ES2890714T3 - Luminarias basadas en led y procedimientos relacionados para la gestión térmica - Google Patents

Luminarias basadas en led y procedimientos relacionados para la gestión térmica Download PDF

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Abstract

Un aparato de iluminación (300) configurado como una luminaria de luz descendente, que comprende: un módulo LED (310) que tiene al menos una fuente de luz LED (104); un disipador de calor (320) acoplado térmicamente al módulo LED (310); una primera porción de la carcasa que incluye una placa de bisel (330), acoplada mecánicamente al disipador de calor (320); una segunda porción de la carcasa acoplada mecánicamente al disipador de calor (320); y, una lente de cubierta (315) caracterizada porque: la primera porción de la carcasa está dispuesta con respecto al disipador de calor (320) para formar (i) un primer espacio de aire (332), (ii) un segundo espacio de aire (350) y (iii) un canal de aire (345) a través del aparato de iluminación (300), de manera que el aire ambiente (400) ingrese al aparato de iluminación (300) a través del primer espacio de aire (332), que está dispuesto entre la placa de bisel (330) y un rebaje (333) del disipador de calor (320) en el que están situados el módulo LED (310) y la lente de cubierta (315), de manera que, cuando el disipador de calor (320) transfiere calor desde la al menos una fuente de luz LED (104) durante el funcionamiento de la al menos una fuente de luz LED (104) para crear aire caliente que rodea el disipador de calor (320), el aire ambiente (400) se aspira, sin el uso de un ventilador, a través del primer espacio de aire (332) y el aire caliente se expulsa a través del segundo espacio de aire para crear una trayectoria de flujo de aire en el canal de aire desde el primer espacio de aire (332) al segundo espacio de aire; en el que la segunda porción de la carcasa incluye una placa de montaje para montar el aparato de iluminación en una superficie y el canal de aire rodea sustancialmente un perímetro de la al menos una fuente de luz LED, de modo que cuando el aparato de iluminación está montado en la superficie, el disipador de calor está dispuesto verticalmente por encima de la fuente de luz y la trayectoria del flujo de aire está principalmente en una dirección hacia arriba.

Description

DESCRIPCIÓN
Luminarias basadas en led y procedimientos relacionados para la gestión térmica
Antecedentes
La llegada de las tecnologías de iluminación digitales, es decir, la iluminación en base a fuentes de luz semiconductoras, como los diodos emisores de luz (LED), ofrece una alternativa viable a las lámparas fluorescentes, HID e incandescentes tradicionales. Las ventajas funcionales y beneficios de los LED incluyen alta conversión de energía y eficiencia óptica, durabilidad, menores costos operativos y muchas otras. Por ejemplo, los LED son particularmente adecuados para aplicaciones que requieren luminarias pequeñas o de bajo perfil. El tamaño más pequeño de los LED, su larga vida útil, su bajo consumo de energía y su durabilidad los convierten en una excelente opción cuando el espacio es escaso.
Una "luz descendente" es una luminaria que se instala en una abertura hueca en un techo y a menudo se denomina "lámpara empotrada" o "lámpara de lata". Cuando se instala, parece concentrar la luz en una dirección descendente desde el techo como un reflector ancho o un proyector estrecho. Generalmente, las lámparas empotradas constan de dos partes, la moldura y la carcasa. La moldura es la parte visible de la lámpara e incluye el revestimiento decorativo alrededor del borde de la lámpara. La carcasa es la propia luminaria que se instala en el interior del techo y contiene el enchufe para el foco.
Una alternativa a las lámparas empotradas es una luz descendente de montaje en superficie o suspendida, que combina la funcionalidad de esta última con la flexibilidad y facilidad de instalación sobre las cajas de conexiones convencionales, particularmente donde la disposición de la carcasa de la lámpara empotrada en el techo no es práctica. En ese sentido, los arquitectos, ingenieros y diseñadores de iluminación a menudo se encuentran bajo una presión considerable para usar luminarias de bajo perfil y poca profundidad. Básicamente, las alturas entre suelos y techos están limitadas por los desarrolladores que buscan maximizar su coeficiente de utilización del suelo; sin embargo, los diseñadores quieren maximizar el volumen del espacio al incluir los techos más altos posibles. Esta contradicción crea un conflicto entre varios servicios públicos, incluida la iluminación, que compiten por la profundidad limitada de la cavidad que se encuentra entre el techo terminado y la losa estructural de arriba.
Los diseñadores también han evitado la mayoría de las soluciones de iluminación general montadas en superficie; el tamaño de las fuentes de luz primarias y los balastos, junto con la óptica requerida y las técnicas de protección contra el resplandor, rápidamente hace que las luminarias sean demasiado grandes para ser estéticamente aceptables para la mayoría de los diseñadores. Además, los compromisos asumidos para lograr alturas de montaje de bajo perfil en luminarias con fuentes de luz tradicionales suelen tener un impacto negativo en la eficacia general de la luminaria. De hecho, la eficacia total de la luminaria para muchas unidades fluorescentes compactas montadas en superficie es de solo 30 lm/w en promedio.
Otra deficiencia de las luces descendentes convencionales es que su gran tamaño puede descartar su uso para iluminación de emergencia. Es decir, la adición de una fuente de alimentación de respaldo dentro de la luminaria convencional haría que la luminaria fuera demasiado grande para ser estéticamente aceptable o para caber dentro del espacio de techo asignado. En los esquemas de iluminación convencionales, solo unas pocas, si las hay, de las lámparas de iluminación general en un espacio iluminado pueden estar provistas de potencia de respaldo. Alternativamente, se debe implementar un sistema de iluminación completamente separado para las necesidades de iluminación de emergencia, lo que agrega costos y requisitos de espacio.
Por tanto, es deseable proporcionar una luminaria de luz descendente que emplee fuentes de luz basadas en LED que aborde una serie de desventajas de los dispositivos de iluminación LED conocidos, particularmente las asociadas con la gestión térmica, la salida de luz y la facilidad de instalación. En consecuencia, un objeto de la invención divulgada en la presente memoria es proporcionar una luminaria de montaje superficial poco profundo -tan poco profundo como 1"-2" de altura total - para paliar las restricciones indeseables de las profundidades de rebajes poco profundos para muchos diseñadores; de hecho, podría ayudar a muchos proyectos a recuperar hasta 6" de altura del techo. Además, ofrecería una solución elegante para proyectos sin ninguna cavidad para empotrar (montaje directo en losas de hormigón). Otro objetivo es lograr una eficacia general de la luminaria de aproximadamente 30 lm/w o mejor para establecer varias implementaciones de la presente invención en un plano igual con fuentes fluorescentes, pero a niveles de salida normalmente asociados con luminarias incandescentes, por consiguiente, esta luminaria quedará bien para entornos con niveles bajos de luz ambiental.
Adicionalmente, mantener una temperatura de unión adecuada es un componente importante para desarrollar un sistema de iluminación eficiente, ya que los LED se desempeñan con una mayor eficacia cuando funcionan a temperaturas más frías. Sin embargo, el uso de enfriamiento activo a través de ventiladores y otros sistemas mecánicos de movimiento de aire se desaconseja típicamente en la industria de la iluminación general principalmente debido a su ruido inherente, costo y altas necesidades de mantenimiento. Por lo tanto, es deseable lograr flujos de aire comparables a los de un sistema enfriado activamente sin el ruido, el costo o las partes móviles, mientras se minimizan los requisitos de espacio del sistema de enfriamiento.
El documento US 2006/0262544 A1 se refiere a luminarias modulares que permiten la instalación y extracción convenientes de módulos de generación de luz basados en LED y módulos de controlador. En un ejemplo, una luminaria modular incluye una carcasa que se configura para empotrarse o disponerse detrás de una superficie arquitectónica, como un techo, una pared o un alero, en escenarios de construcción nuevos o existentes. La carcasa de la luminaria incluye un enchufe configurado para facilitar uno o más de un acoplamiento mecánico, eléctrico y térmico del módulo de generación de luz a la luminaria. La capacidad de acoplar y desacoplar fácilmente el módulo de generación de luz basado en LED con el enchufe, sin quitar la carcasa de la luminaria en sí, permite el reemplazo directo del módulo de generación de luz al fallar, o el intercambio con otro módulo que tenga diferentes características de generación de luz. Los controladores de iluminación modulares para dichas luminarias también pueden instalarse o quitarse fácilmente de la carcasa de la luminaria a través de la misma ruta de acceso por la que se instala y quita el módulo de generación de luz.
Sumario
En vista de lo anterior, varias realizaciones de la invención divulgada en la presente memoria se refieren generalmente a luminarias que emplean fuentes de luz basadas en LED que son adecuadas para iluminación general en instalaciones de montaje en superficie o suspendidas. Por ejemplo, una realización está dirigida a una luminaria basada en LED y de luz descendente, que tiene una configuración modular tal que sus diversos componentes, que incluyen una cubierta de bisel, lente, módulo LED y módulo de potencia/control son fácilmente accesibles para reparación o reemplazo. Otros aspectos de la presente invención se centran en mejorar las propiedades de disipación de calor de dicha instalación optimizando su área superficial y disminuyendo la resistencia térmica entre una unión de LED y el aire ambiente. En contraste con los diseños convencionales de disipadores enfriados de manera natural que dependen únicamente de consideraciones de factor de forma, área de superficie y masa para disipar una carga térmica generada, en sus diversos aspectos e implementaciones particulares, las realizaciones de la presente invención contemplan además la creación y el mantenimiento de un "efecto chimenea" dentro de la luminaria. El sistema de enfriamiento por convección natural de alta tasa de flujo resultante es capaz de disipar eficientemente el calor residual de un módulo de iluminación LED sin enfriamiento activo.
Se pueden usar diversas técnicas inventivas para mejorar el flujo de aire a través de un disipador, como se divulga en la presente memoria, con diferentes tipos de luminarias o dispositivos de iluminación basados en LED. Se puede implementar con especial eficacia para las luminarias configuradas para proyectar la luz unidireccionalmente, por ejemplo, hacia abajo. Una realización que emplea estos conceptos se centra en una luminaria de luz descendente y de bajo perfil para iluminación monocromática (por ejemplo, luz blanca), aprovechando el perfil bajo de los módulos de iluminación LED para crear una luminaria montada en superficie más delgada que cualquier otra luminaria que utilice fuentes de luz convencionales. El dispositivo también aprovecha la direccionalidad y las capacidades ópticas de los LED para crear una eficacia total del dispositivo que iguala o supera incluso a las fuentes fluorescentes. Un diseño de ventilación térmica único de acuerdo con los conceptos inventivos divulgados en la presente memoria mantiene una disipación térmica apropiada al tiempo que crea una apariencia contemporánea minimalista, limpia.
En algunas realizaciones inventivas, el disipador está configurado de tal manera que la mayor parte de su superficie de disipación de calor se coloca en contacto directo con el flujo de aire creado por el "efecto chimenea". En estas implementaciones, el peso total y el perfil de la luminaria se minimizan mientras se logran niveles significativamente mayores de disipación de calor y se mejora la flexibilidad del diseño. Por ejemplo, el diseño de la moldura o la carcasa puede variar de angular a elegante. En algunas aplicaciones, donde el perfil reducido no es una consideración crítica, la luminaria de luz descendente puede retener un factor de forma general convencional o dimensiones mientras aloja componentes adicionales, como una fuente de alimentación de respaldo o una batería en un espacio disponible dentro de la luminaria debido al volumen reducido del disipador de calor y/o el tamaño compacto del LED y los módulos de potencia/control.
Además de una luminaria de luz descendente, otra implementación ejemplar de los conceptos inventivos divulgados en la presente memoria incluye una luminaria colgante de un punto, particularmente adecuada para la iluminación ambiental general de un ambiente pequeño e íntimo, como un comedor, una isla de cocina o una sala de conferencias. Los usos posibles para tal luminaria incluyen, pero no se limitan a, iluminación de tareas, iluminación ambiental de baja intensidad, iluminación de acento y otros fines. Otra implementación ejemplar más incluye una luminaria de cabezal de seguimiento adecuada para iluminación general e iluminación de realce de objetos y características arquitectónicas y configurada para la instalación con un seguimiento de arquitectura abierta convencional.
Un aparato de iluminación configurado como una luminaria de luz descendente, que comprende: un módulo LED que tiene al menos una fuente de luz LED, un disipador de calor acoplado térmicamente al módulo LED, una primera porción de carcasa que incluye una placa de bisel, acoplada mecánicamente al disipador de calor, una segunda porción de la carcasa acoplada mecánicamente al disipador de calor, y una lente de cubierta en la que la primera porción de la carcasa está dispuesta con respecto al disipador de calor para formar (i) un primer espacio de aire, (ii) un segundo espacio de aire y (iii) un canal de aire a través del aparato de iluminación, de modo que el aire ambiente entre en el aparato de iluminación a través del primer espacio de aire, que está dispuesto entre la placa de bisel y un rebaje del disipador de calor en el que se encuentran el módulo LED y la lente de cubierta, de manera que, cuando el disipador de calor transfiere calor desde la al menos una fuente de luz LED durante el funcionamiento de la al menos una fuente de luz LED para crear aire caliente que rodea el disipador de calor, el aire ambiente se aspira, sin el uso de un ventilador, a través del primer espacio de aire y el aire caliente se expulsa a través del segundo espacio de aire para crear una trayectoria de flujo de aire en el canal de aire desde el primer espacio de aire al segundo espacio de aire, y en el que la segunda porción de la carcasa incluye una placa de montaje para montar el aparato de iluminación en una superficie y el canal de aire rodea sustancialmente un perímetro de la al menos una fuente de luz LED, de modo que cuando el aparato de iluminación está montado en la superficie, el disipador de calor está dispuesto verticalmente sobre la fuente de luz y la trayectoria del flujo de aire es principalmente en una dirección hacia arriba.
Ahora se describirá una luminaria de acuerdo con la presente invención, de este modo se logra una operación eficiente, un funcionamiento significativamente mejorado y una larga vida útil del dispositivo. Como reconocerán fácilmente los artesanos expertos, un "efecto chimenea" es un movimiento de aire dentro y fuera de estructuras, por ejemplo, edificios o recipientes, impulsado por flotabilidad, que se produce debido a una diferencia entre la densidad del aire interior y exterior resultante de las diferencias de temperatura y humedad. El aparato de acuerdo con la presente invención tiene un espacio de aire de entrada a través del cual se aspira aire hacia la luminaria sin el uso de un ventilador, y un canal de aire que conecta el espacio de aire de entrada a un espacio de aire de salida o región a través de la cual el aire fluye a través del aparato se agota después de hacer contacto con el disipador de calor. En varias implementaciones, el área de la superficie de la estructura del disipador de calor está configurada para seguir generalmente la trayectoria del flujo de aire ambiente de enfriamiento a través del canal de aire dentro del aparato. En particular, el aire ambiente entra en el aparato de iluminación a través del espacio de aire de entrada que está dispuesto entre la placa de bisel y el disipador de calor en el que está situado el módulo LED, y fluye a través de un canal de aire en el aparato.
Otra realización está dirigida a una luminaria, que comprende una placa de bisel que incluye una abertura a través de la cual pasa la luz, cuando es generada por la luminaria, un módulo LED que incluye al menos un LED para generar la luz y un marco disipador de calor acoplado mecánicamente a la placa de bisel y que incluye una porción de montaje colocada dentro de la abertura de la placa de bisel, el módulo LED que se dispone en la porción de montaje del marco disipador de calor. La placa del bisel y el marco disipador de calor se colocan uno con respecto al otro para formar un canal de aire a través de la luminaria, de modo que se crea un flujo de aire en el canal de aire a través de un efecto de chimenea en respuesta al calor generado por el módulo LED.
Otra realización más está dirigida a un procedimiento para enfriar una luminaria basada en LED, que comprende aspirar aire ambiente en la luminaria a través de un primer espacio de aire, hacer fluir el aire ambiente a través de un canal de aire interno de la luminaria y expulsar aire caliente de la luminaria a través de un segundo espacio de aire, sin utilizar un ventilador y mediante un efecto chimenea en respuesta al calor generado por al menos un LED de la luminaria basada en LED. Terminología relevante
Como se usa en la presente memoria para los fines de la presente divulgación, el término "LED" debe entenderse que incluye cualquier diodo electroluminiscente u otro tipo de sistema portador por inyección/basado en unión que sea capaz de generar radiación en respuesta a una señal eléctrica. Por lo tanto, el término LED incluye, pero no se limita a, diversas estructuras basadas en semiconductores que emiten luz en respuesta a la corriente, polímeros emisores de luz, diodos orgánicos emisores de luz (OLED), tiras electroluminiscentes y similares.
En particular, el término LED se refiere a los diodos emisores de luz de todo tipo (que incluyen los diodos emisores de luz semiconductores y orgánicos) que pueden configurarse para generar radiación en uno o más del espectro infrarrojo, el espectro ultravioleta y varias porciones del espectro visible (generalmente que incluyen longitudes de onda de radiación desde aproximadamente 400 nanómetros hasta aproximadamente 700 nanómetros). Algunos ejemplos de LED incluyen, entre otros, varios tipos de LED infrarrojos, LED ultravioleta, LED rojos, LED azules, LED verdes, LED amarillos, LED ámbar, LED naranjas y LED blancos (explicados más adelante). También debe apreciarse que los LED pueden configurarse y/o controlarse para generar radiación con varios anchos de banda (por ejemplo, anchos completos a la mitad del máximo, o FWHM) para un espectro determinado (por ejemplo, ancho de banda estrecho, ancho de banda amplio) y una variedad de longitudes de onda dominantes dentro de una categorización de color general dada.
Por ejemplo, una implementación de un LED configurado para generar esencialmente luz blanca (por ejemplo, un LED blanco) puede incluir varios chips que emiten respectivamente diferentes espectros de electroluminiscencia que, en combinación, se mezclan para formar esencialmente luz blanca. En otra implementación, un LED de luz blanca puede asociarse con un material de fósforo que convierte la electroluminiscencia que tiene un primer espectro en un segundo espectro diferente. En un ejemplo de esta implementación, la electroluminiscencia que tiene una longitud de onda relativamente corta y un espectro de ancho de banda estrecho "bombea" el material de fósforo, que a su vez irradia una radiación de longitud de onda más larga que tiene un espectro algo más amplio.
También debe entenderse que el término LED no limita el tipo de envase físico y/o eléctrico de un LED. Por ejemplo, como se explicó anteriormente, un LED puede referirse a un único dispositivo emisor de luz que tiene múltiples chips que se configuran para emitir respectivamente diferentes espectros de radiación (por ejemplo, que pueden o no ser controlables individualmente). Además, un LED puede asociarse con el fósforo que se considera parte integral del LED (por ejemplo, algunos tipos de LED blancos). En general, el término LED puede referirse a LED empaquetados, LED no empaquetados, LED de montaje en superficie, LED de chips sobre placa, LED de montaje en paquete T, LED de empaquetado radial, LED de empaquetado de potencia, lEd que incluyen algún tipo de revestimiento y/o elemento óptico (por ejemplo, una lente difusora), etc.
El término "fuente de luz" debe entenderse que se refiere a una cualquiera o más de una variedad de fuentes de radiación, que incluyen, pero no se limitan a, fuentes basadas en LED (que incluyen uno o más LED como se definió 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 principio de ignición como las velas (por ejemplo, mantos de gas, fuentes de radiación de arco de carbono), fuentes fotoluminiscentes (por ejemplo, fuentes de descarga gaseosa), fuentes luminiscentes de cátodos que usan saciedad electrónica, fuentes galvanoluminiscentes, fuentes cristalinoluminiscentes, fuentes kinoluminiscentes, fuentes termoluminiscentes, fuentes triboluminiscentes, fuentes sonoluminiscentes, fuentes radioluminiscentes y polímeros luminiscentes.
Una fuente de luz dada puede configurarse para generar radiación electromagnética dentro del espectro visible, fuera del espectro visible, o una combinación de ambos. Por lo tanto, los términos "luz" y "radiación" se usan indistintamente en la presente memoria. Además, una fuente de luz puede incluir como un componente integral uno o más filtros (por ejemplo, filtros de color), lentes u otros componentes ópticos. Además, debe entenderse que las fuentes de luz pueden configurarse para una variedad de aplicaciones, que incluyen, pero no limitado a, indicación, pantalla y/o iluminación. Una "fuente de iluminación" es una fuente de luz que se configura particularmente para generar radiación que tiene una intensidad suficiente para iluminar eficazmente un espacio interior o exterior. En este contexto, "intensidad suficiente" se refiere a la potencia radiante suficiente en el espectro visible generado en el espacio o entorno (la unidad "lúmenes" a menudo se emplea para representar la salida total de luz de 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 percibirse indirectamente y que puede reflejarse, por ejemplo, de una o más de una variedad de superficies que intervienen antes de percibirse en su totalidad o en parte).
Debe entenderse que el término "espectro" se refiere a una cualquiera o más frecuencias (o longitudes de onda) de radiación producidas por una o más fuentes de luz. En consecuencia, el término "espectro" se refiere a frecuencias (o longitudes de onda) no solo en el rango visible, sino también frecuencias (o longitudes de onda) en las áreas infrarroja, ultravioleta y otras del espectro electromagnético general. Además, un espectro dado puede tener un ancho de banda relativamente estrecho (por ejemplo, un FWHM que tiene esencialmente pocos componentes de frecuencia o longitud de onda) o un ancho de banda relativamente amplio (varios componentes de frecuencia o longitud de onda que tienen varias intensidades relativas). También debe apreciarse que un espectro dado puede ser el resultado de una mezcla de dos o más espectros (por ejemplo, la radiación de mezcla emitida, respectivamente de múltiples fuentes de luz).
Para los fines de esta divulgación, el término "color" se usa indistintamente con el término "espectro." Sin embargo, el término "color" generalmente se usa para referirse principalmente a una propiedad de radiación que es perceptible por un observador (aunque este uso no pretende limitar el ámbito de este término). En consecuencia, los términos "diferentes colores" se refieren implícitamente a múltiples espectros que tienen diferentes componentes de longitud de onda y/o anchos de banda. También debe apreciarse que el término "color" puede usarse en relación con luz blanca y no blanca.
El término "temperatura de color" generalmente se usa en la presente memoria en relación con la luz blanca, aunque este uso no pretende limitar el ámbito de este término. La temperatura de color se refiere esencialmente a un contenido de color o tono particular (por ejemplo, rojizo, azulado) de luz blanca. La temperatura de color de una muestra de radiación dada se caracteriza convencionalmente de acuerdo con la temperatura en grados Kelvin (K) de un radiador de cuerpo negro que irradia esencialmente el mismo espectro que la muestra de radiación en cuestión. Las temperaturas de color del radiador del cuerpo negro generalmente caen dentro de un rango de aproximadamente 700 grados K (normalmente considerado el primero visible para el ojo humano) hasta más de 10000 grados K; la luz blanca generalmente se percibe a temperaturas de color superiores a 1500-2000 grados K.
Las temperaturas de color más bajas generalmente indican luz blanca que tiene un componente rojo más significativo o una "sensación más cálida", mientras que las temperaturas de color más altas generalmente indican luz blanca que tiene un componente azul más significativo o una "sensación más fría." A modo de ejemplo, el fuego tiene una temperatura de color de aproximadamente 1800 grados K, una bombilla incandescente convencional tiene una temperatura de color de aproximadamente 2848 grados K, la luz del día temprano por la mañana tiene una temperatura de color de aproximadamente 3000 grados K, y los cielos nublados del mediodía tienen una temperatura de color de aproximadamente 10000 grados K. Una imagen en color vista bajo luz blanca que tiene una temperatura de color de aproximadamente 3000 grados K tiene un tono relativamente rojizo, mientras que la misma imagen en color vista bajo luz blanca que tiene una temperatura de color de aproximadamente 10000 grados K tienen un tono relativamente azulado.
El término "luminaria" se utiliza en la presente memoria para referirse a una implementación o disposición de una o más unidades de iluminación en un factor de forma, conjunto o empaquetamiento particular. El término "unidad de iluminación" se utiliza en la presente memoria 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 cualquiera de una variedad de disposiciones de montaje para las fuentes de luz, disposiciones y formas de recinto/carcasa, y/o configuraciones de conexión eléctrica y mecánica. Adicionalmente, una unidad de iluminación dada puede asociarse opcionalmente con (por ejemplo, incluye, se acoplada a y/o empaqueta junto con) varios otros componentes (por ejemplo, circuitos de control) relacionados con el funcionamiento de las 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 discutió anteriormente, solas o en combinación con otras fuentes de luz no basadas en LED. Una unidad de iluminación "multicanal" se refiere a una unidad de iluminación basada en LED o no basada en LED que incluye al menos dos fuentes de luz configuradas para generar respectivamente diferentes espectros de radiación, en las que cada espectro de fuente diferente puede denominarse como un "canal" de la unidad de iluminación multicanal.
El término "controlador" se usa en la presente memoria en general para describir varios aparatos relacionados con el funcionamiento de una o más fuentes de luz. Un controlador puede implementarse de numerosas formas (por ejemplo, con hardware dedicado) para realizar varias funciones explicadas en la presente memoria. Un "procesador" es un ejemplo de un controlador que emplea uno o más microprocesadores que pueden programarse mediante el uso de software (por ejemplo, microcódigo) para realizar varias funciones explicadas en la presente memoria. Un controlador puede implementarse con o sin emplear un procesador, y también puede implementarse como una combinación de hardware dedicado para realizar algunas funciones y un procesador (por ejemplo, uno o más microprocesadores programados y circuitos asociados) para realizar otras funciones. Ejemplos de componentes de un controlador que pueden emplearse en varias realizaciones de la presente divulgación incluyen, pero no se limitan a, microprocesadores convencionales, circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC) y matrices de compuertas lógicas programables (FPGA).
En varias implementaciones, un procesador o controlador puede asociarse con uno o varios medios de almacenamiento (denominados genéricamente en la presente memoria como "memoria", por ejemplo, memoria de ordenador volátil y no volátil como RAM, PROM, EPROM y EEPROM, disquetes, discos compactos, discos ópticos, cinta magnética, etc.). En algunas implementaciones, los medios de almacenamiento pueden codificarse con uno o varios programas que, cuando se ejecutan en uno o varios procesadores y/o controladores, realizan al menos algunas de las funciones explicadas en la presente memoria. Varios medios de almacenamiento pueden fijarse dentro de un procesador o controlador o pueden ser transportables, de manera que uno o más programas almacenados en el mismo puedan cargarse en un procesador o controlador con el fin de implementar varios aspectos de la presente divulgación explicados en la presente memoria. Los términos "programa" o "programa informático" se usan en la presente memoria 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 varios procesadores o controladores.
El término "direccionable" se utiliza en la presente memoria para referirse a un dispositivo (por ejemplo, una fuente de luz en general, una unidad de iluminación o una luminaria, un controlador o procesador asociado con una o varias fuentes de luz o unidades de iluminación, otros dispositivos no relacionados con la iluminación, etc.) que se configura para recibir información (por ejemplo, datos) destinada a múltiples dispositivos, que incluyen en sí, y para responder selectivamente a información particular destinada al mismo. El término "direccionable" a menudo se usa en conexión con un entorno de red (o una "red", que se explica más adelante), en el que varios dispositivos se acoplan entre sí a través de algún medio o medios de comunicación.
En una implementación de red, uno o más dispositivos acoplados a una red pueden servir como un controlador para uno o varios dispositivos acoplados a la red (por ejemplo, en una relación maestro/esclavo). En otra implementación, un entorno interconectado puede incluir uno o varios controladores dedicados que se configuran para controlar uno o varios de los dispositivos acoplados a la red. En general, cada uno de los múltiples dispositivos acoplados a la red puede tener acceso a los datos que están presentes en el medio o medios de comunicación; sin embargo, un dispositivo dado puede ser "direccionable" ya que se configura para intercambiar datos selectivamente con (es decir, recibir datos desde y/o transmitir datos hacia) la red, en base a, por ejemplo, uno o varios identificadores particulares (por ejemplo, "direcciones") asignados al mismo.
El término "red", como se usa en la presente memoria, se refiere a cualquier interconexión de dos o varios dispositivos (que incluyen controladores o procesadores) que facilita el transporte de información (por ejemplo, para el control de dispositivos, almacenamiento de datos, intercambio de datos, etc.) entre cualquiera de dos o varios dispositivos y/o entre múltiples dispositivos acoplados a la red. Como debería apreciarse fácilmente, diversas implementaciones de redes adecuadas para interconectar múltiples dispositivos pueden incluir cualquiera de una variedad de topologías de red y emplear cualquiera de una variedad de protocolos de comunicación. Además, en varias redes de acuerdo con la presente divulgación, cualquier conexión entre dos dispositivos puede representar una conexión dedicada entre los dos sistemas, o alternativamente una conexión no dedicada. Además de transportar la información destinada a los dos dispositivos, dicha conexión no dedicada puede transportar información no necesariamente destinada a ninguno de los dos dispositivos (por ejemplo, una conexión de red abierta). Además, debe apreciarse fácilmente que varias redes de dispositivos como se explica en la presente memoria pueden emplear uno o varios enlaces inalámbricos, de cable y/o de fibra óptica para facilitar el transporte de información a través de la red.
El término "interfaz de usuario", como se usa en la presente memoria, se refiere a una interfaz entre un usuario u operador humano y uno o varios dispositivos que permite la comunicación entre el usuario y los dispositivos.
Ejemplos de interfaces de usuario que pueden emplearse en diversas implementaciones de la presente divulgación incluyen, pero no se limitan a, interruptores, potenciómetros, botones, diales, controles deslizantes, un ratón, teclado, teclado numérico, varios tipos de controladores de juegos (por ejemplo, mandos de control), bollas de seguimiento, pantallas de visualización, varios tipos de interfaces gráficas de usuario (GUI), pantallas táctiles, micrófonos y otros tipos de sensores que pueden recibir algún tipo de estímulo generado por humanos y generar una señal en respuesta al mismo.
En los dibujos, los caracteres de referencia similares generalmente se refieren a las mismas partes a través de las diferentes vistas. Además, los dibujos no están necesariamente a escala, en su lugar se hace énfasis generalmente en ilustrar los principios de la invención.
La Figura 1 es un diagrama que ilustra una fuente de luz controlada basada en LED adecuada para su uso con una luminaria de luz descendente divulgada en la presente memoria;
La Figura 2 es un diagrama que ilustra un sistema en red de fuentes de luz basadas en LED de la Figura 1;
La Figura 3A es una vista en perspectiva de una luminaria de luz descendente de acuerdo con una realización de la presente invención;
La Figura 3B es una vista despiezada del conjunto de luminarias de luz descendente de la Figura 3A;
Las Figuras 4A y 4B ilustran simulaciones por ordenador de dinámica de fluidos computacional ("CFD") de la distribución del flujo de aire en un conjunto de luminarias de luz descendente, de acuerdo con una realización de la presente invención;
La Figura 5A es una vista lateral en sección transversal de una luminaria colgante de un punto de acuerdo con una realización de la presente invención;
La Figura 5B es una vista inferior de la luminaria colgante de la Figura 5A;
Las Figuras 6A y 6B son vistas en perspectiva de una luminaria de cabezal de seguimiento de acuerdo con una realización de la presente invención;
La Figura 7 es un diagrama de circuito esquemático de una fuente de alimentación para proporcionar energía a aparatos de iluminación y luminarias de acuerdo con una realización de la presente invención;
La Figura 7A es un diagrama de bloques que muestra un sistema de iluminación que incluye un regulador de CA acoplado a la fuente de alimentación de la Figura 7, de acuerdo con una realización de la presente invención; y
Las Figuras 8-11 son diagramas de circuitos esquemáticos de fuentes de alimentación para proporcionar energía a aparatos de iluminación y luminarias de acuerdo con otras realizaciones de la presente invención.
Descripción detallada
A continuación, se describen diversas realizaciones de la presente invención y conceptos inventivos relacionados, que incluyen ciertas realizaciones relacionadas particularmente con fuentes de luz basadas en LED. Sin embargo, debe apreciarse que la presente divulgación no se limita a ninguna forma particular de implementación, y que las diversas realizaciones discutidas explícitamente en la presente memoria son principalmente para fines de ilustración.
Por ejemplo, los diversos conceptos divulgados en la presente memoria pueden implementarse de manera adecuada en luminarias que tengan una variedad de factores de forma, tales como luminarias de cabezal de seguimiento y luminarias colgantes, y que involucren fuentes de luz basadas en LED.
La Figura 1 ilustra un ejemplo de una unidad de iluminación 100 que es adecuada para su uso con cualquiera de las luminarias descritas en la presente memoria. Algunos ejemplos generales de unidades de iluminación basadas en
LED similares a las que se describen más adelante en relación con la Figura 1, puede encontrarse, por ejemplo, en la patente de Estados Unidos Núm. 6,016,038, concedida el 18 de enero de 2000 a Mueller y otros, titulada "Multicolored LED Lighting Method and Apparatus", y la patente de Estados Unidos Núm. 6,211,626, concedida el 3 de abril de 2001 a Lys y otros, titulada "Illumination Components".
En diversas implementaciones, la unidad de iluminación 100 mostrada en la Figura 1 puede usarse sola o junto con otras unidades de iluminación similares en un sistema de unidades de iluminación (por ejemplo, como se explica más adelante en relación con la Figura 2). Usada sola o en combinación con otras unidades de iluminación, la unidad de iluminación 100 puede emplearse en una variedad de aplicaciones que incluyen, pero no se limitan a, iluminación de espacios interiores o exteriores (por ejemplo, arquitectónico) e iluminación en general, iluminación directa o indirecta de objetos o espacios, iluminación teatral o de otros efectos especiales basados en el entretenimiento, iluminación decorativa, iluminación orientada a la seguridad, iluminación asociada con (o iluminación de) pantallas y/o mercancías (por ejemplo, para fines publicitarios y/o en entornos minoristas/consumidores), iluminación combinada o sistemas de iluminación y comunicación, etc., así como para varias indicaciones, exhibiciones y fines informativos.
Adicionalmente, una o más unidades de iluminación similares a las descritas en relación con la Figura 1 pueden implementarse en una variedad de productos que incluyen, pero no se limitan a, diversas formas de módulos de luz o bombillas que tienen varias formas y disposiciones de acoplamiento eléctrico/mecánico (que incluye módulos o bombillas de reemplazo o "adaptación" adaptados para su uso en enchufes o luminarias convencionales), así como una variedad de productos de consumo y/o domésticos (por ejemplo, luces nocturnas, juguetes, juegos o componentes de juegos, componentes o sistemas de entretenimiento, utensilios, electrodomésticos, ayudas de cocina, productos de limpieza, etc.) y componentes de arquitectura (por ejemplo, paneles iluminados para paredes, pisos, techos, borde iluminados y componentes de ornamentación, etc.).
La unidad de iluminación 100 que se muestra en la Figura 1 puede incluir una o más fuentes de luz 104A, 104B, 104C y 104D (que se muestran colectivamente como 104), en las que una o más de las fuentes de luz pueden ser una fuente de luz basada en LED que incluye uno o más diodos emisores de luz (LED). Cualesquiera dos o más de las fuentes de luz pueden adaptarse para generar radiación de diferentes colores (por ejemplo, rojo, verde, azul); a este respecto, como se explicó anteriormente, cada una de las fuentes de luz de color diferente genera un espectro de fuente diferente que constituye un "canal" diferente de una unidad de iluminación "multicanal". Aunque la Figura 1 muestra cuatro fuentes de luz 104A, 104B, 104C y 104D, debe apreciarse que la unidad de iluminación no se limita a este respecto, ya que diferentes números y varios tipos de fuentes de luz (todas las fuentes de luz basadas en LED, fuentes de luz basadas en LED y no basadas en LED en combinación, etc.) adaptadas para generar radiación de una variedad de colores diferentes, que incluyen luz esencialmente blanca, pueden emplearse en la unidad de iluminación 100, como se discute más adelante.
Aún con referencia a la Figura 1, la unidad de iluminación 100 también puede incluir un controlador 105 que se configura para emitir una o más señales de control para accionar las fuentes de luz con el fin de generar varias intensidades de luz desde las fuentes de luz. Por ejemplo, en una implementación, el controlador 105 puede configurarse para emitir al menos una señal de control para cada fuente de luz con el fin de controlar de forma independiente la intensidad de la luz (por ejemplo, la potencia radiante en lúmenes) generada por cada fuente de luz; alternativamente, el controlador 105 puede configurarse para emitir una o más señales de control para controlar colectivamente un grupo de dos o más fuentes de luz de forma idéntica. Algunos ejemplos de señales de control que pueden generarse por el controlador para controlar las fuentes de luz incluyen, pero no se limitan a, señales moduladas por pulso, señales moduladas por ancho de pulso (PWM), señales moduladas por amplitud de pulso (PAM), señales moduladas de código de pulso (PCM), señales de control analógico (por ejemplo, señales de control de corriente, señales de control de voltaje), combinaciones y/o modulaciones de las señales anteriores u otras señales de control. En algunas implementaciones, particularmente en relación con fuentes basadas en LED, una o más técnicas de modulación proporcionan un control variable mediante el uso de un nivel de corriente fijo aplicado a uno o más LED, con el fin de mitigar posibles variaciones indeseables o impredecibles en la salida del LED que pueden surgir si se emplea una corriente de accionamiento de LED variable. En otras implementaciones, el controlador 105 puede controlar otros circuitos dedicados (no se muestran en la Figura 1) que a su vez controlan las fuentes de luz para variar sus respectivas intensidades.
En general, la intensidad (potencia de salida radiante) de la radiación generada por una o más fuentes de luz es proporcional a la potencia media entregada a las fuentes de luz durante un período de tiempo dado. En consecuencia, una técnica para variar la intensidad de la radiación generada por una o más fuentes de luz implica modular la potencia suministrada a (es decir, la potencia de operación de) las fuentes de luz. Para algunos tipos de fuentes de luz, incluidas las fuentes basadas en LED, esto puede lograrse eficazmente mediante el uso de una técnica de modulación de ancho de pulso (PWM).
En una implementación ejemplar de una técnica de control PWM, para cada canal de una unidad de iluminación se aplica periódicamente un voltaje predeterminado fijo Vfuente a través de una fuente de luz determinada que constituye el canal. La aplicación del voltaje Vfuente puede llevarse a cabo a través de uno o más interruptores, no se muestran en la Figura 1, controlados por el controlador 105. Mientras que el voltaje Vfuente se aplica a través de la fuente de luz, una corriente fija predeterminada fuente (por ejemplo, determinada por un regulador de corriente, tampoco se muestra en la Figura 1) se permite que fluya a través de la fuente de luz. De nuevo, recuerde que una fuente de luz basada en LED puede incluir uno o más LED, de manera que el voltaje Vfuente puede aplicarse a un grupo de LED que constituyen la fuente, y la corriente fuente puede consumirse por el grupo de LED. El voltaje fijo Vfuente a través de la fuente de luz cuando está energizada, y la corriente regulada fuente consumida por la fuente de luz cuando está energizada, determina la cantidad de potencia de operación instantánea Pfuente de la fuente de luz (Pfuente ~ Vfuente • Lfuente)- Como se mencionó anteriormente, para las fuentes de luz basadas en LED, el uso de una corriente regulada mitiga las posibles variaciones indeseables o impredecibles en la salida del LED que pueden surgir si se emplea una corriente variable de accionamiento de LED.
De acuerdo con la técnica PWM, al aplicar periódicamente el voltaje Vfuente a la fuente de luz y variar el tiempo que se aplica el voltaje durante un ciclo de encendido-apagado dado, la potencia media entregada a la fuente de luz a lo largo del tiempo (la potencia de operación promedio) puede modularse. En particular, el controlador 105 puede configurarse para aplicar el voltaje Vfuente a una fuente de luz dada de manera pulsada (por ejemplo, mediante la salida de una señal de control que opera una o más interruptores para aplicar el voltaje a la fuente de luz), preferentemente a una frecuencia mayor que la capaz de detectarse por el ojo humano (por ejemplo, mayor a aproximadamente 100 Hz). De esta manera, un observador de la luz generada por la fuente de luz no percibe los ciclos discretos de encendido y apagado (comúnmente denominado "efecto parpadeo"), sino que la función integradora del ojo percibe esencialmente la generación continua de luz. Al ajustar el ancho del pulso (es decir, a tiempo o "ciclo de trabajo") de los ciclos de encendido y apagado de la señal de control, el controlador varía la cantidad media de tiempo que la fuente de luz se energiza en un período de tiempo dado y, por lo tanto, varía la potencia de operación media de la fuente de luz. De esta manera, el brillo percibido de la luz generada por cada canal a su vez puede variarse.
Como se explica con mayor detalle más adelante, el controlador 105 puede configurarse para controlar cada canal de fuente de luz diferente de una unidad de iluminación multicanal a una potencia de operación media predeterminada para proporcionar una potencia de salida radiante correspondiente para la luz generada por cada canal. Alternativamente, el controlador 105 puede recibir instrucciones (por ejemplo, "comandos de iluminación") de una variedad de orígenes, como una interfaz de usuario 118, una fuente de señal 124, o uno o más puertos de comunicación 120, que especifican las potencias de operación prescritas para uno o más canales y, por lo tanto, las potencias de salida radiante correspondientes para la luz generada por los canales respectivos. Al variar las potencias de operación prescritas para uno o más canales (por ejemplo, de acuerdo con diferentes instrucciones o comandos de iluminación), la unidad de iluminación puede generar diferentes colores percibidos y niveles de brillo de luz.
En algunas implementaciones de la unidad de iluminación 100, como se mencionó anteriormente, una o más de las fuentes de luz 104A, 104B, 104C y 104D mostradas en la Figura 1 pueden incluir un grupo de múltiples LED u otros tipos de fuentes de luz (por ejemplo, varias conexiones paralelas y/o en serie de LED u otros tipos de fuentes de luz) que son controladas juntas por el controlador 105. Además, debe apreciarse que una o más de las fuentes de luz pueden incluir uno o más LED que se adaptan para generar radiación que tiene cualquiera de una variedad de espectros (es decir, longitudes de onda o bandas de longitudes de onda), que incluyen, pero no se limitan a, varios colores visibles (que incluyen esencialmente luz blanca), varias temperaturas de color de la luz blanca, ultravioleta o infrarroja. Los LED que tienen una variedad de anchos de banda espectrales (por ejemplo, banda estrecha, banda más amplia) pueden emplearse en varias implementaciones de la unidad de iluminación 100.
La unidad de iluminación 100 puede construirse y disponerse para producir un amplio rango de radiación de color variable. Por ejemplo, en una implementación, la unidad de iluminación 100 puede disponerse particularmente de manera que la luz de intensidad variable controlable (es decir, la potencia radiante variable) generada por dos o más de las fuentes de luz se combine para producir una luz de color mixto (que incluye esencialmente la luz blanca que tiene una variedad de temperaturas de color). En particular, el color (o temperatura de color) de la luz de color mixto puede variar mediante la variación de una o más de las intensidades respectivas (potencia radiante de salida) de las fuentes de luz (por ejemplo, en respuesta a una o más señales de control emitidas por el controlador 105). Además, el controlador 105 puede configurarse particularmente para proporcionar señales de control a una o más de las fuentes de luz con el fin de generar una variedad de efectos de iluminación estáticos o variables en el tiempo (dinámicos) multicolores (o temperatura multicolor). Con este fin, el controlador puede incluir un procesador 102 (por ejemplo, un microprocesador) programado para proporcionar dichas señales de control a una o más de las fuentes de luz. En varias implementaciones, el procesador 102 puede programarse para proporcionar dichas señales de control de forma autónoma, en respuesta a los comandos de iluminación, o en respuesta a varias entradas de usuario o señal.
Por lo tanto, la unidad de iluminación 100 puede incluir una amplia variedad de colores de LED en varias combinaciones, que incluye dos o más LED rojos, verdes y azules para producir una mezcla de colores, así como uno o más LED para crear diferentes colores y temperaturas de color de luz blanca. Por ejemplo, el rojo, el verde y el azul pueden mezclarse con ámbar, blanco, UV, naranja, IR u otros colores de los LED. Además, múltiples LED blancos que tienen diferentes temperaturas de color (por ejemplo, uno o más primeros LED blancos que generan un primer espectro correspondiente a una primera temperatura de color, y uno o más segundos LED blancos que generan un segundo espectro correspondiente a una segunda temperatura de color diferente a la primera temperatura de color), en una unidad de iluminación LED completamente blanca o en combinación con otros colores de LED. Tales combinaciones de LED de diferentes colores y/o LED blancos de diferente temperatura de color en la unidad de iluminación 100 pueden facilitar la reproducción precisa de una serie de espectros deseables de condiciones de iluminación, ejemplos de los cuales que incluyen, pero no se limitan a, una variedad de equivalentes de luz diurna exterior en diferentes momentos del día, varios condiciones de iluminación interior, condiciones de iluminación para simular un fondo multicolor complejo, y similares. Otras condiciones de iluminación deseables pueden crearse al extraer piezas particulares del espectro que pueden específicamente absorberse, atenuarse o reflejarse en ciertos entornos. El agua, por ejemplo, tiende a absorber y atenuar la mayoría de los colores de luz que no son azules ni verdes, por lo que las aplicaciones submarinas pueden beneficiarse de las condiciones de iluminación adaptadas para enfatizar o atenuar algunos elementos espectrales en relación con otros.
Como se muestra en la Figura 1, la unidad de iluminación 100 también puede incluir una memoria 114 para almacenar varios datos. Por ejemplo, la memoria 114 puede emplearse para almacenar uno o más comandos de iluminación o programas para su ejecución por el procesador 102 (por ejemplo, para generar una o más señales de control para las fuentes de luz), así como varios tipos de datos útiles para generar radiación de color variable (por ejemplo, información de calibración, que se explica más adelante). La memoria 114 también puede almacenar uno o más identificadores particulares (por ejemplo, un número de serie, una dirección, etc.) que pueden usarse localmente o a nivel del sistema para identificar la unidad de iluminación 100. En diversas realizaciones, tales identificadores pueden programarse previamente por un fabricante, por ejemplo, y pueden ser modificables o no modificables a partir de entonces (por ejemplo, a través de algún tipo de interfaz de usuario ubicada en la unidad de iluminación, a través de uno o más datos o señales de control recibidas por la unidad de iluminación, etc.). Alternativamente, tales identificadores pueden determinarse en el momento del uso inicial de la unidad de iluminación en el campo, y nuevamente pueden ser modificables o no modificables a partir de entonces.
Un problema que puede surgir en relación con el control de múltiples fuentes de luz en la unidad de iluminación 100 de la Figura 1, y el control de múltiples unidades de iluminación 100 en un sistema de iluminación (por ejemplo, como se discute a continuación en relación con la Figura 2), se relaciona con las diferencias potencialmente perceptibles en la salida de luz entre fuentes de luz sustancialmente similares. Por ejemplo, dadas dos fuentes de luz prácticamente idénticas que se accionan por respectivas señales de control idénticas, la intensidad real de la salida de luz (por ejemplo, la potencia radiante en lúmenes) por cada fuente de luz puede ser mediblemente diferente. Dicha diferencia en la salida de luz puede atribuirse a varios factores que incluyen, por ejemplo, ligeras diferencias de fabricación entre las fuentes de luz, el desgaste y rotura normal con el tiempo de las fuentes de luz que pueden alterar de manera diferente los espectros respectivos de la radiación generada, etc. Para los fines de la presente discusión, las fuentes de luz para las que no se conoce una relación particular entre una señal de control y la potencia radiante de salida resultante se denominan fuentes de luz "sin calibrar". El uso de una o más fuentes de luz no calibradas en la unidad de iluminación 100 que se muestra en la Figura 1 puede dar como resultado la generación de luz que tiene un color o temperatura de color impredecible o "no calibrado". Por ejemplo, considere una primera unidad de iluminación que incluye una primera fuente de luz roja sin calibrar y una primera fuente de luz azul sin calibrar, cada una controlada en respuesta a un comando de iluminación correspondiente que tiene un parámetro ajustable en un rango de cero a 255 (0-255), en el que el valor máximo de 255 representa la potencia radiante máxima disponible (es decir, 100 %) de la fuente de luz. Para los fines de este ejemplo, si el comando rojo se establece en cero y el comando azul es distinto de cero, se genera luz azul, mientras que, si el comando azul se establece en cero y el comando rojo es distinto de cero, se genera luz roja. Sin embargo, si ambos comandos varían de valores distintos de cero, puede producirse una variedad de colores perceptiblemente diferentes (por ejemplo, en este ejemplo, al menos, muchos tonos diferentes de púrpura son posibles). En particular, quizás un color deseado particular (por ejemplo, lavanda) se da por un comando rojo que tiene un valor de 125 y un comando azul que tiene un valor de 200. Ahora considere una segunda unidad de iluminación que incluye una segunda fuente de luz roja no calibrada sustancialmente similar a la primera fuente de luz roja no calibrada de la primera unidad de iluminación, y una segunda fuente de luz azul no calibrada sustancialmente similar a la primera fuente de luz azul no calibrada de la primera unidad de iluminación. Como se explicó anteriormente, incluso si ambas fuentes de luz roja sin calibrar se controlan en respuesta a los comandos idénticos respectivos, la intensidad real de la salida de luz (por ejemplo, la potencia radiante en lúmenes) por cada fuente de luz roja puede ser mediblemente diferente. Del mismo modo, incluso si ambas fuentes de luz azul sin calibrar se controlan en respuesta a los comandos idénticos respectivos, la salida de luz real por cada fuente de luz azul puede ser perceptiblemente diferente.
Teniendo en cuenta lo anterior, debe apreciarse que si se usan múltiples fuentes de luz no calibradas en combinación en unidades de iluminación para producir una luz de color mixto como se discutió anteriormente, el color observado (o la temperatura de color) de la luz producida por diferentes unidades de iluminación bajo condiciones de control idénticas puede ser perceptiblemente diferente. Específicamente, considere de nuevo el ejemplo de "lavanda" anterior; la "primera lavanda" producida por la primera unidad de iluminación con un comando rojo que tiene un valor de 125 y un comando azul que tiene un valor de 200 de hecho puede ser perceptiblemente diferente que una "segunda lavanda" producida por la segunda unidad de iluminación con un comando rojo que tiene un valor de 125 y un comando azul que tiene un valor de 200. De manera más general, la primera y segunda unidades de iluminación generan colores no calibrados en virtud de sus fuentes de luz no calibradas. En consecuencia, en algunas implementaciones, la unidad de iluminación 100 incluye medios de calibración para facilitar la generación de luz que tiene un color calibrado (por ejemplo, predecible, reproducible) en cualquier momento dado. En un aspecto, los medios de calibración se configuran para ajustar (por ejemplo, escalar) la salida de luz de al menos algunas fuentes de luz de la unidad de iluminación para compensar las diferencias perceptibles entre las fuentes de luz similares usadas en diferentes unidades de iluminación. Por ejemplo, en una realización, el procesador 102 de la unidad de iluminación 100 está configurado para controlar una o más de las fuentes de luz con el fin de emitir radiación a una intensidad calibrada que corresponde sustancialmente de manera predeterminada a una señal de control para las fuentes de luz. Como resultado de la radiación mixta que tiene espectros diferentes e intensidades calibradas respectivas, se produce un color calibrado. En un aspecto de esta realización, al menos un valor de calibración para cada fuente de luz se almacena en la memoria 114, y el procesador se programa para aplicar los valores de calibración respectivos a las señales de control (comandos) para las fuentes de luz correspondientes con el fin de generar las intensidades calibradas. Uno o más valores de calibración pueden determinarse una vez (por ejemplo, durante una fase de fabricación/prueba de la unidad de iluminación) y almacenarse en la memoria 114 para su uso por el procesador 102. En otro aspecto, el procesador 102 puede configurarse para derivar uno o más valores de calibración dinámicamente (por ejemplo, de vez en cuando) con la ayuda de uno o más fotosensores, por ejemplo. En diversas realizaciones, los fotosensores pueden ser uno o más componentes externos acoplados a la unidad de iluminación, o alternativamente pueden integrarse como parte de la propia unidad de iluminación. Un fotosensor es un ejemplo de una fuente de señal que puede integrarse o de cualquier otra manera asociarse con la unidad de iluminación 100, y monitorearse por el procesador 102 en relación con el funcionamiento de la unidad de iluminación. Otros ejemplos de dichas fuentes de señales se discuten más adelante, en relación con la fuente de señal 124 mostrada en la Figura 1. Un procedimiento ejemplar que puede implementarse por el procesador 102 para derivar uno o más valores de calibración incluye la aplicación de una señal de control de referencia a una fuente de luz (por ejemplo, correspondiente a la potencia radiante de salida máxima), y la medición (por ejemplo, a través de uno o más fotosensores) una intensidad de radiación (por ejemplo, la caída de potencia radiante en el fotosensor) generada por la fuente de luz. El procesador puede programarse para luego hacer una comparación de la intensidad medida y al menos un valor de referencia (por ejemplo, que representa una intensidad que se esperaría nominalmente en respuesta a la señal de control de referencia). En base a dicha comparación, el procesador puede determinar uno o más valores de calibración (por ejemplo, factores de escala) para la fuente de luz. En particular, el procesador puede derivar un valor de calibración de manera que, cuando se aplica a la señal de control de referencia, la fuente de luz emite radiación con una intensidad que corresponde al valor de referencia (es decir, una intensidad "esperada", por ejemplo, la potencia radiante esperada en lúmenes). En varios aspectos, puede derivarse un valor de calibración para un rango completo de señales de control/intensidades de salida para una fuente de luz dada. Alternativamente, pueden derivarse múltiples valores de calibración para una fuente de luz dada (es decir, pueden obtenerse una serie de "muestras" de valores de calibración) que se aplican respectivamente sobre diferentes rangos de intensidad de señal/salida de control, para aproximar una función de calibración no lineal de manera lineal por partes.
Aún con referencia a la Figura 1, la unidad de iluminación 100 puede incluir opcionalmente una o más interfaces de usuario 118 que se proporcionan para facilitar cualquiera de una serie de configuraciones o funciones seleccionables por el usuario (por ejemplo, generalmente controlar la salida de luz de la unidad de iluminación 100, cambiar y/o seleccionar varios efectos de iluminación preprogramados que serán generados por la unidad de iluminación, cambiar y/o seleccionar varios parámetros de efectos de iluminación seleccionados, configurar identificadores particulares tales como direcciones o números de serie para la unidad de iluminación, etc.). En diversas realizaciones, la comunicación entre la interfaz de usuario 118 y la unidad de iluminación puede realizarse a través de una transmisión por cable o inalámbrica.
En una implementación, el controlador 105 de la unidad de iluminación monitorea la interfaz de usuario 118 y controla una o más de las fuentes de luz 104A, 104B, 104C y 104D en base al menos en parte en el funcionamiento de la interfaz por parte del usuario. Por ejemplo, el controlador 105 puede configurarse para responder al funcionamiento de la interfaz de usuario al originar una o más señales de control para controlar una o más de las fuentes de luz. Alternativamente, el procesador 102 puede configurarse para responder al seleccionar una o más señales de control preprogramadas almacenadas en la memoria, modificar las señales de control generadas mediante la ejecución de un programa de iluminación, seleccionar y ejecutar un nuevo programa de iluminación desde la memoria, o de cualquier otra manera afectar la radiación generada por una o más de las fuentes de luz.
En particular, en una implementación, la interfaz de usuario 118 puede constituir uno o más interruptores (por ejemplo, un interruptor de pared estándar) que interrumpen la potencia del controlador 105. En un aspecto de esta implementación, el controlador 105 se configura para monitorear la potencia controlada por la interfaz de usuario, y a su vez controlar una o más de las fuentes de luz basadas al menos en parte a una duración de una interrupción de potencia causada por el funcionamiento de la interfaz de usuario. Como se explicó anteriormente, el controlador puede configurarse particularmente para responder a una duración predeterminada de una interrupción de potencia, por ejemplo, seleccionar una o más señales de control preprogramadas almacenadas en la memoria, modificar las señales de control generadas por la ejecución de un programa de iluminación, seleccionar y ejecutar un nuevo programa de iluminación de la memoria, o afectar de otro modo la radiación generada por una o más de las fuentes de luz.
La Figura 1 también ilustra que la unidad de iluminación 100 puede configurarse para recibir una o más señales 122 desde una o más otras fuentes de señales 124. En una implementación, el controlador 105 de la unidad de iluminación puede usar las señales 122, ya sea solas o en combinación con otras señales de control (por ejemplo, señales generadas al ejecutar un programa de iluminación, una o más salidas desde una interfaz de usuario, etc.), para controlar una o más de las fuentes de luz 104A, 104B, 104C y 104D de una manera similar a la discutida anteriormente en relación con la interfaz de usuario.
Ejemplos de las señales 122 que pueden recibirse y procesarse por el controlador 105 incluyen, pero no se limitan a, una o más señales de audio, señales de video, señales de potencia, varios tipos de señales de datos, señales que representan información obtenida de una red (por ejemplo, Internet), señales que representan una o más condiciones detectables/detectadas, señales de unidades de iluminación, señales que consisten en luz modulada, etc. En diversas implementaciones, las fuentes de señales 124 pueden ubicarse remotamente desde la unidad de iluminación 100, o incluirse como un componente de la unidad de iluminación. En una realización, una señal de una unidad de iluminación 100 podría enviarse a través de una red a otra unidad de iluminación 100.
Algunos ejemplos de una fuente de señal 124 que puede emplearse o usarse en relación con la unidad de iluminación 100 de la Figura 1, incluyen cualquiera de una variedad de sensores o transductores que generan una o más señales 122 en respuesta a algún estímulo. Ejemplos de dichos sensores incluyen, pero no se limitan a, varios tipos de sensores de condiciones ambientales, como sensores sensibles térmicamente (por ejemplo, temperatura, infrarrojos), sensores de humedad, sensores de movimiento, fotosensores/sensores de luz (por ejemplo, fotodiodos, sensores sensibles a uno o más espectros particulares de radiación electromagnética como espectroradiometros o espectrofotómetros, etc.), varios tipos de cámaras, sensores de sonido o vibración u otros transductores de presión/fuerza (por ejemplo, micrófonos, dispositivos piezoeléctricos) y similares.
Ejemplos adicionales de una fuente de señal 124 incluyen varios dispositivos de medición/detección que monitorean señales o características eléctricas (por ejemplo, voltaje, corriente, potencia, resistencia, capacitancia, inductancia, etc.) o características químicas/biológicas (por ejemplo, acidez, presencia de uno o más agentes químicos o biológicos particulares, bacterias, etc.) y proporcionan una o más señales 122 en base a valores medidos de las señales o características. Aún otros ejemplos de una fuente de señal 124 incluyen varios tipos de escáneres, sistemas de reconocimiento de imagen, sistemas de reconocimiento de voz u otros sonidos, sistemas de inteligencia artificial y robótica, y similares. Una fuente de señal 124 también podría ser un unidad de iluminación 100, otro controlador o procesador, o cualquiera de los muchos dispositivos de generación de señal disponibles, como reproductores multimedia, reproductores de MP3, ordenadores, reproductores de DVD, reproductores de CD, fuentes de señal de televisión, fuentes de señal de cámara, micrófonos, altavoces, teléfonos, teléfonos celulares, dispositivos de mensajería instantánea, dispositivos SMS, dispositivos inalámbricos, dispositivos organizadores personales y muchos otros.
En una realización, la unidad de iluminación 100 mostrada en la Figura 1 también puede incluir una o más instalaciones o elementos ópticos 130 para procesar ópticamente la radiación generada por las fuentes de luz 104A, 104B, 104C y 104D. Por ejemplo, pueden configurarse uno o más elementos ópticos para cambiar una o ambos de una distribución espacial y una dirección de propagación de la radiación generada. En particular, una o más elementos ópticos pueden configurarse para cambiar un ángulo de difusión de la radiación generada. En un aspecto de esta realización, una o más elementos ópticos 130 pueden configurarse particularmente para cambiar variablemente uno o ambos de una distribución espacial y una dirección de propagación de la radiación generada (por ejemplo, en respuesta a algún estímulo eléctrico y/o mecánico). Los ejemplos de elementos ópticos que pueden incluirse en la unidad de iluminación 100 incluyen, pero no se limitan a, materiales reflectantes, materiales refractivos, materiales translúcidos, filtros, lentes, espejos y fibra óptica. El elemento óptico 130 también puede incluir un material fosforescente, material luminiscente u otro material capaz de responder o interactuar con la radiación generada.
Como también se muestra en la Figura 1, la unidad de iluminación 100 puede incluir uno o más puertos de comunicación 120 para facilitar el acoplamiento de la unidad de iluminación 100 a cualquiera de una variedad de otros dispositivos, incluyendo una o más unidades de iluminación. Por ejemplo, uno o más puertos de comunicación 120 pueden facilitar el acoplamiento de múltiples unidades de iluminación juntas como un sistema de iluminación en red, en el que al menos algunas o todas las unidades de iluminación son direccionables (por ejemplo, tienen identificadores o direcciones particulares) y/o responden a datos particulares transportados a través de la red. En otro aspecto, uno o más puertos de comunicación 120 pueden adaptarse para recibir y/o transmitir datos a través de transmisión por cable o inalámbrica. En una realización, la información recibida a través del puerto de comunicación puede relacionarse, al menos en parte, con la información de dirección que será utilizada posteriormente por la unidad de iluminación, y la unidad de iluminación puede adaptarse para recibir y luego almacenar la información de dirección en la memoria 114 (por ejemplo, la unidad de iluminación puede estar adaptada para usar la dirección almacenada como su dirección para su uso al recibir datos posteriores a través de uno o más puertos de comunicación).
En particular, en un entorno de sistema de iluminación en red, como se analiza con mayor detalle más adelante (por ejemplo, en relación con la Figura 2), a medida que los datos se comunican a través de la red, el procesador 105 de cada unidad de iluminación acoplada a la red puede configurarse para responder a datos particulares (por ejemplo, comandos de control de iluminación) que le pertenecen (por ejemplo, en algunos casos, de acuerdo con lo dictado por los identificadores respectivos de las unidades de iluminación en red). Una vez que un controlador dado identifica datos particulares destinados a él, puede leer los datos y, por ejemplo, cambiar las condiciones de iluminación producidas por sus fuentes de luz de acuerdo con los datos recibidos (por ejemplo, al generar señales de control adecuadas para las fuentes de luz). En un aspecto, la memoria 114 de cada unidad de iluminación acoplada a la red puede cargarse, por ejemplo, con una tabla de señales de control de iluminación que se corresponden con los datos que recibe el procesador 102 del controlador. Una vez que el procesador 102 recibe datos de la red, el procesador puede consultar la tabla para seleccionar las señales de control que corresponden a los datos recibidos, y controlar las fuentes de luz de la unidad de iluminación en consecuencia (por ejemplo, mediante el uso de cualquiera de una variedad de técnicas de control de señales analógicas o digitales, que incluyen varias técnicas de modulación de pulsos discutidas anteriormente).
En un aspecto de esta realización, el procesador 102 de una unidad de iluminación dada, esté o no acoplado a una red, puede configurarse para interpretar instrucciones/datos de iluminación que se reciben en un protocolo DMX (como se discute, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos 6.016.038 y 6.211.626), que es un protocolo de comando de iluminación empleado convencionalmente en la industria de la iluminación para algunas aplicaciones de iluminación programables. En el protocolo DMX, las instrucciones de iluminación se transmiten a una unidad de iluminación como datos de control que se formatean en paquetes que incluyen 512 bytes de datos, en los que cada byte de datos está constituido por 8 bits que representan un valor digital entre cero y 255. Estos 512 bytes de datos están precedidos por un byte de "código de inicio". Un "paquete" completo que incluye 513 bytes (código de inicio más datos) se transmite en serie a 250 kbit/s de acuerdo con los niveles de voltaje RS-485 y las prácticas de cableado, en el que el inicio de un paquete se indica por una interrupción de al menos 88 microsegundos.
En el protocolo DMX, cada byte de datos de los 512 bytes en un paquete dado está diseñado como un comando de iluminación para un "canal" particular de una unidad de iluminación multicanal, en el que un valor digital de cero indica que no hay potencia de salida radiante para un canal dado de la unidad de iluminación (es decir, canal apagado), y un valor digital de 255 indica potencia de salida radiante total (100 por ciento de potencia disponible) para el canal dado de la unidad de iluminación (es decir, canal completamente encendido). Por ejemplo, en un aspecto, al tener en cuenta por el momento una unidad de iluminación de tres canales en base a LED rojo, verde y azul (es decir, una unidad de iluminación "R-G-B"), un comando de iluminación en el protocolo DMX puede especificar cada uno de un comando de canal rojo, un comando de canal verde, y un comando de canal azul como datos de ocho bits (es decir, un byte de datos) que representan un valor de 0 a 255. El valor máximo de 255 para cualquiera de los canales de color indica al procesador 102 que controle las fuentes de luz correspondientes para que funcionen a la máxima potencia disponible (es decir, 100 %) para el canal, al generar de este modo la máxima potencia radiante disponible para ese color (dicha estructura de comando para una unidad de iluminación R-G-B comúnmente se denomina como control de color de 24 bits). Por lo tanto, un comando del formato [R, G, B] = [255, 255, 255] haría que la unidad de iluminación generara la máxima potencia radiante para cada una de las luces roja, verde y azul (creando de este modo luz blanca).
Por lo tanto, un enlace de comunicación dado que emplea el protocolo DMX convencionalmente puede admitir hasta 512 canales de unidades de iluminación diferentes. Una unidad de iluminación dada diseñada para recibir comunicaciones formateadas en el protocolo DMX generalmente está configurada para responder solo a uno o más bytes de datos particulares de los 512 bytes en el paquete correspondiente al número de canales de la unidad de iluminación (por ejemplo, en el ejemplo de una unidad de iluminación de tres canales, la unidad de iluminación utiliza tres bytes) e ignora los otros bytes, en base a una posición particular de los bytes de datos deseados en la secuencia general de los 512 bytes de datos del paquete. Con este fin, las unidades de iluminación basadas en DMX pueden estar equipadas con un mecanismo de selección de dirección que el usuario/instalador puede configurar manualmente para determinar la posición particular de los bytes de datos a los que responde la unidad de iluminación en un paquete DMX dado.
Sin embargo, debe apreciarse que las unidades de iluminación adecuadas para los fines de la presente divulgación no se limitan a un formato de comando DMX, ya que las unidades de iluminación de acuerdo con varias realizaciones pueden configurarse para responder a otros tipos de protocolos de comunicación/formatos de comando de iluminación con el fin de controlar sus respectivas fuentes de luz. En general, el procesador 102 puede configurarse para responder a comandos de iluminación en una variedad de formatos que expresan potencias de operación prescritas para cada canal diferente de una unidad de iluminación multicanal de acuerdo con alguna escala que representa de cero a la potencia de operación máxima disponible por cada canal.
Por ejemplo, en otra realización, el procesador 102 de una unidad de iluminación dada puede configurarse para interpretar las instrucciones/datos de iluminación que se reciben en un protocolo Ethernet convencional (o un protocolo similar en base a conceptos de Ethernet). Ethernet es una conocida invención de redes informáticas que a menudo se emplea para redes de área local (LAN) que define los requisitos de cableado y señalización para dispositivos interconectados que forman la red, así como formatos de trama y protocolos para datos transmitidos a través de la red. Los dispositivos acoplados a la red tienen direcciones únicas respectivas, y los datos para uno o más dispositivos direccionables en la red se organizan como paquetes. Cada paquete Ethernet incluye un "encabezado" que especifica una dirección de destino (hacia donde va el paquete) y una dirección de origen (de donde vino el paquete), seguida de una "carga útil" que incluye varios bytes de datos (por ejemplo, En Tipo II Protocolo de trama Ethernet, la carga útil puede ser de 46 bytes de datos a 1500 bytes de datos). Un paquete concluye con un código de corrección de errores o "suma de comprobación". Al igual que con el protocolo DMX discutido anteriormente, la carga útil de los sucesivos paquetes de Ethernet destinados a una unidad de iluminación determinada configurada para recibir comunicaciones en un protocolo de Ethernet puede incluir información que represente las respectivas potencias radiantes prescritas para diferentes espectros de luz disponibles (por ejemplo, diferentes canales de color) capaces de ser generados por la unidad de iluminación.
En otra realización más, el procesador 102 de una unidad de iluminación dada puede configurarse para interpretar las instrucciones/datos de iluminación que se reciben en un protocolo de comunicación en serie como se describe, por ejemplo, en la Patente de Estados Unidos Núm. 6,777,891. En particular, de acuerdo con una realización en base a, un protocolo de comunicación en serie, múltiples unidades de iluminación 100 se acoplan entre sí a través de sus puertos de comunicación 120 para formar una conexión en serie de unidades de iluminación (por ejemplo, una topología en cadena o en anillo), en la que cada unidad de iluminación tiene un puerto de comunicación de entrada y un puerto de comunicación de salida. Las instrucciones/datos de iluminación transmitidos a las unidades de iluminación se disponen secuencialmente en base a una posición relativa en la conexión en serie de cada unidad de iluminación. Debe apreciarse que, si bien una red de iluminación en base a una interconexión en serie de unidades de iluminación se analiza particularmente en relación con una realización que emplea un protocolo de comunicación en serie, la divulgación no está limitada a este respecto, ya que otros ejemplos de topologías de redes de iluminación contemplados por la presente divulgación se analizan con más detalle a continuación en relación con la Figura 2.
En una realización que emplea un protocolo de comunicación en serie, cuando el procesador 102 de cada unidad de iluminación en la conexión en serie recibe datos, "quita o extrae una o más porciones iniciales de la secuencia de datos destinada a él y transmite el resto de la secuencia de datos a la siguiente unidad de iluminación en la conexión en serie. Por ejemplo, considerando nuevamente una interconexión en serie de múltiples unidades de iluminación de tres canales (por ejemplo, "RGB"), cada unidad de iluminación de tres canales extrae tres valores de múltiples bits (un valor de múltiples bits por canal) de los datos recibidos secuencia. Cada unidad de iluminación en la conexión en serie repite a su vez este procedimiento, es decir, eliminando o extrayendo una o más porciones iniciales (valores multibit) de una secuencia de datos recibidos y transmitiendo el resto de la secuencia. La parte inicial de una secuencia de datos eliminada a su vez por cada unidad de iluminación puede incluir las respectivas potencias radiantes prescritas para diferentes espectros de luz disponibles (por ejemplo, diferentes canales de color) capaces de ser generados por la unidad de iluminación, como se discutió anteriormente en relación con el Protocolo DMX, en varias implementaciones, cada valor de múltiples bits por canal puede ser un valor de 8 bits u otro número de bits (por ejemplo, 12, 16, 24, etc.) por canal, dependiendo en parte de la resolución de control deseada para cada canal.
En otra implementación ejemplar más de un protocolo de comunicación en serie, en lugar de eliminar una parte inicial de una secuencia de datos recibidos, se asocia un indicador con cada parte de una secuencia de datos que representa datos para múltiples canales de una unidad de iluminación dada, y toda una secuencia de datos para múltiples unidades de iluminación se transmite completamente de unidad de iluminación a unidad de iluminación en la conexión en serie. Cuando una unidad de iluminación en la conexión en serie recibe la secuencia de datos, busca la primera parte de la secuencia de datos en la que la bandera indica que una parte determinada (que representa uno o más canales) aún no ha sido leída por ninguna unidad de iluminación. Al encontrar dicha parte, la unidad de iluminación lee y procesa la parte para proporcionar una salida de luz correspondiente, y establece la bandera correspondiente para indicar que la parte ha sido leída. Nuevamente, toda la secuencia de datos se transmite completamente desde la unidad de iluminación a la unidad de iluminación, en el que el estado de las banderas indica la siguiente porción de la secuencia de datos disponible para lectura y procesamiento.
En una realización relacionada con un protocolo de comunicación en serie, el controlador 105, una unidad de iluminación determinada configurada para un protocolo de comunicación en serie, puede implementarse como un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC) diseñado para procesar específicamente un flujo recibido de instrucciones de iluminación/datos de acuerdo con el procedimiento de "eliminación/extracción de datos" o el procedimiento de "modificación de la bandera" discutido anteriormente. Más específicamente, en una realización ejemplar de múltiples unidades de iluminación acopladas entre sí en una interconexión en serie para formar una red, cada unidad de iluminación incluye un controlador 105 implementado por ASIC que tiene la funcionalidad del procesador 102, la memoria 114 y los puertos de comunicación 120 mostrados en la Figura 1 (la interfaz de usuario opcional 118 y la fuente de señal 124, por supuesto, no necesitan incluirse en algunas implementaciones). Tal implementación se discute en detalle en la Patente de Estados Unidos Núm. 6,777,891.
En una realización, la unidad de iluminación 100 de la Figura 1 puede incluir y/o acoplarse a una o más fuentes de alimentación 108. En varios aspectos, los ejemplos de fuentes de alimentación 108 incluyen, pero no se limitan a, fuentes de alimentación de CA, fuentes de alimentación de CC, baterías, fuentes de alimentación solares, fuentes de alimentación termoeléctricas o mecánicas y similares. Adicionalmente, en un aspecto, las fuentes de alimentación 108 pueden incluir o asociarse con uno o más dispositivos de conversión de energía o circuitos de conversión de energía (por ejemplo, en algunos casos internos a la unidad de iluminación 100) que convierten la energía recibida por una fuente de alimentación externa en una forma adecuada para el funcionamiento de diversos componentes internos del circuito y fuentes de luz de la unidad de iluminación 100. En una implementación ejemplar discutida en las solicitudes de Estados Unidos con Núms. de serie 11/079,904 y 11,429,715, el controlador 105 de la unidad de iluminación 100 puede configurarse para aceptar un voltaje de línea de CA estándar de la fuente de alimentación 108 y proporcionar la potencia de operación de CC adecuada para las fuentes de luz y otros circuitos de la unidad de iluminación en base a conceptos relacionados con la conversión CC-CC, o conceptos de fuente de alimentación de "conmutación". En un aspecto de tales implementaciones, el controlador 105 puede incluir circuitería no solo para aceptar un estándar de CA T/US2008/062488 -27- voltaje de línea, pero para asegurar que la energía se extrae del voltaje de línea con un factor de potencia significativamente alto.
Una unidad de iluminación dada también puede tener cualquiera de una variedad de disposiciones de montaje para las fuentes de luz, disposiciones y formas de recinto/carcasa para encerrar parcial o totalmente las fuentes de luz, y/o configuraciones de conexión eléctrica y mecánica. En particular, en algunas implementaciones, una unidad de iluminación puede configurarse como un reemplazo o "adaptación" para acoplarse eléctrica y mecánicamente en una disposición de enchufe o unidad convencional (por ejemplo, un enchufe de husillo tipo Edison, una disposición de unidad de halógeno, una disposición de unidad fluorescente, etc.).
Adicionalmente, uno o más elementos ópticos como se discutió anteriormente pueden integrarse parcial o totalmente con una disposición de recinto/carcasa para la unidad de iluminación. Además, los diversos componentes de la unidad de iluminación explicados anteriormente (por ejemplo, procesador, memoria, potencia, interfaz de usuario, etc.), así como otros componentes que pueden asociarse con la unidad de iluminación en diferentes implementaciones (por ejemplo, sensores/transductores, otros componentes para facilitar la comunicación hacia y desde la unidad, etc.) pueden empaquetarse de diversas maneras; por ejemplo, en un aspecto, cualquier subconjunto o todos los diversos componentes de unidades de iluminación, así como otros componentes que pueden asociarse con la unidad de iluminación, pueden empaquetarse juntos. En otro aspecto, los subconjuntos empaquetados de componentes pueden acoplarse eléctrica y/o mecánicamente juntos de varias maneras.
La Figura 2 ilustra un ejemplo de un sistema de iluminación en red 200 de acuerdo con una realización de la presente divulgación. En la realización de la Figura 2, varias unidades de iluminación 100, similares a las discutidas anteriormente en relación con la Figura 1, se acoplan juntas para formar el sistema de iluminación en red. Sin embargo, debe apreciarse que la configuración y disposición particular de las unidades de iluminación que se muestran en la Figura 2 es solo para fines ilustrativos, y que la divulgación no se limita a la topología particular del sistema que se muestra en la Figura 2.
Además, aunque no se muestra explícitamente en la Figura 2, debe apreciarse que el sistema de iluminación en red 200 puede configurarse de manera flexible para incluir una o más interfaces de usuario, así como una o más fuentes de señales tales como sensores/transductores. Por ejemplo, una o más interfaces de usuario y/o una o más fuentes de señales tales como sensores/transductores (como se discutió anteriormente en relación con la Figura 1) pueden asociarse con una cualquiera o más de las unidades de iluminación del sistema de iluminación en red 200. Alternativamente (o además de lo anterior), una o más interfaces de usuario y/o una o más fuentes de señales pueden implementarse como componentes "independientes" en el sistema de iluminación en red 200. Ya sean componentes independientes o particularmente asociados con una o más unidades de iluminación 100, estos dispositivos pueden "compartirse" por las unidades de iluminación del sistema de iluminación en red. Dicho de otra manera, una o más interfaces de usuario y/o una o más fuentes de señales tales como sensores/transductores, pueden constituir "recursos compartidos" en el sistema de iluminación en red que pueden usarse en relación con el control de una cualquiera o más de las unidades de iluminación del sistema.
Como se muestra en la realización de la Figura 2, el sistema de iluminación 200 puede incluir uno o más controladores de unidad de iluminación (en adelante "LUC"), tales como los LUC 208A, 208B, 208C y 208D, en el que cada LUC es responsable de comunicarse con y controlar generalmente una o más unidades de iluminación 100 acopladas al mismo. Aunque la Figura 2 ilustra dos unidades de iluminación 100 acopladas al LUC 208A, y una unidad de iluminación 100 acoplada a cada LUC 208B, 208C y 208D, debe apreciarse que la divulgación no se limita a este respecto, ya que diferentes números de unidades de iluminación 100 pueden acoplarse a un LUC dado en una variedad de configuraciones diferentes (conexiones en serie, conexiones paralelas, combinaciones de conexiones en serie y paralelas, etc.) mediante el uso de una variedad de diferentes medios y protocolos de comunicación.
En el sistema de la Figura 2, cada LUC a su vez puede acoplarse a un controlador central 202 que se configura para comunicarse con uno o más LUC. Aunque la Figura 2 muestra cuatro LUC acoplados al controlador central 202 a través de una conexión genérica 204 (que puede incluir cualquier número de una variedad de dispositivos convencionales de acoplamiento, conmutación y/o red), debe apreciarse que, de acuerdo con varias realizaciones, diferentes números de LUC pueden acoplarse al controlador central 202. Además, de acuerdo con varias realizaciones de la presente divulgación, los LUC y el controlador central pueden acoplarse en una variedad de configuraciones mediante el uso de una variedad de diferentes medios de comunicación y protocolos para formar el sistema de iluminación en red 200. Además, debe apreciarse que la interconexión de los LUC y el controlador central, y la interconexión de las unidades de iluminación a los LUC respectivos, puede lograrse de diferentes maneras (por ejemplo, mediante el uso de diferentes configuraciones, medios de comunicación y protocolos).
Por ejemplo, de acuerdo con una realización de la presente divulgación, el controlador central 202 que se muestra en la Figura 2 puede configurarse para implementar comunicaciones basadas en Ethernet con los lUc y, a su vez, los LUC pueden configurarse para implementar uno de los protocolos de comunicación basado en Ethernet, basado en DMX o basado en serie con las unidades de iluminación 100 (como se discutió anteriormente, los protocolos ejemplares basados en serie adecuados para diversas implementaciones de red se describen en detalle en la Patente de Estados Unidos Núm. 6,777,891. En particular, en un aspecto de esta realización, cada LUC puede configurarse como un controlador direccionable basado en Ethernet y, en consecuencia, puede identificarse con el controlador central 202 a través de una dirección única particular (o un grupo único de direcciones y/u otros identificadores) mediante el uso de un protocolo basado en Ethernet. De esta manera, el controlador central 202 puede configurarse para soportar comunicaciones Ethernet a través de la red de LUC acoplados, y cada LUC puede responder a las comunicaciones destinadas al mismo. A su vez, cada LUC puede comunicar información de control de iluminación a una o más unidades de iluminación acopladas a él, por ejemplo, a través de un protocolo Ethernet, DMX o en serie, en respuesta a las comunicaciones Ethernet con el controlador central 202(en el que las unidades de iluminación están configuradas adecuadamente para interpretar la información recibida del LUC en los protocolos Ethernet, DMX o en serie).
De acuerdo con una realización, los LUC 208A, 208B, 208C que se muestran en la Figura 2 pueden configurarse para ser "inteligentes" en el momento en que el controlador central 202 puede configurarse para comunicar comandos de nivel superior a los LUC que necesitan interpretarse por los LUC antes de que la información de control de iluminación pueda remitirse a las unidades de iluminación 100. Por ejemplo, un operador del sistema de iluminación puede querer generar un efecto de cambio de color que varíe los colores de una unidad de iluminación a otra de manera que genere la apariencia de un arco iris de colores en propagación ("persecución del arco iris"), dada una ubicación particular de las unidades de iluminación entre sí. En este ejemplo, el operador puede proporcionar una instrucción simple al controlador central 202 para lograr esto, y a su vez el controlador central puede comunicarse con uno o más LUC mediante el uso de un comando de alto nivel de protocolo basado en Ethernet para generar una "persecución del arco iris." El comando puede contener información de tiempo, intensidad, matiz, saturación u otra información relevante, por ejemplo. Cuando un LUC dado recibe dicho comando, puede entonces interpretar el comando y comunicar comandos adicionales a una o más unidades de iluminación mediante el uso de un protocolo DMX, en respuesta a la que las fuentes respectivas de las unidades de iluminación se controlan a través de cualquiera de una variedad de técnicas de señalización (por ejemplo, PWM).
De acuerdo con otra realización, uno o más LUC de una red de iluminación pueden acoplarse a una conexión en serie de múltiples unidades de iluminación 100 (por ejemplo, ver LUC 208A de la Figura 2, que está acoplado a dos unidades de iluminación conectadas en serie 100). En un aspecto de tal realización, cada LUC acoplado de esta manera está configurado para comunicarse con las múltiples unidades de iluminación mediante el uso de un protocolo de comunicación basado en serie, cuyos ejemplos se discutieron anteriormente. Más específicamente, en una implementación ejemplar, un LUC dado puede configurarse para comunicarse con un controlador 202 central, y/o uno o más de otros LUC, mediante el uso de un protocolo basado en Ethernet, y a su vez comunicarse con las múltiples unidades de iluminación mediante el uso de un protocolo de comunicación basado en serie. De esta manera, un LUC puede verse en un sentido como un convertidor de protocolo que recibe instrucciones de iluminación o datos en el protocolo basado en Ethernet, y pasa las instrucciones a múltiples unidades de iluminación conectadas en serie mediante el uso del protocolo basado en serie. Por supuesto, en otras implementaciones de red que involucran unidades de iluminación basadas en DMX dispuestas en una variedad de topologías posibles, se debe apreciar que un LUC dado de manera similar puede verse como un convertidor de protocolo que recibe instrucciones de iluminación o datos en el protocolo Ethernet, y pasa en instrucciones formateadas en un protocolo DMX. Debería apreciarse de nuevo que el ejemplo anterior de usar múltiples implementaciones de comunicación diferentes (por ejemplo, Ethernet/DMX) en un sistema de iluminación de acuerdo con una realización de la presente divulgación es solo para fines ilustrativos, y que la divulgación no se limita a este ejemplo particular.
De lo anterior, puede apreciarse que una o más unidades de iluminación como se explicó anteriormente son capaces de generar luz de color variable altamente controlable sobre un amplio rango de colores, así como luz blanca de temperatura de color variable en un amplio rango de temperaturas de color.
Las Figuras 3A y 3B ilustran un aparato 300 de iluminación basado en LED de acuerdo con una realización de la presente invención. En varios aspectos, el aparato de iluminación 300 incluye una variedad de características relacionadas con una disipación de calor mejorada, modularidad y facilidad de montaje/desmontaje, y un factor de forma de montaje en superficie de perfil relativamente bajo. En particular, en una implementación ejemplar, el aparato de iluminación de las Figuras 3A y 3B está configurado como una luminaria de luz descendente adecuada para la iluminación general en instalaciones de montaje en superficie, en la que los componentes fácilmente extraíbles proporcionan una unidad altamente modular capaz de lograr numerosas variaciones estéticas y funcionales.
En varias realizaciones, la presente invención contempla además la creación y el mantenimiento de un "efecto chimenea" dentro del aparato de iluminación y las luminarias divulgadas en la presente memoria al proporcionar espacios de aire de entrada y salida para expulsar el calor generado por una o más fuentes de luz LED, así como cualquier fuente de alimentación/circuito de control incluido en el aparato de iluminación/luminaria. En un aspecto de facilitar tal efecto de chimenea, una o más áreas superficiales disipadoras de calor del aparato/unidad están configuradas para estar sustancialmente dentro o a lo largo de una trayectoria de una corriente de aire de enfriamiento que fluye a través de la luminaria. En algunas implementaciones, se omite el área superficial extraña de uno o más elementos disipadores de calor, no a lo largo de la trayectoria del aire de enfriamiento, lo que reduce el requisito de espacio y, por lo tanto, permite agregar funcionalidades adicionales a la unidad. En una realización, la mayor parte de una superficie de disipación de calor está configurada para estar a lo largo de una trayectoria de flujo de aire (la corriente de aire de refrigeración) a través de la luminaria. En otra realización más, hasta el 90 por ciento o más del área de la superficie de disipación de calor está configurada para estar dentro de la trayectoria del flujo de aire a través de la luminaria. Al mejorar u optimizar el uso del espacio, la presente invención contempla una unidad altamente versátil, que, en ciertas implementaciones, es elegante y moderno y, en otras implementaciones, conserva las dimensiones convencionales y utiliza el espacio adicional para agregar funcionalidades mejoradas sobre la técnica anterior.
Con referencia a las Figuras 3A y 3B, en una realización ejemplar, el aparato de iluminación 300 incluye un módulo de LED 310, que incluye uno o más LED 104 o unidades de iluminación 100 basadas en LED como se discutió anteriormente en relación con las Figuras 1-2, cubierto por una lente de cubierta transparente 315. El módulo de LED 310 está dispuesto en un marco disipador de calor o "disipador de calor" 320, que está cubierto por una placa de bisel 330. Como se muestra en la Figura 3B, la placa del bisel tiene cuatro resortes de acero inoxidable 331 unidos a ella mediante tornillos (no visibles en la vista de la Figura 3B) y configurados para encajar en las respectivas esquinas exteriores del disipador para acoplar mecánicamente la placa de bisel al disipador. En varias implementaciones, el disipador de calor puede estar hecho de aluminio u otro material conductor del calor mediante moldeo, fundición o estampación. La placa de bisel y una parte del disipador de calor en el que está dispuesto el módulo de LED 310 (cubierto por la lente de cubierta 315) definen un espacio de aire 332 entre ellos. Como se describe con más detalle con referencia a las Figuras 4A-4B, durante el funcionamiento del aparato 300, se aspira aire ambiente al espacio de aire 332 para enfriar el aparato. El aparato 300 puede montarse en la superficie de una pared o de un techo, por ejemplo, fijándolo a una caja de conexiones octágono convencional de 4 pulgadas, normalmente utilizada para colgantes o ventiladores.
Con referencia en particular a la Figura 3B, el disipador de calor 320 tiene un primer rebaje 333 para recibir el módulo LED 310, que está montado en el mismo con, por ejemplo, tornillos. En una implementación particular, el módulo LED 310 incluye 9 LED blancos con una temperatura de color de 2700 K, que producen un flujo de 300­ 400 lúmenes con una eficacia de 30-35 ImAV a una entrada de 120 VCA, como la unidad XR-E 7090 disponible de Cree, Inc. de Durham, NC. El módulo LED incluye una placa de circuito impreso personalizada ("PCB") 335, en la que se sueldan los LED, con conectores para facilitar el reemplazo. Preferiblemente, se usa una almohadilla 336 de silicona de 0,3 mm de espesor para la conexión térmica y el aislamiento eléctrico entre la PCB y el disipador de calor, en el rebaje 333. La almohadilla de separación está hecha de un material conductor del calor, como el grafito. Además, en muchas implementaciones, el módulo LED incluye una óptica de reflector de policarbonato moldeado 337 con un revestimiento reflectante metalizado al vacío para colimar la luz de los LED.
Ahora se describirá la conexión de la óptica 337 a la PCB 335, de acuerdo con diversas realizaciones de la invención. Cada óptica del colimador tiene dos clavijas que sobresalen que encajan en los orificios ubicados en la PCB para alinear adecuadamente cada colimador con su fuente de luz LED correspondiente. Cuando se colocan dentro de los orificios, las clavijas sobresalen más allá del plano posterior de la pCb para que puedan "clavarse térmicamente" en la PCB. Es decir, se calientan para que se ablanden y se deformen a un ancho mayor que el orificio, asegurando así el colimador a la PCB. Por tanto, los componentes ópticos se conectan de una manera que se puede volver a trabajar fácilmente, mejorando así los rendimientos de producción y que proporciona una excelente alineación de la óptica con las fuentes de LED. También es un procedimiento de fijación mucho más rápido que uno que usa pegamento. Para mantener excelentes propiedades de transferencia de calor, el disipador de calor tiene varios rebajes (no mostrados) en los que están dispuestos los pasadores con clavija de calor, de modo que la PCB puede quedar plana sobre la superficie del disipador de calor.
Con referencia a la Figura 3B, el disipador 320 también tiene un segundo rebaje (no mostrado) en el lado opuesto al primer rebaje 333, para recibir un módulo 334 de potencia/control para proporcionar al menos potencia operativa al módulo 310 de LED. En una implementación ejemplar, el módulo de potencia/control puede fijarse mediante un gancho 338 a un pestillo en una placa de montaje 341, que a su vez está montada en un techo o pared. El disipador de calor tiene tornillos cautivos para montar en la placa de montaje y que se mantienen en su lugar durante el procedimiento de montaje mediante arandelas de resorte. La lente de cubierta transparente 315 tiene un gancho 339 que encaja en una porción de acoplamiento 340 en el disipador de calor. En varias implementaciones, la lente de cubierta tiene un broche adicional en la parte del collar para agregar unidades para modificar la funcionalidad óptica, por ejemplo, una rejilla de celdas hexagonal, un deflector cruzado o una lente de extensión.
En una realización, el marco disipador de calor o el disipador de calor 320 puede incluir una pluralidad de aletas 342 que conectan el rebaje 333 y el perímetro exterior del marco 320, como se muestra en la Figura 3B. En un aspecto de esta realización, el marco disipador de calor puede configurarse de manera que la mayor parte de su área superficial esté dispuesta a lo largo de la trayectoria del flujo de aire ambiente de refrigeración. Al minimizar el volumen del disipador de calor fuera de la trayectoria del flujo de aire ambiente de refrigeración, se optimiza el uso del espacio dentro del aparato 300, reduciendo así los requisitos de materiales y el peso, además de proporcionar una mayor versatilidad con el diseño de otros componentes, como la placa de bisel 330. Por ejemplo, se pueden emplear bordes nítidos y cuadrados para una apariencia minimalista y contemporánea, o se pueden lograr curvas para una apariencia más suave. En una implementación particular, las aletas disipadoras de calor tienen una configuración empotrada curva, siguiendo la trayectoria del aire de enfriamiento, como se describe con mayor detalle con referencia a las Figuras 4A-4B.
Por tanto, determinadas realizaciones de la presente invención producen un aparato de iluminación compacto en forma de una luminaria de luz descendente de diseño elegante y moderno adaptable a muchas configuraciones espaciales, instalaciones y aplicaciones. Por ejemplo, la luminaria puede tener una profundidad total desde la superficie de montaje de aproximadamente 2 pulgadas, así como un lado (cuadrado) o diámetro de ocho pulgadas. En implementaciones alternativas, el factor de forma general es similar al de las unidades convencionales, y el espacio adicional se emplea para albergar componentes adicionales que no se encuentran en las unidades convencionales. Por ejemplo, se puede alojar una batería de respaldo dentro de la luminaria, por ejemplo, cerca del módulo de control/administración de potencia. De esta manera, la iluminación de emergencia se realiza sin consumir espacio más allá del requerido por el sistema de iluminación general, y/o sin requerir un sistema de iluminación de emergencia que esté separado del sistema de iluminación general de un espacio iluminado. Para implementaciones que tienen funcionalidad de respaldo de emergencia, el módulo de potencia/control 334 puede incluir circuitos convencionales para activar el uso de la batería en caso de pérdida de potencia.
Además, como se mencionó anteriormente, el aparato de iluminación 300 puede tener una configuración modular en la que los componentes se pueden reemplazar selectivamente. Debido al uso mínimo de adhesivos, los componentes pueden desprenderse quitando tornillos o desabrochando broches o desenganchando resortes. Por tanto, la placa de bisel 330 se puede reemplazar por otro bisel de un color o diseño diferente; la lente de cubierta 315 puede desengancharse del disipador de calor 320 y reemplazarse por otra lente que tenga diferentes propiedades ópticas, que alteren el ángulo del haz o la difusión de la luz; el módulo LED 310 o un componente del mismo, como los colimadores, se puede quitar de la estructura del disipador de calor para reemplazarlo con otro módulo/componente que proporcione diferentes propiedades de luz derivadas del LED (por ejemplo, luz blanca o de color, o una temperatura de luz diferente); el módulo de potencia/control 334 puede desconectarse de la placa de montaje 341, para proporcionar otro módulo que sea, por ejemplo, útil a un voltaje diferente. Tal modularidad también reduce significativamente el desperdicio asociado con la eliminación de unidades que funcionan mal, como ocurre con las unidades convencionales. En particular, se puede acceder a los componentes individuales de la luz descendente 300 y repararlos o reemplazarlos selectivamente con componentes funcionales, obviando así la necesidad de deshacerse de toda la luminaria cuando sólo un subcomponente no funciona correctamente.
Con referencia a las Figuras 4A-4B, se describirá ahora un procedimiento para enfriar una luminaria de acuerdo con la presente invención, logrando así un funcionamiento eficiente, un rendimiento significativamente mejorado y una larga vida útil del dispositivo. Como los expertos reconocerán fácilmente, un "efecto chimenea" (también conocido como "efecto de chimenea") es un movimiento de aire dentro y fuera de estructuras, por ejemplo, edificios o contenedores, impulsado por flotabilidad, que se produce debido a una diferencia entre la densidad del aire interior y exterior resultante de las diferencias de temperatura y humedad. Varias realizaciones de la presente invención emplean este efecto para facilitar la disipación de calor cuando el aparato de iluminación 300 está en funcionamiento (es decir, extrayendo potencia y generando luz). En particular, el aparato tiene un espacio de entrada de aire 332 a través del cual se aspira aire al interior de la luminaria sin el uso de un ventilador, y un canal de aire que conecta el espacio de aire de entrada a un espacio de aire de salida o región a través de la cual el aire que fluye a través del aparato se expulsa después de haber hecho contacto con el disipador de calor. En varias implementaciones, el área de la superficie de la estructura del disipador de calor está configurada para seguir generalmente la trayectoria del flujo de aire ambiente de enfriamiento a través del canal de aire dentro del aparato.
Con referencia en particular a la Figura 4A, el aire ambiente 400 entra en el aparato de iluminación 300 a través del espacio de aire de entrada 332, que está dispuesto entre la placa de bisel 330 y el rebaje 333 del disipador de calor 320 en el que están situados el módulo de LED 310 y la lente de cubierta 315. Como se muestra en la Figura 4B, el aire ambiente refrigerante 400 fluye a través de un canal de aire 345 en el aparato 300, entre una parte interior de la placa de bisel 330 y el disipador de calor 320, de manera que el flujo de aire ambiente refrigerante 400 hace contacto con disipador de calor 320 en las aletas 342, extrayendo calor de las aletas. El calor se elimina en el aire efluente 410, que sale del aparato por los espacios/regiones de aire de salida 350, situados entre el disipador de calor y la placa de bisel 330 más cerca de una superficie a la que está fijada la placa de montaje 341.
Como también se muestra en la Figura 4B, se identifica una región 420 que está próxima al canal de aire 345, pero no dispuesta inmediatamente a lo largo de la trayectoria de un flujo de aire significativo. En un aspecto, la región 420 puede caracterizarse por un flujo de aire estancado, recirculante y/o insignificante. La identificación de tales regiones al diseñar diversas implementaciones del aparato 300 facilita una configuración empotrada más compacta del disipador de calor, por ejemplo, como se muestra en la Figura 3B. En particular, en algunas realizaciones, se identifican regiones de flujo de aire insignificantes tales como la región 420 (por ejemplo, mediante el uso de dinámica de fluidos computacional disponible comercialmente o software de modelado de flujo "CFD"). En base a tal análisis, el disipador de calor 320 puede diseñarse y configurarse particularmente de modo que la ubicación de las superficies del disipador de calor en cualquiera de tales regiones insignificantes de flujo de aire se reduzca o minimice significativamente.
Más específicamente, en algunas realizaciones, la colocación de las superficies del disipador de calor dentro del aparato 300 puede optimizarse de modo que estas superficies estén ubicadas principal o únicamente en regiones de velocidades de flujo de aire suficientes o significativamente altas. En un aspecto, una región de velocidad de flujo de aire significativa constituye una región en la que la velocidad de flujo de aire es al menos aproximadamente el 5 por ciento de la velocidad máxima de flujo de aire en el canal de aire. En otro aspecto, una región de velocidad de flujo de aire significativa puede constituir una región en la que la velocidad de flujo de aire es al menos aproximadamente el 10 por ciento (o más) de la velocidad máxima de flujo de aire en el canal de aire. Reduciendo el volumen del disipador dispuesto cerca de regiones similares a la región 420, el peso total y el perfil de la luminaria pueden reducirse o minimizarse mientras se logran los niveles deseados u óptimos de disipación de calor y se mejora la flexibilidad del diseño. Por lo tanto, como se muestra en las Figuras 4A y 4B, una luminaria de acuerdo con la presente invención proporciona una eliminación de calor eficiente del módulo LED y del módulo de control/gestión de potencia.
Otra realización de la invención está dirigida a una luminaria colgante de un punto, como se muestra en las Figuras 5A y 5B, especialmente adecuados para la iluminación ambiental general de un entorno pequeño e íntimo. En algunas versiones, esta luminaria está configurado para emitir aproximadamente 300 lúmenes mientras consume aproximadamente 10 watts de energía y tiene una altura de aproximadamente 6" y un diámetro exterior del extremo inferior de aproximadamente 4". Como en las realizaciones discutidas anteriormente, la luminaria colgante de un punto incluye varias características para mejorar las propiedades de disipación de calor aumentando un área superficial y disminuyendo la resistencia térmica entre una unión de LED y el aire ambiente. Con referencia a la Figura 5A, una luminaria 502 incluye uno o más LED 104 y circuitos de potencia/control asociados (por ejemplo, una unidad de iluminación basada en LED 100) dispuestos centralmente en una carcasa hueca 506 formada a partir de un material conductor de calor (por ejemplo, una matriz de aluminio fundido) y asegurado dentro de un orificio de la carcasa 506 por una pluralidad de miembros de soporte que forman un espacio de aire entre la carcasa y la unidad de iluminación de LED/basada en LED, como se muestra en la Figura 5B, en algunas implementaciones, se puede formar un espacio de aire entre la carcasa 506 y una cubierta de lente 510. En implementaciones particulares, la luminaria 502 está configurada de tal manera que el ancho del espacio disminuye en una dirección hacia arriba, es decir, hacia el extremo de montaje de la luminaria. Por tanto, de forma similar a la luminaria de luz descendente de montaje en superficie discutida anteriormente, la luminaria colgante 502 está configurada para emplear un "efecto chimenea" para facilitar la disipación del calor. Como se mencionó anteriormente, este efecto de flotabilidad es en base al principio de que el aire más caliente es menos denso que el aire frío. Cuando se dispone de aire caliente menos denso sobre una entrada de aire ambiente más densa y fría, el aire frío se precipita hacia arriba en un intento de igualar la presión. Combinado con la física dinámica de un medio fluido (por ejemplo, corriente en chorro) que se mueve a través de una tubería y el hecho de que la velocidad del flujo aumenta a medida que disminuye el diámetro de la tubería, el calor generado por los LED se disipa eficientemente a un caudal de convección acelerado.
En otra realización más, el enfoque de disipación de calor descrito anteriormente también se puede emplear para una luminaria de cabezal de seguimiento 1000, mostrada en las Figuras 6A y 6B. Esta luminaria se puede configurar para su instalación con un seguimiento de arquitectura abierta convencional: Con referencia de nuevo a las Figuras 6A y 6B, en una implementación, la luminaria incluye un cilindro hueco 1005 (mostrado como transparente en las Figuras 6A y 6B con fines ilustrativos) que alberga un módulo de potencia/control 1010 e incluye un capuchón de extremo 1015 que tiene un conector hembra 1018 para conectar el cilindro al adaptador de seguimiento 1110. Un conjunto de cables agrupados corre de forma auxiliar desde el lado del cilindro hasta el cabezal de la luminaria. Un módulo de iluminación que incluye uno o más LED 104 (por ejemplo, LED PCB) y opcionalmente otros componentes de un aparato de iluminación basado en LED 100 (por ejemplo, que incluye una instalación óptica) está dispuesto en el cabezal de la luminaria montado sobre una estructura de red (no mostrada). Un disipador de calor extruido 1030 está montado dentro de la carcasa de la luminaria en la superficie trasera de la estructura de red. El disipador de calor está parcialmente expuesto al aire ambiente a través de una pluralidad de ventilaciones 1035, 1040, como se muestra en las Figuras 6A y 6B, de modo que el aire ambiente pueda penetrar en la carcasa directamente hasta una parte de base de la estructura del disipador de calor. Un anillo de accesorio 1045 puede contener varias combinaciones de persianas y lentes. Este anillo se puede usar para proteger la óptica y crear estilos personalizados, así como para aumentar o disminuir los niveles de luz/ángulos de corte/perfiles de haz deseados. En la Figura 6B se muestra un estilo de rejilla 1050.
De manera similar a las luminarias de luz descendente de montaje en superficie y colgantes descritas anteriormente, el cabezal de la luminaria de esta realización está configurado para emplear un "efecto chimenea" para facilitar la disipación del calor. Como se muestra en la Figura 6A, las salidas de aire 1035 laterales dispuestas en el lado del cilindro de la carcasa del cabezal de la luminaria extraen aire ambiente frío a la porción inferior del disipador de calor 1020. Con el calor generado por el módulo de iluminación subiendo a través de las aletas de la estructura del disipador de calor, el aire se expulsa a través de las rejillas de ventilación traseras 1040 hacia el exterior de la luminaria.
Con respecto a la circuitería de control/fuente de alimentación para el aparato de iluminación y las unidades descritos en la presente memoria, en varias realizaciones se puede suministrar energía a una carga generadora de luz (por ejemplo, uno o más LED 104 o una o más unidades de iluminación basadas en LED 100) incluidas en cualquier aparato o luminaria dado sin requerir ninguna información de retroalimentación asociada con la carga.
Para los propósitos de la presente divulgación, la expresión "información de retroalimentación asociada con una carga" se refiere a información relacionada con la carga (por ejemplo, un voltaje de carga y/o corriente de carga de las fuentes de luz LED) obtenida durante el funcionamiento normal de la carga (es decir, mientras la carga realiza su función prevista), información que se retroalimenta a la fuente de alimentación que proporciona energía a la carga para facilitar el funcionamiento estable de la fuente de alimentación (por ejemplo, la provisión de un voltaje de salida regulado). Por lo tanto, la expresión "sin requerir ninguna información de retroalimentación asociada con la carga" se refiere a implementaciones en las que la fuente de alimentación que proporciona energía a la carga no requiere ninguna información de retroalimentación para mantener el funcionamiento normal de sí misma y de la carga (es decir, cuando la carga está realizando su funcionalidad prevista).
La Figura 7 es un diagrama de circuito esquemático que ilustra un ejemplo de un factor de potencia alto, una sola etapa de conmutación, fuente de alimentación 500 de acuerdo con una realización de la presente invención para proporcionar energía a una carga generadora de luz 168, que nuevamente en varias realizaciones de artefactos de iluminación divulgados en la presente memoria puede incluir uno o más LED 104 o una o más unidades de iluminación 100 basadas en lEd . En una implementación ejemplar, con referencia de nuevo por el momento a la Figura 3B, la fuente de alimentación 500 (o cualquiera de las fuentes de alimentación alternativas descritas a continuación) puede disponerse dentro del módulo de potencia/control 334 del aparato de iluminación 300. De manera similar, en relación con la realización ilustrada en las Figuras 6A y 6B, la fuente de alimentación 500 o cualquiera de las fuentes de alimentación alternativas descritas a continuación puede disponerse dentro del módulo de potencia/control 1010.
En un aspecto, la fuente de alimentación 500 mostrada en la Figura 7 es en base a en una disposición de convertidor de transferencia inversa que emplea un controlador de conmutador 360 implementado por un controlador de conmutador ST6561 o ST6562 disponible de ST Microelectronics. Se aplica un voltaje de entrada de CA 67 a la fuente de alimentación 500 en los terminales J1 y J2 (o J3 y J4) que se muestran en el extremo izquierdo del esquema, y se aplica un voltaje de salida de CC 32 (o voltaje de suministro) a través de una carga generadora de luz 168 que incluye cinco LED. En un aspecto, el voltaje de salida 32 no es variable independientemente del voltaje de entrada de CA 67 aplicado a la fuente de alimentación 500; dicho de otra manera, para un voltaje de entrada de CA 67 dado, el voltaje de salida 32 aplicado a través de la carga 168 permanece esencialmente sustancialmente estable y fijo. Debe apreciarse que la carga particular se proporciona principalmente con fines ilustrativos, y que la presente divulgación no está limitada a este respecto; por ejemplo, en otras realizaciones de la invención, la carga puede incluir un número igual o diferente de lEd interconectados en cualquiera de una variedad de disposiciones en serie, en paralelo o en serie/paralelo. Además, como se indica en la Tabla 1 a continuación, la fuente de alimentación 500 puede configurarse para una variedad de diferentes voltajes de entrada, en base a una selección apropiada de varios componentes del circuito (valores de resistencia en Ohms). Tabla 1
En un aspecto de la realización mostrada en la Figura 7, el controlador 360 está configurado para emplear una técnica de control de tiempo de apagado fijo (FOT) para controlar un interruptor 20 (Ql). La técnica de control FOT permite el uso de un transformador 72 relativamente más pequeño para la configuración de retorno. Esto permite que el transformador funcione a una frecuencia más constante, lo que a su vez entrega mayor potencia a la carga para un tamaño de núcleo dado.
En otro aspecto, a diferencia de las configuraciones convencionales de fuente de alimentación conmutada que emplean los controladores de conmutador L6561 o L6562, la fuente de alimentación conmutada 500 de la Figura 7 no requiere ninguna información de retroalimentación asociada con la carga para facilitar el control del conmutador 20 (Ql). En implementaciones convencionales que involucran los controladores de interruptor STL6561 o STL6562, la entrada INV (pin 1) de estos controladores (la entrada inversora del amplificador de error interno del controlador) generalmente se acopla a una señal que representa el potencial positivo del voltaje de salida (por ejemplo, a través de una red divisora de resistencias externas y/o un circuito optoaislador), para proporcionar retroalimentación asociada con la carga al controlador del interruptor. El amplificador de error interno del controlador compara una parte del voltaje de salida realimentado con una referencia interna para mantener un voltaje de salida esencialmente constante (es decir, regulado).
En contraste con estas disposiciones convencionales, en el circuito de la Figura 7, la entrada INV del controlador de interruptor 360 está acoplada al potencial de tierra a través de la resistencia Rl 1, y de ninguna manera deriva retroalimentación de la carga (por ejemplo, hay sin conexión eléctrica entre el controlador 360 y el potencial positivo del voltaje de salida 32 cuando se aplica a la carga generadora de luz 168). De manera más general, en varias realizaciones inventivas divulgadas en la presente memoria, el conmutador 20 (Ql) puede controlarse sin supervisar ni el voltaje de salida 32 a través de la carga ni una corriente consumida por la carga cuando la carga está conectada eléctricamente al voltaje de salida 32. De manera similar, el interruptor Ql puede controlarse sin regular ni el voltaje de salida 32 a través de la carga ni la corriente consumida por la carga. Una vez más, esto se puede observar fácilmente en el esquema de la Figura 11, en el que el potencial positivo del voltaje de salida 32 (aplicado al ánodo del LED D5 de la carga 100) no está conectado eléctricamente o "retroalimentado" a ningún componente en el lado primario del transformador 72.
Eliminando el requisito de retroalimentación, se pueden implementar varias luminarias de acuerdo con la presente invención que emplean una fuente de alimentación de conmutación con menos componentes a un tamaño/costo reducido. Además, debido a la corrección del factor de alta potencia proporcionada por la disposición del circuito que se muestra en la Figura 7, la luminaria aparece como un elemento esencialmente resistivo al voltaje de entrada aplicado 67.
En algunas implementaciones ejemplares, como se muestra en la Figura 7A, una luminaria que incluye la fuente de alimentación 500 puede acoplarse a un atenuador de CA 250, en el que un voltaje de CA 275 aplicado a la fuente de alimentación se deriva de la salida del atenuador de CA (que a su vez recibe como entrada el voltaje de línea de CA 67). En varios aspectos, el voltaje 275 proporcionado por el atenuador de CA 250 puede ser un voltaje de CA controlado por amplitud de voltaje o controlado por ciclo de trabajo (fase), por ejemplo. En una implementación ejemplar, variando un valor RMS del voltaje de CA 275 aplicado a la fuente de alimentación 500 a través del regulador de CA, el voltaje de salida 32 a la carga 168 puede variarse de manera similar. De esta manera, el atenuador de CA puede emplearse por tanto para variar el brillo de la luz generada por la carga 168. Debe apreciarse que el atenuador de CA 250 se puede emplear de manera similar con fuentes de alimentación de acuerdo con otras realizaciones, como se discute a continuación en relación con las Figuras 8-11.
La Figura 8 es un diagrama de circuito esquemático que ilustra un ejemplo de una fuente de alimentación de etapa de conmutación única de alto factor de potencia 500A. La fuente de alimentación 500A es similar en varios aspectos a la mostrada en la Figura 7; sin embargo, en lugar de emplear un transformador en una configuración de convertidor de transferencia inversa, la fuente de alimentación de la Figura 8 emplea una topología de convertidor reductor. Esto permite una reducción significativa de las pérdidas cuando la fuente de alimentación está configurada de manera que el voltaje de salida sea una fracción del voltaje de entrada. El circuito de la Figura 8, como el diseño de retorno empleado en la Figura 7, logra un factor de potencia alto. En una implementación ejemplar, la fuente de alimentación 500A está configurada para aceptar un voltaje de entrada 67 de 120 VCA y proporcionar un voltaje de salida 32 en el rango de aproximadamente 30 a 70 VCC. Este rango de voltajes de salida mitiga las pérdidas crecientes a voltajes de salida más bajos (lo que resulta en una menor eficiencia), así como la distorsión de la corriente de línea (medida como aumentos en armónicos o disminuciones en el factor de potencia) a voltajes de salida más altos.
El circuito de la Figura 8 utiliza los mismos principios de diseño que dan como resultado que el aparato exhiba una resistencia de entrada bastante constante cuando se varía el voltaje de entrada 67. Sin embargo, la condición de resistencia de entrada constante puede verse comprometida si 1) el voltaje de entrada de CA es menor que el voltaje de salida, o 2) el convertidor reductor no se opera en el modo de operación continuo. La distorsión armónica es causada por 1) y es inevitable. Sus efectos solo se pueden reducir cambiando el voltaje de salida permitido por la carga. Esto establece un límite superior práctico en el voltaje de salida. En función del contenido de armónicos máximo permitido, este voltaje parece permitir alrededor del 40 por ciento del voltaje de entrada pico esperado. La distorsión armónica también es causada por 2), pero su efecto es menos importante porque el inductor (en el transformador Tl) se puede dimensionar para poner la transición entre modo continuo/discontinuo cerca del voltaje impuesto por 1). En otro aspecto, el circuito de la Figura 8 usa un diodo Schottky de carburo de silicio de alta velocidad (diodo D9) en la configuración del convertidor reductor. El diodo D9 permite utilizar el procedimiento de control de tiempo de apagado fijo con la configuración del convertidor reductor. Esta característica también limita el rendimiento de voltaje más bajo de la fuente de alimentación. A medida que se reduce el voltaje de salida, el diodo D9 impone una mayor pérdida de eficiencia. Para voltajes de salida apreciablemente más bajos, la topología de retorno utilizada en la Figura 7 puede ser preferible en algunos casos, ya que la topología de retorno permite más tiempo y un voltaje inverso más bajo en el diodo de salida para lograr la recuperación inversa y permite el uso de velocidades más altas, pero diodos de voltaje más bajo, así como diodos Schottky de silicio a medida que se reducen los voltajes. No obstante, el uso de un diodo Schottky de carburo de silicio de alta velocidad en el circuito de la Figura 8 permite el control de FOT mientras se mantiene una eficiencia suficientemente alta a niveles de potencia de salida relativamente bajos.
La Figura 9 es un diagrama de circuito esquemático que ilustra un ejemplo de una fuente de alimentación 500B de una sola etapa de conmutación de alto factor de potencia de acuerdo a otra realización. En el circuito de la Figura 9, se emplea una topología de convertidor elevador para la fuente de alimentación 500B. Este diseño también utiliza el procedimiento de control de tiempo de apagado fijo (FOT) y emplea un diodo Schottky de carburo de silicio para lograr una eficiencia suficientemente alta. El rango para el voltaje de salida 32 es desde ligeramente por encima del pico esperado del voltaje de entrada de CA hasta aproximadamente tres veces este voltaje. Los valores particulares de los componentes del circuito ilustrados en la Figura 9 proporcionan un voltaje de salida 32 del orden de aproximadamente 300 VCC. En algunas implementaciones de la fuente de alimentación 500B, la fuente de alimentación está configurada de manera que el voltaje de salida esté nominalmente entre 1,4 y 2 veces el voltaje de entrada de CA máxima. El límite inferior (1,4x) es principalmente una cuestión de confiabilidad; dado que vale la pena evitar los circuitos de protección contra transitorios de voltaje de entrada debido a su costo, se puede preferir una cantidad considerable de margen de voltaje antes de que la corriente se vea forzada a fluir a través de la carga. En el extremo superior (2x), puede ser preferible en algunos casos limitar el voltaje de salida máximo, ya que tanto las pérdidas de conmutación como las de conducción aumentan con el cuadrado del voltaje de salida. Por lo tanto, se puede obtener una mayor eficiencia si este voltaje de salida se elige en un nivel modesto por encima del voltaje de entrada.
La Figura 10 es un diagrama esquemático de una fuente de alimentación 500C de acuerdo con otra realización, en base a la topología del convertidor elevador discutida anteriormente en relación con la Figura 9. Debido a los voltajes de salida potencialmente altos proporcionados por la topología del convertidor elevador, en la realización de la Figura 10, se emplea un circuito 160 de protección contra sobrevoltaje para asegurar que la fuente de alimentación 500C deja de funcionar si el voltaje de salida 32 excede un valor predeterminado. En una implementación ejemplar, el circuito de protección contra sobrevoltaje incluye tres diodos Zener D15, D16 y D17 conectados en serie que conducen corriente si el voltaje de salida 32 excede aproximadamente 350 Volts.
Más generalmente, el circuito de protección contra sobrevoltaje 160 está configurado para funcionar sólo en situaciones en las que la carga deja de conducir corriente desde la fuente de alimentación 500C, es decir, si la carga no está conectada o funciona mal y cesa el funcionamiento normal. El circuito de protección contra sobrevoltaje 160 está finalmente acoplado a la entrada INV del controlador 360 para apagar el funcionamiento del controlador 360 (y por lo tanto la fuente de alimentación 500C) si existe una condición de sobrevoltaje. A este respecto, debe apreciarse que el circuito de protección contra sobrevoltaje 160 no proporciona retroalimentación asociada con la carga al controlador 360 para facilitar la regulación del voltaje de salida 32 durante el funcionamiento normal del aparato; más bien, el circuito de protección contra sobrevoltaje 160 funciona solo para apagar/prohibir el funcionamiento de la fuente de alimentación 500C si una carga no está presente, desconectada o no conduce la corriente de la fuente de alimentación (es decir, para detener el funcionamiento normal del aparato en su totalidad). Como se indica en la Tabla 2 a continuación, la fuente de alimentación 500C de la Figura 10 puede configurarse para una variedad de diferentes voltajes de entrada, en base a una selección apropiada de varios componentes del circuito. Tabla 2
La Figura 11 es un diagrama esquemático de una fuente de alimentación 500D en base a la topología del convertidor reductor discutida anteriormente en relación con la Figura 8, pero con algunas características adicionales relacionadas con la protección contra sobrevoltaje y la reducción de la radiación electromagnética emitida por la fuente de alimentación. Estas emisiones pueden ocurrir tanto por radiación a la atmósfera como por conducción hacia cables que llevan el voltaje de entrada de CA 67.
En algunas implementaciones ejemplares, la fuente de alimentación 500D está configurada para cumplir con los estándares de Clase B para emisiones electromagnéticas establecidos en los Estados Unidos por la Comisión Federal de Comunicaciones y/o para cumplir con los estándares establecidos en la Comunidad Europea para emisiones electromagnéticas de artefactos de iluminación, como se establece en el documento de normas británicas titulado "Limits and Methods of Measurement of Radio Disturbance Characteristics of Electrical Lighting and Similar Equipment", EN 55015:2001, que incorpora las enmiendas Núms. 1, 2 y la Rectificación Núm. 1, cuyo contenido completo se incorpora aquí como referencia. Por ejemplo, en una implementación, la fuente de alimentación 500D incluye un circuito de filtro de emisiones electromagnéticas ("EM") 90 que tiene varios componentes acoplados al puente rectificador 68. En un aspecto, el circuito de filtro EMI está configurado para encajar dentro de un espacio muy limitado de una manera rentable; también es compatible con atenuadores de CA convencionales, de modo que la capacitancia general está en un nivel suficientemente bajo para evitar el parpadeo de la luz generada por las fuentes de luz LED 168. Los valores para los componentes del circuito de filtro EMI 90 en una implementación ejemplar se dan en la siguiente tabla:
Como se ilustra adicionalmente en la Figura 11 (como se indica en la conexión de la fuente de alimentación "H3" o la tierra local "F"), en otro aspecto, la fuente de alimentación 500D incluye una conexión de pantalla, que también reduce el ruido de frecuencia de la fuente de alimentación. En particular, además de las dos conexiones eléctricas entre los potenciales positivo y negativo del voltaje de salida 32 y la carga, se proporciona una tercera conexión entre la fuente de alimentación y la carga. Por ejemplo, en una implementación, una PCB LED 335 (ver Figura 3B) puede incluir varias capas conductoras que están eléctricamente aisladas entre sí. Una de estas capas, que incluye las fuentes de luz LED, puede ser la capa superior y recibir la conexión catódica (al potencial negativo del voltaje de salida). Otra de estas capas puede estar debajo de la capa de LED y recibe la conexión anódica (al potencial positivo del voltaje de salida). Una tercera capa de "blindaje" puede estar debajo de la capa anódica y puede estar conectada al conector de blindaje. Durante el funcionamiento del aparato de iluminación, la capa de protección funciona para reducir/eliminar el acoplamiento capacitivo a la capa de LED y, por lo tanto, suprime el ruido de frecuencia. En otro aspecto más del aparato que se muestra en la Figura 11, y como se indica en el diagrama de circuito en la conexión a tierra a C52, el circuito de filtro EMI 90 tiene una conexión a una tierra de seguridad, que puede proporcionarse a través de una pinza conductora para el dedo a una carcasa del aparato (en lugar de mediante un cable conectado mediante tornillos), lo que permite una configuración más compacta y fácil de montar que las conexiones a tierra de cables convencionales.
En otros aspectos más mostrados en la Figura 11, la fuente de alimentación 500D incluye varios circuitos para proteger contra una condición de sobrevoltaje para el voltaje de salida 32. En particular, en una implementación ejemplar, los condensadores de salida C2 y ClO pueden especificarse para un voltaje máximo de aproximadamente 60 Volts (por ejemplo, 63 Volts), en base a un rango esperado de voltajes de salida de aproximadamente 50 Volts o menos. Como se discutió anteriormente en relación con la Figura 10, en ausencia de cualquier carga en la fuente de alimentación, o mal funcionamiento de una carga que provoque que no se consuma corriente de la fuente de alimentación, el voltaje de salida 32 aumentaría y excedería el voltaje nominal de los condensadores de salida, lo que conduce a una posible destrucción. Para mitigar esta situación, la fuente de alimentación 500D incluye un circuito de protección contra sobrevoltaje 160A, que incluye un optoaislador ISOl que tiene una salida que, cuando se activa, acopla la entrada ZCD (detección de corriente cero) del controlador 360 (es decir, el pin 5 de Ul) a tierra local "F". Se seleccionan varios valores de componentes del circuito de protección contra sobrevoltaje 160A de modo que una tierra presente en la entrada ZCD finalice el funcionamiento del controlador 360 cuando el voltaje de salida 32 alcance aproximadamente 50 Volts. Como también se discutió anteriormente en relación con la Figura 10, nuevamente se debe apreciar que el circuito de protección contra sobrevoltaje 160A no proporciona retroalimentación asociada con la carga al controlador 360 para facilitar la regulación del voltaje de salida 32 durante el funcionamiento normal del aparato; más bien, el circuito de protección contra sobrevoltaje 160A funciona solo para apagar/prohibir el funcionamiento de la fuente de alimentación 500D si una carga no está presente, desconectada o no conduce la corriente de la fuente de alimentación (es decir, para detener el funcionamiento normal del aparato en su totalidad).
La Figura 11 también muestra que la ruta de corriente a la carga 168 incluye resistencias de detección de corriente R22 y R23, acopladas a los puntos de prueba TPOINT1 y TPOINT2. Estos puntos de prueba no se utilizan para proporcionar retroalimentación al controlador 360 ni a ningún otro componente de la fuente de alimentación 500D. Más bien, los puntos de prueba TPOINT1 y TPOINT2 proporcionan puntos de acceso para que un técnico de prueba mida la corriente de carga durante el procedimiento de fabricación y ensamblaje y, con mediciones de voltaje de carga, determine si la potencia de carga cae o no dentro de la memoria descriptiva del fabricante para el aparato.
La fuente de alimentación 500D de la Figura 11 puede configurarse para una variedad de diferentes voltajes de entrada, en base a una selección apropiada de varios componentes del circuito.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato de iluminación (300) configurado como una luminaria de luz descendente, que comprende:
un módulo LED (310) que tiene al menos una fuente de luz LED (104);
un disipador de calor (320) acoplado térmicamente al módulo LED (310);
una primera porción de la carcasa que incluye una placa de bisel (330), acoplada mecánicamente al disipador de calor (320);
una segunda porción de la carcasa acoplada mecánicamente al disipador de calor (320); y, una lente de cubierta (315)
caracterizada porque:
la primera porción de la carcasa está dispuesta con respecto al disipador de calor (320) para formar (i) un primer espacio de aire (332), (ii) un segundo espacio de aire (350) y (iii) un canal de aire (345) a través del aparato de iluminación (300), de manera que el aire ambiente (400) ingrese al aparato de iluminación (300) a través del primer espacio de aire (332), que está dispuesto entre la placa de bisel (330) y un rebaje (333) del disipador de calor (320) en el que están situados el módulo LED (310) y la lente de cubierta (315), de manera que, cuando el disipador de calor (320) transfiere calor desde la al menos una fuente de luz LED (104) durante el funcionamiento de la al menos una fuente de luz LED (104) para crear aire caliente que rodea el disipador de calor (320), el aire ambiente (400) se aspira, sin el uso de un ventilador, a través del primer espacio de aire (332) y el aire caliente se expulsa a través del segundo espacio de aire para crear una trayectoria de flujo de aire en el canal de aire desde el primer espacio de aire (332) al segundo espacio de aire;
en el que la segunda porción de la carcasa incluye una placa de montaje para montar el aparato de iluminación en una superficie y el canal de aire rodea sustancialmente un perímetro de la al menos una fuente de luz LED, de modo que cuando el aparato de iluminación está montado en la superficie, el disipador de calor está dispuesto verticalmente por encima de la fuente de luz y la trayectoria del flujo de aire está principalmente en una dirección hacia arriba.
2. El aparato de la reivindicación 1, en el que la lente de cubierta está dispuesta dentro de una cavidad formada por la placa de bisel, para cubrir la al menos una fuente de luz LED,
3. El aparato de la reivindicación 1, en el que el disipador de calor está formado de tal manera que la mayor parte del área superficial del disipador de calor está dispuesta a lo largo del canal de aire entre el primer espacio de aire y el segundo espacio de aire.
4. El aparato de la reivindicación 1, en el que el disipador de calor comprende una pluralidad de aletas disipadoras de calor.
5. El aparato de la reivindicación 4, en el que la segunda porción de la carcasa incluye una placa de montaje para montar el aparato en una superficie, y en el que la primera porción de la carcasa incluye una placa de bisel.
6. El aparato de la reivindicación 1, en el que la al menos una fuente de luz LED comprende:
una pluralidad de LED dispuestos en una placa de circuito impreso; y
una pluralidad de ópticas reflectoras dispuestas para recibir la luz generada por la pluralidad de LED, en el que la pluralidad de ópticas reflectoras se acopla a la placa de circuito impreso sin utilizar un adhesivo.
7. Una luminaria (502, 1000), que comprende el aparato de iluminación de cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
8. La luminaria de la reivindicación 7, en la que al menos una porción de la placa de bisel constituye una cara frontal de la luminaria cuando la luminaria está montada en una superficie, y en la que la placa del bisel y el marco disipador de calor están colocados uno con respecto al otro para formar un espacio de entrada de aire en la cara frontal de la luminaria para permitir que el aire ambiente se introduzca en el canal de aire a través del efecto chimenea.
9. La luminaria de la reivindicación 7, en la que la fuente de luz LED incluye al menos un LED blanco.
10. La luminaria de la reivindicación 7, en la que la fuente de luz LED comprende:
una placa de circuito impreso;
una pluralidad de LED acoplados a la placa de circuito impreso;
una almohadilla de separación térmica para proporcionar una conexión térmica y aislamiento eléctrico entre la placa de circuito impreso y la porción de montaje del marco disipador de calor; y
un conjunto óptico acoplado a la placa de circuito impreso para colimar la luz generada por el módulo LED.
11. La luminaria de la reivindicación 7, en la que la porción de montaje del marco disipador de calor incluye un primer rebaje dentro del cual está dispuesto el módulo LED, en la que el marco disipador de calor incluye un segundo rebaje en un lado opuesto del primer rebaje, y en la que la luminaria comprende además un módulo de potencia/control dispuesto dentro del segundo rebaje.
12. Un procedimiento para enfriar una luminaria basada en LED (502, 1000) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11,
caracterizado por que el procedimiento comprende:
aspirar aire ambiente hacia la luminaria (502, 1000) a través de un primer espacio de aire, hacer fluir el aire ambiente a través de un canal de aire interno de la luminaria (502, 1000), de manera que el aire ambiente (400) ingrese a la luminaria (502, 1000) a través del primer espacio de aire (332), que está dispuesto entre una placa de bisel (330) y un rebaje (333) del disipador de calor (320) en el que el módulo LED (310) y la lente de cubierta (315) están situados, y expulsar el aire caliente de la luminaria (502, 1000) a través de un segundo espacio de aire, sin usar un ventilador y mediante un efecto chimenea en respuesta al calor generado por al menos un LED (104) de la luminaria basada en LED (502, 1000).
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