ES2900124T3 - Una unidad de iluminación y un procedimiento de control - Google Patents

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Aleksandar Sevo
Meurs Johannes Van
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Abstract

Una unidad de iluminación (10), que comprende: una fuente de luz (12); un controlador (14) para el control de la fuente de luz que proporciona una corriente de salida entre el primer y el segundo terminales (16, 18); un circuito auxiliar adaptado para energizarse mediante el controlador (14), cuyo circuito auxiliar comprende un capacitor de amortiguación (22); un conmutador de control (26) para cargar el capacitor de amortiguación; caracterizado porque comprende, además: un primer elemento de detección de corriente (20) en serie con la fuente de luz entre el primer y el segundo terminales; un segundo elemento de detección de corriente (24) en serie con dicho conmutador de control (26) y con el capacitor de amortiguación (22) entre el primer y el segundo terminales (16, 18); y un controlador (28) adaptado para el control del conmutador de control en función de las corrientes detectadas mediante el primer y segundo elementos de detección de corriente, para de esta manera realizar el control de la corriente que fluye hacia el capacitor de amortiguación.

Description

DESCRIPCIÓN
Una unidad de iluminación y un procedimiento de control
Campo de la invención
La presente invención se refiere a unidades de iluminación que incluyen un controlador de iluminación y una fuente de luz, y en las que el controlador de iluminación se usa adicionalmente para energizar uno o más módulos adicionales.
Antecedentes de la invención
Los controladores LED son muy adecuados para agregar funciones y elementos, tales como la inyección de luz codificada y la iluminación de emergencia, a la función de salida de luz principal. Esto se debe a que los controladores LED ya convierten un voltaje de entrada principal de CA a un voltaje de CC, que luego es adecuado para el control de los módulos adicionales.
A medida que surgen nuevas tecnologías tales como el Internet de las cosas para la industria de la iluminación, existe además el deseo de agregar estos nuevos elementos a las luminarias convencionales. Dichos elementos adicionales pueden implementarse mediante módulos adicionales, que se proporcionan como circuitos complementarios que requieren de un suministro de energía auxiliar.
Este suministro de energía auxiliar puede obtenerse al convertir el voltaje de salida de CC inferior del controlador LED en el voltaje del suministro auxiliar requerido. Aprovechar la potencia de salida del controlador LED es un enfoque rentable, pero existe el problema de que los controladores LED convencionales se optimizan para el costo y la eficiencia, de manera que conectar cualquier otra cosa que no sea una carga LED pasiva puede dar como resultado en problemas de compatibilidad con el controlador LED. Generalmente, cuando un gran capacitor (en el rango de decenas o cientos de micro Faradios) se conecta a la salida de un controlador LED típico, el controlador LED puede detectar una condición de falla (en particular, la presencia de una corriente de salida en el encendido cuando no se espera ninguno de la carga LED pasiva para lo que se diseña el controlador), y luego hacer valer un modo de protección contra cortocircuitos.
Un ejemplo de posible módulo adicional es un inyector de luz codificada, como se mencionó anteriormente. Esto toma la forma de un modulador interpuesto entre el controlador LED y la placa LED para inyectar modulación de luz codificada. Se ha descubierto que muchos controladores LED fallan al arranque debido al gran capacitor de amortiguación en el inyector de luz codificada. Este capacitor de amortiguación necesita ser bastante grande con el fin de minimizar las pérdidas de potencia en el modulador y minimizar la influencia de la corriente de modulación en el controlador LED.
Por lo tanto, existe la necesidad de una unidad de iluminación que permita a los módulos adicionales energizarse mediante el controlador.
La publicación US20150271882A1 muestra un aparato de la técnica anterior, correspondiente al preámbulo de la reivindicación 1.
Sumario de la invención
La invención se define mediante las reivindicaciones.
De acuerdo con los ejemplos de acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona una unidad de iluminación, que comprende:
una fuente de luz;
un controlador para el control de la fuente de luz que proporciona una corriente de salida entre el primer y el segundo terminales;
un primer elemento de detección de corriente en serie con la fuente de luz entre el primer y segundo terminales; un circuito auxiliar para energizar mediante el controlador, cuyo circuito auxiliar comprende un capacitor de amortiguación;
un segundo elemento de detección de corriente y un conmutador de control en serie con el capacitor de amortiguación entre el primer y el segundo terminales; y
un controlador adaptado para el control del conmutador de control en función de las corrientes detectadas mediante el primer y segundo elementos de detección de corriente para de esta manera realizar el control de la corriente que fluye al capacitor de amortiguación.
La unidad de iluminación tiene la fuente de luz y un capacitor de amortiguación de un circuito auxiliar en caminos paralelos separados, de modo que ambos son controlados mediante la salida del controlador. Para permitir que se use un gran capacitor de amortiguación, se gestiona la corriente que fluye a través del capacitor de amortiguación. Esto es particularmente importante durante el arranque, cuando la corriente de carga de un capacitor fluiría incluso antes de que el voltaje de salida alcance el voltaje directo de la fuente de luz. El controlador funciona como un limitador de corriente de entrada. Mediante un control adecuado de la corriente que se permite fluir, puede garantizarse que exista la carga rápida del capacitor de amortiguación mientras que al mismo tiempo se evita que el controlador funcione más allá de sus límites de corriente y/o voltaje de salida y las limitaciones de tiempo asociadas. La fuente de luz es típicamente una carga LED. El objetivo del control del circuito es hacer que las características de la carga y la corriente en la salida del controlador durante el arranque emulen las que estarían presentes para una carga LED básica. Por ejemplo, cuando la carga LED no consume corriente, se inhibe una corriente de carga al capacitor de amortiguación y la corriente del controlador se comparte entre el capacitor de amortiguación y la fuente de luz durante la carga del capacitor de amortiguación.
La unidad de iluminación, por ejemplo, comprende un circuito espejo de corriente para comparar las corrientes detectadas mediante el primer y segundo elementos de detección de corriente. La corriente permitida para pasar a través del capacitor de amortiguación puede luego seleccionarse en función de la corriente a través de la fuente de luz. De este modo, la corriente del controlador se comparte entre la fuente de luz y el capacitor de amortiguación y se evita que la sobrecorriente se detecte mediante el controlador.
El controlador se adapta, por ejemplo, para el control de la corriente a través del capacitor de amortiguación durante la carga inicial para que sea un múltiplo fijo de la corriente a través de la fuente de luz. Esto significa que se controla la relación entre la corriente de carga del capacitor de amortiguación y la corriente de la fuente de luz. El flujo de corriente puede además inhibirse a través del capacitor de amortiguación mientras no exista corriente de la fuente de luz.
La relación puede ser la unidad, de modo que la corriente a través del capacitor de amortiguación durante la carga inicial se controla para que sea igual a la corriente a través de la fuente de luz. Sin embargo, son posibles otras relaciones, y la relación dicta la velocidad de carga del capacitor de amortiguación.
La unidad de iluminación puede adaptarse para encender el conmutador de control cuando se completa la carga inicial. Esto puede lograrse mediante el controlador o pueden dedicarse componentes de circuito para este propósito. De este modo, una vez que se carga el capacitor de amortiguación, de modo que haya pasado el problema potencial de las grandes corrientes de irrupción, el capacitor de amortiguación puede luego mantenerse cargado de manera convencional haciendo uso de la salida del controlador.
Los elementos de detección de corriente comprenden, por ejemplo, resistencias de detección de corriente. Un voltaje a través de la resistencia es indicativo de la corriente que fluye, y la unidad de iluminación puede luego hacer uso de estos voltajes para el control del conmutador de control. El conmutador de control, por ejemplo, comprende un transistor, en el que la señal para el terminal de control (por ejemplo, la puerta) se proporciona mediante el controlador.
El capacitor de amortiguación, por ejemplo, tiene una capacitancia mayor a 10 pF, por ejemplo, mayor a 100 pF, por ejemplo, mayor a 200 pF, por ejemplo, mayor a 400 pF. Este es un tamaño suficiente para proporcionar un suministro de energía auxiliar estable y, por lo tanto, además lo suficientemente grande para presentar posibles problemas de irrupción de corriente.
Como se mencionó anteriormente, el controlador, por ejemplo, comprende un sistema de protección para apagar en respuesta a una condición de circuito abierto o cortocircuito de salida del controlador detectado. La invención evita que esta desconexión de protección pueda provocarse mediante la carga inicial del capacitor de amortiguación. El controlador, por ejemplo, comprende un convertidor de potencia en modo conmutado.
La invención proporciona además un procedimiento para el control de una unidad de iluminación, que comprende: uso de un controlador para suministrar una corriente de salida entre el primer y segundo terminales;
detección de una porción de la corriente de salida a través de una fuente de luz de la unidad de iluminación; detección de una porción de la corriente de salida a través de un capacitor de amortiguación de un circuito auxiliar; y control de un conmutador de control en serie con el capacitor de amortiguación en función de las corrientes detectadas para de esta manera realizar el control de la corriente que fluye hacia el capacitor de amortiguación. Este procedimiento permite limitar las corrientes de irrupción.
El procedimiento puede comprender el control de la corriente a través del capacitor de amortiguación durante la carga inicial para que sea un múltiplo fijo de la corriente a través de la fuente de luz, por ejemplo, igual a la corriente a través de la fuente de luz.
El procedimiento puede comprender encender el conmutador de control cuando se completa la carga inicial. El procedimiento preferentemente comprende además proporcionar protección para apagar el controlador en respuesta a una condición de circuito abierto o cortocircuito de salida del controlador detectado.
Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de ahora y se explicarán con referencia a las realizaciones descritas de aquí en adelante.
Breve descripción de los dibujos
Los ejemplos de la invención se describirán ahora en detalle con referencia a los dibujos acompañantes, en los que: La Figura 1 muestra una unidad de iluminación en forma esquemática;
La Figura 2 muestra el circuito de la unidad de iluminación de la Figura 1 con más detalle;
La Figura 3 muestra un primer conjunto de formas de onda de ejemplo para explicar el funcionamiento de la unidad de iluminación;
La Figura 4 muestra un segundo conjunto de formas de onda de ejemplo para explicar el funcionamiento de la unidad de iluminación; y
La Figura 5 muestra un procedimiento de control de una unidad de iluminación.
Descripción detallada de las realizaciones
La invención se describirá con referencia a las Figuras.
Debe entenderse que la descripción detallada y los ejemplos específicos, si bien indican realizaciones ilustrativas de los aparatos, sistemas y procedimientos, solo se destinan para propósitos de ilustración y no se destinan para limitar el ámbito de la invención. Estas y otras características, aspectos, y ventajas del aparato, sistemas y procedimientos de la presente invención llegarán a entenderse mejor a partir de la siguiente descripción, las reivindicaciones adjuntas, y los dibujos acompañantes. Debe entenderse que las Figuras son simplemente esquemáticas y no están dibujadas a escala. Debe entenderse además que se usan las mismas referencias numerales en todas las Figuras para indicar las mismas o partes similares.
La invención proporciona una unidad de iluminación que incluye un controlador, una fuente de luz y un capacitor de amortiguación de un circuito auxiliar (tal como un circuito electrónico activo independiente). La corriente de carga permitida para fluir al capacitor de amortiguación se controla en base a las corrientes detectadas que fluyen hacia la fuente de luz para de esta manera realizar el control de la corriente de carga del capacitor de amortiguación. De este modo, pueden evitarse grandes corrientes de irrupción causadas mediante el uso de un gran capacitor de amortiguación en la salida del controlador y puede prevenirse la activación de un modo de detección a fallas dentro del controlador. Además, este circuito garantiza que el controlador se opere dentro de los límites de especificación durante el arranque.
La Figura 1 muestra una unidad de iluminación 10 que comprende una fuente de luz 12, tal como un conjunto de LED en serie, y un controlador 14 para el control de la fuente de luz y que proporciona una corriente de salida entre el primer y segundo terminales 16, 18. El primer terminal 16 está a tierra y el segundo terminal está a un voltaje de bus de c C, por ejemplo, entre 20 V y 100 V, que depende de las características de la carga LED.
Un primer elemento de detección de corriente 20 (Rl), en particular una resistencia de detección de corriente, está en serie con la fuente de luz 12 entre el primer y segundo terminales 16, 18. Esto forma una primera rama.
Existe una segunda rama en paralelo con la primera rama, que comprende un capacitor de amortiguación 22 (Cd), un segundo elemento de detección de corriente 24 (Rc), en particular una segunda resistencia de detección de corriente, y un conmutador de control 26 (Mc), en particular un transistor MOS, en serie con el capacitor de amortiguación.
El capacitor de amortiguación es parte de un circuito auxiliar y funciona como un suministro de energía para ese circuito auxiliar. El capacitor de amortiguación proporciona un suministro de energía auxiliar de DC suavizada, y el resto del circuito auxiliar se muestra como un módulo 30 en paralelo con el capacitor de amortiguación. El capacitor de amortiguación tiene una segunda función de suavizar las variaciones de carga de la carga (30) hacia el controlador LED.
Tenga en cuenta que el capacitor de amortiguación puede ser el circuito auxiliar completo, de modo que el circuito auxiliar luego es un suministro de energía auxiliar al que pueden conectarse o no módulos adicionales.
Un controlador 28 controla el conmutador de control 26 en función de las corrientes detectadas por el primer y segundo elementos de detección de corriente para de esta manera realizar el control de la corriente total suministrada mediante el controlador.
El controlador se diseña para suministrar una corriente constante a su carga. El voltaje de salida del controlador aumentará a una velocidad que es dependiente de una capacitancia de salida interna del controlador, hasta que alcance el voltaje directo de los LED. Una cierta pendiente de voltaje se espera mediante el controlador para una carga de salida de LED conocida. Un controlador con una capacitancia de salida más pequeña tendrá una pendiente de voltaje superior (debido a I=C.dv/dt) en el arranque. Pueden surgir problemas de compatibilidad cuando se cambia la carga de salida, por ejemplo, al agregar el circuito auxiliar. El controlador mide y controla la corriente de salida a un valor fijo y se diseña para solo operarse con una carga LED pasiva.
La función de protección implementada en el controlador se destina a evitar daños al controlador en el caso de una condición sin carga en la salida, o una condición de cortocircuito en la salida. En la condición sin carga, el voltaje de salida del controlador LED no debe exceder un límite especificado como se indica en la hoja de datos del controlador. En la condición de cortocircuito, el controlador detecta que la salida ya conduce corriente a voltajes de salida muy bajos (lo que no se espera para una carga LED, como resultado del voltaje directo). En el arranque, puede observarse un gran pico de corriente con una duración relativamente larga cuando se presenta un capacitor de amortiguación, en comparación con el arranque sin el capacitor.
Además, puede usarse un valor de corriente integral en un período de tiempo de arranque como medida para hacer valer una protección contra cortocircuitos.
La adición de una carga capacitiva generalmente cambia las características de voltaje y corriente durante el arranque inicial, por ejemplo, debido a que cualquier voltaje de salida dará como resultado una corriente de carga del capacitor.
Para permitir que se use un gran capacitor de amortiguación, se gestiona la corriente que fluye a través del capacitor de amortiguación. Esto es particularmente importante durante el arranque, cuando una corriente de carga de gran capacitor fluiría inmediatamente después de la aplicación de un voltaje. El controlador 28 funciona por tanto como un limitador de corriente de entrada. Mediante un control adecuado de la corriente que se permite fluir, puede garantizarse que exista la carga rápida del capacitor de amortiguación y, por lo tanto, la disponibilidad del suministro de energía auxiliar, mientras que al mismo tiempo se evita que el controlador funcione más allá de sus límites de corriente (por ejemplo, la corriente integrada) y/o voltaje de salida.
El funcionamiento básico del circuito se describirá en primer lugar con referencia al diagrama de circuito esquemático de la Figura 1, antes de que se proporcione una implementación del circuito más detallada.
Cuando se enciende el controlador, el capacitor de amortiguación 22 se agota y el voltaje de salida del controlador LED comienza a aumentar.
El transistor de control 26 está en un estado de no conducción ya que el controlador 28 aún no se enciende. Tan pronto como el voltaje de salida del controlador LED sea lo suficientemente alto para activar el controlador 28, el controlador regula la señal de puerta al transistor de control 26 de manera que la corriente de carga detectada a través del segundo elemento de detección de corriente 24 se mantenga en un valor fijo con relación a la corriente del LED detectada mediante el primer elemento de detección de corriente 20. A modo de ejemplo, las dos corrientes pueden controlarse para que sean iguales.
La corriente a través de los LED de la fuente de luz 12 es cero hasta que el voltaje del controlador LED llega a igual al voltaje directo de la disposición de LED. Hasta ese momento, la corriente del LED detectada es cero y la corriente de carga del capacitor se mantiene en cero, ya que se regula para que sea igual (o más generalmente en proporción) a la corriente de carga del capacitor.
Por tanto, la corriente de carga del capacitor se inhibe durante la rampa inicial del voltaje de salida antes de que se encienda el controlador, e incluso después de que se encienda el controlador, pero no se haya alcanzado el voltaje directo del LED.
Cuando el voltaje de salida del controlador ha aumentado hasta el voltaje directo de la fuente de luz 12, se detecta la corriente del LED resultante y el controlador regula la puerta del transistor de control 26 de manera que la corriente de salida del controlador fijo se distribuye entre la fuente de luz 12 y el capacitor de amortiguación 22. Esto toma lugar durante una fase de carga inicial del capacitor.
El controlador puede tener una corriente de salida en rampa hasta el nivel fijo o puede tener una corriente de salida escalonada.
La necesidad del control de la corriente dependerá en el tipo de controlador. Algunos controladores de corriente constante pueden ser capaz de tolerar la presencia del capacitor de amortiguación, ya que ellos tienen la capacidad de regular la corriente a voltajes de salida bajos. Esto puede aplicarse a las etapas del convertidor de regreso y del convertidor reductor. Los convertidores resonantes, por ejemplo, LLC, LCC o convertidores directos tienen limitaciones más estrictas con respecto al rango del voltaje de salida. Cuando se aplica directamente un gran capacitor agotado a la salida y se enciende el controlador, pueden observarse corrientes de salida excesivas. Como se explicó anteriormente, estas altas corrientes de irrupción y su sincronización pueden hacer valer la protección dentro del controlador LED de manera que el controlador falle al arranque.
La relación entre la corriente del LED y la corriente de carga del capacitor de amortiguación puede establecerse mediante la relación de las resistencias de detección de corriente 20, 24. Al final de la fase de carga inicial, la señal de puerta proporcionada mediante el controlador 28 continúa aumentando. Sin embargo, a medida que se carga el capacitor de amortiguación mediante este punto, la corriente de carga cae, mientras que la corriente del LED continúa aumentando. El controlador continúa aumentando la señal de control de la puerta para el transistor de control 26 aún más hasta que el transistor de control 26 se enciende completamente y, por lo tanto, funcione en un modo saturación.
El procedimiento de carga del capacitor, luego se ha completado. A partir de este punto, el transistor de control 26 permanece en el modo saturado, debido a que la corriente media a través de los LED de la fuente de luz 12 siempre será superior que la corriente de ondulación que fluye a través del capacitor de amortiguación.
Una carga adicional puede estar en paralelo a través del capacitor de amortiguación 22 o entre los terminales 16 y 18. La carga debe tener una impedancia suficiente para que no limite el voltaje de salida del controlador LED para que sea inferior que el límite de especificación mínimo del controlador LED, especialmente durante el arranque. Después de un nuevo ciclo de potencia, incluso cuando el capacitor se carga parcialmente, el capacitor solo se cargará cuando el voltaje de salida del controlador sea suficiente para el encendido de los LED.
Mediante esta disposición, puede garantizarse que el controlador LED siempre se operará dentro de su ventana que funciona.
En la Figura 2 se muestra una implementación práctica del circuito, en la que el controlador 28 se implementa en forma analógica como una disposición de circuito, que tiene un riel de suministro de voltaje 38 y una línea de tierra. El riel de suministro de voltaje 38 se suministra desde la salida del controlador principal (v_led+) por medio de un convertidor dc-dc, o mediante un regulador de voltaje lineal, o un circuito divisor. Estas opciones se muestran genéricamente mediante la unidad 39.
El controlador 14 se representa mediante una fuente de corriente constante I1 con un capacitor paralelo C1.
La primera y segunda resistencias de detección de corriente 20, 24 forman parte de un circuito espejo de corriente que comprende una primera rama de un transistor 40 en serie con la resistencia de detección de corriente 20 y una primera resistencia de polarización 41, entre el riel de suministro de voltaje 38 y la tierra. Una segunda rama se forma mediante un transistor 42 en serie con la resistencia de detección de corriente 24 y una segunda resistencia de polarización 43, entre el riel de suministro de voltaje 38 y la tierra.
La corriente de la fuente de luz establece un voltaje a través de la resistencia de detección de corriente 20. La primera resistencia de detección de corriente 20 es órdenes de magnitud más pequeña que la resistencia de polarización 41 (por ejemplo, 4 mQ en comparación con 33 kü) de modo que la corriente y, por lo tanto, el voltaje se domina mediante la fuente de luz. De manera similar, la segunda resistencia de detección de corriente 24 es órdenes de magnitud más pequeña que la resistencia de polarización 43 (por ejemplo, 40 mQ en comparación con 5,6 kü) de modo que la corriente y, por lo tanto, el voltaje se domina mediante la corriente que fluye a través del capacitor de amortiguación.
La corriente del controlador base predeterminada se proporciona mediante la resistencia 41. Cuando la corriente a través de la resistencia de detección de corriente 20 es menor que a través de la resistencia de detección de corriente 24, el transistor 42 no conduce, y cuando la corriente a través de la resistencia de detección de corriente 20 es mayor que a través de la resistencia de detección de corriente 24, el transistor 42 conducirá y activará un transistor 44 (que tiene una resistencia emisora 45 y una resistencia base 46). El transistor 44 se conecta entre el riel de suministro 38 y la puerta del transistor de control 26. Por tanto, cuando se enciende el transistor 44, se aplica un voltaje para el control de la puerta como señal V_puerta.
Cuando la corriente del LED aumenta, la corriente de control a través del transistor 42 además aumentará y, como consecuencia, aumentará la corriente del colector. Esto dará como resultado una corriente de control de base superior para el transistor 44 y, por tanto, existirá un voltaje de puerta aumentado para el transistor de control 26. Este control de la puerta aumentado del transistor de control 26 aumenta la corriente fuente-drenaje, para de esta manera cargar el capacitor de amortiguación 22 y aumentar la corriente a través de la segunda resistencia de detección de corriente 24.
La corriente de base y del colector a través del transistor 42 continuará aumentando hasta que la corriente a través de la segunda resistencia de detección de corriente 24 sea igual (en este ejemplo) a la corriente a través de la primera resistencia de detección de corriente 20.
Una resistencia de descarga 48 se conecta entre la puerta del transistor de control 26 y la tierra, y garantiza que la señal de control de la puerta se descargue cuando se reduce el suministro de corriente a través del transistor 44 o cuando el controlador se ha apagado.
Por tanto, el funcionamiento en general del circuito como se describió hasta ahora es para comparar la corriente que fluye a través de la fuente de luz con la corriente que fluye a través del capacitor de amortiguación. Un circuito de control de retroalimentación controla la puerta del transistor de control 26 para regular la corriente que fluye a través del capacitor de amortiguación y mantener la corriente de la fuente de corriente y el capacitor de amortiguación iguales (o más generalmente con una relación predeterminada entre ellos) mientras que se carga el capacitor de amortiguación.
Cuando el circuito se activa por primera vez, no existe voltaje en el riel de suministro de voltaje 38.
Por esta razón, se proporciona un circuito de arranque 50 para garantizar el correcto funcionamiento de arranque del circuito, en particular para asegurar que el transistor de control 26 esté apagado. Comprende un transistor 52 con una resistencia base 54 y una resistencia del colector 56. Se conecta entre el riel de suministro de voltaje 38 y la tierra. Cuando no exista el voltaje a través del capacitor de amortiguación 22, el transistor 52 se enciende mediante la salida del controlador. Un capacitor 58 se conecta entre la puerta del transistor de control 26 y la tierra, y en adición un diodo se conecta en una dirección de avance desde el colector del transistor 52 a la puerta del transistor de control 26.
Cuando se enciende el controlador y se agota el capacitor, el voltaje inicial del controlador activará el transistor 52 a través de la resistencia base 54. El transistor 52 tiene su emisor puesto a tierra y esto evita que el capacitor 58 se cargue a través de la resistencia 56 y el diodo 60 y, por lo tanto, inicialmente mantiene el transistor de control 26 apagado.
Una vez que el capacitor de amortiguación 22 se carga completamente, el voltaje en la base del transistor 52 será bajo y se apagará. La puerta del transistor de control 26 se cargará desde el riel de suministro de voltaje 38 a través de la resistencia 56 y el diodo 60. Esto mantiene el transistor 22 completamente encendido.
Durante el funcionamiento normal, la corriente de la fuente de luz excede la corriente del capacitor de amortiguación, por lo que el circuito no juega ningún papel durante este tiempo y el transistor 22 permanece completamente encendido. Por tanto, el circuito de arranque 50 garantiza el funcionamiento del circuito antes de que el circuito auxiliar tenga la energía disponible y se asegura de que el transistor 26 se encienda completamente después de la secuencia de irrupción.
La Figura 3 muestra los resultados de la simulación para ilustrar el funcionamiento del circuito.
La imagen superior muestra el voltaje de salida del controlador (v_led+ que se muestra en la Figura 2) como el gráfico 60.
La imagen inferior muestra la corriente a través del capacitor de amortiguación como el gráfico 62 (I22), la corriente de la fuente de luz como el gráfico 64 (I12) y la corriente de salida del controlador como el gráfico 66 (I14).
En el tiempo t=0, el voltaje de salida del controlador LED y la corriente del LED tienen un pico inicial. Poco después, la corriente de la fuente de luz cae a aproximadamente la mitad de la corriente del controlador LED, mientras que la corriente de carga del capacitor de amortiguación aumenta a aproximadamente la mitad de la corriente del controlador LED.
En la práctica, siempre existe al menos un pequeño capacitor internamente en la salida del controlador que da como resultado una pendiente de voltaje positivo del voltaje de salida del controlador LED, lo que provoca por tanto que la corriente del LED aumente gradualmente (a una velocidad en función del capacitor de salida del controlador LED). El circuito distribuye igualmente esta corriente del controlador entre una corriente de carga del capacitor de amortiguación y una corriente del LED, como se explicó anteriormente.
A partir de este punto, el capacitor se carga. La duración de este período depende principalmente del valor del capacitor de amortiguación, la corriente del controlador en general y el voltaje directo de los LED de la fuente de luz 12.
Una vez que el capacitor se acerca a la carga completa, a 120 ms en este ejemplo, la corriente de carga del capacitor disminuye y la corriente a través de la fuente de luz aumenta hasta aproximadamente 140 ms. A partir de 140 ms, el capacitor se carga completamente y el transistor 22 está en modo de conducción completo. El procedimiento de irrupción se ha completado.
La Figura 4 muestra un resultado de medición real del circuito que se muestra. Se usan las mismas referencias que en la Figura 3.
En el arranque, el voltaje de salida del controlador (gráfico 60) alcanza el voltaje de cadena directo Vfw de los LED antes de que la corriente comience a retirarse del controlador LED (gráfico 64). Cuando el voltaje de salida del controlador LED alcanza el voltaje directo de los LED, la corriente a través de los LED y la corriente de carga del capacitor de amortiguación son casi iguales (la corriente del LED es ligeramente inferior). Finalmente, cuando se ha completado el procedimiento de carga, la corriente de carga del capacitor de amortiguación (gráfico 62) cae a cero y la corriente de la fuente de luz (gráfico 64) aumenta hasta la corriente del controlador.
Al cargar el capacitor de amortiguación de este modo, en el momento del encendido, el controlador se opera directamente dentro de la ventana que funciona, aunque esté presente un gran capacitor de amortiguación en la salida. Además, la carga se realiza rápidamente y la corriente de carga se adapta automáticamente a la mitad de la corriente del LED; dicho circuito único es aplicable para una amplia gama de controladores LED y las combinaciones de la placa LED con diferentes rangos de voltaje y corriente.
El capacitor de amortiguación, por ejemplo, tiene una capacitancia mayor a 10 pF, por ejemplo, mayor a 100 pF, por ejemplo, mayor a 200 pF, por ejemplo, mayor a 400 pF. Este es un tamaño suficiente para proporcionar un suministro de energía auxiliar estable y además para evitar que las fluctuaciones de carga se hagan visibles dentro del controlador LED. Sin embargo, es suficientemente grande además para presentar posibles problemas de irrupción de corriente.
Ejemplos de circuito 30 que pueden consumir la potencia del voltaje a través del capacitor de amortiguación son: un modulador de luz codificado;
un circuito de carga de batería de iluminación de emergencia;
un circuito de modulación de luz con modulador IPS (sistema de posicionamiento interior);
un circuito LiFi (circuitos de comunicación de luz visible de alta velocidad), por ejemplo, los suministros auxiliares para los extremos frontales digitales y analógicos (inyector de energía, fotodiodo, energía de modulación LED, suministro de energía LED infrarrojo).
La Figura 5 muestra un procedimiento de control de una unidad de iluminación, que comprende:
en la etapa 70, usar un controlador para suministrar una corriente de salida entre el primer y segundo terminales; en la etapa 72, detectar una porción de la corriente de salida a través de una fuente de luz de la unidad de iluminación;
en la etapa 74, detectar una porción de la corriente de salida a través de un capacitor de amortiguación de un circuito auxiliar; y
en la etapa 76, controlar un conmutador de control en serie con el capacitor de amortiguación en función de las corrientes detectadas para de esta manera realizar el control de la corriente que fluye al capacitor de amortiguación. Este procedimiento en particular controla la división entre la corriente de carga de un capacitor de amortiguación y una corriente de la fuente de luz, de modo que pueden evitarse corrientes de irrupción excesivas, para de esta manera asegurar que la corriente y el voltaje de salida del controlador permanezcan dentro de los límites de especificación. Esto significa que puede mantenerse la vida útil esperada del controlador LED.
El ejemplo anterior hace uso de un controlador en forma de circuito analógico para proporcionar el control de la retroalimentación. Sin embargo, una alternativa es hacer uso de un microprocesador que convierta las corrientes detectadas en valores digitales y derive una señal adecuada para la puerta del transistor 26 en el dominio digital. Por tanto, en lugar del circuito analógico, puede usarse un procesador o microprocesador de señales digitales. De manera similar, puede usarse un controlador en forma de una matriz de puertas programables en campo.
El transistor 26 es solo un ejemplo de un dispositivo de control para el control de la corriente que fluye hacia el capacitor de amortiguación. Otro posible ejemplo es un suministro de energía en modo conmutado que se controla haciendo uso de la retroalimentación para implementar el control de la corriente deseada. Puede usarse cualquier circuito regulador de corriente que se controle mediante el controlador para implementar el control deseado de la carga del capacitor de amortiguación.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Una unidad de iluminación (10), que comprende:
    una fuente de luz (12);
    un controlador (14) para el control de la fuente de luz que proporciona una corriente de salida entre el primer y el segundo terminales (16, 18);
    un circuito auxiliar adaptado para energizarse mediante el controlador (14), cuyo circuito auxiliar comprende un capacitor de amortiguación (22);
    un conmutador de control (26) para cargar el capacitor de amortiguación;
    caracterizado porque comprende, además:
    un primer elemento de detección de corriente (20) en serie con la fuente de luz entre el primer y el segundo terminales;
    un segundo elemento de detección de corriente (24) en serie con dicho conmutador de control (26) y con el capacitor de amortiguación (22) entre el primer y el segundo terminales (16, 18); y
    un controlador (28) adaptado para el control del conmutador de control en función de las corrientes detectadas mediante el primer y segundo elementos de detección de corriente, para de esta manera realizar el control de la corriente que fluye hacia el capacitor de amortiguación.
    2. Una unidad de iluminación como se reivindicó en la reivindicación 1, que comprende un circuito espejo de corriente (40, 41, 42, 43) para comparar las corrientes a través del primer y segundo elementos de detección de corriente.
    3. Una unidad de iluminación como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en la que el controlador (28) se adapta para el control de la corriente a través del capacitor de amortiguación (22) durante la carga inicial para que sea un múltiplo fijo de la corriente a través de la fuente de luz.
    4. Una unidad de iluminación como se reivindicó en la reivindicación 3, en la que el controlador se adapta para el control de la corriente a través del capacitor de amortiguación (22) durante la carga inicial para que sea igual a la corriente a través de la fuente de luz.
    5. Una unidad de iluminación como se reivindicó en la reivindicación 3 o 4, que se adapta para encender el conmutador de control (26) cuando se completa la carga inicial.
    6. Una unidad de iluminación como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en la que los elementos de detección de corriente (20, 24) comprenden resistencias de detección de corriente.
    7. Una unidad de iluminación como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en la que el conmutador de control (26) comprende un transistor, en el que la señal para el terminal de control se proporciona mediante el controlador (28).
    8. Una unidad de iluminación como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en la que el capacitor de amortiguación (22) tiene una capacitancia mayor a 10 pF, por ejemplo, mayor a 100 pF, por ejemplo, mayor a 200 |jF, por ejemplo, mayor a 400 pF.
    9. Una unidad de iluminación como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en la que el controlador comprende un sistema de protección para apagarse en respuesta a una condición de circuito abierto o cortocircuito de salida del controlador detectado.
    10. Una unidad de iluminación como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en la que el controlador comprende un convertidor de potencia en modo conmutado.
    11. Un procedimiento de control de una unidad de iluminación, que comprende:
    (70) usar un controlador para suministrar una corriente de salida entre el primer y segundo terminales (16, 18); (72) detectar una porción de la corriente de salida a través de una fuente de luz de la unidad de iluminación haciendo uso de un primer elemento de detección de corriente (20);
    (74) detectar una porción de la corriente de salida a través del capacitor de amortiguación (22) de un circuito auxiliar haciendo uso de un segundo elemento de detección de corriente (24); y
    (76) controlar un conmutador de control (26) en serie con el capacitor de amortiguación (22) en función de las corrientes detectadas mediante el primer elemento de detección de corriente (20) y el segundo elemento de detección de corriente (24) para de esta manera realizar el control de la corriente que fluye hacia el capacitor de amortiguación, en el que el segundo elemento de detección de corriente, el conmutador de control y el capacitor de amortiguación (22) se conectan en serie entre el primer y el segundo terminales (16, 18).
    12. Un procedimiento como se reivindicó en la reivindicación 11, que comprende controlar la corriente a través del capacitor de amortiguación durante la carga inicial para que sea un múltiplo fijo de la corriente a través de la fuente de luz.
    13. Un procedimiento como se reivindicó en la reivindicación 12, que comprende controlar la corriente a través del capacitor de amortiguación durante la carga inicial para que sea igual a la corriente a través de la fuente de luz.
    14. Un procedimiento como se reivindicó en la reivindicación 12 o 13, que comprende encender el conmutador de control cuando se completa la carga inicial.
    15. Un procedimiento como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que comprende proporcionar la protección para apagar el controlador en respuesta a una condición de circuito abierto o cortocircuito de salida del controlador detectado.
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