opt debe ser baja para casos donde la precisión de ajuste de la corriente programada es particularmente importante, como estas fuerzas N deben ser altas para cualquier valor dado de corriente del regulador

La inspección de los datos de desempeño térmico para varios diodos Zener de silicio comercialmente disponibles muestra que los primeros cuatro de estos criterios se cumplen sustancialmente eligiendo un diodo Zener con a bajo voltaje Zener o, preferentemente el voltaje Zener más bajo disponible -típicamente, 2.4 V al corriente de referencia del voltaje Zener, 5 mA_ Para aplicaciones en las que la precisión de ajuste de corriente programada es particularmente importante, puede elegirse un voltaje Zener (sustancialmente 3_0 VaS mAl ligeramente más alto, cuando este es consistente con un valor más bajo de IZ,opt, consistente con un criterio de selección preferido 5.

Modalidades ilustrativas·

Para un diodo de silicio Zener de 2.4 V típico, donde el voltaje Zener se mide a una corriente Zener de 5 rnA, el voltaje Zener a Iz, opt (que es sustancialmente 14.5 mAl es 2.9 V. Además, para un transistor de silicio NPN o PNP típico, que 10 porta una corriente del emisor apreciable, vbe" 0_7 V

6Vz " 0. 24 V

I z, opt = 14.5 mA

15 Zz @ Iz,opt = 35 (;1

Vz @ Iz,opt = 2.9 V

Vz @ lOmA (V<valor tomado para VzLl = 2.75 V

20 Vz @ 20mA (V<valor tomado para ZuJ 3.1 V

(ó Vz/ óT)U -1. 85 mV/K

(óVz/óTj¡ ~ -2 . .18 mV/K

I ;.,L 9.5 mA, Il..u 23.5 mA

Las mediciones de desempeño pueden calcularse a partir de las figuras, asumiendo que los resistores (R) tienen un

30 coeficiente de temperatura cero. En la práctica, los resistores con coeficiente de temperatura muy bajo representan una subida significativa en los costos_ Los resistores con chip de pelicula gruesa asequibles. sin embargo, están actualmente disponibles, con los coeficientes de temperatura de +1-25 pprnlK a través del intervalo de resistencia requerido y con precisiones de resistencia de +/-0.1%. Las mediciones de desempeño para un intervalo de N de 1 a 6 se dan en la Tabla 1

Tabla 1

N: Corriente central Ir.e ..n (mA) (a la que, TC = O) R@ IT.cen(O) Precisión de ajuste de corriente@ IT.cen Intervalo de corriente programable, s obre el que -75 ppmfK < TC < +75 ppm/K

Ir.L (mAl: Ir.u (mA)

1: 29 151_7 +1· 5_5 % 19 47

2: 58 75.86 +/-3.9% 38 94

3: 87 50.57 +1· 3.2 % 57 141

4: 116 37.93 +1-2.7 % 78 188

5: 145 30_34 +/· 2.4 % 97 235

6: 174 25.29 +/· 2.2 % 116 282

Esto muestra que las modalidades de la presente invención ventajosamente proporcionan una topología para un

regulador de corriente, basado en que, los reguladores pueden diseñarse proporcionando un intervalo de corriente programadas de aproximadamente 20 mA a aproximadamente 280 mA, sobre el que se mantiene un coeficiente de temperatura de corriente, que se dispone entre -75 ppm por Kelvin y + 75 ppm por Kelvin (-0_0075% pOf Kelvin y + 0.0075% por Kelvin). Cada modalidad de la presente invención comprende dos transistores de silicio bipolares y un

5 número de diodos Zener de silicio de bajo voltaje, proporcionando beneficiosamente una solución de bajo costo

Las variaciones de fabricación en el valor de IZ,opt se acomodarian sensiblemente especificando un producto diseñado de acuerdo con una particular modalidad de la presente invención, sobre un intervalo de corrientes programadas más estrecho. Un intervalo de corrientes realista sobre el que puede especificarse el coeficiente de temperatura de +/-75 10 ppm por Kelvin seria de aproximadamente 25 mA a 220 mA. En circunstancias donde el voltaje de desconexión es bajo y por lo tanto bajo voltaje Zener, es menos importante que la precisión de ajuste, sería ventajoso usar diodos Zener que tienen un voltaje Zener ligeramente más alto, coosistente con la necesidad de mantener alta la impedancia Zener. Tal diodos Zener de voltaje ligeramente más alto (por ejemplo 3.0 V) tienen valores más bajos de Iz,opt. Esto significa que para cualquier corriente dada del regulador, un número más alto de Zeners se requeriria en cada pila, llevando, en

15 vistas del teorema del límite central, a una mayor precisión de ajuste para esa corriente del regulador. En circunstancias donde el valor de TC se requiere que sea sustancialmente cero a una corriente especifica, Iflpe<:, o sobre un intervalo de corrientes programadas pequeño centrado en lespec, es posible elegir un valor de voltaje Zener para el que los diodos Zener de silicio tienen un valor de IZ,opt dado por·

Iz , opt: = I spu,:;z. N

ecuación 25

Donde N es un entero y corresponde al número de diodos Zener por VRD en tal circuito regulador

Por ejemplo, puede mostrarse que para Vz =2_7 V, el valor correspondiente de Iz,opt para un diodo de silicio Zener es tipicamente 5 mA_ Por lo tanto, es posible construir un circuito regulador de corriente, que incorpora la presente 25 invención, que usa dos de tales diodos Zener por VRD y que tiene un coeficiente de temperatura de corriente, TC, que es sustancialmente igual a cero para una corriente total del regulador, Ir, de 20 mA

Además, para facilitar la programación de la corriente, podría usarse un regulador que incorpora la presente invención, donde UIlO de los resistores de programación se mantienen constante (en el valor central de la corriente, para una N

30 dada) mientras que el otro se usa como el resistor de programación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un regulador de corrienle que comprende un circuilo regulador de corriente para proporcionar una corrienle regulada a partir de un voltaje de entrada, el circuito regulador de corriente que comprende:

un circuito controlador que comprende un resistor (Rl) y un transistor (T1); Y un circuito regulador de voltaje (VRC1) operable para proporcionar voltaje regulado a dicho circuito controlador, caracterizado porque dicho circuito regulador de voltaje comprende una pluralidad de diodos lener (l1 1, l h, ... l1 n) conectados en paralelo, cada diodo lener que tiene un voltaje lener de menos de 5.5 Vy en donde los diodos lener se seleccionan de manera que existe una variación de entre
0.1 V Y 0.3 V entre los voltajes lener de los dicx:los lener comprendidos en la pluralidad de diodos lener
2. Un regulador de corriente como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde dicho circuito regulador de

corriente (Cl) d forma un primer circuito regulador de corriente, y en donde dicho primer circuito regulador de 15 corriente se acopla de manera cruzada a un segundo circuito regulador de corriente (C2).
3. Un regulador de corriente como se reivindicó en la reivindicación 2, en donde dicho segundo circuito regulador de corriente (C2) comprende·

un segundo circuito controlador que comprende un resistor (R2) y un transistor (T2); y un segundo circuito regulador de voltaje (VRC2) operable para proporcionar un voltaje de referencia estabilizado a dicho segundo circuito controlador, en donde dicho segundo circuito regulador de voltaje comprende una pluralidad de diodos lener (Z21, l22, ... Z2n) conectados en paralelo cada dicx:lo lener que tiene un voltaje lener de menos de 5.5 V yen donde los diodos lener se seleccionan de manera que

25 existe una variación de entre 0.1 V Y 0.3 V entre los voltajes Zener de los diodos Zener comprendidos en la pluralidad de diodos Zener
4.

Un regulador de corriente como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde dicho regulador de corriente forma un primer circuito regulador de corriente, y en donde dicho primer circuito regulador de corriente (Cl) se conecta a un circuito sumador resistivo (RSC).
5.

Un regulador de corriente como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el regulador de corriente comprende un circuito de dos terminales.

35 6. Un regulador de corriente como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los diodos Zener del/de cada circuito regulador de voltaje comprenden diodos Zener de silicio
7.

Un regulador de corriente como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciOfles anteriores, en donde los diodos Zener del/de cada circuito regulador de voltaje exhiben un voltaje Zener de entre 2.0 V Y 3.0 V
8.

Un regulador de corriente como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el circuito es operable para proporcionar una corriente regulada programada de entre 25 mA a 220 mA
9.

Un regulador de corriente como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el

45 voltaje Zener de los diodos Zener comprendido en el circuito regulador de voltaje del/de cada circuito regulador de corriente se seleccionan de manera que:

Iz,opt

donde IZ,opt es la corriente a la que la tasa de cambio del voltaje Zener con la temperatura es sustancialmente igual a la tasa de cambio del voltaje base--emisor vbe del transistor del circuito regulador de corriente, N es un número entero de diodos Zener pOI" circuito regulador de voltaje e 1_ es una corriente del regulador de corriente a la que el coeficiente de temperatura es sustancialmente cero.
10.

Un regulador de corriente, como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el transistor del/de cada circuito controlador comprende un transistor bipolar de silicio
11.

Un regulador de corriente como se reivindicó en la reivindicación 10, en donde el transistor bipolar de silicio es del tipo NPN o PNP
12.

Un regulador de corriente como se reivindicó en la reivindicación 11 , usando depende de la reivindicación 3, en donde el transistor del primer o segundo circuito regulador de corriente es del tipo PNP mientras que el

transistor de otro circuito regulador de corriente es del tipo NPN de manera que los transistores forman un par complementario
13. Un regulador de corriente como se reivindicó en la reivindicación 3 o en cualquiera de las reivindicaciones de la

5 5 a la 12 cuando dependen de la reivindicación 3, en donde el resistor del primer y/o segundo circuito controlador puede variar para servir como un resistor de programación de corriente.
14. Un aparato de iluminaciÓfl que comprende uno o más LED y un regulador de corriente como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 13