ES2836810T3 - Excitador de iluminación compatible con balasto electrónico para lámpara de diodo emisor de luz - Google Patents

Excitador de iluminación compatible con balasto electrónico para lámpara de diodo emisor de luz Download PDF

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Abstract

Un aparato que comprende una lámpara de tubo de diodo emisor de luz, TLED, (200, 400, 900, 1100), comprendiendo la lámpara TLED: un tubo (32) que tiene al menos un conector eléctrico (35) configurado para instalarse en un dispositivo de iluminación fluorescente y para recibir potencia de entrada de CA desde un balasto electrónico (10); una pluralidad de diodos emisores de luz, LED, (38) que comprende un primer subconjunto de LED (51) y un segundo subconjunto de LED (52) dispuestos en serie entre sí en una cadena y dispuestos dentro del tubo; y un excitador de iluminación (36, 402, 902) dispuesto dentro del tubo y conectado al al menos un conector eléctrico y que tiene una salida conectada a la cadena de LED y configurada para suministrar potencia a la cadena de LED, comprendiendo el excitador de iluminación (36, 402, 902): un rectificador (210) que tiene una entrada conectada al al menos un conector eléctrico para recibir la potencia de CA y que tiene una salida conectada a la cadena de LED; caracterizado por que el excitador de iluminación (402) comprende, además: un dispositivo de conmutación (220), para evitar el primer subconjunto de LED (51), conectado a la salida del rectificador y configurado para abrirse y cerrarse selectivamente en función de una señal de control de conmutación; un sensor de corriente (440) configurado para detectar una corriente de LED que pasa a través de la cadena de LED; y un controlador (430, 930) configurado para proporcionar un resultado de la comparación en función de la corriente de LED detectada y un valor de referencia y configurado para modular la señal de control de conmutación en función del resultado de la comparación para regular la corriente de LED detectada para que sea menor o igual al valor de referencia.

Description

DESCRIPCIÓN
Excitador de iluminación compatible con balasto electrónico para lámpara de diodo emisor de luz
Campo técnico
La presente invención está dirigida generalmente a un excitador de iluminación para activar una o más fuentes de luz de diodos emisores de luz (LED). De manera más particular, varios métodos y aparatos de la invención divulgados en el presente documento se refieren a una lámpara basada en LED y un excitador de iluminación asociado que se puede adaptar de manera compatible a dispositivos de iluminación que tienen balastos electrónicos.
Antecedentes
Hay muchos entornos comerciales (p. ej., fábricas, tiendas, almacenes, etc.) que tienen una gran cantidad de dispositivos de iluminación con tubos fluorescentes instalados (por ejemplo, tubos T8 o T12) y balastos electrónicos adjuntos.
Cabe señalar que los balastos electrónicos se diferencian de los balastos electromagnéticos (EM) tradicionales en varias formas. Los balastos EM funcionan a la frecuencia de línea (p. ej., 50 Hz o 60 Hz), mientras que los balastos electrónicos funcionan a frecuencias significativamente más altas (por ejemplo, 40 kHz), reduciendo así el parpadeo visible. Los balastos electrónicos también suelen ser más eficientes que los balastos EM, más pequeños y ligeros que los balastos EM y, a veces, también proporcionan aislamiento galvánico entre sus entradas y salidas, mientras que los balastos EM normalmente no lo hacen. Por otro lado, los balastos electrónicos son más complejos y requieren más circuitos eléctricos que los balastos EM.
Los dispositivos de iluminación basados en fuentes de luz de semiconductores, tales como diodos emisores de luz (LED), ofrecen una alternativa viable al fluorescente tradicional, HID, y lámparas incandescentes. Las ventajas y beneficios funcionales de los LED incluyen alta conversión de energía y eficiencia óptica, mayor vida útil esperada, costes operativos más bajos y muchas otras.
Por consiguiente, en algunos casos, existe el deseo de reemplazar las fuentes de luz fluorescente tradicionales existentes por fuentes de luz LED más nuevas, además de eficientes energéticamente. En particular, en muchas instalaciones sería deseable reemplazar las lámparas de tubo fluorescente instaladas por fuentes de luz LED.
En la actualidad, se venden en el mercado varias lámparas de tubo de reemplazo LED. Para hacer funcionar dicha lámpara LED correctamente, la mayoría de ellas requieren volver a cablear el dispositivo de iluminación de la lámpara de tubo fluorescente existente, ya sea quitando el balasto electrónico existente o evitándolo. Sin embargo, esto requiere mucha mano de obra y aumenta el coste total de reemplazo. La forma más fácil de actualizar una unidad de iluminación de tubo fluorescente existente con una fuente de luz LED es simplemente quitando la lámpara de tubo fluorescente vieja y reemplazándola por una nueva lámpara de tubo LED (TLED). No es necesario volver a cablear ni abrir el dispositivo de iluminación de lámpara de tubo fluorescente.
De igual manera, uno de los mayores desafíos de la lámpara TLED es reducir los costes. El coste del excitador de LED puede ser una parte significativa de la unidad de iluminación total, especialmente si se utiliza un excitador de fuente de alimentación de modo de conmutación (SMPS). Funcionar con un balasto electrónico existente presenta una oportunidad para reducir el coste de una lámpara TLED al utilizar el balasto electrónico existente como parte del sistema excitador de LED.
Asimismo, el ahorro de energía es una de las ventajas clave de la lámpara TLED. Debido a que una lámpara TLED generalmente brilla hacia abajo (es decir, la ventana de salida de luz suele estar entre 180 y 240 grados) en lugar de alrededor del tubo (una lámpara de tubo fluorescente tiene una ventana de salida de luz de 360 grados por definición), una lámpara TLED puede proporcionar una eficiencia óptica significativamente mayor que una lámpara de tubo fluorescente. Por lo tanto, el consumo de potencia de una lámpara TLED será menor que el de una lámpara de tubo fluorescente correspondiente. Por ejemplo, para reemplazar una lámpara TL de 36 W y 1,2 metros (4 pies), el consumo de potencia de una lámpara TLED se especifica típicamente en aproximadamente 20 W. Por lo tanto, el excitador de LED debe realizar una reducción de potencia de más del 40 %.
Sin embargo, un balasto electrónico instalado en un dispositivo de iluminación de lámpara de tubo fluorescente existente está diseñado para hacer funcionar una lámpara fluorescente. Una lámpara de tubo fluorescente T8 estándar de 1,2 metros (4 pies) tiene una potencia de 32 W con un balasto electrónico y el balasto está diseñado para accionar la lámpara TL con la corriente correcta para este nivel de potencia. En el caso más simple, se podría conectar una cadena de LED al balasto electrónico con la ayuda de un puente de diodos para convertir la potencia de CA de alta frecuencia suministrada por el balasto electrónico en la corriente de CC para la cadena de LED, con un condensador para suavizar la corriente de ondulación. Si la cadena de LED se elige sustancialmente cerca de una tensión de encendido de la lámpara TL, la lámpara LED recibirá una potencia y corriente similar a la de la lámpara TL.
Sin embargo, este método simple no tiene control de corriente/potencia de bucle cerrado de la lámpara TLED. Por lo tanto, la cantidad de salida de luz se vería fuertemente afectada por los diferentes diseños de circuitos de balasto electrónico, las configuraciones de lámpara de fijación (es decir, lámpara única, dual), la variación de la tensión de red y la propagación de la tensión directa del LED junto con su dependencia de la temperatura. Es muy difícil para dicho circuito lograr una tolerancia de corriente de LED de /-10 %.
Es decir, uno de los desafíos de proporcionar una lámpara TLED para su adaptación a los dispositivos de iluminación de lámparas de tubo fluorescente existentes con balastos electrónicos es la provisión de un excitador de iluminación LED que puede funcionar de manera confiable con una variedad de balastos electrónicos instalados existentes diseñados para lámparas de tubo fluorescente y con LED que tienen una variación razonable en la tensión directa.
En síntesis, con el fin de eliminar los costes laborales asociados con la instalación de nuevos dispositivos de iluminación o el cableado de nuevo de los dispositivos de iluminación existentes, sería deseable adaptar las lámparas de tubo LED (TLED) a los dispositivos de iluminación de lámparas de tubo fluorescente existentes que tengan balastos electrónicos, en lugar de las lámparas de tubo fluorescente existentes, dejando los balastos electrónicos existentes en su lugar. Adicionalmente, sería deseable poder adaptar la misma lámpara TLED a diferentes dispositivos de iluminación que tengan una variedad de balastos electrónicos diferentes con diferentes niveles de salida. Asimismo, sería deseable proporcionar un diseño de lámpara TLED que pueda funcionar con una variedad de diferentes balastos electrónicos con diferentes niveles de salida en un intervalo de tolerancias para los propios LED.
El documento US 2008/0150450 divulga bombillas de estado sólido que comprenden una matriz de LED, un circuito de control de atenuación y un regulador de corriente. La corriente del LED varía según un control del circuito de control de atenuación.
El documento WO 2011/084525 divulga un aparato para proporcionar potencia a la iluminación de estado sólido y puede acoplarse a un primer conmutador, como un conmutador de atenuación. El aparato puede comprender una fuente de alimentación de conmutación, iluminación de estado sólido, un primer circuito de interfaz adaptable para proporcionar una impedancia resistiva al primer conmutador y conducir la corriente desde el primer conmutador en un modo predeterminado; y un segundo circuito de interfaz adaptable para crear un proceso resonante.
El documento WO 2010/027254 divulga una aplicación de iluminación, la aplicación de iluminación puede comprender, por ejemplo, un conjunto de LED que comprende una conexión en serie de dos o más unidades de LED, comprendiendo cada unidad de LED uno o más LED, estando cada unidad de LED provista de un conmutador controlable para cortocircuitar sustancialmente la unidad de LED. La aplicación de iluminación comprende además una unidad de control para controlar una unidad de accionamiento y dispuesta para recibir una señal que representa un nivel de tensión de la tensión de suministro y controlar los conmutadores de acuerdo con la señal. La invención proporciona además un excitador de LED que permite hacer funcionar un atenuador basado en TRLAC a una corriente de retención óptima y un excitador de LED que comprende un búfer conmutable, por ejemplo, un condensador.
El documento US 2002/0060526 divulga un tubo de luz para iluminación mediante un circuito de fuente de alimentación que incluye una parte de bombilla y un par de tapas de extremo dispuestas en extremos opuestos de la parte de bombilla. Se dispone una pluralidad de diodos emisores de luz dentro de la parte de la bombilla y en comunicación eléctrica con el par de tapas de extremo para iluminar en respuesta a la corriente eléctrica que se va a recibir desde el circuito de fuente de alimentación.
Sumario
La presente divulgación está dirigida a métodos y aparatos inventivos para lámparas de tubo basadas en LED ("TLED") que se pueden adaptar a dispositivos de iluminación existentes de manera compatible con una variedad de balastos electrónicos instalados que están diseñados para lámparas fluorescentes. Por ejemplo, en algunas realizaciones, una lámpara TLED como se divulga en el presente documento se puede adaptar a los dispositivos de iluminación de lámpara de tubo fluorescente existentes que tienen balastos electrónicos en lugar de las lámparas de tubo fluorescente existentes, mientras deja los balastos electrónicos existentes en su lugar, se puede adaptar a una amplia variedad de diferentes dispositivos de iluminación que tienen una variedad de diferentes balastos electrónicos con diferentes niveles de salida, y puede funcionar con una variedad de diferentes balastos electrónicos con diferentes niveles de salida en un intervalo de tolerancias para los propios LED.
En general, en un aspecto, la invención se refiere a un aparato que incluye una lámpara de tubo de diodo emisor de luz ("TLED"). La lámpara TLED incluye un tubo que tiene al menos un conector eléctrico configurado para instalarse en un dispositivo de iluminación fluorescente y para recibir potencia de entrada de CA de un balasto electrónico; una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) que comprenden un primer subconjunto de LED y un segundo subconjunto de LED dispuestos en serie entre sí en una cadena y dispuestos dentro del tubo; y un excitador de iluminación dispuesto dentro del tubo y conectado al al menos un conector eléctrico y que tiene una salida conectada a la cadena de LED y configurada para suministrar potencia a la cadena de LED. El excitador de iluminación incluye un rectificador que tiene una entrada conectada al al menos un conector eléctrico para recibir la potencia eléctrica de CA y que tiene una salida conectada a la cadena de LED; un dispositivo de conmutación, para evitar el primer subconjunto de LED, conectado a la salida del rectificador y configurado para abrirse y cerrarse selectivamente en función de una señal de control de conmutación; un sensor de corriente configurado para detectar una corriente de LED que pasa a través de la cadena de LED; y un controlador configurado para proporcionar un resultado de comparación basado en la corriente de LED detectada y un valor de referencia y configurado para modular la señal de control de conmutación en función del resultado de la comparación para regular la corriente de LED detectada para que sea menor o igual al valor de referencia. En algunas realizaciones, el dispositivo de conmutación puede conectarse directamente a la salida del rectificador, y en otras realizaciones pueden estar presentes uno o más elementos intermedios entre la salida del rectificador y el dispositivo de conmutación.
En una realización, el controlador está configurado para ejecutar un algoritmo para proporcionar el resultado de la comparación y modular al menos uno de un coeficiente de utilización y una tasa de conmutación de la señal de control de conmutación, en donde el valor de referencia es una corriente de salida nominal del balasto electrónico.
De acuerdo con una característica opcional de esta realización, el aparato también incluye un segundo sensor de corriente configurado para detectar una corriente de salida del rectificador; y un detector de cruce por cero conectado a una salida del segundo sensor de corriente y configurado para determinar los tiempos aproximados cuando ocurren los cruces por cero en la corriente de entrada de CA de la potencia de entrada de CA recibida y para proporcionar una señal al controlador que indica los tiempos aproximados de cruces por cero en la corriente de entrada de CA, en donde el controlador está configurado para sincronizar pulsos de la señal de control de conmutación con los tiempos aproximados de los cruces por cero en la corriente de entrada de CA.
En otra realización, el controlador está configurado para ejecutar un algoritmo para: comparar la corriente de LED detectada con el valor de referencia para producir el resultado de la comparación; integrar proporcionalmente el resultado de la comparación para determinar la duración del pulso; y modular la señal de control de conmutación proporcionada al dispositivo de conmutación con la duración del pulso, en donde el valor de referencia es una corriente de salida nominal del balasto electrónico.
De acuerdo con otra realización, el excitador de iluminación también incluye un sensor de tensión configurado para detectar la tensión de LED, en donde el controlador está configurado para ejecutar un algoritmo para calcular a partir de la corriente de LED detectada y la tensión de LED detectada una potencia de LED promedio suministrada a los LED, para comparar la potencia l Ed promedio con un valor de referencia adicional para proporcionar el resultado de la comparación, y para controlar al menos uno de un coeficiente de utilización y una tasa de conmutación de una señal de control de conmutación proporcionada al dispositivo de conmutación para accionar la potencia LED promedio para igualar el valor de referencia y el valor de referencia adicional, en donde el valor de referencia adicional es una potencia de salida nominal del balasto electrónico.
De acuerdo con otro ejemplo más, el aparato incluye además un balasto electrónico conectado para suministrar la potencia eléctrica de CA al al menos un conector eléctrico.
De acuerdo con otra realización más, el aparato incluye además un diodo puente conectado en serie entre el primer subconjunto de LED y el segundo subconjunto de LED; un segundo dispositivo de conmutación conectado a la salida del rectificador y en paralelo con una combinación en serie del segundo subconjunto de LED y el diodo puente y configurado para abrirse y cerrarse para modular la tensión de LED que aparece a través de la salida del rectificador de la pluralidad de LED, en donde el dispositivo de conmutación está conectado en paralelo con una combinación en serie del primer subconjunto de LED y el diodo puente y en donde el dispositivo de conmutación y el segundo dispositivo de conmutación se abren juntos y se cierran juntos para provocar que un primer subconjunto de los LED en la cadena esté en paralelo con un segundo subconjunto de los LED en la cadena a través de la salida del rectificador cuando ambos conmutadores están cerrados y hacer que el primer subconjunto de los LED en la cadena esté en serie con el segundo subconjunto de los LED en la cadena a través de la salida del rectificador cuando ambos conmutadores están abiertos.
De acuerdo con un ejemplo adicional, el aparato incluye además un excitador de conmutación configurado para proporcionar una señal de control de conmutación al dispositivo de conmutación, en donde la señal de control de conmutación tiene una tasa de conmutación periódica y un coeficiente de utilización, y en donde el controlador controla el coeficiente de utilización de la señal de control de conmutación para hacer que una potencia promedio suministrada a los LED sea igual a un valor de referencia.
De acuerdo con un ejemplo más, el dispositivo de conmutación está conectado en paralelo a través de un primer subconjunto de los LED que comprende menos de todos los LED que están en serie entre sí.
De acuerdo con un ejemplo adicional más, los LED en la cadena incluyen un primer subconjunto de LED y un segundo subconjunto de LED, y el aparato incluye además un diodo puente conectado en serie entre el primer subconjunto de LED y el segundo subconjunto de LED en la cadena. El aparato incluye además un segundo dispositivo de conmutación, conectado en paralelo con una combinación en serie del primer subconjunto de LED y el diodo puente, y/o conectado en paralelo con una combinación en serie del segundo subconjunto de LED y el diodo puente.
En general, en otro ejemplo, la invención se refiere a un método para accionar una pluralidad de diodos emisores de luz (LED). El método incluye recibir un suministro de potencia eléctrica de CA de al menos un conector eléctrico; rectificar una tensión de entrada de CA de la potencia eléctrica de CA suministrada y suministrar una corriente de LED a los LED; detectar la corriente de LED; y controlar una operación de conmutación de un dispositivo de conmutación en respuesta a la corriente de LED detectada para modular una cantidad de potencia suministrada a la pluralidad de LED para hacer que un promedio de la potencia suministrada a la pluralidad de LED sea igual a un nivel de potencia objetivo.
En general, en otro ejemplo adicional, la invención se refiere a un excitador de iluminación que incluye: un rectificador que tiene una entrada conectada para recibir potencia eléctrica de CA de un balasto electrónico y que tiene una salida conectada para suministrar una corriente a una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) dispuestos en serie entre sí en una cadena; y un dispositivo de conmutación dispuesto a la salida del rectificador y configurado para recibir una señal de control de conmutación y en respuesta a la misma ejecutar una operación de conmutación para modular una cantidad de potencia suministrada a la pluralidad de LED para provocar que un promedio de la potencia suministrada a la pluralidad de LED sea igual a un nivel de potencia objetivo.
Como se usa en el presente documento para fines de la presente divulgación, se debería entender que el término "LED" incluye cualquier diodo electroluminiscente u otro tipo de sistema basado en uniones/inyección de portadores que sea capaz de generar radiación en respuesta a una señal eléctrica. De este modo, el término LED incluye, pero sin limitación, diversas estructuras basadas en semiconductores que emiten luz en respuesta a corriente, polímeros emisores de luz, diodos emisores de luz orgánicos (OLED), tiras electroluminiscentes y similares. En particular, el término LED se refiere a diodos emisores de luz de todos los tipos (incluyendo diodos emisores de luz semiconductores y orgánicos) que se pueden configurar para generar radiación en uno o más del espectro infrarrojo, el espectro ultravioleta y diversas porciones del espectro visible (que generalmente incluyen longitudes de onda de radiación de aproximadamente 400 nanómetros a aproximadamente 700 nanómetros). Algunos ejemplos de LED incluyen, pero sin limitación, diversos tipos de LED infrarrojos, LED ultravioletas, LED rojos, LED azules, LED verdes, LED amarillos, LED ámbar, LED naranjas y LED blancos (analizados más adelante). También se debería apreciar que los LED se pueden configurar y/o controlarse para generar una radiación que tiene diversos anchos de banda (por ejemplo, ancho total a media altura, o FWHM) para un espectro dado (por ejemplo, ancho de banda estrecho, ancho de banda amplio), y una diversidad de longitudes de onda dominantes dentro de una categorización de color general dada.
Por ejemplo, una implementación de un LED configurado para generar luz esencialmente blanca (por ejemplo, un LED blanco) puede incluir un número de pastillas que emiten respectivamente diferentes espectros de electroluminiscencia que, en combinación, se mezclan para formar una luz esencialmente blanca. En otra implementación, un LED de luz blanca se puede asociar con un material luminóforo que convierte una electroluminiscencia que tiene un primer espectro en un segundo espectro diferente. En un ejemplo de esta implementación, una electroluminiscencia que tiene un espectro de longitud de onda relativamente corta y un ancho de banda estrecho se "bombea" al material luminóforo, que a su vez irradia una radiación de longitud de onda más larga con un espectro algo más amplio.
También se debería entender que el término LED no limita el tipo de encapsulado físico y/o eléctrico de un LED. Por ejemplo, como se ha expuesto anteriormente, un LED se puede referir a un solo dispositivo emisor de luz que tiene múltiples pastillas que están configuradas para emitir respectivamente diferentes espectros de radiación (por ejemplo, que pueden ser, o no, controlables individualmente). De igual manera, un LED se puede asociar con un luminóforo que se considera como una parte integrante del LED (por ejemplo, algunos tipos de LED blancos). Por lo general, el término LED se puede referir a LED encapsulados, LED no encapsulados, LED de montaje en superficie, LED de chip sobre placa, LED de montaje en encapsulado T, LED de encapsulado radial, LED de encapsulado de potencia, LED que incluyen algún tipo de recubrimiento y/o elemento óptico (por ejemplo, una lente difusora), etc.
Se debería entender que la expresión "fuente de luz" se refiere a cualesquiera una o más de una diversidad de fuentes de radiación, incluyendo, pero sin limitación, fuentes basadas en LED (incluyendo uno o más LED como se ha definido anteriormente), fuentes incandescentes (por ejemplo, lámparas de filamento, lámparas halógenas), fuentes fluorescentes, fuentes fosforescentes, fuentes de descarga de alta intensidad (por ejemplo, vapor de sodio, vapor de mercurio y lámparas de halogenuros metálicos), láseres, otros tipos de fuentes electroluminiscentes, fuentes piroluminiscentes (por ejemplo, llamas), fuentes luminiscentes de tipo vela (por ejemplo, manguitos incandescentes para gas, fuentes de radiación de arco de carbono), fuentes fotoluminiscentes (por ejemplo, fuentes de descarga gaseosa), fuentes luminiscentes de cátodo que usan saturación electrónica, fuentes galvanoluminiscentes, fuentes cristaloluminiscentes, fuentes cinéticoluminiscentes, fuentes termoluminiscentes, fuentes triboluminiscentes, fuentes sonoluminiscentes, fuentes radioluminiscentes y polímeros luminiscentes.
Una fuente de luz dada se puede configurar para generar radiación electromagnética dentro del espectro visible, fuera del espectro visible o una combinación de ambos. Así pues, los términos "luz" y "radiación" se usan indistintamente en el presente documento. Adicionalmente, una fuente de luz puede incluir como componente integrante uno o más filtros (por ejemplo, filtros de color), lentes u otros componentes ópticos. De igual manera, se debería entender que las fuentes de luz se pueden configurar para una diversidad de aplicaciones, incluyendo, pero sin limitación, indicación, visualización y/o iluminación. Una "fuente de iluminación" es una fuente de luz que está particularmente configurada para generar una radiación que tiene una intensidad suficiente para iluminar eficazmente un espacio interior o exterior.
En este contexto, "intensidad suficiente" se refiere a una potencia radiante suficiente en el espectro visible generada en el espacio o entorno (a menudo se emplea la unidad "lúmenes" para representar la salida de luz total desde una fuente de luz en todas las direcciones, en términos de potencia radiante o "flujo luminoso") para proporcionar iluminación ambiental (es decir, luz que puede ser percibida indirectamente y que puede ser, por ejemplo, reflejada en una o más de una variedad de superficies intermedias antes de ser percibidas en su totalidad o en parte).
La expresión "unidad de iluminación" se usa en el presente documento para referirse a un aparato que incluye una o más fuentes de luz del mismo tipo o de tipos diferentes. Una unidad de iluminación dada puede tener una cualquiera de una diversidad de disposiciones de montaje para la fuente o fuentes de luz, disposiciones y formas de recinto/carcasa, y/o configuraciones de conexión eléctrica y mecánica. Adicionalmente, una unidad de iluminación dada opcionalmente se puede asociar con (por ejemplo, incluir, estar acoplada y/o empaquetada junto con) varios otros componentes (por ejemplo, un conjunto de circuitos de control) en relación con el funcionamiento de la fuente o fuentes de luz. Una "unidad de iluminación basada en LED" se refiere a una unidad de iluminación que incluye una o más fuentes de luz basadas en LED como se ha analizado anteriormente, solas o en combinación con otras fuentes de luz no basadas en LED.
El término "lámpara" debería interpretarse como una unidad de iluminación que incluye conector(es) para recibir potencia eléctrica y para generar radiación (p. ej., luz visible) de la potencia eléctrica recibida. Los ejemplos incluyen bombillas y tubos, incluyendo bombillas incandescentes, bombillas fluorescentes, tubos fluorescentes, bombillas LED, lámparas de tubo LED (TLED), etc.
El término "dispositivo de iluminación" se usa en el presente documento para referirse a una implementación o disposición de una o más unidades de iluminación en un factor de forma, ensamblaje o paquete particular, y puede estar asociado con (p. ej., incluir, acoplarse y/o empaquetarse junto con) otros componentes, por ejemplo, un balasto electromagnético (EM), en particular para suministrar potencia.
El término "controlador' se usa en el presente documento, en general, para describir diversos aparatos en relación con el funcionamiento de una o más fuentes de luz. Un controlador se puede implementar de numerosas maneras (por ejemplo, tal como con hardware dedicado) para realizar diversas funciones analizadas en el presente documento. Un "procesador" es un ejemplo de un controlador que emplea uno o más microprocesadores que se pueden programar usando software (por ejemplo, microcódigo) para realizar diversas funciones analizadas en el presente documento. Un controlador se puede implementar empleando o sin emplear un procesador y también se puede implementar como una combinación de hardware dedicado para realizar algunas funciones y un procesador (por ejemplo, uno o más microprocesadores programados y el conjunto de circuitos asociado) para realizar otras funciones. Los ejemplos de componentes de controlador que se pueden emplear en diversas realizaciones de la presente divulgación incluyen, pero sin limitación, microprocesadores convencionales, circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) y matrices de puertas programables en campo (FPGA).
Como se usa en el presente documento, "Red" se refiere a la fuente de alimentación eléctrica de corriente alterna (CA) de fin general de la red de servicios públicos y, a veces, también puede denominarse potencia doméstica, electricidad doméstica, potencia de hogar, potencia de pared, potencia de línea, potencia de ciudad, potencia de calle y potencia de red.
En diversas implementaciones, un procesador o controlador se puede asociar con uno o más medios de almacenamiento (denominados genéricamente en el presente documento como "memoria", por ejemplo, memoria informática volátil y no volátil tal como RAM, PROM, EPROM y EEPROM, disquetes, discos compactos, discos ópticos, cinta magnética, etc.). En algunas implementaciones, los medios de almacenamiento se pueden codificar con uno o más programas que, cuando se ejecutan en uno o más procesadores y/o controladores, realizan al menos algunas de las funciones analizadas en el presente documento. Diversos medios de almacenamiento se pueden fijar dentro de un procesador o controlador o pueden ser transportables, de manera que el uno o más programas almacenados en el mismo se pueden cargar en un procesador o controlador para implementar diversos aspectos de la presente invención discutidos en el presente documento. Los términos "programa" o "programa informático" se utilizan en el presente documento en un sentido genérico para hacer referencia a cualquier tipo de código informático (por ejemplo, software o microcódigo) que se puede emplear para programar uno o más procesadores o controladores.
Se entenderá que cuando se hace referencia a un elemento como "conectado" o "acoplado" a otro elemento, puede estar conectado o acoplado directamente al otro elemento o pueden estar presentes elementos intermedios. Por el contrario, cuando se haga referencia a que un elemento está "conectado directamente" o "acoplado directamente" a otro elemento, no estarán presentes elementos intermedios.
Se debería apreciar que todas las combinaciones de los conceptos anteriores, y conceptos adicionales analizados con mayor detalle a continuación (siempre que tales conceptos no sean mutuamente incoherentes) se consideran parte de la materia objeto inventiva divulgada en el presente documento. En particular, todas las combinaciones de la materia objeto reivindicada que aparecen al final de la presente divulgación se consideran parte de la materia objeto inventiva divulgada en el presente documento. También se debería apreciar que, a la terminología empleada explícitamente en el presente documento que también puede aparecer en cualquier divulgación incorporada por referencia, se le debería conceder un significado lo más coherente con los conceptos particulares divulgados en el presente documento. Breve descripción de los dibujos
En los dibujos, los caracteres de referencia semejantes se refieren generalmente a las mismas partes de principio a fin de las diferentes vistas. De igual manera, los dibujos no están necesariamente a escala, sino que, en general, se hace énfasis en ilustrar los principios de la invención.
La figura 1 ilustra una realización de ejemplo de un dispositivo de iluminación que incluye una lámpara de tubo de diodo emisor de luz (LED) (TLED) instalada en lugar de una lámpara de tubo fluorescente.
La figura 2 es un diagrama de bloques parcial que ilustra los componentes de un ejemplo de realización de una lámpara TLED suministrada con potencia de un balasto electrónico.
La figura 3 ilustra cómo se puede variar la tensión de entrada de CA suministrada a una lámpara TLED controlando varios LED que reciben potencia durante una pluralidad de intervalos de tiempo.
La figura 4 es un diagrama detallado que ilustra un ejemplo de realización de una lámpara TLED suministrada con potencia de un balasto electrónico.
La figura 5A muestra una realización de un bucle de control que puede emplearse para controlar una potencia suministrada por un excitador de LED a una pluralidad de LED.
La figura 5B muestra otra realización de un bucle de control que puede emplearse para controlar una potencia suministrada por un excitador de LED a una pluralidad de LED.
La figura 6 traza formas de onda de tensión y corriente simuladas para la lámpara TLED de la figura 4.
La figura 7 traza las formas de onda de tensión y corriente simuladas de la figura 6 a mayor resolución de tiempo. La figura 8 ilustra una realización de un método para regular la potencia suministrada a los LED en una lámpara TLED.
La figura 9 es un diagrama detallado que ilustra otro ejemplo de realización de una lámpara TLED suministrada con potencia de un balasto electrónico.
La figura 10A ilustra el funcionamiento de una realización de un detector de corriente y un detector de cruce por cero.
La figura 10B ilustra una realización de ejemplo de un detector de cruce por cero.
La figura 11 es un diagrama de bloques parcial que ilustra los componentes de otro ejemplo de realización de una lámpara TLED suministrada con potencia de un balasto electrónico.
La figura 12 ilustra una realización de ejemplo de una lámpara TLED que se puede instalar en el dispositivo de iluminación de la figura 1.
Descripción detallada
Se han propuesto soluciones para adaptar lámparas de tubo de diodo emisor de luz (LED) (TLED) en dispositivos de iluminación de lámpara de tubo fluorescente existentes que tienen balastos electromagnéticos (EM). Algunos ejemplos se describen en la Solicitud de Patente Provisional de EE. UU. 61/443.300, presentada el 16 de febrero de 2011 a nombre de los inventores William Jans, et al. Sin embargo, estas soluciones son inaplicables para dispositivos de iluminación de lámpara de tubo fluorescente que tienen balastos electrónicos como se describe anteriormente. Por lo tanto, el presente inventor ha reconocido y apreciado que sería beneficioso proporcionar soluciones para adaptar las lámparas TLED a los dispositivos de iluminación de lámparas de tubo fluorescente existentes que tienen balastos electrónicos, en lugar de las lámparas de tubo fluorescente existentes, dejando los balastos electrónicos existentes en su lugar. Adicionalmente, sería deseable poder adaptar la misma lámpara TLED a diferentes dispositivos de iluminación que tengan una variedad de balastos electrónicos diferentes con diferentes niveles de salida. Asimismo, sería deseable proporcionar un diseño de lámpara TLED que pueda funcionar con una variedad de diferentes balastos electrónicos con diferentes niveles de salida en un intervalo de tolerancias para los propios LED.
En vista de lo anterior, varias realizaciones e implementaciones de la presente invención están dirigidas a una lámpara TLED y un excitador de iluminación para una lámpara TLED que se puede adaptar a los dispositivos de iluminación de lámparas de tubo fluorescente existentes que tienen balastos electrónicos.
La figura 1 ilustra una realización de ejemplo de un dispositivo de iluminación 100 que incluye una lámpara de tubo de diodo emisor de luz (LED) (TLED) 30 instalada en lugar de una lámpara de tubo fluorescente. La lámpara TLED 30 incluye una carcasa o tubo 32 sustancialmente cilíndrico y dos tapas de extremo 34, cada una de las cuales tiene un conector 35 provisto con la misma, e incluye además un excitador de iluminación 36 y uno o más diodos emisores de luz (LED) 38. En algunas realizaciones, la lámpara LED 30 puede tener solo una tapa de extremo 34 y/o conector 35. Los conectores 35 de la lámpara TLED 30 están conectados a través de los conectores 20 al balasto electrónico 10 que suministra a la lámpara TLED 30 potencia de entrada de CA producida por el excitador electrónico 10 de la Red 12. En particular, el excitador de iluminación 36 recibe potencia del balasto electrónico 10 a través del conector o conectores eléctricos 35, y está configurado para suministrar potencia a uno o más diodos emisores de luz 38. En algunas realizaciones, al menos una parte de la carcasa o tubo 32 sustancialmente cilíndrico es metálica, por ejemplo aluminio, en cuyo caso se puede decir que la lámpara TLED 30 tiene una arquitectura basada en tubos de aluminio. En otras realizaciones, la carcasa o tubo 32 sustancialmente cilíndrico está hecho de vidrio (o plástico), en cuyo caso se puede decir que la lámpara TLED 30 tiene una arquitectura basada en tubos de vidrio (o plástico). La figura 2 es un diagrama de bloques parcial que ilustra los componentes de una realización de ejemplo de una lámpara TLED 200 suministrada con potencia de entrada de CA 15 desde el balasto electrónico 10. La lámpara TLED 200 incluye un rectificador 210, un dispositivo de conmutación 220, condensadores 231 y 232, y una pluralidad de LED 38.
El rectificador 210 tiene una entrada para recibir la potencia de entrada de CA 15 (por ejemplo, a través de un conector como el 35 como se muestra en la figura 1) y una salida conectada para suministrar potencia a la pluralidad de LED 38.
Los LED 38 están conectados en serie con otros en una cadena a través de la salida del rectificador 210. Los LED 38 se dividen en un primer subconjunto 51 y un segundo subconjunto 52, tal y como se comenta con mayor detalle más adelante.
Los condensadores 231 y 232, conectados a través del primer y segundo subconjunto 51 y 52 de los LED 38, respectivamente, suavizan la salida de corriente de ondulación mediante el rectificador 210.
El dispositivo de conmutación 220 está conectado a la salida del rectificador 210 en paralelo con el condensador 232 y el primer grupo 51 de LED 38. En el ejemplo ilustrado, el dispositivo de conmutación 220 es un transistor de efecto de campo (FET), pero en su lugar pueden emplearse otros dispositivos de conmutación apropiados.
Durante el funcionamiento, el rectificador 210 recibe potencia de entrada de CA 15 del balasto electrónico 10. La potencia de entrada de CA 15 tiene una tensión de entrada de CA y una corriente de entrada de CA correspondientes. En una realización convencional, la tensión de entrada de CA y la corriente de entrada de CA tienen una frecuencia que es mucho mayor que la frecuencia de línea de la Red de CA que suministra potencia al balasto electrónico 10. En una realización convencional, la frecuencia de la tensión de entrada de CA y la corriente de entrada de CA suministrada al TLED 200 desde el balasto electrónico 10 tiene un valor de entre 10 kHz y 70 kHz (por ejemplo, 40 kHz). Asimismo, el balasto electrónico 10 está diseñado para suministrar un cierto nivel de potencia a un tubo fluorescente con el que está destinado a funcionar, por ejemplo 32 vatios. Más específicamente, el balasto electrónico 10 está diseñado para generar una corriente de salida de CA que es consistente con los requisitos de corriente de un tubo fluorescente que tiene una determinada potencia nominal (por ejemplo, 32 vatios).
Por otro lado, en una realización típica, el requisito de potencia de la lámpara TLED 200 es significativamente menor que el nivel de potencia de salida diseñado del balasto electrónico 10. Por ejemplo, en una realización donde el balasto electrónico está diseñado para suministrar 32 vatios, la lámpara TLED 200 puede requerir solo 20 vatios.
En una característica beneficiosa, el dispositivo de conmutación 220 de la lámpara TLED puede controlarse para regular la potencia suministrada a los LED 38 desde el balasto electrónico 10, como se describirá más adelante. El dispositivo de conmutación 220 recibe una señal de control de conmutación que controla que el dispositivo de conmutación 220 esté ENCENDIDO y APAGADO selectivamente.
Cuando el dispositivo de conmutación 220 está APAGADO, entonces el dispositivo de conmutación 220 tiene una alta impedancia y muy poca corriente (por ejemplo, aproximadamente nada) pasa a su través, y la corriente de LED del rectificador 210 pasa a través de los LED 38 del primer subconjunto 51. En ese caso, la tensión a través del dispositivo de conmutación 220 es igual a la suma de las tensiones individuales de los LED 38 del primer subconjunto 51. Como resultado, cuando el dispositivo de conmutación 220 está APAGADO, la tensión de LED a través de la salida del rectificador 210 es igual a la suma de las tensiones individuales de todos los LED 38 en la cadena.
Cuando el dispositivo de conmutación 220 está ENCENDIDO, luego, el dispositivo de conmutación 220 proporciona una ruta de derivación de corriente a través del primer grupo 51 de LED 38 y muy poca corriente (por ejemplo, aproximadamente nada) pasa a través de los LED 38 del primer subconjunto 51. En ese caso, la tensión a través del dispositivo de conmutación 220 es igual a la tensión de "ENCENDIDO" del dispositivo de conmutación 220, que es muy baja (p. ej., aproximándose a cero) en comparación con la suma de las tensiones de LED de los LED 38 del primer subconjunto 51 cuando el dispositivo de conmutación 220 está APAGADO. Como resultado, cuando el dispositivo de conmutación 220 está ENCENDIDO, la tensión de LED a través de la salida del rectificador 210 es solo igual a la suma de las tensiones individuales de todos los LED 38 en el segundo subconjunto 52.
Debido a que el dispositivo de conmutación 220 deriva o evita parte de la cadena de LED, proporciona un medio para controlar la potencia de la lámpara variando o modulando la tensión vista por el balasto electrónico 10. Si la señal de control de conmutación se controla repetidamente (por ejemplo, periódicamente) para ENCENDER y APAGAR el dispositivo de conmutación 220, luego, el dispositivo de conmutación 220 modula la tensión de LED de la pluralidad de LED 38 en la cadena que aparece a través de la salida del rectificador 210. Cabe señalar además que en este caso, el dispositivo de conmutación 220 también evita periódicamente que se proporcione corriente de LED al primer subconjunto 51 de LED 38, incluyendo al menos uno primero de los LED 38, durante una parte de cada uno de una pluralidad de períodos de tiempo. Sin embargo, el dispositivo de conmutación 220 no evita que la corriente de LED se proporcione al segundo subconjunto 52 de LED 38, incluyendo al menos un segundo de los LED 38, ya esté ENCENDIDO o APAGADO.
La figura 3 ilustra cómo la tensión de entrada de CA suministrada a la lámpara TLED 200 por el balasto electrónico 10 puede variarse o modularse controlando varios LED 38 que reciben potencia de la salida del rectificador 210 durante una pluralidad de intervalos de tiempo.
En particular, cuando el dispositivo de conmutación 220 está APAGADO, luego el balasto electrónico 10 se carga con una cadena de LED que tiene una tensión total V1 (es decir, la suma de las tensiones de LED de toda la cadena de LED 38), mientras que cuando el dispositivo de conmutación 220 está ENCENDIDO, el balasto electrónico 10 se carga con una cadena de tensión V2 (es decir, la suma de las tensiones de LED de solo el segundo subconjunto 52 de LED 38 en la cadena).
El dispositivo de conmutación 220 deriva parte de la cadena de LED durante varios ciclos de potencia de entrada de CA 15, presentando solo una parte de la tensión de la cadena de LED, V2, a través del rectificador 210 al balasto electrónico 10, y el dispositivo de conmutación 220 se apaga secuencialmente durante los siguientes ciclos de potencia de entrada de CA 15, presentando toda la tensión de la cadena de LED, V1, a través del rectificador 210 al balasto electrónico 10, donde:
(1) V2 = k * V1 (0<k<1).
Por lo tanto, variando el coeficiente de utilización, D, de la operación de conmutación del dispositivo de conmutación 220, la tensión equivalente (promediada durante un largo período de tiempo), Vequ, vista por el balasto electrónico 10 es:
(2) Vequ = V1*(1-D) V2*D.
Dado que el balasto electrónico 10 entrega dos potencias diferentes a la lámpara TLED dependiendo de la tensión de LED que aparece en la salida del rectificador, la potencia de LED promedio, Pled, suministrada a la cadena de LED 38 está determinada principalmente por el coeficiente de utilización D, es decir:
(3) Pled = P1*(1-D) P2*D.
Donde P1 es la potencia suministrada a los LED cuando el conmutador está APAGADO y P2 es la potencia suministrada a los LED cuando el conmutador está ENCENDIDO.
Por lo tanto, controlando el coeficiente de utilización D de la operación de conmutación del dispositivo de conmutación 220, la corriente de LED I led y la potencia de LED promedio Pled pueden regularse. En una realización, el coeficiente de utilización D puede controlarse o regularse para provocar la potencia de LED promedio Pled para igualar un nivel de potencia objetivo.
En una realización, la frecuencia o tasa de conmutación del dispositivo de conmutación 220 se puede fijar a una cierta frecuencia fs. En algunas realizaciones de ejemplo, fs puede tener un valor entre 100 Hz y 20 kHz, siendo menor que la frecuencia operativa típica del balasto electrónico 10 (aproximadamente 40 kHz). En otra realización, la frecuencia de conmutación del dispositivo de conmutación 220 se puede hacer variable para, por ejemplo, reducir la interferencia electromagnética (EMI) generada por la lámpara TLED 200.
La figura 4 es un diagrama detallado que ilustra un ejemplo de realización de una lámpara TLED 400 suministrada con potencia del balasto electrónico 10.
La lámpara TLED 400 incluye un excitador de LED 402 y una pluralidad de LED 38.
El excitador de LED 402 incluye un rectificador 210, un dispositivo de conmutación 220, condensadores 231 y 232, un controlador 430, sensor de corriente 440, sensor de tensión 450, un excitador de conmutador 460 y un suministro de tensión de controlador 470.
El rectificador 210 tiene una entrada para recibir la potencia de entrada de CA 15 (por ejemplo, a través de un conector como el 35 como se muestra en la figura 1) y una salida conectada para suministrar potencia a la pluralidad de LED 38.
Los LED 38 están conectados en serie con otros en una cadena a través de la salida del rectificador 210. Los LED 38 se dividen en un primer subconjunto 51 y un segundo subconjunto 52, como se ha expuesto anteriormente.
El dispositivo de conmutación 220 está conectado a la salida del rectificador 210 en paralelo con el condensador 232 y el primer grupo 51 de LED 38. En el ejemplo ilustrado, el dispositivo de conmutación 220 es un transistor de efecto de campo (FET), pero en su lugar pueden emplearse otros dispositivos de conmutación apropiados.
Durante el funcionamiento, el sensor de corriente 440 detecta una corriente de LED Iled a través de la resistencia de detección Rs y un filtro paso bajo, y proporciona una señal que indica la corriente de LED detectada Iled al controlador 430.
En respuesta a la corriente de LED detectada Iled, el controlador 430 controla el excitador de conmutador 460 para proporcionar una señal de control de conmutación al dispositivo de conmutación 220 que controla el dispositivo de conmutación 220 para que esté ENCENDIDO y APAGADO selectivamente, tal como se describe antes con respecto a las figuras 2 y 3.
En una realización, el controlador 430 está configurado para ejecutar un algoritmo para comparar la corriente de LED detectada Iled con un valor de referencia Iref y para controlar el coeficiente de utilización D de la señal de control de conmutación proporcionada al dispositivo de conmutación 220 para accionar la corriente de LED detectada Iled para igualar el valor de referencia Iref.
La figura 5A muestra una realización de un bucle de control 500 que puede emplearse para controlar una potencia suministrada por un excitador de LED a una pluralidad de LED en función de una corriente de LED detectada, como se ha descrito anteriormente.
El bucle de control 500 incluye un comparador 510, un controlador proporcional integral (PI) 520, un modulador 530 y un excitador de compuerta 540 (que puede ser un excitador de conmutador 460 en la figura 4).
En particular, el bucle de control 500 puede estar incorporado por el controlador 430, que puede incluir un procesador, quizás junto con algunos circuitos periféricos e instrucciones de programación para configurar el procesador para ejecutar un algoritmo de control. En una realización, el algoritmo puede comprender: comparar la corriente de LED detectada Iled con un valor de referencia Iref para producir un resultado de la comparación; integrar proporcionalmente el resultado de la comparación para determinar la duración del pulso; y modular la señal de control de conmutación proporcionada al dispositivo de conmutación 220 con la duración del pulso para accionar la corriente de LED detectada Iled para igualar el valor de referencia Iref. En algunas realizaciones, Iref puede seleccionarse para que coincida con un nivel de corriente de salida nominal o diseñado del balasto electrónico 10 de un dispositivo de iluminación en el que se va a instalar el TLED 400.
En la realización descrita anteriormente, el sensor de tensión 450 puede omitirse del TLED 400 y del excitador de TLED 402.
En otra realización, el controlador 430 está configurado para ejecutar un algoritmo para calcular a partir de la corriente de LED detectada y la tensión de LED detectada una potencia promedio Pled suministrada a los LED, para comparar la potencia de LED promedio Pled con un valor de referencia Pref, y para controlar el coeficiente de utilización D de la señal de control de conmutación proporcionada al dispositivo de conmutación 220 para accionar la potencia de LED promedio Pled suministrada a los LED para igualar el valor de referencia Pref.
La figura 5B muestra otra realización de un bucle de control 550 que se puede emplear para controlar una potencia suministrada por un excitador de LED a una pluralidad de LED en función de una corriente de LED detectada y una tensión de LED detectada, como se ha descrito anteriormente.
El bucle de control 550 incluye un multiplicador 560, comparador 510, controlador proporcional integral (PI) 520, modulador 530 y excitador de compuerta 540.
En particular, el bucle de control 550 puede estar incorporado por el controlador 430, que puede incluir un procesador, quizás junto con algunos circuitos periféricos e instrucciones de programación para configurar el procesador para ejecutar un algoritmo de control. En una realización, el algoritmo puede comprender: determinar la potencia Pled suministrada a los LED según la corriente de LED detectada Iled y la tensión de LED detectada Vi_ED(por ejemplo, multiplicando Iled y Vled juntos); comparar la potencia de LED determinada Pled con un valor de referencia Pref para producir un resultado de la comparación; integrar proporcionalmente el resultado de la comparación para determinar la duración del pulso; y modular la señal de control de conmutación proporcionada al dispositivo de conmutación 220 con la duración del pulso para accionar la potencia de LED determinada Pled para igualar el valor de referencia Pref. En algunas realizaciones, Pref puede seleccionarse para que coincida con un nivel de potencia de salida nominal o diseñado del balasto electrónico 10 de un dispositivo de iluminación en el que se va a instalar el TLED 400. En algunas realizaciones, Pref puede seleccionarse para que sea menor que el nivel de potencia de salida nominal o diseñado del balasto electrónico 10 de un dispositivo de iluminación en el que se instalará el TLED 400.
Los algoritmos de control descritos anteriormente emplean una señal de control de conmutación con una frecuencia de conmutación fija, fs, y el controlador 430 varía la duración de un pulso (p. ej., un pulso ENCENDIDO) dentro de cada período de la señal de control de conmutación para lograr una corriente de LED deseada Iled y/o potencia de LED promedio Pled. Sin embargo, en otras realizaciones, la duración del pulso puede permanecer constante y el controlador 430 puede variar el intervalo entre los pulsos, variando así la frecuencia Fs de la señal de control de conmutación, para lograr la corriente de LED deseada Iled y/o potencia de LED promedio Pled.
La figura 6 traza formas de onda de tensión y corriente simuladas para una realización de ejemplo de la lámpara TLED 400.
De arriba a abajo, la figura 6 traza, en función del tiempo: (1) la señal de control de conmutación, (2) tensión de entrada de CA, (3) corriente de entrada de CA, (4) la corriente de salida del rectificador 210, (5) la corriente a través del segundo subconjunto 52 de LED 38, y (6) la corriente a través del primer subconjunto 51 de LED 38.
La figura 7 traza las formas de onda de tensión y corriente simuladas de la figura 6 a mayor resolución de tiempo. La figura 8 ilustra una realización de un método para regular la potencia suministrada a los LED en una lámpara TLED. El método ilustrado en la figura 8 es una variación del método descrito anteriormente con respecto a las figuras 2-7. En el método ilustrado en la figura 8, el dispositivo de conmutación está sincronizado con la corriente de entrada de la lámpara desde el balasto electrónico 10. En particular, la temporización de los cruces por cero de la corriente de entrada de la lámpara se detecta para la sincronización. Ventajosamente, la operación de conmutación del dispositivo de conmutación está preferiblemente alineada con los cruces por cero, como se muestra en la figura 8. En una realización, la frecuencia de conmutación fs es en realidad el doble de la frecuencia operativa del balasto electrónico 10 (por ejemplo, una frecuencia de conmutación típica del balasto electrónico 10 es de aproximadamente 30 a 70 kHz).
Para implementar la sincronización ilustrada en la figura 8, se puede agregar una detección de cruce por cero al excitador de LED.
La figura 9 es un diagrama detallado que ilustra otro ejemplo de realización de una lámpara TLED 900 suministrada con potencia de entrada de CA desde el balasto electrónico 10. La lámpara TLED 900 incluye un excitador de LED 902 y una pluralidad de LED 38. Como antes, los LED 38 están conectados en serie con otros en una cadena acoplada a la salida del rectificador 210. Los LED 38 se dividen en un primer subconjunto 51 y un segundo subconjunto 52, como se ha expuesto anteriormente.
El excitador de LED 902 es similar en construcción y funcionamiento al excitador de LED 402, por lo que, por brevedad, solo se describirán aquí las diferencias entre ellos. En particular, a diferencia del excitador de LED 402, el excitador de LED 902 incluye un segundo sensor de corriente 910 y un detector de cruce por cero 920 que suministran una entrada al controlador 930.
Durante el funcionamiento, el segundo sensor de corriente está configurado para detectar una corriente de salida del rectificador 210. El detector de cruce por cero 920 está conectado a una salida del segundo sensor de corriente 910 y está configurado para determinar los tiempos aproximados cuando ocurren los cruces por cero en la corriente de entrada de CA del balasto electrónico 10, y para proporcionar una señal al controlador 930 que indica los tiempos aproximados de los cruces por cero en la corriente de entrada de CA. El controlador 930 está configurado para sincronizar pulsos de la señal de control de conmutación proporcionada al dispositivo de conmutación 220 con los tiempos aproximados de los cruces por cero en la corriente de entrada de CA.
La figura 10A ilustra el funcionamiento de una realización de un detector de corriente y un detector de cruce por cero. Como se ilustra en la figura 10A, la corriente de la lámpara en la salida del rectificador 210 es una versión rectificada de la corriente de entrada de CA del balasto electrónico 10. Entonces, cuando la corriente de entrada de CA se vuelve negativa, la corriente de la lámpara en la salida del rectificador 210 permanece positiva y, por lo tanto, técnicamente nunca cruza cero. Sin embargo, los cruces por cero en la corriente de entrada de CA se manifiestan como valores cero en la corriente de la lámpara en la salida del rectificador 210, que se pueden detectar con un detector de umbral. La figura 10B ilustra una realización de ejemplo de un detector de cruce por cero. Aquí, un comparador compara la corriente de la lámpara detectada en la salida del rectificador 210 con una tensión de umbral muy baja justo por encima de cero voltios para generar pulsos de salida cortos que indican los tiempos aproximados de los cruces por cero en la corriente de entrada de CA, como se ha indicado anteriormente.
La figura 11 es un diagrama de bloques parcial que ilustra los componentes de otro ejemplo de realización de una lámpara TLED 1100 suministrada con potencia del balasto electrónico 10.
La lámpara TLED 1100 es similar en construcción y funcionamiento a la lámpara TLED 200, por lo que aquí solo se describirán las diferencias entre ellas por brevedad. En particular, a diferencia de la lámpara TLED 200, la lámpara TLED 1100 incluye un segundo dispositivo de conmutación 225. De igual manera, la cadena de LED 38 incluye el primer subconjunto 51 de LED 38 conectados en serie con el segundo subconjunto 52 de 38 mediante un diodo puente 1150.
En una realización, los dos dispositivos de conmutación 220 y 225 se utilizan para configurar el primer subconjunto 51 de LED 38 en la cadena, y el segundo subconjunto 52 de LED 38 en la cadena, para estar en serie entre sí o en paralelo entre sí a través de la salida del rectificador 210. En una disposición beneficiosa, los dispositivos de conmutación 220 y 225 están ENCENDIDOS y APAGADOS al mismo tiempo. Cuando los dispositivos de conmutación 220 y 225 están ENCENDIDO (cerrados), luego, el primer subconjunto 51 de LED 38 y el segundo subconjunto 52 de LED 38 están conectados para aparecer en paralelo entre sí a través de la salida del rectificador 210. Por otro lado, cuando los dispositivos de conmutación 220 y 225 están APAGADOS (abiertos), luego, el primer subconjunto 51 de LED 38 y el segundo subconjunto 52 de LED 38 están conectados para aparecer en serie entre sí a través de la salida del rectificador 210. El diodo puente 1150 conecta un extremo del primer subconjunto 51 de LED 38 a un extremo del segundo subconjunto 52 de LED 38 para evitar el cortocircuito de toda la cadena de LED 38 a través de la salida del rectificador 210 cuando los dispositivos de conmutación 220 y 225 están ENCENDIDOS (cerrados).
La figura 12 ilustra un ejemplo de realización de una lámpara TLED 1200 que puede instalarse en el dispositivo de iluminación de la figura 1.
La figura 12 muestra un ejemplo de un diseño de diferentes partes en la lámpara TLED 1200. Debido a que la potencia proviene de ambos lados del tubo, el rectificador se divide en dos mitades, colocadas a cada lado. Un circuito de interfaz que comprende el dispositivo de conmutación, controlador y otras partes del excitador de LED, excepto el rectificador, se encuentra a un lado del tubo. A cada lado del tubo, un elemento de impedancia (resistencia, inductor, etc.), mostrado como un bloque en la figura, se proporciona para emular el filamento de un tubo fluorescente tradicional. Ventajosamente, los LED de las dos partes o subconjuntos de la cadena se distribuyen por igual a través del tubo en una placa de circuito impreso 1250. Esto puede mejorar la uniformidad de la luz debido a las diferentes corrientes de activación en los dos subconjuntos de la cadena de LED con las realizaciones de la figura 4 y la figura 9.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato que comprende una lámpara de tubo de diodo emisor de luz, TLED, (200, 400, 900, 1100), comprendiendo la lámpara TLED:
un tubo (32) que tiene al menos un conector eléctrico (35) configurado para instalarse en un dispositivo de iluminación fluorescente y para recibir potencia de entrada de CA desde un balasto electrónico (10);
una pluralidad de diodos emisores de luz, LED, (38) que comprende un primer subconjunto de LED (51) y un segundo subconjunto de LED (52) dispuestos en serie entre sí en una cadena y dispuestos dentro del tubo; y un excitador de iluminación (36, 402, 902) dispuesto dentro del tubo y conectado al al menos un conector eléctrico y que tiene una salida conectada a la cadena de LED y configurada para suministrar potencia a la cadena de LED, comprendiendo el excitador de iluminación (36, 402, 902):
un rectificador (210) que tiene una entrada conectada al al menos un conector eléctrico para recibir la potencia de CA y que tiene una salida conectada a la cadena de LED;
caracterizado por que el excitador de iluminación (402) comprende, además:
un dispositivo de conmutación (220), para evitar el primer subconjunto de LED (51), conectado a la salida del rectificador y configurado para abrirse y cerrarse selectivamente en función de una señal de control de conmutación;
un sensor de corriente (440) configurado para detectar una corriente de LED que pasa a través de la cadena de LED; y
un controlador (430, 930) configurado para proporcionar un resultado de la comparación en función de la corriente de LED detectada y un valor de referencia y configurado para modular la señal de control de conmutación en función del resultado de la comparación para regular la corriente de LED detectada para que sea menor o igual al valor de referencia.
2. El aparato de la reivindicación 1, en donde el controlador está configurado para ejecutar un algoritmo para proporcionar el resultado de la comparación y modular al menos uno de un coeficiente de utilización y una tasa de conmutación de la señal de control de conmutación, en donde el valor de referencia es una corriente de salida nominal del balasto electrónico (10).
3. El aparato de la reivindicación 2, que comprende, además:
un segundo sensor de corriente (910) configurado para detectar una corriente de salida del rectificador; y un detector de cruce por cero (920) conectado a una salida del segundo sensor de corriente y configurado para determinar los tiempos aproximados cuando ocurren los cruces por cero en la corriente de entrada de CA de la potencia de entrada de CA recibida y para proporcionar una señal al controlador que indica los tiempos aproximados de cruces por cero en la corriente de entrada de CA,
en donde el controlador está configurado para sincronizar pulsos de la señal de control de conmutación con los tiempos aproximados de los cruces por cero en la corriente de entrada de CA.
4. El aparato de la reivindicación 1, en donde el controlador está configurado para ejecutar un algoritmo para: comparar la corriente de LED detectada con el valor de referencia para producir el resultado de la comparación; integrar proporcionalmente el resultado de la comparación para determinar la duración del pulso; y modular la señal de control de conmutación proporcionada al dispositivo de conmutación con la duración del pulso, en donde el valor de referencia es una corriente de salida nominal del balasto electrónico (10).
5. El aparato de la reivindicación 1, comprendiendo el excitador de iluminación además un sensor de tensión (450) configurado para detectar la tensión de LED, en donde el controlador está configurado para ejecutar un algoritmo para calcular a partir de la corriente de LED detectada y la tensión de LED detectada una potencia de LED promedio suministrada a los LED, para comparar la potencia LED promedio con un valor de referencia adicional para proporcionar el resultado de la comparación, y para controlar al menos uno de un coeficiente de utilización y una tasa de conmutación de una señal de control de conmutación proporcionada al dispositivo de conmutación para accionar la potencia LED promedio para igualar el valor de referencia y el valor de referencia adicional, en donde el valor de referencia adicional es una potencia de salida nominal del balasto electrónico (10).
6. El aparato de la reivindicación 1, el excitador de iluminación comprende además un sensor de tensión (450) configurado para detectar una tensión de LED a través de los LED, en donde el controlador está configurado para ejecutar un algoritmo para:
determinar una potencia de LED suministrada a la cadena de LED en función de la corriente de LED detectada y la tensión de LED detectada;
comparar la potencia del LED determinada con un valor de referencia adicional para producir el resultado de la comparación;
integrar proporcionalmente el resultado de la comparación para determinar la duración del pulso; y
modular la señal de control de conmutación proporcionada al dispositivo de conmutación con la duración del pulso para accionar la potencia de LED promedio para igualar el valor de referencia y el valor de referencia adicional, en donde el valor de referencia adicional es una potencia de salida nominal del balasto electrónico (10).
7. El aparato de la reivindicación 1, que comprende, además:
un diodo puente (1150) conectado en serie entre el primer subconjunto de LED (51) y el segundo subconjunto de LED (52);
un segundo dispositivo de conmutación (225) conectado a la salida del rectificador y en paralelo con una combinación en serie del segundo subconjunto de LED (52) y el diodo puente (1150) y configurado para abrirse y cerrarse para modular la tensión de LED que aparece a través de la salida del rectificador (210) de la pluralidad de LED, en donde el dispositivo de conmutación (220) está conectado en paralelo con una combinación en serie del primer subconjunto de LED (51) y el diodo puente (1150) y en donde el dispositivo de conmutación (220) y el segundo dispositivo de conmutación (225) se abren y cierran juntos para hacer que el primer subconjunto de los LED en la cadena esté en paralelo con el segundo subconjunto de los LED en la cadena a través de la salida del rectificador cuando ambos conmutadores están cerrados y hacer que el primer subconjunto de los LED en la cadena esté en serie con el segundo subconjunto de los LED en la cadena a través de la salida del rectificador cuando ambos conmutadores están abiertos.
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