ES2928692T3 - Circuito electrónico para excitar una cadena de diodos emisores de luz - Google Patents
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Abstract
Se da a conocer un circuito electrónico (1) para excitar una cadena de diodos emisores de luz (5). El circuito comprende un regulador de corriente (4) que comprende un terminal de entrada configurado para recibir un voltaje alterno rectificado (VRTF) y que comprende una pluralidad de terminales de entrada (It1, It2, It3, It4) conectados a diferentes voltajes respectivos seleccionados de la cadena de luz. -diodos emisores, estando configurado el regulador de corriente para regular el valor de la corriente que circula por la cadena de diodos emisores de luz. El circuito de accionamiento electronico comprende ademas un interruptor electronico (6) configurado para conmutar entre una posicion cerrada y una abierta, en funcion del valor de una senal de control (Vg). El circuito de excitación electrónico comprende además una etapa de polarización (8) que comprende un terminal de entrada configurado para recibir un voltaje seleccionado de un voltaje interno a la cadena de diodos emisores de luz y que comprende un terminal de salida configurado para generar, en función del voltaje seleccionado , controlando dicha señal de control el interruptor electrónico. El circuito electrónico de excitación comprende, finalmente, un condensador (7) interpuesto entre el interruptor electrónico y la cadena de diodos emisores de luz. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Circuito electrónico para excitar una cadena de diodos emisores de luz
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un circuito para excitar una cadena de diodos emisores de luz.
ANTECEDENTES EN LA TÉCNICA
Se conoce el uso de LED (diodos emisores de luz) para fabricar lámparas para iluminación en entornos residenciales, de oficinas e industriales.
Más en particular, la lámpara se implementa usando una cadena de LED, es decir, una pluralidad de LED conectados entre sí en serie (opcionalmente dispuestos en grupos, cada uno compuesto por varios LED), de tal modo que la serie proporcione la luminosidad requerida por la aplicación.
Dado que la tensión de línea distribuida es de tipo alterno (habitualmente a 50 Hz) y tiene valores altos (habitualmente un valor eficaz de 120 o 220-230 voltios), es necesario usar dispositivos apropiados para convertir la tensión alterna en valores inferiores tales que permitan que la cadena de LED se excite correctamente.
Una primera solución para excitar la cadena de LED es usar un convertidor CA-CC (por ejemplo, del tipo de fuente de alimentación en modo conmutado SMPS) que convierte la tensión alterna en tensión continua con valores inferiores (por ejemplo, 60 voltios).
La primera solución es eficiente desde un punto de vista energético, pero requiere el uso de transformadores y grandes inductores y condensadores, que por tanto ocupan espacio y además reducen la fiabilidad.
Una segunda solución (denominada comúnmente "excitación directa" de CA) es evitar el uso de convertidores CA-CC, es decir, la cadena de LED se excita directamente usando tensión alterna y los LED se encienden en secuencia siguiendo la forma de onda sinusoidal de la tensión alterna, mediante el uso de circuitos de control apropiados; por ejemplo, puede hacerse uso de los circuitos integrados identificados con los códigos TPS92410, de Texas Instruments, NS145020, de ON Semiconductor, lS31LT3170, de ISSI y la familia Acrich de Seoul Semiconductor. La segunda solución (y en parte también la primera) plantea el problema del parpadeo en la cadena de LED, es decir, la intensidad luminosa de la cadena de LED no es constante en el tiempo ya que parte de los LED de la cadena pulsan siguiendo la frecuencia de la media onda generada por el rectificador con una frecuencia que es habitualmente el doble que la tensión alterna de la línea eléctrica: esto podría inducir fatiga visual y pérdida de concentración en las personas presentes en el ambiente iluminado con la cadena de LED en caso de largas estancias, como en el caso de ambientes de trabajo.
Se conocen soluciones para reducir el parpadeo en la cadena de LED en el caso de excitación directa de CA de la cadena de LED, por ejemplo, las descritas en los documentos de Patente US 9232576 y US 6141230.
El Solicitante ha observado que las soluciones de excitación directa de CA conocidas son capaces de reducir solo parcialmente el parpadeo en la cadena de LED y, además, tienen otras desventajas tales como, por ejemplo, la de requerir el uso de una tensión externa de referencia (generada, por ejemplo, por una batería; véase el documento de Patente US 9232576), o el uso de una tensión alterna con una frecuencia mayor que la de la tensión de línea, o puede funcionar solo con valores bajos de la alimentación de tensión alterna (véase nuevamente el documento US 9232576).
El documento de Patente US 2013/0162149 A1 desvela un aparato de iluminación que incluye un módulo de almacenamiento de energía para aplicar potencia a una cadena de LED durante intervalos de baja potencia.
El documento de Patente US 2013/0313984 A1 desvela un circuito para excitar una pluralidad de LED conectados en serie, comprendiendo el circuito una pluralidad de conmutadores electrónicos dispuestos en paralelo con al menos parte de la pluralidad de LED.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un circuito electrónico para excitar una cadena de diodos emisores de luz como se define en la reivindicación 1 adjunta y mediante sus realizaciones preferentes descritas en las reivindicaciones dependientes 2 a 8.
El Solicitante ha comprendido que el circuito electrónico de excitación de acuerdo con la presente invención presenta las siguientes ventajas:
- reduce considerablemente (incluso hasta el extremo de eliminar) el parpadeo en la intensidad luminosa de la cadena de LED;
- no se limita a operar con valores particulares de alimentación de tensión alterna, es decir, puede operar con valores de tensión alta (115-230 voltios e incluso hasta 400 voltios), media y baja;
- es capaz de operar correctamente con una alimentación de tensión alterna que presente fluctuaciones no despreciables de valor (hasta /- 20 %) con respecto al valor nominal de la alimentación de tensión alterna;
- no se limita a operar con valores particulares de la frecuencia de la alimentación de tensión alterna;
- no se limita a valores particulares de consumo de potencia eléctrica, que pueden alcanzar, por ejemplo, 50 W e incluso más;
- no requiere el equilibrado del número de LED entre los diversos grupos de la cadena;
- no requiere el uso de transformadores o grandes inductores y condensadores;
- no requiere el uso de una tensión externa de referencia;
- el flujo luminoso generado por la cadena de LED es ajustable en intensidad (atenuación).
Un objeto de la presente invención es también un circuito integrado como se define en la reivindicación 11 adjunta. Un objeto de la presente invención es también una lámpara para iluminar ambientes (por ejemplo, de tipo doméstico, industrial o público) como se define en la reivindicación 9 adjunta.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Otras características y ventajas de la invención surgirán de la siguiente descripción de una realización preferente y las variantes de la misma, proporcionándose dicha descripción a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
- la Figura 1 muestra un diagrama de bloques de un circuito electrónico para excitar una cadena de diodos emisores de luz de acuerdo con una primera realización de la invención;
- la Figura 2 muestra un diagrama de bloques de un circuito electrónico para excitar una cadena de diodos emisores de luz de acuerdo con una segunda realización de la invención;
- la Figura 3 muestra un diagrama de bloques de un circuito electrónico para excitar una cadena de diodos emisores de luz de acuerdo con una tercera realización de la invención;
- las Figuras 4A-4C muestran esquemáticamente una posible tendencia de algunas señales del circuito electrónico de excitación de la primera realización.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Se ha de observar que en la descripción posterior, aunque aparezcan en diferentes realizaciones de la invención, los bloques, componentes o módulos idénticos o similares se indican mediante las mismas referencias numéricas en las figuras.
Con referencia a la Figura 1, se muestra un circuito electrónico 1 para excitar una cadena 5 de diodos emisores de luz de acuerdo con una primera realización de la invención.
La expresión "cadena de diodos" significa una conexión en serie de dos o más diodos emisores de luz, denominados LED en lo sucesivo en el presente documento.
Preferentemente, una cadena de LED puede dividirse en una pluralidad de segmentos, comprendiendo cada segmento la conexión en serie de una pluralidad de LED.
En otras palabras, dos o más LED conectados en serie pueden agruparse de un modo tal que formen un grupo de LED y, de ese modo, una cadena de LED puede estar compuesta por dos o más grupos de LED.
Además, uno o más grupos (o segmentos) de LED pueden estar compuestos a su vez por la conexión en paralelo de dos o más series de LED.
El circuito electrónico de excitación 1 comprende:
- un rectificador 3;
- un regulador de corriente 4;
- la cadena de LED 5;
- un conmutador electrónico 6;
- un condensador 7;
- una etapa de polarización 8;
- un diodo Zener 10.
El rectificador 3 comprende dos terminales de entrada adaptados para recibir una tensión alterna positiva Vac+ y una tensión alterna negativa Vac- y comprende un terminal de salida adaptado para generar una tensión alterna rectificada Vrtf, en función de las tensiones alternas positiva y negativa Vac+ y Vac-.
Preferentemente, el rectificador 3 se implementa con un puente de diodos de onda completa, como se muestra en la Figura 1.
El regulador de corriente 4 está conectado eléctricamente al rectificador 3 y a la cadena de LED 5.
El regulador de corriente 4 comprende un terminal de entrada Ito adaptado para recibir la tensión alterna rectificada Vrtf y comprende cuatro terminales de entrada It-i, It2, It3, It4 conectados eléctricamente a cuatro tensiones diferentes respectivas de la cadena de LED 5, como se explicará con mayor detalle posteriormente.
El regulador de corriente 4 tiene la función de regular el valor total de la corriente Istr que fluye a través de la cadena de LED 5, como se explicará con mayor detalle posteriormente.
Preferentemente, el regulador de corriente 4 es un circuito integrado de Altoran Chip & Systems (www.altoranCNS.com), identificado con el código ACS1404.
La cadena de LED 5 comprende un primer terminal conectado a la tensión alterna rectificada Vrtf y comprende un segundo terminal conectado al regulador de corriente 4.
Más en general, se ha de observar que es posible interponer componentes electrónicos adicionales entre la salida del rectificador 3 y el primer terminal de la cadena de LED 5.
En particular, la cadena de LED 5 comprende la conexión en serie de cuatro LED 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, en donde:
- el ánodo ai del primer LED 5-1 (es decir, el primer terminal de la cadena de LED 5) está conectado al terminal de salida del rectificador 3 y, de ese modo, es tal que recibe la tensión alterna rectificada Vrtf;
- el cátodo del primer lEd 5-1 está conectado al ánodo a2 del segundo LED 5-2;
- el cátodo del segundo LED 5-2 está conectado al ánodo a3 del tercer LED 5-3;
- el cátodo del tercer LED 5-3 está conectado al ánodo a4 del cuarto LED 5-4.
Además, el primer terminal de entrada Iti del regulador de corriente 4 está conectado al ánodo a2 del segundo LED 5-2, el segundo terminal de entrada It2 del regulador de corriente 4 está conectado al ánodo a3 del tercer LED 5-3, el tercer terminal de entrada It3 del regulador de corriente 4 está conectado al ánodo a4 del cuarto LED 5-4 y el cuarto terminal de entrada It4 del regulador de corriente 4 (es decir, el segundo terminal de la cadena de LED 5) está conectado al cátodo c4 del cuarto LED 5-4.
Más en general, puede observarse que cada uno de los LED 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 puede ser una conexión en serie de dos o más LED, es decir, cada conexión en serie es un segmento de la cadena de LED 5.
Por tanto, el componente 5-1 representa un primer grupo de LED conectados en serie (es decir, un primer segmento de la cadena de LED 5), el componente 5-2 representa un segundo grupo de LED conectados en serie (es decir, un segundo segmento de la cadena de LED 5), el componente 5-3 representa un tercer grupo de LED conectados en serie (es decir, un tercer segmento de la cadena de LED 5) y el componente 5-4 representa un cuarto grupo de LED conectados en serie (es decir, un cuarto segmento de la cadena de LED 5).
El regulador de corriente 4 es tal que controla:
- el valor de la corriente que fluye desde la salida del rectificador 3 a través del primer LED 5-1, a continuación la corriente I1 entra al primer terminal de entrada It1 del regulador de corriente 4 y fluye hacia la tensión de referencia de tierra;
- el valor de la corriente que fluye desde la salida del rectificador 3 a través de la serie del primer y segundo LED 5-1, 5-2, a continuación la corriente I2 entra al segundo terminal de entrada It2 del regulador de corriente 4 y fluye hacia la tensión de referencia de tierra;
- el valor de la corriente que fluye desde la salida del rectificador 3 a través de la serie del primer, segundo y tercer LED 5-1, 5-2, 5-3, a continuación la corriente I3 entra al tercer terminal de entrada It3 del regulador de corriente 4 y fluye hacia la tensión de referencia de tierra;
- el valor de la corriente que fluye desde la salida del rectificador 3 a través de la serie del primer, segundo, tercer y cuarto LED 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, a continuación la corriente I4 entra al cuarto terminal de entrada It4 del regulador de corriente 4 y fluye hacia la tensión de referencia de tierra.
El conmutador electrónico 6 comprende un primer terminal It6, un segundo terminal Ot7 y un terminal de control It7 para controlar la apertura y el cierre del conmutador electrónico 6.
El conmutador electrónico 6 es conmutable entre una posición abierta y una posición cerrada en función del valor de una señal de control Vg en el terminal de control It7, en donde:
- en la posición abierta, el conmutador electrónico 6 es equivalente a un circuito abierto entre el primer terminal It6 y el segundo terminal Ot7;
- en la posición cerrada, el conmutador electrónico 6 es sustancialmente equivalente a un cortocircuito entre el primer terminal It6 y el segundo terminal Ot7.
El condensador 7 está interpuesto entre el primer terminal de la cadena de LED 5 y el conmutador electrónico 6. En particular, el condensador 7 comprende un primer terminal conectado al ánodo ai del primer LED 5-1 (y, de ese modo, conectado a la salida del rectificador 3) y, de ese modo, es tal que tiene el valor de la tensión alterna rectificada Vrtf.
El condensador 7 comprende además un segundo terminal conectado al primer terminal It6 del conmutador electrónico 6.
El condensador 7 tiene la función de almacenar energía eléctrica en cada período de la tensión alterna rectificada Vrtf cuando esta última tiene una tendencia creciente (o, en cualquier caso, es mayor que una tensión umbral Vth). Además, en cada período, el condensador 7 tiene la función de descargar la energía eléctrica almacenada en el mismo al menos en parte a través de la cadena de LED 5, cuando la tensión alterna rectificada Vrtf tiene una tendencia decreciente y es menor que la tensión umbral Vth: esto permite reducir el parpadeo de la intensidad luminosa de la cadena de LED 5.
Ventajosamente, el conmutador electrónico 6 se implementa con un transistor 6-1 de tipo IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) de canal n, que tiene un terminal colector C que coincide con el primer terminal It6, que tiene un terminal emisor E que coincide con el segundo terminal Ot7 y que tiene un terminal de puerta G que coincide con el terminal de control It7; por tanto, en este caso, el terminal colector C del transistor IGBT 6-1 está conectado al segundo terminal del condensador 7, el terminal emisor E está conectado a la tensión de referencia de tierra y el terminal de puerta G está conectado a la salida de la etapa de polarización 8.
El conmutador electrónico 6 (en particular, el transistor IGBT 6-1) tiene la función de conmutar el condensador 7 durante la carga/descarga de manera activa, como se explicará con mayor detalle posteriormente.
Alternativamente, el conmutador electrónico 6 se implementa con un transistor IGBT de canal p 6-2, como se muestra en la Figura 3.
Se ha de observar que, para implementar el conmutador electrónico 6, pueden usarse componentes distintos del transistor IGBT, siempre que sean capaces de conmutar entre las condiciones abierta y cerrada con una frecuencia de aproximadamente 100 Hz, es decir, un período de conmutación comprendido entre 1 milisegundo y 12 milisegundos.
La etapa de polarización 8 está interpuesta entre la cadena de LED 5 y el conmutador electrónico 6.
En particular, la etapa de polarización 8 comprende un terminal de entrada Ifc adaptado para recibir una señal de tensión Vd3 seleccionada de una tensión interna a la cadena de LED 5 y comprende un terminal de salida conectado al terminal de control It7 del conmutador electrónico 6.
La etapa de polarización 8 tiene la función de generar un valor apropiado de la señal de control Vg del terminal de control It7 para controlar el cierre y la apertura del conmutador electrónico 6 en instantes de tiempo apropiados para cargar y descargar el condensador 7 con el fin de reducir el parpadeo de la intensidad luminosa de la cadena de LED 5, causado principalmente por el tercer y cuarto LED 5-3, 5-4.
De hecho, la elección de un valor de tensión Vd3 seleccionado de una tensión interna a la cadena de LED 5 permite anticipar (con respecto a la solución conocida) el instante en el que se activa la descarga del condensador 7 a través de la cadena de LED 5, y esto permite que un mayor número de diodos emisores de luz de la cadena 5 se mantengan en estado de conducción, reduciendo de ese modo el parpadeo de la intensidad luminosa de la cadena de LED 5.
En particular, el terminal de entrada de la etapa de polarización 8 está conectado al ánodo a4 del cuarto LED 5-4 y, de ese modo, la señal de tensión Vd3 es la tensión del ánodo a4 del cuarto LED 5-4 (que es igual a la tensión del cátodo del tercer LED 5-3).
Sin embargo, se ha de observar que, alternativamente, la etapa de polarización 8 es tal que extrae la señal de
tensión Vd3 de valores de tensión diferentes de la tensión del ánodo a4 del cuarto LED 5-4, tales como, por ejemplo, la tensión del ánodo a3 del tercer LED 5-3, como se muestra en la Figura 2 de la segunda realización.
Más en general, la etapa de polarización 8 es tal que extrae un valor de tensión Vd3 seleccionado de una tensión interna a la cadena de LED 5 para generar, en función del valor de tensión interna seleccionado, un valor de una señal de tensión de control Vg que es menor que el valor de la tensión alterna rectificada Vrtf, siempre que dicho valor de tensión Vd3 seleccionado sea tal que genere la tensión de control Vg que controla el cierre del conmutador electrónico 6 para permitir una carga suficiente en el momento adecuado del condensador 7, cuya carga se usa posteriormente dar potencia a la cadena de LED 5 cuando el valor de la tensión alterna rectificada Vrtf no es suficiente para dar potencia a todos los LED de la cadena 5: de esta manera, se reduce el parpadeo de la intensidad luminosa generada por la cadena de LED 5.
Por ejemplo, en caso de tensión alterna con valores nominales de 220 voltios, el valor seleccionado de la tensión Vd3 de la cadena de LED 5 es igual a 50 voltios y el valor de la tensión de control Vg está comprendido entre 0 y 5 voltios: cuando Vg = 5 voltios, el conmutador electrónico 6 se cierra y el condensador 7 se carga, mientras que cuando Vg < 5 voltios, el conmutador electrónico 6 se abre y el condensador 7 se descarga al menos en parte a través de la cadena de LED 5.
La etapa de polarización 8 se implementa con un divisor de tensión que comprende una primera resistencia 8-1 y una segunda resistencia 8-2 conectadas en serie entre sí, en donde la primera resistencia 8-1 está conectada entre la tensión Vd3 seleccionada de la cadena de LED 5 y el terminal de control It7 del conmutador electrónico 6 y en donde la segunda resistencia 8-2 está conectada entre el terminal de control It7 del conmutador electrónico 6 y la tensión de referencia de tierra.
Cuando la tensión alterna rectificada Vrtf tiene una tendencia creciente (o, en cualquier caso, es mayor que la tensión umbral Vth), el conmutador electrónico 6 se cierra y el condensador 7 se carga; cuando, por el contrario, la tensión alterna rectificada Vrtf tiene una tendencia decreciente y es menor que la tensión umbral Vth, el conmutador electrónico 6 se abre y el condensador 7 se descarga.
La fase de descarga del condensador 7 permite que al menos parte de la energía almacenada en el mismo se descargue a través de la cadena de LED 5, y esto permite compensar la reducción de la tensión en los extremos de la cadena de LED 5, reduciendo de ese modo considerablemente (incluso hasta el extremo de la eliminación) el parpadeo de la intensidad luminosa de la cadena de LED 5.
El instante de tiempo en donde se produce la fase de descarga del condensador 7 variará dependiendo de la señal de tensión Vd3 que se seleccione de la cadena de LED 5; por tanto, es posible anticipar o posponer la activación de la descarga del condensador 7 (y, de ese modo, modificar la entidad de la reducción del parpadeo de la intensidad luminosa de la cadena de LED 5) mediante el cambio de la señal de tensión Vd3 seleccionada y, de ese modo, el cambio del valor de la tensión seleccionada.
Ventajosamente, el circuito electrónico de excitación 1 comprende además un circuito de descarga 9 conectado al condensador 7 (por ejemplo, interpuesto entre el primer terminal del condensador 7 y la tensión de referencia de tierra) y que tiene la función de contribuir adicionalmente a la descarga del condensador 7.
Preferentemente, el circuito de descarga 9 se implementa con una resistencia 9-1 que tiene un primer terminal conectado al primer terminal del condensador 7 (y, de ese modo, conectado a la salida del rectificador 3) y que tiene un segundo terminal conectado a la tensión de referencia de tierra.
Con referencia a las Figuras 4A-4C, se muestra la tendencia de las señales de tensión y corriente del circuito electrónico de excitación 1 de la primera realización, en donde se usa un transistor de canal n IGBT 6.1.
En particular:
- la Figura 4A muestra la tendencia de la tensión alterna rectificada Vrtf, la tensión de control Vg del terminal de puerta del transistor IGBT 6.1 y la tensión Vd3 seleccionada;
- la Figura 4B muestra la tendencia de la caída de tensión AVC en los extremos del condensador 7 y la tensión Vc del terminal colector del transistor IGBT 6.1;
- la Figura 4C muestra la tendencia de la corriente I1 que fluye a través del primer LED 5-1, la corriente I2 que fluye a través del segundo LED 5-2, la corriente I3 que fluye a través del tercer lEd 5-3 y la corriente I4 que fluye a través del cuarto LED 5-4.
Es posible observar que el comportamiento del circuito electrónico de excitación 1 se repite por igual periódicamente, en donde cada período está definido por una onda de tensión alterna rectificada Vrtf.
Con el fin de explicar la invención, se muestran tres períodos de tiempo AT1, AT2, AT3, comprendidos entre los instantes t0 y t10, t10 y t20, t20 y t30, respectivamente.
En el período de tiempo AT1 (y, de modo similar, en AT2 y AT3) es posible observar el siguiente comportamiento: - durante una primera fase comprendida entre los instantes t0 y t3 en donde la tensión alterna rectificada Vrtf tiene una tendencia sustancialmente creciente desde el valor nulo hasta valores menores que el valor umbral Vth, el valor de la tensión de puerta Vg del transistor IGBT 6-1 tiene un primer valor tal que mantiene abierto el transistor IGBT 6 1: durante esta primera fase, el condensador 7 se descarga al menos en parte a través de la cadena de LED 5 y, de ese modo, la caída de tensión AVC en los extremos del condensador 7 tiene una tendencia decreciente;
- durante una segunda fase central (que sigue a la primera fase) comprendida entre los instantes t3 y t7 en donde la tensión alterna rectificada Vrtf tiene una tendencia sustancialmente creciente desde el valor umbral Vth hasta el valor máximo y a continuación tiene una tendencia decreciente desde el valor máximo hasta el valor umbral Vth, el valor de la tensión de puerta Vg del transistor IGBT 6-1 tiene un segundo valor tal que mantiene cerrado el transistor IGBT 6-1: durante esta segunda fase, el condensador 7 se carga y, de ese modo, la caída de tensión AVC en los extremos del condensador 7 tiene primero una tendencia creciente y a continuación una tendencia decreciente; - durante una tercera fase (que sigue a la segunda fase) comprendida entre los instantes t7 y t10 en donde la tensión alterna rectificada Vrtf tiene una tendencia sustancialmente decreciente desde el valor umbral Vth hasta el valor nulo, el valor de la tensión de puerta Vg del transistor IGBT 6-1 tiene un primer valor tal que mantiene abierto el transistor IGBT 6-1: durante esta tercera fase, el condensador 7 se descarga al menos en parte a través de la cadena de LED 5 y, de ese modo, la caída de tensión AVC en los extremos del condensador 7 tiene una tendencia decreciente;
- el valor de las corrientes h e I2 que fluyen a través del primer y del segundo LED 5-1, 5-2 es constante y, de ese modo, la intensidad luminosa del primer y del segundo LED 5-1, 5-2 es constante;
- el valor de la corriente I3 que fluye a través del tercer LED 5-3 es igual al valor máximo I3,max la mayor parte del tiempo y, de ese modo, la intensidad luminosa del tercer LED 5-3 es sustancialmente constante;
- el valor de la corriente I4 que fluye a través del cuarto LED 5-4 es igual al valor máximo U,max la mayor parte del tiempo y, de ese modo, la intensidad luminosa del cuarto LED 5-4 es sustancialmente constante;
- la corriente total Istr que fluye a través de la cadena de LED 5 tiene valores que son siempre uniformes y, de ese modo, la intensidad luminosa de la cadena de LED 5 es sustancialmente constante, dado que cualquier pequeña fluctuación que pueda estar presente se compensa mediante la histéresis intrínseca de los LED, y de ese modo el parpadeo de la intensidad luminosa de la cadena de LED 5 es sustancialmente nulo.
El circuito electrónico de excitación 1 o 100 puede implementarse con un circuito integrado.
Alternativamente, el circuito electrónico de excitación 1 o 100 puede realizarse en una o más placas de circuito impreso.
Con referencia a la Figura 2, se muestra un circuito electrónico 50 para excitar una cadena 4 de diodos emisores de luz de acuerdo con una segunda realización de la invención.
El circuito electrónico de excitación 50 de la Figura 2 difiere del circuito electrónico de excitación 1 de la Figura 1 en que la entrada de la etapa de polarización 8 es la señal de tensión Vd2 extraída del ánodo a3 del tercer LED 5-3; por tanto, el valor de dicha señal de tensión Vd2 controla la apertura y el cierre del conmutador electrónico 6 (en particular, controla el corte y el estado de conducción del transistor IGBt 6-1).
Las consideraciones previas relacionadas con el circuito electrónico de excitación 1 pueden aplicarse de manera similar al circuito electrónico de excitación 50; por tanto, el último también es capaz de reducir considerablemente (incluso hasta el extremo de eliminar) el parpadeo de la intensidad luminosa de la cadena de LED.
Con referencia a la Figura 3, se muestra un circuito electrónico 100 para excitar una cadena 5 de diodos emisores de luz de acuerdo con una tercera realización de la invención.
El circuito electrónico de excitación 100 de la Figura 3 difiere del circuito electrónico de excitación 1 de la Figura 1 en que:
- hay un conmutador electrónico 106 implementado con un transistor 6-2 de tipo IGBT de canal p (en lugar de un transistor IGBT de canal n 6-1), en donde el transistor IGBT 6-2 tiene un terminal colector C conectado a la tensión alterna rectificada Vrtf, un terminal emisor E conectado a un primer terminal del condensador 7 a través de una resistencia 8-4 y un terminal de puerta G conectado al ánodo a4 del cuarto LED 5-4 por medio del divisor de tensión 108;
- el condensador 7 está conectado entre el transistor IGBT 6-2 y la tensión de referencia de tierra (en lugar de entre el transistor IGBT 6-1 y la tensión alterna rectificada Vrtf);
- la etapa de polarización 108 comprende un terminal de entrada conectado al ánodo a4 del cuarto LED 5-4, un primer terminal de salida conectado al terminal de puerta G del transistor IGBT 6-2 y un segundo terminal de salida conectado al terminal emisor E del transistor IGBT 6-2;
- hay una resistencia 8-4 que tiene un primer terminal conectado al conmutador electrónico 106 (en particular, al terminal emisor E del transistor IGBT 6-2) y a la etapa de polarización 108 y que tiene un segundo terminal
conectado al primer terminal del condensador 7.
Preferentemente, la etapa de polarización 108 se implementa con un divisor de tensión que comprende las resistencias 8-1, 8-2, 8-3, en donde:
- la resistencia 8-1 está conectada entre el ánodo a4 del cuarto LED 5-4 y el terminal de control del conmutador electrónico 106;
- la resistencia 8-2 está interpuesta entre la resistencia 8-1 y la tensión de referencia de tierra;
- La resistencia 8-3 tiene un primer terminal conectado al terminal común entre las resistencias 8-1, 8-2 (y, de ese modo, conectado al terminal de control del conmutador electrónico 106) y un segundo terminal conectado al conmutador electrónico 106 (en particular, al terminal emisor E del transistor IGBT 6-2) y la resistencia 8-4.
Las consideraciones previas relacionadas con el circuito electrónico de excitación 1 pueden aplicarse de manera similar al circuito electrónico de excitación 100; por tanto, el último también es capaz de reducir considerablemente (incluso hasta el extremo de eliminar) el parpadeo de la intensidad luminosa de la cadena de LED 5.
Se ha de observar que el terminal de entrada de la etapa de polarización 108 puede estar conectado a otros valores de tensión seleccionados de la cadena de LED 5, tales como, por ejemplo, la tensión del ánodo a3 del tercer LED 5 3, de manera similar a lo que se ha ilustrado previamente con respecto a la descripción de la Figura 2.
Ventajosamente, el circuito electrónico de excitación 1 comprende además una etapa de desconexión que tiene la función de desconectar la cadena de LED 5 de la alimentación de tensión alterna Vac+ para interrumpir las corrientes parásitas que también pueden activar los LED con señal de potencia nula.
En particular, cuando el valor de la alimentación de tensión alterna Vac+ es menor que un valor umbral definido (por ejemplo, igual a un 10 % de un valor de tensión de referencia Vref), la cadena de LED 5 se desconecta de la tensión alterna rectificada V_RTF; cuando el valor de la alimentación de tensión alterna Vac+ es mayor o igual que el valor umbral definido, la cadena de LED 5 se conecta a la tensión rectificada V_RTF.
Ventajosamente, la etapa de desconexión se implementa usando una tensión de referencia Vref generada por el regulador de corriente 4 (por ejemplo, igual a 17 voltios), usando el modulador de ancho de pulso ya usado para regular la intensidad luminosa de la cadena de LED 5 y usando un relé de estado sólido que interrumpe la conexión eléctrica entre la tensión alterna rectificada V_RTF y la cadena de LED 5.
En particular, la etapa de desconexión comprende:
- un modulador de ancho de pulso (por ejemplo, interno al regulador de corriente 4) configurado para generar una señal periódica de onda cuadrada Spwm que tiene un ancho de período que varía en función de una señal de configuración;
- un terminal de entrada adaptado para recibir una tensión de referencia Vref (por ejemplo, generada por el regulador de corriente 4);
- un comparador que comprende un primer terminal de entrada adaptado para recibir una tensión de referencia dividida (es decir, obtenida por medio de un divisor de tensión que divide la tensión de referencia Vref), un segundo terminal de entrada adaptado para recibir la señal periódica de onda cuadrada Spwm y un terminal de salida adaptado generar una señal de comparación que tiene un valor lógico alto o bajo, en función de la comparación entre los valores de la tensión de referencia dividida y la señal periódica de onda cuadrada Spwm;
- un relé de estado sólido configurado para conectar o desconectar la cadena de LED 5 a/de la tensión alterna rectificada V_RTF, en función del valor de la señal de comparación.
En lo sucesivo en el presente documento, se describirá la operación del circuito electrónico de excitación 1 de acuerdo con la primera realización, haciendo referencia también a las Figuras 1 y 4A-4C.
Con el fin de explicar la operación del mismo, se van a considerar los siguientes supuestos:
- el rectificador 3 es un puente de diodos de onda completa;
- la cadena de LED 5 está compuesta por la conexión en serie de cuatro LED iguales 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 que tienen la misma tensión umbral Vt (por ejemplo, igual a 3,5 voltios);
- el conmutador electrónico 6 se implementa con un transistor 6-1 del tipo IGBT de canal n;
- el regulador de corriente 4 es el circuito integrado ACS1404 de Altoran Chip & Systems, que comprende cuatro terminales de entrada It1, It2, It3, It4 conectados al ánodo a2 del segundo LED 5-2, al ánodo a3 del tercer LED 5-3, al ánodo a4 del cuarto LED 5-4 y al cátodo c4 del cuarto LED 5-4, respectivamente;
- la etapa de polarización 8 se implementa con un divisor de tensión compuesto por las resistencias 8-1, 8-2, en donde la tensión Vg del terminal de puerta G del IGBT 6-1 es igual a la tensión dividida del terminal común entre las resistencias 8-1 y 8-2;
- está presente un circuito de descarga 9 y se implementa con una resistencia 9-1.
En los instantes comprendidos entre t0 y t3 (excluido t3), la tensión alterna rectificada Vrtf tiene una tendencia sinusoidal creciente desde el valor nulo hasta el valor de la tensión umbral Vth: el transistor IGBT 6-1 está en estado de corte, el condensador 7 se descarga en parte a través de la cadena de LED 5 y en parte a través de la resistencia 9 y esto permite mantener los LED 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 en el estado de conducción.
En el instante t3, la tensión alterna rectificada Vrtf alcanza un valor igual a tres veces la tensión umbral Vt, es decir, Vrtf = 3*Vt.
Parte de la corriente I3 que fluye al tercer LED 5-3 entra en el regulador de corriente 4, mientras que otra parte fluye a la resistencia 8-1 y a continuación a la resistencia 8-2: por consiguiente, la tensión del terminal de puerta Vg tiene un transición de un valor bajo de tensión a un valor alto de tensión (por ejemplo, igual a 5 voltios) y, de ese modo, el transistor IGBT 6-1 pasa al estado de conducción: por consiguiente, el condensador 7 comienza a cargarse hasta el valor de la tensión alterna rectificada Vrtf.
Por tanto, en la primera realización, el valor de la tensión umbral Vth es igual a tres veces la tensión umbral Vt de cada LED de la cadena 5, es decir, Vth = 3*Vt.
En los instantes posteriores a t3, la tensión alterna rectificada Vrtf continúa teniendo una tendencia sinusoidal creciente y, de ese modo, la operación es análoga a la del instante t3, es decir, el transistor IGBT 6-1 conduce y el condensador 7 se carga hasta el valor de la tensión alterna rectificada Vrtf.
En cierto instante, la tensión alterna rectificada Vrtf alcanza un valor igual a cuatro veces la tensión umbral Vt: la tensión del terminal de puerta Vg continúa teniendo un valor alto (en el ejemplo considerado, igual a 5 voltios) y, de ese modo, el transistor IGBT 6-1 permanece en estado de conducción y el condensador 7 continúa cargándose. Posteriormente, la tensión alterna rectificada Vrtf continúa teniendo una tendencia sinusoidal creciente hasta el valor máximo y a continuación tiene una tendencia sinusoidal decreciente hasta volver a un valor igual a tres veces la tensión umbral Vt en el instante t7, es decir Vrtf = 3*Vt: durante este intervalo de tiempo, el transistor IGBT 6-1 permanece en estado de conducción y, de ese modo, el condensador 7 permanece cargado.
Después del instante t7, la tensión alterna rectificada Vrtf cae por debajo del valor 3*Vt, el valor de la tensión Vd3 del cátodo del tercer LED 5-3 disminuye y, de ese modo, la tensión del terminal de puerta Vg tiene una transición del valor alto de tensión al valor bajo de tensión: por consiguiente, el transistor IGBT 6-1 entra en estado de corte y el condensador 7 comienza a descargarse en parte a través de la resistencia 9-1 y en parte a través de la cadena de LED 5, manteniendo en estado de conducción no solo el primer y el segundo lEd 5-1, 5-2, sino también el tercer y el cuarto LED 5-3, 5-4.
En los instantes comprendidos entre t7 y t10, la tensión alterna rectificada Vrtf continúa teniendo una tendencia sinusoidal decreciente hasta alcanzar el valor nulo: el condensador 7 continúa descargándose en parte a través de la resistencia 9-1 y en parte a través de la cadena de LED 5, manteniendo en estado de conducción el primer y el segundo LED 5-1, 5-2 y también el tercer y el cuarto LED 5-3, 5-4.
En los instantes comprendidos entre t10 y t13, la operación del circuito electrónico de excitación 1 es análoga a la descrita previamente para los instantes comprendidos entre t0 y t3; por tanto, el transistor IGBT 6-1 está en estado de corte, el condensador 7 se descarga en parte a través de la cadena de LED 5 y en parte a través de la resistencia 9 y esta descarga mantiene en estado de conducción el tercer y el cuarto LED 5-3, 5-4, además del primer y el segundo LED 5-1, 5-2.
Claims (11)
1. Circuito electrónico de excitación (1) para excitar una cadena (5) de diodos emisores de luz, comprendiendo el circuito:
- un regulador de corriente (4) que comprende un primer terminal de entrada (Ito) configurado para recibir una tensión alterna rectificada (Vrtf) y una pluralidad de segundos terminales de entrada (It1, It2, It3, It4) conectables a las respectivas tensiones diferentes presentes en la cadena (5) de diodos emisores de luz, estando configurado el regulador de corriente (4) para regular el valor de la corriente que fluye a través de la cadena de diodos emisores de luz;
- un conmutador electrónico (6) configurado para conmutar entre una posición abierta y una posición cerrada, en función de un valor de una señal de control (Vg);
- un condensador (7) adaptado para estar interpuesto entre el conmutador electrónico (6) y la cadena (5) de diodos emisores de luz;
caracterizado por que el circuito electrónico de excitación comprende además:
- una etapa de polarización (8) que consiste en un divisor de tensión (8-1, 8-2) conectado a la referencia de tierra, en donde dicha etapa de polarización comprende un terminal de entrada configurado para recibir una de las tensiones internas de la cadena (5) de diodos emisores de luz y un terminal de salida configurado para generar, en función de la tensión recibida en su terminal de entrada, dicha señal de control (Vg) que controla el conmutador electrónico (6), en donde la señal de control (Vg) generada por la etapa de polarización (8) es la tensión dividida del divisor de tensión (8-1, 8-2).
2. Circuito electrónico de excitación de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:
- cuando la tensión alterna rectificada (Vrtf) tiene valores menores que una tensión umbral (Vth), la etapa de polarización (8) está configurada para generar la señal de control (Vg) que tiene un primer valor que abre el conmutador electrónico (6), de modo que el condensador (7) se descargue al menos en parte a través de la cadena de diodos emisores de luz;
- cuando la tensión alterna rectificada (Vrtf) tiene valores mayores que la tensión umbral (Vth), el conmutador electrónico (6) está configurado en la posición cerrada, de modo que el condensador (7) se cargue.
3. Circuito electrónico de excitación de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en donde el conmutador electrónico (6) es un transistor bipolar de puerta aislada de canal n (6-1) que tiene un terminal colector (C), un terminal emisor (E) y un terminal de puerta (G), en donde:
- el terminal colector (C) está conectado a un primer terminal del condensador (7);
- el terminal emisor (E) está conectado a una tensión de referencia de tierra;
- el terminal de puerta (G) está conectado al terminal de salida de la etapa de polarización (8) y está configurado para recibir la señal de control (Vg) que tiene un valor de tensión que controla la conmutación del transistor bipolar de puerta aislada de canal n (6-1) entre un estado de conducción en donde el condensador (7) se carga y un estado de interdicción en donde el condensador (7) se descarga al menos en parte a través de la cadena de diodos emisores de luz;
- siendo conectable el segundo terminal del condensador (7) a la tensión alterna rectificada y a un primer terminal (a1) de la cadena (5) de diodos emisores de luz;
- siendo conectable el regulador de corriente (4) a un segundo terminal (c4) de la cadena (5) de diodos emisores de luz.
4. Circuito electrónico de excitación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones previas, que comprende además un circuito de descarga (9) conectado al condensador (7), siendo el circuito de descarga en particular una resistencia (9-1) conectada entre el condensador y la tensión de referencia de tierra.
5. Circuito electrónico de excitación de acuerdo con la reivindicación 3 o de acuerdo con la reivindicación 4 cuando depende de la reivindicación 3, en donde la tensión dividida del divisor de tensión (8-1, 8-2) está adaptada para controlar el terminal de puerta (G) del transistor bipolar de puerta aislada (6-1).
6. Circuito electrónico de excitación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la tensión recibida en el terminal de entrada de la etapa de polarización (8) es la tensión del terminal de ánodo (a4) del último diodo emisor de luz (5-4) de la cadena de diodos emisores de luz.
7. Circuito electrónico de excitación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la tensión recibida en el terminal de entrada de la etapa de polarización (8) es la tensión del terminal de ánodo (a3) del penúltimo diodo emisor de luz (5-3) de la cadena de diodos emisores de luz.
8. Circuito electrónico de excitación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, que comprende además un rectificador de puente de diodos (3) configurado para recibir una tensión alterna (Vac+, Vac-) y para generar a partir de la misma la tensión alterna rectificada (Vrtf).
9. Lámpara para iluminar ambientes que comprende una cadena (5) de diodos emisores de luz y el circuito electrónico de excitación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde el primer terminal (a-i) de dicha cadena de diodos emisores de luz es conectable a la tensión alterna rectificada y en donde el segundo terminal (c4) de dicha cadena de diodos emisores de luz está conectado al regulador de corriente (4) de dicho circuito electrónico (1).
10. Lámpara de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la cadena (5) de diodos emisores de luz comprende una pluralidad de segmentos conectados a la pluralidad de segundos terminales de entrada (Iti, It2, It3, It4) del regulador de corriente (4) del circuito electrónico de excitación, respectivamente, comprendiendo cada segmento la conexión en serie de una pluralidad de diodos emisores de luz.
11. Circuito integrado que comprende al menos un circuito electrónico de excitación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
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