ES2891550T3 - Circuito de iluminación eficiente para conjuntos de led - Google Patents

Circuito de iluminación eficiente para conjuntos de led Download PDF

Info

Publication number
ES2891550T3
ES2891550T3 ES16168241T ES16168241T ES2891550T3 ES 2891550 T3 ES2891550 T3 ES 2891550T3 ES 16168241 T ES16168241 T ES 16168241T ES 16168241 T ES16168241 T ES 16168241T ES 2891550 T3 ES2891550 T3 ES 2891550T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
leds
voltage
circuit
switching converter
switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES16168241T
Other languages
English (en)
Inventor
Kumar Arulandu
Johan-Paul Linnartz
Mol Eugen De
Dmytro Malyna
Henricus Kahlman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Signify Holding BV
Original Assignee
Signify Holding BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Signify Holding BV filed Critical Signify Holding BV
Application granted granted Critical
Publication of ES2891550T3 publication Critical patent/ES2891550T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/48—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B44/00—Circuit arrangements for operating electroluminescent light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/38—Switched mode power supply [SMPS] using boost topology
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/375—Switched mode power supply [SMPS] using buck topology
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

Un circuito de iluminación, que incluye: - un rectificador (14) con una entrada adaptada para recibir una tensión alterna (V), el rectificador (14) que se configura para proporcionar una tensión rectificada (VR); - al menos un primer conjunto de LED (20) y un segundo conjunto de LED (22, 24) conectados para suministrarse con potencia eléctrica desde dicho rectificador (14); caracterizado porque el circuito de iluminación comprende además: - un circuito convertidor de conmutación (44), en el que el primer conjunto de LED (20) se conecta eléctricamente en serie con una primera salida (26) del rectificador (14), dicho primer conjunto de LED (20) que se conecta además eléctricamente en serie con una entrada (36) del circuito convertidor de conmutación (44) y en el que el segundo conjunto de LED (22, 24) se conecta eléctricamente a una salida de dicho convertidor de conmutación (44); - un conjunto de control (30) adaptado para controlar la operación del primer conjunto de LED (20), en el que el conjunto de control (30) se conecta a una derivación (46) en la conexión en serie del primer conjunto de LED (20) y la entrada (36) del circuito convertidor de conmutación (44), el conjunto de control (30) comprende: - una unidad de control; y - un elemento de conmutación (30) configurado para controlarse mediante la unidad de control al menos en un estado conductor y no conductor en función del valor disponible momentáneo de la tensión rectificada (VR), en el que la unidad de control se configura para operar dicho elemento de conmutación (30) tal como para desviar dicho primer conjunto de LED en dicho estado conductor mientras la tensión rectificada está por debajo de un primer umbral, en el que la unidad de control se configura para operar dicho elemento de conmutación en dicho estado no conductor cuando dicha tensión rectificada (VR) excede un primer umbral, activando así dicho primer conjunto de LED (20), en el que cuando dicha tensión rectificada (VR) excede dicho primer umbral, una tensión residual configurada para aumentar con un aumento de dicha tensión rectificada (VR) se proporciona a dicho circuito convertidor de conmutación (44) y en el que cuando dicha tensión residual excede un segundo umbral, el circuito convertidor de conmutación (44) se configura para proporcionar una tensión de salida tal como para activar dicho segundo conjunto de LED (22, 24).

Description

DESCRIPCIÓN
Circuito de iluminación eficiente para conjuntos de LED
Campo de la invención
La invención se refiere a un circuito de iluminación. En particular, la invención se refiere a circuitos de iluminación que incluyen al menos un primer y segundo conjunto de LED conectados para ser suministrados con potencia eléctrica desde un rectificador con una entrada para una tensión alterna.
Antecedentes de la invención
Un tipo conocido de circuito conductor para LED es un conductor lineal con derivación. En una estructura de conductor lineal con derivación (TLD), los LED se disponen típicamente en serie y se suministran con una tensión de operación variable, tal como una tensión de red rectificada. Los conjuntos de control, tales como interruptores o fuentes de corriente, se conectan a las derivaciones, es decir, los puntos de interconexión en la conexión en serie. Mediante un control adecuado, se operan grupos de elementos LED en función de la tensión de suministro disponible momentáneamente.
El documento WO 2010/027254 A1 describe un conjunto de LED que comprende una conexión en serie de dos o más unidades LED, cada unidad LED que comprende uno o más LED. Cada unidad LED se proporciona con un interruptor controlable para cortocircuitar la unidad LED. Un convertidor, que puede ser un convertidor reductor o un convertidor elevador, que proporciona potencia a las unidades LED al convertir una fuente de potencia de entrada a una fuente de corriente adecuada para los LED. Una unidad de control recibe una señal que representa un nivel de tensión de la tensión de suministro y controla los interruptores de acuerdo con la señal.
El documento US 2014/217907 divulga un aparato de iluminación de estado sólido que puede incluir una primera cadena de Diodos Emisores de Luz (LED) que se configura para operar en respuesta a una tensión de AC rectificada que tiene un ciclo que incluye un intervalo de tiempo nulo cuando la primera cadena se apaga y una segunda cadena de LED, que se separan de la primera cadena de LED y pueden configurarse para emitir luz durante al menos una porción del intervalo de tiempo nulo.
El documento US 2013/002156 divulga un circuito de iluminación LED aislado por transformador que suministra corriente desde un capacitor de almacenamiento del lado secundario a una o más cadenas de LED de conformidad con uno o más valores de atenuación. Los valores de atenuación se comunican a través del transformador mediante patrones o códigos proporcionados en pulsos de un circuito convertidor de potencia que carga el capacitor de almacenamiento desde el lado primario del transformador o alternativamente mediante una señal modulada especial proporcionada además de los pulsos de conmutación.
El documento WO 2013/110044 divulga técnicas para suministrar potencia auxiliar a los circuitos conductores de iluminación que se divulgan. Puede usarse un suministro de potencia auxiliar, por ejemplo, para proporcionar potencia auxiliar a una fuente de corriente que acciona una cadena de LED. En algunas realizaciones, la cadena de LED se usa efectivamente como un resistor en serie para cargar un capacitor que proporciona la tensión auxiliar Vaux. Tan pronto como el capacitor se carga a un umbral determinado, la cadena de LED puede desconectarse del capacitor y la corriente a través de la cadena de LED se desvía del circuito de suministro auxiliar. Por tanto, la fuente de corriente proporciona una corriente a través de la cadena de LED, que a su vez puede alimentar selectivamente al suministro de potencia auxiliar para proporcionar potencia auxiliar de retorno a la fuente de corriente o para proporcionar potencia auxiliar a otros circuitos.
Sumario de la invención
El documento WO2011053708 divulga un circuito conductor lineal con derivación en el que el número de los LED en conexión en serie con la red de AC se ajusta de acuerdo con la amplitud de la red de AC, de manera que la tensión directa de los LED entre la red de AC coincide con la amplitud de la red de AC.
El documento US8604699B2 divulga que un LED y un convertidor reductor que acciona otro LED están en conexión en paralelo entre una salida de tensión Vsal.
Puede considerarse un objeto proporcionar un circuito de iluminación simple y económico con buena eficiencia bajo diferentes condiciones de operación.
Este objeto se logra mediante un circuito de iluminación de acuerdo con la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes se refieren a las realizaciones preferentes de la invención.
De acuerdo con la invención, se suministra potencia eléctrica a los conjuntos de LED desde un rectificador con una entrada para una tensión alterna, en particular una tensión de red. El rectificador puede ser de cualquier tipo, tal como, por ejemplo, un medio puente, pero se prefiere un rectificador de puente completo. Por tanto, preferentemente la tensión suministrada a la salida del rectificador será una tensión sinusoidal rectificada.
En el presente contexto, el término "conjunto de LED" designará un único elemento LED (que puede ser de cualquier tipo de elemento de iluminación de estado sólido, incluyendo los diodos emisores de luz, OLED, etc.) o un circuito que comprende múltiples de tales elementos LED, por ejemplo, conectados eléctricamente en serie, en paralelo o en cualquier configuración en serie/paralelo. Preferentemente, cada conjunto de LED comprende solamente dos terminales, generalmente un terminal de ánodo y uno de cátodo. Si el conjunto de LED comprende múltiples elementos LED, estos son preferentemente operables solamente de manera conjunta y no por separado, tal como, por ejemplo, en una conexión eléctrica en serie. Mientras que las realizaciones simples de la invención pueden comprender solamente un primer y segundo conjunto de LED, generalmente se preferirá proporcionar más de dos conjuntos de LED operables por separado, tales como, por ejemplo, tres, cuatro o más.
De acuerdo con la invención, el primer conjunto de LED se conecta eléctricamente a una primera salida del rectificador, en particular en una conexión en serie y además en serie con una entrada de un circuito convertidor de conmutación. Este término "en serie" se refiere a la estructura general del circuito, de manera que el primer conjunto de LED puede conectarse directa o indirectamente a la salida del rectificador o al circuito convertidor de conmutación, o ambos, es decir, pueden disponerse circuitos o componentes adicionales entre ellos. En algunas realizaciones, el primer conjunto de LED puede conectarse eléctricamente de forma directa a la salida del rectificador, o a la entrada del circuito convertidor de conmutación o a ambas. Preferentemente, la conexión en serie es de manera que, una corriente a través del primer conjunto de LED puede al menos, en un estado de operación activa del mismo ser sustancialmente igual a la corriente que fluye hacia la entrada del circuito convertidor de conmutación.
El circuito convertidor de conmutación comprende al menos una entrada y una salida y sirve para convertir una tensión de entrada suministrada en la entrada a una tensión de salida entregada en la salida mediante una operación de conmutación. El convertidor de conmutación puede ser de cualquier tipo conocido, tal como, por ejemplo, un convertidor reductor, convertidor elevador, convertidor reductor-elevador, SEPIC, etc. Generalmente se prefiere que, el circuito convertidor de conmutación comprenda al menos un elemento reactivo, tal como un capacitor, pero preferentemente un inductor, que puede almacenar energía. El circuito convertidor de conmutación comprende además preferentemente al menos un elemento de conmutación controlable, tal como, por ejemplo, un transistor, MOSFET, relé u otro elemento de conmutación electrónico conocido y un circuito de control para controlar el elemento de conmutación controlable. El circuito de control puede controlar el elemento de conmutación controlable para alternar repetidamente entre un estado conductor y uno no conductor, que en el presente contexto se entiende de manera que la resistencia en el estado no conductor es significativamente, al menos un orden de magnitud más alta que en el estado conductor. Mediante la operación de conmutación controlada, se puede alterar un parámetro eléctrico de la energía almacenada en el elemento reactivo, tal como, por ejemplo, la tensión de un capacitor y/o la corriente a través de un conductor, de manera que mediante la operación de conmutación de alternancia de forma continua puede derivarse una tensión de salida controlada de la tensión de entrada. La magnitud de la tensión de salida puede controlarse al alterar la sincronización de la operación de conmutación. En función de la topología del circuito convertidor de conmutación, la tensión de salida puede ser, por ejemplo, más baja que la tensión de entrada (como, por ejemplo, en un convertidor reductor) o puede ser más alta que la tensión de entrada (como, por ejemplo, en un convertidor elevador) o puede, en función del modo de operación, ser más alta o más baja que la tensión de entrada (como, por ejemplo, en un convertidor reductor-elevador).
De acuerdo con la invención, un segundo conjunto de LED se conecta eléctricamente a una salida del circuito convertidor de conmutación. Por tanto, el segundo conjunto de LED puede suministrarse con potencia eléctrica desde el circuito convertidor de conmutación. Un circuito convertidor de conmutación generalmente tiene una alta eficiencia, ya que un exceso de tensión o de potencia no se disipa, como en los conductores lineales, pero la tensión y/o la potencia disponible se convierte en valores adecuados para la operación del segundo conjunto de LED. Como resultará evidente en relación con las realizaciones preferentes, el segundo conjunto de LED puede conectarse para potenciarse exclusivamente mediante el circuito convertidor de conmutación o alternativamente, el segundo conjunto de LED puede conectarse para suministrarse también con potencia eléctrica desde una conexión en serie de la primera salida del rectificador y el primer conjunto de LED.
Además, se proporciona un conjunto de control y se conecta al menos a una derivación en la conexión en serie entre el primer conjunto de LED y la entrada del circuito convertidor de conmutación, para controlar la operación del primer conjunto de LED. El término "conjunto de control" aquí puede referirse a cualquier elemento o circuito adecuado para controlar la operación del primer conjunto de LED, en particular se prefiere para controlar la corriente a través del conjunto de LED. Los tipos posibles de conjuntos de control pueden ser, por ejemplo, un circuito de desviación controlable, por ejemplo, incluyendo un elemento de conmutación, que permite desviar de forma controlable el primer conjunto de LED o una fuente de corriente controlada.
El conjunto de control se conecta a una derivación en la conexión en serie. La estructura propuesta del circuito de acuerdo con la invención puede corresponder, por tanto, a la topología conocida de un conductor lineal con derivación (TLD), con la adición de la entrada del circuito convertidor de conmutación proporcionado en la conexión en serie. En consecuencia, se prefiere una unidad de control para controlar el conjunto de control, preferentemente en función de la magnitud disponible momentáneamente de la tensión rectificada. En particular, la unidad de control puede controlar el conjunto de control para activar el primer conjunto de LED si está disponible un determinado nivel de umbral de la tensión rectificada, o si se ha alcanzado un determinado nivel de umbral de corriente. Por ejemplo, un nivel de umbral de tensión puede corresponder a o elegirse por encima de la tensión directa del primer conjunto de LED.
Los presentes inventores han reconocido que en circuitos TLD conocidos que usan reguladores lineales, pueden producirse pérdidas significativas, en particular para tensiones de entrada más altas. En el caso del control lineal conocido de la corriente y/o tensión, cualquier discrepancia de tensión (es decir, la diferencia entre una tensión disponible momentáneamente y una caída de tensión sobre los conjuntos de LED) conducirá a un aumento de potencia que se disipa en el circuito conductor. A través del uso de un circuito convertidor de conmutación, la potencia puede usarse más eficientemente, en particular en caso de una discrepancia de tensión.
El circuito de iluminación de acuerdo con la invención también puede abordar otro problema en las estructuras TLD conocidas, es decir, los tiempos de operación fuertemente diferenciados para los conjuntos de LED. En las arquitecturas TLD conocidas, algunos conjuntos de LED solamente se activan a niveles relativamente altos de tensión de entrada. En el caso de una tensión de entrada que varía sinusoidalmente, la duración de activación de estos conjuntos de LED está, por tanto, significativamente por debajo que la duración de activación para los otros conjuntos de LED en el circuito. Dado que, de acuerdo con la invención el circuito convertidor de conmutación puede proporcionar potencia eléctrica al segundo conjunto de LED, es posible, como resultará evidente a partir de las realizaciones preferentes, aumentar la duración de activación del mismo dentro de cada medio ciclo de la tensión de suministro alternativa. Esto puede conducir a una mejor distribución de la luz generada y la utilización mejorada de los conjuntos de LED disponibles.
El circuito de iluminación propuesto de acuerdo con la invención también proporciona ventajas significativas sobre el uso de un convertidor de conmutación solo para proporcionar potencia de operación a los LED. Preferentemente, la potencia eléctrica de la salida del circuito convertidor de conmutación se proporciona al segundo conjunto de LED, pero no al primer conjunto de LED. Por tanto, la disposición y el dimensionamiento del circuito convertidor de conmutación solamente necesitan proporcionarse para la potencia de operación del segundo conjunto de LED. Por tanto, puede usarse un circuito convertidor de conmutación más simple y menos costoso que el que se requeriría para proporcionar potencia eléctrica tanto al primer como al segundo conjunto de LED.
De acuerdo con una realización preferente de la invención, el conjunto de control, que se conecta a la derivación en la conexión en serie, puede comprender un elemento de conmutación controlable al menos en un estado conductor y no conductor. El elemento de conmutación puede conectarse para desviar el primer conjunto de LED en el estado conductor. En el circuito convertidor de conmutación no conductor puede usarse el que se requeriría para proporcionar potencia eléctrica tanto al primer como al segundo conjunto de LED.
De acuerdo con una realización preferente de la invención, el conjunto de control, que se conecta a la derivación en la conexión en serie, puede comprender un elemento de conmutación controlable al menos en un estado conductor y no conductor. El elemento de conmutación puede conectarse para desviar el primer conjunto de LED en el estado conductor. En el estado no conductor, la corriente que fluye en la conexión en serie pasará, por tanto, a través del primer conjunto de LED.
Alternativamente, en una realización que no cae bajo el ámbito de la presente invención, el conjunto de control puede comprender un circuito de fuente de corriente controlable, que puede conectarse entre la derivación y una ruta de retorno a una segunda salida del rectificador. Preferentemente, un resistor de detección puede proporcionar una señal de retroalimentación de corriente a la fuente de corriente controlable. El resistor de detección puede proporcionarse en la ruta de retorno.
Como se indicó anteriormente, puede preferirse proporcionar conjuntos de LED operables individualmente adicionales, además, del primer y segundo conjunto de LED. Por ejemplo, puede proporcionarse un tercer conjunto de LED conectado eléctricamente en la conexión en serie entre la salida del rectificador y la entrada del convertidor de conmutación. En particular, uno o más conjuntos de LED adicionales pueden conectarse en serie al primer conjunto de LED, por ejemplo, conectados directa o indirectamente entre la primera salida del rectificador y el primer conjunto de LED o entre el primer conjunto de LED y la entrada de convertidor de conmutación. El tercer conjunto de LED puede proporcionarse para formar una configuración de TLD junto con al menos el primer conjunto de LED, por ejemplo, con un conjunto de control (por ejemplo, una fuente de corriente controlable o un circuito de desviación) para controlar la operación del tercer conjunto de LED que se conecta a una derivación en la conexión en serie para controlar la operación del tercer conjunto de LED. De esta manera, la configuración general del circuito puede corresponder a un TLD de múltiples etapas con la adición del convertidor de conmutación proporcionado en la conexión en serie. En el caso de los conjuntos de LED adicionales, tales como, por ejemplo, un tercer conjunto de LED, se prefiere que la unidad de control controle los conjuntos de control asociados con los conjuntos de LED de manera que los conjuntos de LED se activen en múltiples etapas, en función de la tensión rectificada disponible momentáneamente. Por ejemplo, en una primera etapa con tensión rectificada baja, por debajo de un primer umbral, los conjuntos de control pueden controlarse de manera que ninguno de los conjuntos de LED se active. Cuando se alcanza el primer nivel de umbral, por ejemplo, puede activarse el primer conjunto de LED al controlar correspondientemente el conjunto de control asociado. Cuando se alcanza un segundo nivel de umbral, pueden activarse el primer conjunto de LED y al menos un conjunto de LED adicional y así sucesivamente.
En una realización preferente de la invención, un capacitor puede conectarse al circuito convertidor de conmutación. Preferentemente, el circuito convertidor de conmutación comprende al menos dos terminales de entrada y el capacitor puede conectarse entre estos dos terminales. En particular, el capacitor puede conectarse eléctricamente en serie al menos al primer y/o al segundo conjunto de LED. Por ejemplo, el capacitor puede conectarse a una derivación en la conexión en serie entre el primer conjunto de LED y la entrada del circuito convertidor de conmutación en un lado y la ruta de retorno a la segunda salida de un rectificador en el otro lado. El capacitor puede servir entonces para estabilizar una tensión de entrada para el circuito convertidor de conmutación. Si el capacitor se conecta eléctricamente de forma directa o indirecta en serie con al menos el primer y/o el segundo conjunto de LED y la ruta de retorno, la tensión a través del capacitor será igual a la tensión de entrada disponible momentáneamente menos la caída de tensión sobre el primer conjunto de LED y los posibles conjuntos de LED adicionales en la conexión en serie (y menos la caída de tensión adicional sobre el rectificador, fuentes de corriente y otros posibles componentes en la ruta eléctrica).
En función de la operación del circuito, en particular de los componentes controlables del mismo, tales como, el conjunto de control y el circuito convertidor de conmutación, la tensión sobre el capacitor puede controlarse de forma diferente. Si el circuito se opera de manera que una tensión residual sobre el capacitor permanece sustancialmente constante, de manera que el capacitor permanece cargado a esta tensión sustancialmente constante sobre un número de medio ciclos de la tensión de red (es decir, de manera que la fluctuación de tensión durante un medio ciclo es sustancialmente menor que la tensión total), puede denominarse como un capacitor de tensión residual. Con el fin de efectuar el control del circuito para lograr este modo de operación, puede ser preferible proporcionar una fuente de corriente controlable en paralelo al capacitor de tensión residual. Alternativamente, puede proporcionarse una fuente de corriente controlable en serie con el capacitor de tensión residual que puede entregar una señal de retroalimentación de la corriente para permitir que el convertidor de conmutación mantenga un nivel de tensión promedio estable sobre el capacitor de tensión residual.
El circuito convertidor puede operar usando la tensión a través del capacitor como entrada para proporcionar potencia eléctrica al segundo conjunto de LED, lo que mejora significativamente la eficiencia en lugar de disipar la tensión, por ejemplo, en un regulador lineal.
En realizaciones preferentes adicionales, al menos un capacitor estabilizador puede conectarse en paralelo con al menos uno de los conjuntos de LED. El capacitor estabilizador puede servir para estabilizar la tensión sobre el conjunto de LED para lograr una salida de luz más estable. Un capacitor estabilizador puede conectarse en paralelo, por ejemplo, al menos al primer conjunto de LED, así como también a todos los conjuntos de LED adicionales. En una realización particularmente preferente de la invención, el segundo conjunto de LED puede conectarse eléctricamente en serie con el primer conjunto de LED. Por tanto, la potencia eléctrica proporcionada desde la salida del convertidor de conmutación puede proporcionarse a al menos un conjunto de LED de la conexión en serie. Los diodos de bloqueo pueden proporcionarse en una ruta de retroalimentación desde la salida del circuito convertidor de conmutación y/o en la conexión en serie de los conjuntos de LED para prevenir un flujo de corriente inverso. El segundo conjunto de LED puede, por ejemplo, conectarse eléctricamente de forma directa o indirecta entre el primer conjunto de LED y la entrada del circuito convertidor de conmutación. En un circuito particularmente preferido, el segundo conjunto de LED puede, por tanto, conectarse entre una entrada y una salida del circuito convertidor de conmutación. En esta configuración, se prefiere especialmente un circuito convertidor de conmutación de tipo elevador o reductor-elevador, que sea capaz de entregar una tensión de salida más alta que la tensión de entrada. En realizaciones preferentes adicionales que no caen bajo el ámbito de la presente invención, puede proporcionarse una fuente de corriente que se conecta eléctricamente en serie al menos al primer conjunto de LED. La fuente de corriente puede proporcionarse además en serie con otros conjuntos de LED y/o con el segundo conjunto de LED. La fuente de corriente puede servir para regular la corriente a través de la conexión en serie como se conoce en las configuraciones de TLD convencionales.
Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de y se explicarán con referencia a las realizaciones descritas de aquí en adelante.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos,
La Figura 1 muestra un diagrama de circuito de una primera realización de la invención;
La Figura 2 muestra un diagrama de circuito de una segunda realización que no cae bajo el ámbito de la presente invención;
La Figura 3 muestra un diagrama de circuito de una tercera realización de la invención;
La Figura 4 muestra un diagrama de circuito de una cuarta realización de la invención;
La Figura 5 muestra un diagrama de circuito de una quinta realización que no cae bajo el ámbito de la presente invención;
La Figura 6 muestra un diagrama de circuito de una sexta realización que no cae bajo el ámbito de la presente invención;
La Figura 7 muestra un diagrama de circuito de una séptima realización de la invención;
La Figura 8 muestra un diagrama de circuito de la octava realización de la invención correspondiente a la segunda realización de la invención;
Las Figuras 9a, 9b muestran diagramas de potencia a lo largo del tiempo en el circuito de acuerdo con la octava y novena realización de la invención;
La Figura 10 muestra un diagrama de circuito de una novena realización de la invención;
La Figura 11 muestra un diagrama que muestra la potencia a lo largo del tiempo para la novena realización de la invención;
Las Figuras 12, 13 muestran diagramas de circuitos de circuitos de la técnica anterior;
La Figura 14 muestra un diagrama de potencia a lo largo del tiempo para el circuito de la Figura 12.
Descripción detallada de las realizaciones
Las Figuras 12 y 13 muestran los circuitos conductores 10 y 12 generalmente conocidos por accionar múltiples conjuntos de LED, en el ejemplo mostrado tres conjuntos de lEd 20, 22, 24 desde la salida de un rectificador 14 que se energiza mediante la tensión de red.
En los circuitos 10, 12, los conjuntos de LED 20, 22, 24 se disponen en la configuración de un conductor lineal con derivación (TLD). En ambos circuitos 10, 12, los conjuntos de LED 20, 22, 24 se conectan en serie entre las dos salidas del rectificador 14. Un controlador lineal 16, en los ejemplos de las Figuras 12 y 13 un circuito de fuente de corriente controlable, se conecta en serie con los conjuntos de LED 20, 22, 24 entre las salidas del rectificador 14. La fuente de corriente controlable 16 se conecta a una ruta de retorno 31.
Los componentes/circuitos eléctricos, aquí denominados como conjuntos de control, se conectan a las derivaciones 26, 27, 28, 29 en la conexión en serie, en particular a los puntos de interconexión 26, 28 entre los conjuntos de LED 20, 22, 24.
En el ejemplo del circuito 10 mostrado en la Figura 12, que muestra un circuito TLD de fuente de corriente única, los conjuntos de control son interruptores controlables 30, 32, 34, cada uno conectado en paralelo a los conjuntos de LED 20, 22, 24. Los interruptores 30, 32, 34 forman, por tanto, elementos de desviación, por medio de los cuales los conjuntos de LED individuales 20, 22, 24 pueden desviarse si los interruptores 30, 32, 34 están en un estado de conductividad, de manera que el correspondiente conjunto de LED 20, 22, 24 se desactiva.
Una unidad de control (no mostrada) controla la operación de los interruptores 30, 32, 34 en función de la magnitud momentánea de la tensión de red sinusoidal rectificada, de manera que en cada caso se conecta una conexión en serie adecuada de los conjuntos de LED a la salida del rectificador 14 de manera que se minimice una discrepancia de tensión entre el valor momentáneo de la tensión rectificada y la suma de las tensiones directas de los conjuntos de LED 20, 22, 24 actualmente activados.
En el ejemplo del circuito 12 de la Figura 13, que muestra un circuito TLD de múltiples fuentes de corriente, los conjuntos de control son fuentes de corriente controlables 40, 42, además de la fuente de corriente controlable 16. Cada una de las fuentes de corriente controlables 40, 42, 16 puede controlarse de acuerdo con las señales de medición de corriente proporcionadas mediante los resistores de medición de corriente (derivación) proporcionados en la ruta de retorno 31.
En ambos circuitos diferentes 10, 12, la configuración del conductor lineal con derivación mostrada tiene limitaciones fundamentales. En particular, la tensión de la cadena de LED (suma de las tensiones directas de los conjuntos de LED 20, 22, 24 si se activan) necesita coincidir con la amplitud de la tensión de entrada de red. Cualquier exceso de tensión da como resultado un aumento de las pérdidas en el conductor, en el ejemplo mostrado en la fuente de corriente lineal 16.
La Figura 14 muestra un diagrama de la potencia P mostrada a lo largo del tiempo t por un período medio de la tensión de red. Se muestra como una línea de puntos la potencia de entrada nominal promedio Pnom,ent. Se muestra como una línea continua la potencia de entrada nominal variable en el tiempo Pnom,ent (t). Si se aplica una tensión de entrada de red nominal, la disipación de potencia promedio en el conductor lineal 16 será relativamente baja, como se muestra en la línea discontinua Pdis,cs (t). Sin embargo, si la tensión de red fluctúa y se aplica un aumento de tensión (red alta), la disipación promedio total del conductor TLD aumenta drásticamente, como se muestra en la línea de rayas y puntos discontinua Pdis,cs,alta (t). Por ejemplo, mientras que la disipación de potencia total promedio en la red nominal puede ser de 3,8 W, la disipación promedio total en la red alta (amplitud aumentada en un 20 %) puede aumentar, por ejemplo, hasta 9,4 W. Por tanto, el concepto de TLD independientemente de si se considera que el circuito de fuente de corriente única 10 de la Figura 12 o el circuito de fuente de corriente múltiple 12 de la Figura 13 no reacciona bien a diferentes condiciones de operación, tal como la red alta en particular.
La Figura 1 muestra un circuito 18 de acuerdo con una primera realización. Un rectificador 14 se conecta a una tensión alterna V, en particular a la red, para entregar una tensión rectificada Vr en las salidas 26, 28 del rectificador. Un primer conjunto de LED 20 se conecta a la primera salida del rectificador 26. (Cada conjunto de LED puede ser, por ejemplo, una conexión en serie o una conexión en paralelo de elementos LED individuales). El conjunto de LED 20 se conecta a una de las dos entradas 36, 38 de un circuito convertidor de conmutación 44 (SMPS). El primer conjunto de LED 20 se conecta, por tanto - en el ejemplo que se muestra conectado directamente, es decir, sin componentes adicionales entre - en una conexión en serie entre la salida 26 del rectificador 14 y la entrada 36 del circuito convertidor de conmutación 44. Por tanto, el primer conjunto de LED 20 y la entrada 36 del circuito convertidor de conmutación 44 se conectan eléctricamente en serie a la salida 26 del rectificador 14.
Un elemento de conmutación 30 se conecta como un conjunto de control en paralelo al primer conjunto de LED 20, es decir, conectado por un lado a la primera salida 26 del rectificador 14 y por el otro lado a una derivación de interconexión 46 en la conexión en serie. El elemento de conmutación 30 es un elemento de conmutación controlable que puede ser controlado mediante una unidad de control (no mostrada) para asumir un estado no conductor, donde el conjunto de LED 20 se activa de manera que pueda operarse mediante una corriente que fluye desde la salida 26 del rectificador 14 y un estado conductor, donde el elemento de conmutación 30 cierra una ruta de desviación, desactivando, por tanto, el conjunto de LED 20.
El circuito convertidor de conmutación 44 puede ser de cualquier tipo o topología conocida, tal como, por ejemplo, convertidor reductor, convertidor elevador, convertidor reductor-elevador, etc. Este convierte la tensión suministrada en las entradas 36, 38 a una tensión de salida proporcionada en las salidas 48, 50 como lo conoce generalmente el experto mediante la conmutación continua de un elemento de conmutación conectado a un elemento reactivo (no mostrado en las Figuras 1 - 7). Los ejemplos de circuitos específicos para el circuito convertidor de conmutación 44 se discutirán con más detalle en relación con las Figuras 8 y 10.
Un segundo conjunto de LED 22 se conecta a las salidas 48, 50 del circuito convertidor de conmutación 44. Por tanto, el circuito convertidor de conmutación 44 suministra potencia eléctrica al segundo conjunto de LED 22. Si se suministra una tensión de entrada a las entradas 36, 38 del SMPS 44 con magnitud suficiente, se controla una tensión de salida Vsw a un nivel predeterminado adecuado para la operación del segundo conjunto de LED 22. Una unidad de control (no mostrada) opera el elemento de conmutación 30 de la misma manera que un elemento de conmutación en una configuración de TLD conocida, es decir, en función del valor disponible momentáneo de la tensión rectificada Vr o alternativamente en función de la corriente a través del primer conjunto de LED 20 (o a través del interruptor 30 si se cierra, es decir, la corriente desde la derivación 26 a la derivación 36).
La magnitud de Vr varía dentro de cada medio ciclo de la tensión de red V sinusoidalmente iniciando desde cero. Mientras que la tensión Vr está por debajo de un umbral, que puede corresponder a la tensión directa del conjunto de LED 20 (que, como se explicó anteriormente, puede ser, por ejemplo, una conexión en serie de elementos LED individuales), el elemento de conmutación 30 se establece en un estado de conductividad, de manera que el conjunto de LED 20 se desactiva. Por tanto, en el intervalo de tiempo inicial de la mitad del período, como Vr aumenta, también aumenta una tensión residual entre los terminales de entrada 36, 38 del circuito convertidor de conmutación 44. El circuito convertidor de conmutación 44 convierte esta tensión de entrada en una tensión de salida interrumpida Vsw para accionar el segundo conjunto de LED 22.
Como el valor de la tensión rectificada Vr aumenta a un valor por encima del umbral, el elemento de conmutación 30 se controla mediante la unidad de control a un estado no conductor, activando así el primer conjunto de LED 20. Dado que la tensión directa del conjunto de LED 20 permanece constante, a partir de entonces habrá de nuevo una tensión residual en aumento entre las entradas 36, 38 del circuito convertidor de conmutación 44 a media que la tensión rectificada Vr aumenta más. Si la tensión residual es lo suficientemente grande para suministrar al circuito convertidor de conmutación 44, se suministra potencia también al segundo conjunto de LED 22.
En la segunda mitad de la mitad del período, el valor de la tensión Vr disminuye constantemente. Si Vr cae a un valor por debajo del umbral, el elemento de conmutación 30 se establece en un estado de conductividad. De nuevo, el circuito convertidor de conmutación 44 convierte cualquier tensión residual durante las etapas de conmutación en la tensión de salida Vsw para suministrar potencia eléctrica al segundo conjunto de LED 22.
En la realización alternativa que efectúa el control del interruptor 30 en base a la corriente, se mide el valor de la corriente. Si el interruptor 30 se abre (es decir, en el estado no conductor) y el conjunto de LED 20 se opera, se monitorea la corriente. Cuando se alcanza un primer valor de umbral de corriente, el interruptor 30 se cierra (es decir, se controla para que se establezca en el estado conductor). Con el interruptor 30 cerrado, la corriente se monitorea adicionalmente hasta que se alcanza un segundo valor de umbral de corriente, donde el interruptor 30 se abre de nuevo.
El mismo concepto básico mostrado en la Figura 1 y se describe anteriormente en relación con la primera realización 18 también puede realizarse mediante el circuito 52 como se muestra en la Figura 2 de acuerdo con una segunda realización que no cae bajo el ámbito de la presente invención. Aquí, se usan números de referencia similares para partes similares y solamente se explicarán con más detalle las diferencias.
El circuito 52 de acuerdo con la segunda realización, que no cae bajo el ámbito de la presente invención, se diferencia del circuito 18 de acuerdo con la primera realización mediante el tipo de conjunto de control para la operación del primer conjunto de LED 20. En lugar de un elemento de conmutación 30 en la primera realización, el circuito 52 de acuerdo con la segunda realización, que no cae bajo el ámbito de la presente invención, incluye una fuente de corriente controlable 40 como un conjunto de control conectado entre la derivación 46 en la conexión en serie del primer conjunto de LED 20 y la entrada 36 del circuito convertidor de conmutación 44 y una ruta de retorno a la segunda salida 28 del rectificador 14. El control de la fuente de corriente controlable 40 se efectúa de la misma manera que en un circuito TLD comparable (como, por ejemplo, se muestra en la Figura 13 y se describe anteriormente), donde la fuente de corriente 40 se controla de acuerdo con el valor de corriente entregado por un resistor de detección en la ruta de retorno. La fuente de corriente 16 del circuito TLD de múltiples fuentes de corriente de la técnica anterior (Figura 13) se reemplaza por el SMPS 44.
Tanto los circuitos de acuerdo con la primera como con la segunda realización realizan el concepto de un conductor híbrido, que incluye una arquitectura similar a un concepto de conductor TLD, pero que incluye un convertidor de conmutación (SMPS, suministro de potencia en modo de conmutación) dentro de la conexión en serie de la estructura TLD. En comparación con los circuitos conductores LED que dependen completamente de SMPS, el tamaño y el costo se reducen significativamente porque solamente una fracción, tal como, por ejemplo, aproximadamente el 50 % de la potencia de salida total, requiere conversión de potencia en el SMPS. Además, el concepto de conductor híbrido logra una buena utilización de los conjuntos de LED 20, 22 al accionar ambos a un nivel de corriente promedio similar. Esto ayuda a distribuir mejor el calor y también tiene la ventaja de una distribución de luz óptica más uniforme. Se evita la infrautilización de una parte de los conjuntos de LED.
En comparación con los conductores TLD conocidos, el conductor híbrido es más adecuado para hacer frente a la red alta, sin que se disipen pérdidas excesivas en un conductor lineal. Por tanto, se mejora la eficiencia a medida que se reducen las pérdidas de potencia mediante la conversión en el SMPS.
La Figura 3 muestra un circuito 54 de acuerdo con una tercera realización. El circuito 54 de acuerdo con la tercera realización, así como también los circuitos adicionales en las otras realizaciones corresponden en algunas partes a los circuitos 18, 52 de acuerdo con las realizaciones descritas anteriormente. En la Figura 3 y en las figuras restantes, los números de referencia similares se refieren a partes similares. A continuación, solamente se explicarán con más detalle las diferencias entre las realizaciones individuales.
En el circuito 54 como se muestra en la Figura 3, se proporciona un capacitor 56, conectado entre las entradas 36, 38 del circuito convertidor de conmutación 44. El capacitor 56 se cargará hasta la tensión restante de la tensión rectificada VR después de la deducción de la caída de tensión sobre el primer conjunto de LED 20. El capacitor 56 puede servir para estabilizar la tensión entre las entradas 36, 38 del circuito convertidor de conmutación 44. En lugar de disipar la tensión residual en un controlador lineal, la tensión se usa para potenciar el segundo conjunto de LED 22 a través del SMPS 44.
La Figura 4 muestra un circuito 58 de acuerdo con una cuarta realización. En comparación con el circuito 18 de acuerdo con la primera realización, el circuito 58 mostrado en la Figura 4 comprende, además del primer y segundo conjunto de LED 20, 22, un tercer conjunto de LED 24. Todos los tres conjuntos de LED 20, 22, 24 se conectan eléctricamente en serie (con un diodo de bloqueo adicional 60 entre el primer conjunto de LED 20 y el segundo conjunto de LED 22, que se explicará más tarde). Los elementos de conmutación 30, 34 se conectan en paralelo a los respectivos conjuntos de LED 20, 24. El elemento de conmutación 32 se conecta en paralelo a la conexión en serie del conjunto de LED 22 y el diodo de bloqueo 60.
Una fuente de corriente lineal 16 se conecta eléctricamente en serie a los conjuntos de LED 20, 22, 24.
El circuito 58 mostrado en la Figura 4 es un ejemplo de una implementación de un conductor TLD híbrido de fuente de corriente única. El primer, segundo y tercer conjuntos de LED 20, 22, 24 se controlan mediante una unidad de control (mostrada ahora) por sus respectivos elementos de conmutación 30, 32, 34. El control se efectúa como se conoce para TLD convencional, es decir, de acuerdo con un primer y segundo umbral de la tensión rectificada Vr. En función de si la tensión rectificada Vr está por debajo del primer umbral, entre el primer y segundo umbral, o por encima del segundo umbral, o ninguno, solamente el primer, el primer y el segundo, o el primer, el segundo y el tercer conjuntos de LED 20, 22, 24 se activan mediante el correspondiente control de los interruptores 30, 32, 34. El exceso de tensión restante será convertido por el SMPS 44 eficiente y entregado de retorno desde una salida 48 del mismo a través de una rama de retroalimentación 62 con un diodo de bloqueo 64 a una derivación 66 en la conexión en serie. Por tanto, el segundo conjunto de LED 22 recibe la potencia eléctrica del SMPS 44. Los diodos de bloqueo 60, 64 previenen un flujo de corriente inverso.
En el circuito 58 de acuerdo con la Figura 4, la línea de retroalimentación 62 conecta la salida 48 del SMPS de retorno a la entrada 36 del mismo, con el segundo conjunto de LED 22 conectado entre ellos. Por tanto, con el fin de proporcionar potencia eléctrica al segundo conjunto de LED 22, la tensión de salida del SMPS 44 debe ser más alta que la tensión de entrada. Por esta razón, en esta realización se prefiere un tipo de convertidor reductor-elevador de SMPS 44.
En instantes dentro de cada medio ciclo donde la conexión en serie actualmente activada de los conjuntos de LED 20, 22, 24 coincide estrechamente con la tensión rectificada disponible momentáneamente Vr, no habrá tensión residual significativa, de manera que el SMPS 44 puede no activarse. Sin embargo, entre las etapas del control TLD, a medida que aumenta la tensión residual, el SMPS convertirá la tensión residual de retorno para suministrar con potencia eléctrica al segundo conjunto de LED 22, aumentando, por tanto, la eficiencia.
Si se aplica una tensión de red alta V y existe una gran discrepancia, el SMPS 44 será particularmente eficaz para prevenir las pérdidas.
La Figura 5 muestra un circuito 70 de acuerdo con una quinta realización que no cae bajo el ámbito de la presente invención. El circuito 70 muestra un ejemplo de una implementación de un TLD híbrido de fuente de corriente múltiple. Como en el circuito 58 de acuerdo con la cuarta realización, la salida 48 del SMPS 44 se realimenta a través de una línea de retroalimentación 62 para proporcionar potencia eléctrica al segundo conjunto de LED 22. En el circuito 70 mostrado en la Figura 5, el control se efectúa a través de fuentes de corriente controlables 40, 41 que actúan como conjuntos de control para los conjuntos de LED 20, 24.
La corriente total a través del circuito 70 se mide mediante el resistor de detección de corriente de la fuente de corriente 40. Al inicio de cada medio ciclo, la fuente de corriente 40 se establecerá en un valor de corriente bajo. Después del paso por cero de la red, no fluirá corriente hasta que la tensión de red rectificada Vr sea igual a la tensión directa del conjunto de LED 24.
A partir de entonces, la corriente a través del conjunto de LED 24 continuará aumentando con el aumento de Vr. Como la tensión Vr alcanza un valor igual a la suma de las tensiones directas de los conjuntos de LED 24 y 20, la fuente de corriente 41 iniciará a conducir.
Dado que la corriente de la fuente de corriente 41 fluye también a través del resistor de detección de corriente de la fuente de corriente 40, la corriente a través de la fuente de corriente 40 se reducirá en la misma cantidad que la corriente que se suministra mediante la fuente de corriente 41. Por tanto, la corriente a través del conjunto de LED 24 no cambiará cuando la fuente de corriente 41 tome el control.
En un corto período de tiempo, la fuente de corriente 41 tomará el control de la corriente y la fuente de corriente 40 se desactivará.
Cerca de la tensión máxima momentánea de la tensión de red rectificada Vr, el SMPS 44 que actúa como una fuente de corriente tomará el control de toda la corriente a través de los conjuntos de LED 20, 22, 24 de la misma manera, es decir, debido a la corriente total que fluye en la ruta de retorno, los resistores de detección proporcionarán una señal de medición de corriente alta de manera que las fuentes de corriente 40, 41 se desactivarán.
La Figura 6 muestra un circuito 72 de acuerdo con una sexta realización que no cae bajo el ámbito de la presente invención. El circuito 72 corresponde en estructura al circuito 70 de la Figura 5. En el circuito 72, el control se efectúa, como en el circuito 70 de la Figura 5, mediante fuentes de corriente controlables 40, 41 y 78. A continuación, solamente se explicarán con más detalle las diferencias.
En el circuito 72, los capacitores estabilizadores 74 se conectan en paralelo a cada uno de los conjuntos de LED 20, 22, 24. Los capacitores estabilizadores 74 sirven para estabilizar la salida de luz de los conjuntos de LED 20, 22, 24 y reducir el parpadeo. Durante la operación de los conjuntos de LED 20, 22, 24, los capacitores estabilizadores 74 se cargan a la tensión directa de cada conjunto de LED 20, 22, 24. En caso de pequeñas fluctuaciones de tensión o corriente, la operación de los conjuntos de LED 20, 22, 24 se estabiliza así.
Además, el circuito 72 comprende un capacitor 56 relativamente grande como capacitor de tensión residual. El capacitor de tensión residual 56 es un capacitor electrolítico conectado en paralelo a la entrada del SMPS 44, es decir, entre los terminales de entrada 36, 38 del mismo.
Además, el circuito 72 comprende una tercera fuente de corriente controlable 78 conectada en la ruta de retorno, eléctricamente en serie con la entrada 36, 38 del SMPS 44.
Los diodos de bloqueo 76 se conectan dentro de la conexión en serie de los conjuntos de LED 20, 22, 24 para prevenir un flujo de corriente inverso.
El circuito 72 que incluye la fuente de corriente 78 conectada en serie y el capacitor de tensión residual grande 76 es un convertidor híbrido de potencia promedio, es decir, un circuito de la estructura híbrida TLD-SMPS actualmente propuesta que se diseña para lograr los mayores ahorros en términos de un pequeño SMPS, mientras que reduce suficientemente la disipación de potencia a tensión de red alta. El convertidor híbrido de potencia promedio comprende el capacitor de relleno en serie 56 que se cargará al nivel del exceso de tensión promedio durante la red alta. Asumiendo que las fluctuaciones de la amplitud de red no se producen en solamente un (medio) ciclo, sino que generalmente duran por un número de ciclos de la tensión de red, la tensión residual a la que se carga el capacitor 56 será sustancialmente constante por un número de ciclos, es decir, las variaciones dentro de cada (medio) ciclo serán pequeñas en comparación con el valor total. Por esta razón, el capacitor 56 en este circuito puede considerarse un capacitor de tensión residual.
El control del circuito 72 se efectúa para lograr una tensión sustancialmente constante sobre el capacitor de tensión residual 56. Esto puede lograrse, por ejemplo, si la fuente de corriente controlable 78 proporciona una señal de retroalimentación al control del SMPS 44, permitiendo que el SMPS 44 controle un nivel de tensión promedio a través del capacitor de tensión residual. Alternativamente, la fuente de corriente lineal controlable puede proporcionarse en paralelo al capacitor de tensión residual 56 (por ejemplo, como se muestra para la fuente de corriente 16 en la Figura 7, que se explicará con más detalle más abajo). El SMPS 44 puede entonces medir directamente la caída de tensión y la corriente a través de la fuente de corriente lineal y, por tanto, controlar la tensión a través del capacitor de tensión residual 56 en consecuencia.
En la tensión de red baja, la tensión a través de este capacitor será muy baja, generalmente cercana a cero. En la tensión de red alta, la tensión a través del capacitor 56 será alta igual a la tensión residual, es decir, la diferencia entre la amplitud alta de la tensión de red y la amplitud nominal de la tensión de red. La carga del capacitor se controla mediante la unidad de control del conductor TLD (no mostrada), ya que el capacitor 56 se coloca en serie con los conjuntos de LED 20, 22, 24 y la descarga del capacitor de tensión residual 56 se controla mediante el convertidor SMPS 44.
La principal ventaja del circuito convertidor híbrido de potencia promedio 72 es que se pretende lograr el objetivo de reducir la disipación de potencia a la tensión de red alta, mientras que requiere solamente un SMPS 44 de tamaño relativamente pequeño. Como se discutió anteriormente con respecto a la Figura 14, el pico de potencia durante la red alta puede ser relativamente alta, tal como, por ejemplo, 10 - 20 W. El circuito convertidor híbrido de potencia promedio 72 mostrado en la Figura 6 usa una capacitancia 56 relativamente alta con el fin de convertir una potencia promedio continua de retorno en la última etapa de los LED, es decir, en el segundo conjunto de LED 22. Por esta razón, el convertidor SMPS 44 solamente necesita diseñarse para menos de la mitad del pico de potencia de disipación. Dado que la capacitancia 56 es relativamente grande, tendrá una tensión casi constante a través de ella, de manera que el potencial del terminal de entrada 36 puede controlarse con el fin de ajustarse a las condiciones de la tensión de red alta. Durante la operación de red normal y alta, la disipación del conductor TLD, incluyendo las fuentes de corriente controlables 40, 41, 78, será casi similar. Por tanto, el circuito conductor TLD híbrido de potencia promedio 72 es la solución de menor costo para, aun así, obtener una buena eficiencia durante la red alta.
La Figura 7 muestra un circuito 80 de acuerdo con una séptima realización. La estructura del circuito 80 es la de un convertidor TLD híbrido de fuente de corriente única con tres conjuntos de LED 20, 22, 24 e interruptores de desviación asociados 30, 32, 34 que se conectan en paralelo. Como en el circuito 58 de acuerdo con la cuarta realización (Figura 4), una fuente de corriente 16 se conecta en serie con los conjuntos de LED 20, 22, 24, entre la primera y la segunda entrada 36, 38 del SMPS 44. La tensión de salida entregada en la salida 48 del SMPS 44 se realimenta a través de una línea de retroalimentación 62 en la derivación 66 de la conexión en serie para entregar potencia eléctrica de operación al segundo conjunto de LED 22, con diodos de bloqueo 60, 64 que previenen el flujo de corriente inverso.
En el circuito 80 como se muestra en la Figura 7, un capacitor 56 se conecta entre la entrada 36, 38 del SMPS 44, en paralelo a la fuente de corriente controlable 16.
El circuito 80 de acuerdo con la séptima realización podría designarse como un convertidor TLD híbrido de pico de potencia. En comparación con el circuito convertidor TLD híbrido de potencia promedio 72 (Figura 6), el convertidor TLD híbrido de pico de potencia 80 requiere un convertidor SMPS 44 de potencia más alta, pero logra una eficiencia mejorada en condiciones de operación nominales. Para un convertidor TLD híbrido de pico de potencia, se prefiere en particular la estructura mostrada del circuito 80 con una fuente de corriente única 16 en serie y elementos de conmutación 30, 32, 34 en paralelo a los conjuntos de LED 20, 22, 24. El circuito convertidor TLD híbrido de pico de potencia puede optimizarse para la potencia de salida constante o para la implementación de costo más bajo en compatibilidad con la red alta. En la red alta, si necesita respetarse la potencia de salida, la corriente de entrada del conductor TLD híbrido necesita bajarse con respecto a la tensión de red más alta. Como consecuencia, el pico de potencia del SMPS 44 se duplica. Sin embargo, este pico de potencia del SMPS 44 puede corresponder a solamente el 30 % del pico de potencia total que se entrega a los conjuntos de LED 20, 22, 24 bajo condiciones nominales, de manera que la eficiencia aún puede aumentarse al alimentar esta potencia de retorno a través de la línea de retroalimentación 62 al segundo conjunto de LED 22.
La Figura 9a muestra una comparación de la potencia de salida como una función del tiempo dentro de un medio ciclo de la tensión de red entre un conductor TLD convencional (Psal,alta,TLD, línea rayas y puntos discontinua), conductor TLD híbrido con convertidor de pico de potencia (Psal,híb, línea de puntos) y una potencia de entrada total (Pent,alta, línea sólida).
Con el fin de optimizar el circuito conductor TLD híbrido de pico de potencia 80 para el costo de los componentes, el SMPS 44 se diseña lo más pequeño posible. Por tanto, el diseño del circuito conductor TLD híbrido de pico de potencia 80 puede optimizarse para la red nominal y la potencia de salida durante la red alta puede limitarse con el fin de cumplir con las limitaciones de potencia del SMPS 44.
Como un ejemplo, la Figura 9b muestra un gráfico de la potencia P a lo largo del tiempo t para un medio ciclo de la tensión de red V. Se muestra como una línea continua la potencia de salida total del circuito híbrido 80 Psal,alta,híb. La potencia de salida del convertidor SMPS Psal,alta,SMPS se muestra como una línea de puntos. La potencia de salida de la parte TLD del circuito 80 Psal,alta,TLD se muestra como una línea punteada y discontinua.
Como se muestra en la Figura 9b, la potencia de salida total puede caer hasta en un 40 % durante la red alta en comparación con la condición de red nominal si el pico de potencia del conductor TLD híbrido se optimiza para el costo de los componentes para operar bajo tensión de red nominal.
La Figura 8 muestra un circuito 82 como un ejemplo más detallado del circuito 18 mostrado en la Figura 1.
En el circuito 82, la tensión de red de entrada V se filtra en un circuito de filtro de entrada 84, que se rectifica en un rectificador 14 y se filtra de nuevo en un circuito de filtro adicional 86. La tensión rectificada y filtrada resultante se aplica a una conexión en serie del primer conjunto de LED 20 y el SMPS 44.
En el ejemplo de la Figura 8, el primer conjunto de LED 20 se compone de una conexión en paralelo de dos elementos LED individuales. Un capacitor estabilizador 74 se conecta en paralelo al primer conjunto de LED 20. Un elemento de conmutación 30 se conecta en paralelo al primer conjunto de LED 20 para proporcionar una desviación controlable. Un diodo de bloqueo 86 se conecta en serie al primer conjunto de LED 20 con el fin de prevenir el flujo de corriente inverso desde el capacitor estabilizador 74.
El SMPS 44 comprende una inductancia L, un diodo de salida D y un MOSFET como elemento de conmutación S dispuestos en la topología conocida de un convertidor elevador. Un circuito de control 88 sirve para controlar el elemento de conmutación S en base a una señal de retroalimentación de una tensión de detección Vs sobre un resistor de detección Rs. El circuito de control 88 del SMPS 44 recibe una señal de tensión desde el divisor de tensión R1, R2, que representa la magnitud de la tensión de entrada rectificada y filtrada.
El convertidor elevador 44 proporciona una tensión de salida en los terminales de salida 48, 50 que se usan para operar el segundo conjunto de LED 22, estabilizado mediante un capacitor estabilizador 74 paralelo. En el ejemplo mostrado, el segundo conjunto de LED 22 es una conexión en serie de cuatro elementos LED individuales.
La Figura 10 muestra un diagrama de circuito de un circuito 90 de acuerdo con una novena realización. El circuito 90 es un ejemplo más detallado, correspondiente a la estructura del circuito 58 de acuerdo con la cuarta realización. Además del circuito 58, los capacitores estabilizadores 74 se conectan en paralelo a cada uno de los conjuntos de LED 20, 22, 24, con diodos de bloqueo 76 en serie para prevenir el flujo de corriente inverso.
Como se muestra en la Figura 10, el SMPS 44 en el circuito 90 es un convertidor reductor-elevador, que incluye una inductancia L, un MOSFET como elemento de conmutación S y un diodo de salida D.
Se proporciona un circuito de control (mostrado ahora) del SMPS 44 para controlar el elemento de conmutación S para proporcionar una tensión de salida en el terminal de salida 48 que se realimenta a través de la línea de retroalimentación 62 en la derivación 66 dentro de la conexión en serie de los conjuntos de LED 20, 22, 24.
La Figura 11 muestra en su porción superior la caída de tensión V sobre la fuente de corriente lineal 16 del circuito 90.
En la parte más baja se muestra la potencia P a lo largo del tiempo t. Sin el SMPS 44, la curva mostrada como una línea continua correspondería a las pérdidas en la fuente de corriente lineal 16. Debido a la extracción de potencia por parte del SMPS 44, las pérdidas que se producen realmente son significativamente más bajas, mostradas como una línea de rayas y puntos discontinua.
Esto muestra cómo, usando el convertidor reductor-elevador 44 mostrado en la Figura 10, las pérdidas en la fuente de corriente lineal 16 pueden reducirse significativamente y la potencia resultante realimentar al segundo conjunto de LED 22. Esto conduce a la eficiencia significativamente mejorada del circuito 90 y al mejor uso de los LED. En una estructura TLD convencional, el segundo conjunto de LED 22 tendría el menor tiempo de operación dentro de cada medio período. Mediante el uso de la tensión de salida del SMPS 44, se aumenta el tiempo de operación del segundo conjunto de LED 22, lo que conduce a una distribución mejorada tanto de la salida de luz como de las pérdidas térmicas entre los conjuntos de LED 20, 22, 24.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un circuito de iluminación, que incluye:
- un rectificador (14) con una entrada adaptada para recibir una tensión alterna (V), el rectificador (14) que se configura para proporcionar una tensión rectificada (VR);
- al menos un primer conjunto de LED (20) y un segundo conjunto de LED (22, 24) conectados para suministrarse con potencia eléctrica desde dicho rectificador (14);
caracterizado porque el circuito de iluminación comprende además:
- un circuito convertidor de conmutación (44), en el que el primer conjunto de LED (20) se conecta eléctricamente en serie con una primera salida (26) del rectificador (14), dicho primer conjunto de LED (20) que se conecta además eléctricamente en serie con una entrada (36) del circuito convertidor de conmutación (44) y en el que el segundo conjunto de LED (22, 24) se conecta eléctricamente a una salida de dicho convertidor de conmutación (44);
- un conjunto de control (30) adaptado para controlar la operación del primer conjunto de LED (20), en el que el conjunto de control (30) se conecta a una derivación (46) en la conexión en serie del primer conjunto de LED (20) y la entrada (36) del circuito convertidor de conmutación (44),
el conjunto de control (30) comprende:
- una unidad de control; y
- un elemento de conmutación (30) configurado para controlarse mediante la unidad de control al menos en un estado conductor y no conductor en función del valor disponible momentáneo de la tensión rectificada (Vr), en el que la unidad de control se configura para operar dicho elemento de conmutación (30) tal como para desviar dicho primer conjunto de LED en dicho estado conductor mientras la tensión rectificada está por debajo de un primer umbral, en el que la unidad de control se configura para operar dicho elemento de conmutación en dicho estado no conductor cuando dicha tensión rectificada (Vr) excede un primer umbral, activando así dicho primer conjunto de LED (20), en el que cuando dicha tensión rectificada (Vr) excede dicho primer umbral, una tensión residual configurada para aumentar con un aumento de dicha tensión rectificada (Vr) se proporciona a dicho circuito convertidor de conmutación (44) y en el que cuando dicha tensión residual excede un segundo umbral, el circuito convertidor de conmutación (44) se configura para proporcionar una tensión de salida tal como para activar dicho segundo conjunto de LED (22, 24).
2. El circuito de iluminación de acuerdo con la reivindicación 1, en el que
- dicho circuito convertidor de conmutación (44) comprende al menos un elemento reactivo (L), un elemento de conmutación controlable (S) y un circuito de control (88) adaptado para controlar dicho elemento de conmutación controlable (S) para alternar repetidamente entre un estado conductor y no conductor.
3. El circuito de iluminación de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que
dicho circuito convertidor de conmutación (44) comprende al menos dos terminales de entrada (36, 38),
- en el que el circuito de iluminación comprende un capacitor (56) conectado entre dichos dos terminales de entrada (36, 38).
4. El circuito de iluminación de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que
- al menos uno de dichos conjuntos de LED (20, 22, 24) comprende múltiples elementos LED conectados eléctricamente en serie, en paralelo o en una conexión en serie/paralelo.
5. El circuito de iluminación de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende un capacitor estabilizador (74) conectado eléctricamente en paralelo con al menos uno de dicho al menos el primer conjunto de LED (20) y el segundo conjunto de LED (22, 24).
6. El circuito de iluminación de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho segundo conjunto de LED (22) se conecta eléctricamente en serie con dicho primer conjunto de LED (20).
7. El circuito de iluminación de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho segundo conjunto de LED (22) se conecta eléctricamente entre dicho primer conjunto de LED (20) y la entrada (36) de dicho circuito convertidor de conmutación (44).
ES16168241T 2015-05-28 2016-05-04 Circuito de iluminación eficiente para conjuntos de led Active ES2891550T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15169530 2015-05-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2891550T3 true ES2891550T3 (es) 2022-01-28

Family

ID=53268721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES16168241T Active ES2891550T3 (es) 2015-05-28 2016-05-04 Circuito de iluminación eficiente para conjuntos de led

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9872348B2 (es)
EP (1) EP3099139B1 (es)
JP (1) JP6899331B2 (es)
CN (1) CN107690834B (es)
ES (1) ES2891550T3 (es)
RU (1) RU2713642C2 (es)
WO (1) WO2016188716A1 (es)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10910873B2 (en) * 2016-06-10 2021-02-02 Asco Power Technologies, L.P. Method of identifying when to initiate control sequences
EP3607804B1 (en) * 2017-04-05 2020-08-05 Signify Holding B.V. Led lighting driver and drive method
US11246203B2 (en) * 2018-02-27 2022-02-08 Lumileds Llc Tapped single-stage buck converter LED driver
US11233449B2 (en) * 2018-02-27 2022-01-25 Lumileds Llc Tapped single-stage buck converter LED driver
JP6997910B2 (ja) * 2018-09-11 2022-01-18 シグニファイ ホールディング ビー ヴィ Ｌｅｄ照明回路、及びｌｅｄ照明回路を有する照明デバイス
CN112770441A (zh) * 2021-01-04 2021-05-07 杰华特微电子（杭州）有限公司 去频闪电路及去频闪方法
WO2024170385A1 (en) 2023-02-15 2024-08-22 Signify Holding B.V. Led driving arrangement

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8994276B2 (en) * 2006-03-28 2015-03-31 Wireless Environment, Llc Grid shifting system for a lighting circuit
US20080018261A1 (en) * 2006-05-01 2008-01-24 Kastner Mark A LED power supply with options for dimming
WO2008068705A1 (en) 2006-12-06 2008-06-12 Nxp B.V. Controlled voltage source for led drivers
US7535183B2 (en) 2007-04-27 2009-05-19 Korry Electronics Co. Apparatus and method to provide a hybrid linear/switching current source, such as for high-efficiency, wide dimming range light emitting diode (LED) backlighting
CN101803455B (zh) 2007-08-06 2012-03-28 Nxp股份有限公司 固态发光系统和用于驱动发光半导体器件的驱动器集成电路
TWI495389B (zh) 2008-09-05 2015-08-01 Eldolab Holding Bv 以發光二極體為光源之照明系統
US8569956B2 (en) * 2009-06-04 2013-10-29 Point Somee Limited Liability Company Apparatus, method and system for providing AC line power to lighting devices
US8729809B2 (en) * 2009-09-08 2014-05-20 Denovo Lighting, Llc Voltage regulating devices in LED lamps with multiple power sources
KR101733394B1 (ko) * 2009-09-30 2017-07-21 필립스 라이팅 홀딩 비.브이. Ｌｅｄ 드라이버의 디밍
WO2011053708A1 (en) * 2009-10-28 2011-05-05 Once Innovations, Inc. Architecture for high power factor and low harmonic distortion led lighting
US20120256550A1 (en) * 2009-12-22 2012-10-11 Takashi Akiyama Led driving circuit
US8456095B2 (en) * 2010-03-19 2013-06-04 Active-Semi, Inc. Reduced flicker AC LED lamp with separately shortable sections of an LED string
US8299724B2 (en) * 2010-03-19 2012-10-30 Active-Semi, Inc. AC LED lamp involving an LED string having separately shortable sections
US8476836B2 (en) * 2010-05-07 2013-07-02 Cree, Inc. AC driven solid state lighting apparatus with LED string including switched segments
US9018851B1 (en) * 2010-08-24 2015-04-28 Cirrus Logic, Inc Boost and linear LED control
US20120139442A1 (en) * 2010-12-07 2012-06-07 Astec International Limited Mains Dimmable LED Driver Circuits
KR20140024278A (ko) * 2011-01-28 2014-02-28 서울반도체 주식회사 Led구동 회로 패키지
US8917027B2 (en) * 2011-03-28 2014-12-23 Koninklijke Philips N.V. Driving device and method for driving a load, in particular an LED assembly
JP5821279B2 (ja) * 2011-05-24 2015-11-24 日亜化学工業株式会社 発光ダイオード駆動装置
JP5475718B2 (ja) * 2011-05-27 2014-04-16 フェニックス電機株式会社 Ｌｅｄ点灯回路およびそれを備えるｌｅｄランプ
CN103636105B (zh) * 2011-06-30 2017-05-10 飞利浦照明控股有限公司 具有次级侧调光控制的变换器隔离led发光电路
US8604699B2 (en) * 2011-12-07 2013-12-10 Atmel Corporation Self-power for device driver
CN104335680B (zh) * 2012-01-20 2017-07-21 奥斯兰姆施尔凡尼亚公司 用于照明驱动器电路的辅助电源
EP2829157B1 (de) * 2012-03-21 2016-06-15 Tridonic GmbH & Co KG Betriebsschaltung für leuchtdioden, mit dimmsignal aus hochfrequent moduliertem impulspakete-signal, mit abgestimmten frequenzen
US9456478B2 (en) * 2012-04-23 2016-09-27 Abl Ip Holding Llc System and method for controlling LED segments to provide lighting effects
US9288867B2 (en) * 2012-06-15 2016-03-15 Lightel Technologies, Inc. Linear solid-state lighting with a wide range of input voltage and frequency free of fire and shock hazards
US9474122B2 (en) 2012-11-06 2016-10-18 Koninklijke Philips N.V. Circuit arrangement and led lamp comprising the same
KR101267278B1 (ko) * 2012-11-22 2013-05-27 이동원 변조지수가 개선된 엘이디 조명장치
US9474111B2 (en) * 2013-02-06 2016-10-18 Cree, Inc. Solid state lighting apparatus including separately driven LED strings and methods of operating the same
US9661697B2 (en) * 2013-03-14 2017-05-23 Laurence P. Sadwick Digital dimmable driver
KR101588695B1 (ko) * 2013-10-31 2016-01-28 주식회사 솔루엠 발광 다이오드 구동 장치
JP6262557B2 (ja) * 2014-02-12 2018-01-17 株式会社小糸製作所 車両用灯具およびその駆動装置、その制御方法
US9844107B2 (en) * 2014-08-25 2017-12-12 Cree, Inc. High efficiency driver circuitry for a solid state lighting fixture

Also Published As

Publication number Publication date
RU2713642C2 (ru) 2020-02-05
RU2017146237A (ru) 2019-06-28
US20160353535A1 (en) 2016-12-01
RU2017146237A3 (es) 2019-12-04
EP3099139B1 (en) 2021-07-07
JP2018522364A (ja) 2018-08-09
JP6899331B2 (ja) 2021-07-07
CN107690834A (zh) 2018-02-13
US9872348B2 (en) 2018-01-16
CN107690834B (zh) 2019-12-27
WO2016188716A1 (en) 2016-12-01
EP3099139A1 (en) 2016-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2891550T3 (es) Circuito de iluminación eficiente para conjuntos de led
US8736178B2 (en) LED lighting apparatus equipped with high-efficiency power supply
JP5498240B2 (ja) 光源モジュール、点灯装置およびそれを用いた照明器具
US9210772B2 (en) Actuating a plurality of series-connected luminous elements
US9095021B2 (en) Circuit arrangement for operating at least a first and a second cascade of LEDs
EP2496056B1 (en) Constant-current-drive led module device
US9247593B2 (en) Three-phase power supply and system of LEDs with three-phase power supply
TW201242421A (en) AC LED light source with reduced flicker
CN110536506B (zh) Led频闪爆闪电路
US10165637B2 (en) LED lighting device using AC power supply
TWI590709B (zh) 不頻閃的交流發光二極體照明系統及控制方法
US10321529B2 (en) LED drive circuit with improved flicker performance, and LED lighting device comprising same
WO2016192987A1 (en) Led light source with improved glow reduction
KR101435852B1 (ko) 발광 다이오드 조명 시스템
JP6949892B2 (ja) 電源又は再充電可能供給源により給電される負荷
CN108124346B (zh) 发光二极管驱动装置以及使用了该发光二极管驱动装置的照明、渔灯
US20130043800A1 (en) Power converter and a dimmable solid-state lighting device with the power converter
JP2009170914A (ja) 非共振ｌｅｄ一方向性駆動回路
JP2017199713A (ja) 発光装置
KR20090068045A (ko) Ｌｅｄ 구동장치
KR101336857B1 (ko) 발광회로
KR20140143050A (ko) 스위치 제어를 이용한 엘이디 조명 장치
KR20170018373A (ko) 양방향 전기에너지 임피던스 분압의 단방향 ｌｅｄ 구동회로
TW201947997A (zh) 發光元件驅動裝置及其驅動方法
KR20170136307A (ko) 발광 다이오드 조명 장치