ES2936632T3 - Lámpara reequipada, un sistema de iluminación que utiliza la misma y un procedimiento de protección - Google Patents

Abstract

Una lámpara retrofit es para usar con un balasto. Para controlar un esquema de conducción asimétrica entre el par de terminales de entrada en las fases opuestas de la alimentación de CA, y la fuente de alimentación del balasto se hace deliberadamente asimétrica, cuando se detecta una condición de falla para obligar al balasto a entregar una excesiva, preferiblemente una salida de corriente saturada. Esto dispara un fusible de la lámpara retrofit para que se implemente una protección antes de que pueda surgir una situación peligrosa en la lámpara. Abrir la salida del balasto también es seguro para el balasto. La invención es particularmente interesante para tolerar el fallo de circuito abierto de la carga de iluminación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Lámpara reequipada, un sistema de iluminación que utiliza la misma y un procedimiento de protección

Campo de la invención

La presente invención se refiere a lámparas reequipadas, en particular lámparas de estado sólido (tales como LED) para su uso con balastos fluorescentes/de descarga de CA.

Antecedentes de la invención

Los arreglos de iluminación de tubo se usan comúnmente para iluminar edificios industriales o domésticos. Típicamente, dichos arreglos de iluminación de tubo comprenden tubos fluorescentes que comprenden mercurio, donde la corriente que fluye a través del tubo fluorescente hace que el tubo emita luz.

Los arreglos de iluminación de tubo comprenden típicamente un balasto electromagnético (basado en un inductor) o electrónico (basado en un interruptor de semiconductores) que se adapta para proporcionar una corriente alterna al tubo fluorescente. El balasto regula la corriente que fluye a través del tubo fluorescente para garantizar que una corriente fuera de control no dañe la lámpara fluorescente. En algunas otras aplicaciones, las lámparas de descarga de alta intensidad (HID), en lugar de las lámparas de tubo, también funcionan por balastos electromagnéticos (basados en inductores) o electrónicos (basados en interruptores de semiconductores).

Recientemente, ha sido cada vez más conveniente sustituir los tubos fluorescentes o las lámparas HID con un arreglo de LED. Esto puede deberse a motivos tales como un aumento de la vida útil, una mayor eficiencia y un uso reducido de materiales potencialmente peligrosos (tal como el mercurio). En consecuencia, existe la necesidad de arreglos que puedan convertir una salida del balasto electrónico en una forma adecuada para el arreglo de LED. En el caso más simple, se puede conectar una cadena de LED al balasto mediante el uso de un puente de diodos para convertir la alimentación de CA de alta frecuencia en CC y un condensador para filtrar la corriente de ondulación. Si el voltaje de la cadena de LED se elige sustancialmente cercano al voltaje de encendido/descarga del tubo fluorescente o la lámpara de montaje alto (que puede ser una lámpara de descarga de alta intensidad), la cadena de LED recibirá una potencia y corriente similares a las del tubo fluorescente o la lámpara de montaje alto. Sin embargo, en ocasiones la lámpara LED tiene una potencia nominal sustancialmente inferior a la de un balasto tradicional. Además, se desea una función de atenuación en la lámpara LED. Por lo tanto, las lámparas LED para su uso como lámparas reequipadas deben ser compatibles con el balasto. Se sabe, tal como en US2013/221867A1, para proporcionar esta compatibilidad mediante el uso de un interruptor de derivación que pasa por alto el arreglo de LED del balasto. Para que el balasto funcione sin problemas, este interruptor de derivación cortocircuita la salida del balasto. En cada medio ciclo, el interruptor de derivación funciona para proporcionar un breve período de tiempo para regular la corriente de salida. Por el ajuste del voltaje y el ciclo de trabajo del LED, se puede controlar la corriente del LED. Esto permite la compatibilidad, así como también la activación de una función de atenuación. Sin embargo, la seguridad es siempre un requisito en la actualización de lámparas tradicionales con lámparas LED. Puede ocurrir una falla y debe proporcionarse un mecanismo de protección. La presente invención se dirige, por ejemplo, a un problema que puede surgir si la cadena de LED falla de manera que presenta un circuito abierto. En tal caso, se puede aplicar un voltaje excesivo al capacitor de filtrado. Este condensador es típicamente un condensador electrolítico, y la condición de sobrevoltaje puede provocar una fuga de líquido electrolítico, lo que a su vez puede dar lugar a un problema de seguridad, tal como un riesgo de incendio. También pueden ocurrir otras fallas.

El enfoque convencional para abordar este problema es usar un circuito de protección contra sobrevoltaje en el controlador. Sin embargo, un retraso en la implementación de la protección aún puede provocar problemas de seguridad.

Sigue existiendo la necesidad de un sistema de protección para proteger la lámpara en el caso de un evento de falla en la lámpara, por ejemplo en la cadena de LED causada por una falla de LED de circuito abierto.

El documento US20140320018A1 divulga un componente DIAC en serie con el circuito LED. US20170006672A1 también divulga un componente TRIAC en serie con el rectificador y los LED. WO2015014680A1 divulga un componente DIAC entre dos pines en un extremo del LED tubular.

Sumario de la invención

Es un concepto de la invención detectar una falla, que puede ser de diferentes tipos, y causar deliberadamente que la fuente de alimentación de un balasto a una lámpara reequipada se vuelva asimétrica para forzar que el balasto al que se conecta la lámpara se vuelva excesivo/saturado. La corriente excesiva/saturada resultante se usa entonces para disparar un fusible de la lámpara, de modo que la lámpara quede totalmente aislada del balasto. Sin potencia de entrada del balasto, se implementa una protección contra fallas, tal como la protección contra sobrevoltage, antes de que pueda surgir una situación peligrosa en la lámpara. La invención es particularmente de interés para tolerar el fallo de circuito abierto de una carga de iluminación. Aquí, el término excesivo no significa que el balasto se esté sobrecargando y emita una corriente que exceda su límite, sino que significa que es más alta que las necesidades de las lámparas LED y, con la máxima preferencia, suficiente para disparar el fusible.

La invención se define por las reivindicaciones.

De acuerdo con los ejemplos de acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona una lámpara reequipada para su uso con un balasto de un dispositivo de iluminación de descarga, que comprende:

un par de terminales de entrada adaptados para conectarse a dicho balasto para recibir alimentación de CA del balasto;

una etapa de salida adaptada para conectarse a una carga de iluminación y alimentar la carga de iluminación desde la alimentación de CA;

un circuito de detección de fallas para detectar una falla,

en el que la lámpara reequipada comprende además:

un fusible en serie con uno de los terminales de entrada; y

un circuito de protección, adaptado para activarse por el circuito de detección de fallas y para controlar un esquema de conducción asimétrica entre el par de terminales de entrada de manera diferente en las fases opuestas de la alimentación de CA, para generar una corriente asimétrica en fases opuestas, de esta manera, un componente de CC en la alimentación de CA del balasto cuando se conecta a los terminales de entrada, de esta manera, hace que el balasto emita una corriente de balasto excesiva a través del fusible para activar y cortar el fusible.

Este diseño de lámpara hace uso deliberado de un esquema de conducción asimétrica entre los terminales de entrada, para forzar a la corriente consumida a aumentar (en magnitud), hasta un punto en el que se dispara un fusible. La asimetría se introduce, por ejemplo, mediante la implementación de un cortocircuito solo para una fase de la entrada de CA. El disparo de un fusible proporciona un aislamiento total de la carga de iluminación del balasto y, de esta manera, proporciona una función de protección segura, tanto para la carga de iluminación como para el balasto.

Preferentemente la lámpara comprende además la carga de iluminación que debe impulsarse por dicho balasto. El circuito de detección de fallas está adaptado, por ejemplo, para detectar un sobrevoltaje en la etapa de salida como la falla, y el circuito de protección se adapta para generar el componente de CC en la alimentación de CA del balasto para hacer que el balasto se sature para generar una corriente de balasto saturada como la corriente de balasto excesiva para activar y cortar el fusible. La saturación da como resultado un gran flujo de corriente que, de esta manera, quema el fusible; de lo contrario, la salida del balasto aumentaría el voltaje a través de un capacitor compensador en paralelo con la carga de iluminación.

El circuito de protección se adapta, por ejemplo, para cortocircuitar el par de terminales de entrada en solo una de las fases opuestas de la alimentación de Ca , mientras desacopla el par de terminales de entrada del cortocircuito en la otra de las fases opuestas. Dicho desacoplamiento significa que el par de terminales de entrada no está cortocircuitado, pero aún está conectado a la etapa descendente/etapa de salida/LED. Por lo tanto, la impedancia es diferente en las fases opuestas y también lo son las corrientes en las fases opuestas.

La lámpara reequipada puede comprender además un interruptor de derivación en paralelo con la carga de iluminación y adaptado para derivar dichos terminales de entrada para sintonizar la corriente a través de la carga de iluminación. Por lo tanto, la invención es adecuada para aplicarla a un controlador de interruptor de derivación. Esta es una arquitectura típica de la lámpara reequipada LED para balasto de descarga, y el interruptor de derivación puede lograr además una función de atenuación, como ya se sabe.

La lámpara preferentemente comprende un rectificador completo conectado al par de terminales de entrada, que comprende una primera rama para conducir corriente durante una fase positiva de la alimentación de CA y una segunda rama para conducir corriente durante una fase negativa de la alimentación de CA, y en el que el circuito de protección se acopla a una sola rama del rectificador completo, y la otra rama se desacopla del circuito de protección. De esta forma, el circuito de protección cortocircuita sólo una de las dos fases (es decir, positiva o negativa) de la alimentación de entrada de CA, de esta manera se introduce la asimetría deseada.

El rectificador completo, por ejemplo, comprende un puente de diodos de cuatro diodos, en el que el circuito de protección comprende un circuito de cortocircuito en paralelo con uno de los diodos de una rama del puente de diodos de cuatro diodos. Por lo tanto, solo una de las cuatro ramas de un rectificador de diodo de puente completo necesita tener un circuito de protección aplicado para implementar una función de cortocircuito controlable.

Alternativamente, el rectificador completo puede comprender un puente síncrono/activo en el que los interruptores activos en el puente logran la función de derivación mencionada anteriormente para sintonizar la corriente del LED. Los mismos interruptores activos también se adaptan para formar diferentes impedancias en fases opuestas de la alimentación de CA para generar un componente de CC en la salida del balasto.

Tenga en cuenta que PCT/EP2018/069902 (presentado el 23 de julio de 2018) divulga un enfoque opuesto en el que se controla un interruptor de derivación para eliminar un componente de CC que se produce debido a una condición de conducción anormal. Pero en la presente solicitud, el componente de CC se fabrica deliberadamente.

El circuito de protección puede comprender un DIAC (Diodo para Corriente Alterna). El DIAC se activa por un voltaje de ruptura particular y luego permite que fluya una gran corriente. Esto evita la necesidad de un circuito de control separado, ya que el DIAC realiza la protección contra fallas, en particular en base a la detección de voltaje para proporcionar protección contra sobrevoltaje, por medio de su voltaje de ruptura y una función de cortocircuito por medio de la corriente que fluye mientras el DIAC permanece en su estado de conducción. Así, el DIAC puede implementar por sí mismo el circuito de detección de fallas.

Ya que el DIAC se acopla solo a una rama para una fase y la otra rama para la fase opuesta se implementa sin una función de cortocircuito, la corriente a través de una rama es grande mientras que la corriente a través de la otra rama es pequeña debido al capacitor compensador de la etapa de salida existente. Por lo tanto, la corriente es asimétrica y se forma un componente de CC.

Un balasto EM tiene una gran inductancia. Cuando la corriente es simétrica, la corriente positiva y negativa magnetizan y desmagnetizan la inductancia para que no se sature. Sin embargo, cuando la corriente es asimétrica, la corriente pequeña no es suficiente para desmagnetizar la inductancia, y la siguiente corriente grande magnetizará más la inductancia, hasta la saturación. Después de la saturación, la inductancia ya no es capaz de limitar la corriente de entrada, por lo que el balasto emite una gran corriente para quemar el fusible.

En cambio, el circuito de protección puede comprender un rectificador controlado por silicio en serie con un diodo. El rectificador controlado por silicio tiene un terminal de puerta que puede ser controlado por el circuito de detección de fallas. Así, en este caso, el circuito de detección de fallas se acopla a la etapa de salida y se separa del circuito de protección.

La lámpara reequipada preferentemente comprende además un capacitor compensador como la etapa de salida en paralelo con la carga de iluminación, y el fusible se adapta para ser cortado protegiendo de esta manera el capacitor compensador.

Como se explica anteriormente, el fusible se adapta para activarse con una corriente de saturación del balasto provocada por el circuito de protección. La presencia de la corriente de saturación es indicativa de la función de cortocircuito implementada por el circuito de protección. Luego, el fusible proporciona protección general al circuito antes de que se dañe el capacitor de compensación. La clasificación del fusible está, por ejemplo, en el rango de 1 A a 10 A.

El circuito de detección de fallas se adapta, por ejemplo, para activar el circuito de protección cuando un voltaje de salida es mayor que el voltaje operativo de la carga de iluminación por un margen predeterminado, en el que el margen es al menos 30 %. Por lo tanto, la protección solo se inicia cuando el voltaje de operación excede los niveles permitidos y, por lo tanto, no tiene efecto durante la operación normal del circuito. Este aumento de voltaje se causa por un circuito abierto en la carga de iluminación, lo que permite que el capacitor de compensación aumente su voltaje almacenado.

La lámpara es, por ejemplo, para su uso con un balasto electromagnético para lámparas de descarga de alta intensidad. La carga de iluminación comprende preferentemente una carga de LED.

La invención también proporciona un sistema de iluminación que comprende:

un balasto electromagnético de un dispositivo de iluminación de descarga; y

una lámpara reequipada como se define arriba conectada al balasto.

La invención también proporciona un procedimiento de protección contra sobrevoltaje para proteger una lámpara reequipada cuando se conecta a un balasto de un dispositivo de iluminación de descarga, el procedimiento comprende:

recibir alimentación de CA desde el balasto a los terminales de entrada de la lámpara reequipada;

detectar una falla, por ejemplo en base a la detección de un voltaje de salida proporcionado a la carga de iluminación;

activar un circuito de protección cuando se detecta la falla, por ejemplo cuando el voltaje de salida alcanza un umbral;

usar el circuito de protección para controlar un esquema de conducción asimétrica entre los terminales de entrada del par de manera diferente en las fases opuestas de la alimentación de CA, por ejemplo, al realizar un cortocircuito solo en una de las fases opuestas de la alimentación de CA, de esta manera se genera una corriente asimétrica en las fases opuestas, de esta manera un componente de CC en la alimentación de CA del balasto cuando se conecta a los terminales de entrada hace que el balasto se sature; y

activar un fusible cuando se recibe la corriente de saturación del balasto.

Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de ahora y se explicarán con referencia a la(s) realización(es) descrita(s) de aquí en adelante.

Breve descripción de los dibujos

Los ejemplos de la invención se describirán ahora en detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 muestra una lámpara LED conocida conectada a un balasto;

La Figura 2 muestra las formas de onda en el circuito de la Figura 1 durante el funcionamiento normal; La Figura 3 muestra el efecto de una interrupción de medio ciclo de la entrada de red;

La Figura 4 muestra un primer ejemplo de un circuito para evitar la sobrecarga de voltaje;

La Figura 5 muestra un segundo ejemplo de un circuito para evitar la sobrecarga de voltaje;

La Figura 6 muestra un tercer ejemplo de un circuito para evitar la sobrecarga de voltaje;

La Figura 7 muestra un cuarto ejemplo de un circuito para evitar la sobrecarga de voltaje;

La Figura 8 muestra un primer ejemplo de un circuito de detección de voltaje utilizado dentro del circuito de la Figura 7;

La Figura 9 muestra un segundo ejemplo de un circuito de detección de voltaje utilizado dentro del circuito de la Figura 7;

La Figura 10 muestra un tercer ejemplo de un circuito de detección de voltaje utilizado dentro del circuito de la Figura 7;

La Figura 11 muestra las primeras formas de onda de voltaje y corriente para explicar el funcionamiento del circuito;

La Figura 12 muestra las segundas formas de onda de voltaje y corriente para explicar el funcionamiento del circuito; y

La Figura 13 muestra un procedimiento de protección contra sobrevoltaje.

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 las realizaciones ilustrativas del aparato, sistemas y procedimientos, tienen fines ilustrativos solamente y no pretenden limitar el alcance de la invención. Estas y otras características, aspectos y ventajas del aparato, sistemas y procedimientos de la presente invención se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción, las reivindicaciones adjuntas, y los dibujos adjuntos. Debe entenderse que las Figuras son simplemente esquemáticas y no están dibujadas a escala. También debe entenderse que se usan los mismos números de referencia en todas las Figuras para indicar las mismas partes o partes similares.

La invención proporciona una lámpara reequipada para usarse con un balasto de lámpara de descarga. La fuente de alimentación del balasto se hace deliberadamente asimétrica cuando se detecta una condición de falla para forzar al balasto a suministrar una salida de corriente saturada. Esto activa un fusible para que la lámpara se aísle de la fuente de alimentación/balasto y se implemente la protección antes de que pueda surgir una situación peligrosa en la lámpara. La invención es particularmente de interés para tolerar el fallo de circuito abierto de la carga de iluminación. La condición de falla es preferentemente una condición de sobrevoltaje. Sin embargo, puede surgir una falla en otras partes del circuito. Por ejemplo, en una lámpara de etapas múltiples con un circuito de conversión de modo conmutado, puede surgir una falla en un circuito de conversión.

La invención puede aplicarse a una topología de controlador en la que se proporciona un interruptor de derivación en paralelo con una carga de iluminación y se adapta para derivar los terminales de entrada de la lámpara para sintonizar la corriente a través del elemento de iluminación. Este control de corriente se usa para permitir la compatibilidad con diferentes balastos y para proporcionar control de atenuación.

El interruptor de derivación puede proporcionarse entre un puente rectificador y el LED, o bien puede integrarse con el puente rectificador para sustituir un diodo, cuya arquitectura se conoce como rectificador síncrono activo. La siguiente descripción usa la implementación anterior para ilustrar el principio de las realizaciones de la invención, mientras que los expertos en la técnica entienden que el concepto de la invención puede aplicarse en cambio a una arquitectura de rectificador síncrono activo.

La invención también puede encontrar aplicación en arquitecturas de controladores distintas de la topología del interruptor de derivación.

La Figura 1 muestra esquemáticamente una lámpara LED conocida 10 que incorpora un controlador de interruptor de derivación conectado a un balasto electromagnético 12. El balasto 12 recibe una entrada de red Vent (que es CA) y se representa esquemáticamente como un inductor L y un condensador C. El balasto 12 es típicamente un balasto electromagnético. Tiene un par de terminales de salida que se conectan a los terminales de entrada 14, 16 de la lámpara 10. Hay un voltaje de entrada de lámpara "Vent de lámp" a través de estos terminales y corriente de entrada "Ient de lámp" en un terminal (y fuera del otro terminal). Los terminales de entrada se conectan a un puente rectificador completo que se comprende de cuatro diodos D1, D2, D3, D4. La señal de alimentación rectificada proporciona corriente a una carga 18 en forma de arreglo de LED ("LED") y un condensador C1 de compensación en paralelo. Hay un diodo D5 entre el terminal de salida del rectificador y un extremo de la combinación en paralelo del arreglo de LED LED y el condensador C1. Este diodo evita la descarga del capacitor compensador C1 que no sea a través del arreglo de LED. En este ejemplo, hay una resistencia de detección de corriente R entre el otro terminal de salida del rectificador y el otro extremo de la combinación en paralelo del arreglo de LED LED y el condensador C1. En paralelo con la carga 18 hay un interruptor de derivación M1 controlado que usa modulación de ancho de pulso de una señal de puerta "puerta".

En cada semiciclo de la entrada a la lámpara LED 10, más específicamente en cada semiciclo de la corriente de entrada Ient de lámp, el interruptor de derivación M1 regula la corriente de salida al cortocircuitar la carga durante una fracción del ciclo. La misma función de derivación se realiza en semiciclos de polaridad opuesta para proporcionar un control equilibrado.

La Figura 2 muestra las formas de onda en el circuito de la Figura 1 durante el funcionamiento normal.

El gráfico superior muestra la entrada de red Vent.

La segunda gráfica muestra la señal de puerta. Cuando es alto, el MOSFET M1 está conduciendo y el voltaje de la lámpara Vent de lámp está en cortocircuito a cero como se muestra en la gráfica inferior (de hecho, todavía tiene el voltaje directo del puente rectificador más el voltaje conductor del MOSFET M1, pero son relativamente tan pequeños que se consideran cero).

El tercer gráfico muestra la corriente Ient de lámp actual. No está en fase con el voltaje de entrada de entrada como resultado de la inductancia L del balasto. También muestra un aumento inicial en la magnitud de la pendiente cuando se cierra el interruptor de derivación. Cuando la señal de puerta del MOSFET M1 es alta, la corriente se desvía hacia el balasto sin fluir hacia los LED; cuando la señal de puerta del MOSFET es baja, la corriente fluye hacia los LED. En el ejemplo, como se muestra, la duración sin derivación ocurre al comienzo de cada medio ciclo (en el cruce por cero de la corriente de entrada) y luego sigue la duración de la derivación. Puede entenderse que este orden puede invertirse: la duración de la derivación puede ocurrir en el cruce por cero y luego sigue la duración sin derivación.

El cuarto gráfico muestra una señal del detector de cruce por cero (ZCD) que detecta los puntos de cruce de la corriente de la lámpara Ient de lámp. Esto se usa para establecer la temporización de la señal de control de puerta y, en este ejemplo, define la temporización final de la señal de control de puerta. Esta señal se puede obtener a través de la resistencia de detección de corriente R o a través de la detección de voltaje en uno de los diodos rectificadores.

El gráfico inferior muestra el voltaje de la lámpara Vent de lámp. Cuando la puerta del MOSFET M1 es baja, lo que significa que no está conduciendo, el balasto permite que se suministre a la lámpara una magnitud de voltaje sustancialmente constante como resultado del voltaje directo constante de los LED, la función de filtrado del inductor y el capacitor sobre la escala de tiempo del período AC.

Un problema que se conoce con relación a la topología del interruptor de derivación es que si hay un evento de suministro anormal, por ejemplo, una perturbación en la red, puede surgir inestabilidad y saturación. Por ejemplo, si hay una interrupción de voltaje de medio ciclo, un balasto electromagnético se desequilibrará y se saturará. Esto puede provocar una corriente alta no controlada en la lámpara y se puede activar una función de disyuntor de la fuente de alimentación/balasto. Este problema es el resultado del uso de la topología del interruptor de derivación ya que el interruptor de derivación, cuando conduce, tiene una impedancia muy baja y causa la corriente alta. Esta corriente alta no es un problema sustancial para una lámpara convencional ya que siempre tiene una impedancia suficientemente alta.

Normalmente el balasto trabaja con un voltaje equilibrado en el tiempo por lo que la corriente de excitación y la corriente de desmagnetización serán siempre iguales. La interrupción del suministro rompe este equilibrio. Se han propuesto enfoques para tratar este posible desequilibrio actual.

El efecto de una interrupción de medio ciclo de la entrada de red Vent se muestra en la Figura 3. Falta un medio ciclo positivo (alternativamente, puede faltar un medio ciclo negativo). El efecto de esto es que la corriente de entrada "Ient de lámp" no se impulsa positivamente por el inductor de balasto sino que permanece constante. En general, la corriente durante una interrupción de la red permanecerá constante o puede disminuir lentamente debido a que no hay caída de voltaje. Por lo tanto, el balasto crea dos ciclos sucesivos de reducción de corriente que hacen que la corriente disminuya negativamente (pero aumente en magnitud) más allá de una corriente de saturación Isat del balasto.

Este desequilibrio y saturación del balasto provocará una alta corriente descontrolada en la lámpara y se activará el disyuntor de la fuente de alimentación (balasto). Tenga en cuenta que este problema se causa por una entrada de red anómala y, en el estado de la técnica, se considera que es el problema que hay que solucionar. En PCT/EP2018/069902 (presentado el 23 de julio de 2018), se propone una solución.

Las realizaciones de la presente invención se basan en el reconocimiento de que la lámpara puede generar deliberadamente un desequilibrio en caso de una falla, y la saturación se usa para activar una protección mecánica (basada en fusibles) en la lámpara. Esto se puede usar para implementar una protección contra fallas, tal como la protección contra sobrevoltaje. Sin embargo, cualquier falla identificable para la cual se desee protección puede usarse para activar la protección.

La invención crea este desequilibrio al controlar la conducción entre el par de terminales de entrada de forma diferente en las fases opuestas de la alimentación de CA. En una implementación de la invención, el desequilibrio se crea al cortocircuitar uno de los diodos del puente rectificador. La caída de voltaje en el balasto volverá a ser asimétrica y tendrá un componente de corriente CC muy alto. Se pueden usar otros enfoques para crear el desequilibrio requerido, por ejemplo, al crear diferentes impedancias en las diferentes rutas, sin que sea necesariamente un cortocircuito completo.

A manera de ejemplo, la discusión siguiente se basa en un sobrevoltaje en la salida como falla a detectar y activar la corriente de saturación, pero los expertos en la técnica también pueden entender que otras fallas, como sobrecorriente, sobretemperatura, etc. también se pueden abordar por las realizaciones de la invención.

La Figura 4 muestra un primer ejemplo de una lámpara reequipada para usarse con un balasto de un dispositivo de iluminación de descarga, tal como un tubo de iluminación fluorescente o una lámpara de descarga de alta intensidad, tales como lámparas de vapor de mercurio y lámparas de halogenuros metálicos.

Se muestra como una modificación de la Figura 1. Como en la Figura 1, hay un par de terminales de entrada 14, 16 adaptados para conectarse a dicho balasto para recibir alimentación de CA del balasto 12, y el balasto activa una carga de iluminación LED 18. Un interruptor de derivación M1 está en paralelo con la carga de iluminación y se adapta para derivar los terminales de entrada para sintonizar la corriente a través de la carga de iluminación.

La invención proporciona un fusible F1 en serie con uno de los terminales de entrada 14, 16. Permite aislar el balasto de la carga de iluminación mediante un circuito abierto, de esta manera evita (más) daños a la carga de iluminación u otros componentes, tales como el capacitor compensador C1. La clasificación del fusible está, por ejemplo, en el rango de 1 A a 10 A. La clasificación es más alta que una corriente de balasto nominal cuando opera normalmente, pero debe cubrir la corriente de balasto saturada cuando el componente de CC se genera deliberadamente.

La lámpara comprende además un circuito de detección de fallas, que en este ejemplo se implementa como un circuito de detección de voltaje para detectar un voltaje de salida proporcionado a la carga de iluminación 18. Además, hay un circuito de protección, adaptado para activarse por el circuito de detección de fallas y para controlar la conducción entre el par de terminales de entrada de manera diferente en las fases opuestas de la alimentación de CA. En este ejemplo, la conducción se controla diferente proporcionando un cortocircuito a través del par de terminales de entrada solo en una de las fases opuestas de la alimentación de CA. La conducción se puede realizar en toda la fase positiva/negativa, o solo en una porción de esa fase, siempre que el patrón de conducción sea diferente del patrón en la fase opuesta, de esta manera la componente de CC se puede generar en la salida del balasto.

El fusible es sensible a la corriente que fluye. En particular, el fusible se adapta para activarse (es decir, romperse o dispararse) ante una corriente de saturación del balasto provocada por el circuito de protección.

En el ejemplo de la Figura 4, el circuito de detección de voltaje y el circuito de protección están implementados por un DIAC 40, específicamente, por un solo componente. El DIAc es un diodo que conduce corriente solo después de que se ha alcanzado su voltaje de ruptura, VBO. Cuando se produce un sobrevoltaje en el condensador C1, el voltaje en el DIAC 40 es el voltaje en el condensador C1 más la suma de los voltajes directos del diodo D2 y D5. Así, el voltaje DIAC 40 puede detectar una falla de sobrevoltaje del condensador C1. Cuando se produce la ruptura del DIAC 40, el diodo 40 entra en una región de resistencia dinámica negativa, lo que conduce a una disminución de la caída de voltaje a través del diodo y a un fuerte aumento de la corriente a través del diodo.

El diodo permanece en un estado conductor hasta que la corriente que lo atraviesa cae por debajo de un valor característico del dispositivo, llamado corriente de mantenimiento, IH. Por debajo de este valor, el diodo vuelve a su estado no conductor de alta resistencia. Este comportamiento es bidireccional, pero en este circuito solo se usa la conducción en una dirección.

El rectificador comprende una primera rama D1, D4 para conducir la corriente durante una primera fase de la alimentación de CA y una segunda rama D2, D3 para conducir la corriente durante una segunda fase opuesta de la alimentación de CA. El circuito de protección se acopla a una sola rama del rectificador completo. En este ejemplo, el DIAC se conecta en paralelo con el diodo D4 y, por lo tanto, se acopla a la rama D1, D4. Si el DIAC 40 se hace conductor cuando normalmente el diodo D4 estaría polarizado inversamente y, por lo tanto, no sería conductor, se implementa una función de cortocircuito. Generalmente, el DIAC funciona como circuito de cortocircuito en paralelo con uno de los diodos del puente de diodos de cuatro diodos.

Cuando la ruta del flujo de corriente es desde la entrada 16, a través del diodo D2, a través de la carga de iluminación, a través del diodo D3 hasta la entrada 14 (es decir, la fase negativa), si el DIAC 40 conduce, esta ruta se cortocircuita. La ruta actual es entonces desde la entrada 16, a través del DIAC 40, a través del diodo D3 hasta la entrada 14.

Si hay un circuito abierto en la cadena de LED, durante esta fase negativa, el voltaje en la salida está presente en el diodo D4 y el DIAC 40 (ignorando la caída de voltaje de D2 y D5). Por lo tanto, si hay un evento de sobrevoltaje en la carga de iluminación 18, el DIAC 40 se encenderá solo durante la fase negativa. Casi no hay impedancia para el balasto, por lo que la corriente de balasto es grande. Durante la fase positiva, la corriente de salida del balasto aún fluye a través del diodo D1, al diodo D5, el capacitor C1 en paralelo con los LED y fluye hacia atrás a través de D4 en paralelo con DIAC 40. La impedancia es grande, por lo que la corriente durante la fase positiva es pequeña. Este cortocircuito causa asimetría como se explicó anteriormente con referencia a la Figura 3, con el resultado de que la corriente de salida del balasto se satura. Una corriente asimétrica en componentes inductivos tales como el balasto EM, inductores, transformadores, da como resultado una tendencia hacia la saturación. El circuito de protección se adapta de esta manera para generar un componente de CC en la alimentación de CA procedente del balasto para hacer saturar el balasto. La corriente saturada del balasto quema el fusible. El mecanismo de protección puede volverse efectivo en alrededor de 0,5~1,5 ciclos de la alimentación de entrada de CA, de modo que el capacitor de compensación electrolítico esté protegido. La función de protección implica un modo de circuito abierto para el funcionamiento del balasto, en lugar de un modo de cortocircuito para el funcionamiento del balasto. Si, en cambio, el balasto se coloca en modo de cortocircuito cuando la lámpara ha fallado, el balasto causará una gran pérdida de alimentación y también puede causar un sobrecalentamiento y un riesgo potencial de incendio. En resumen, abrir la salida del balasto es mejor que hacerlo corto, desde esta perspectiva.

La Figura 5 muestra una alternativa en la que se conecta un DIAC en paralelo con el diodo D3. Por lo tanto, corta la fase opuesta al ejemplo de la Figura 4. Cortocircuita el diodo D3 proporcionando de esta manera una ruta de cortocircuito desde la entrada 14, a través del DIAC 40, a través del diodo D4 hasta la entrada 16.

La Figura 6 muestra un ejemplo alternativo en el que el circuito de protección comprende un circuito de detección de voltaje separado 60 y un rectificador S1 controlado por silicio opcionalmente en serie con un diodo D6 (donde el D6 puede usarse para ajustar el voltaje de activación de la protección contra sobrevoltaje). El circuito de protección está en paralelo con el diodo D3. Tiene la polaridad opuesta a D3, de modo que conduce, cuando se activa, en la dirección de corriente de polarización inversa de D3.

La Figura 7 muestra un ejemplo alternativo en el que el circuito de protección, de un rectificador controlado por silicio (SCR) S1 en serie con un diodo D6, está en paralelo con el diodo D4.

El circuito de detección de voltaje, por ejemplo, activa el circuito de protección cuando el voltaje de salida es mayor que el voltaje operativo del LED por un margen predeterminado, en el que el margen es al menos 30 %.

Esto se logra mediante la selección adecuada del diseño DIAC, o mediante la inyección adecuada de corriente en el SCR bajo el control del circuito de detección de voltaje 60.

Las Figuras 8 a 10 muestran tres diseños posibles para el circuito de detección de voltaje 60 aplicado a la topología de la Figura 7.

La Figura 8 muestra un divisor de resistencia R1, R2 conectado en paralelo con el condensador C1, que deriva un voltaje que se compara con una referencia mediante un comparador U1.

La Figura 9 muestra la conexión en serie de un diodo Zener Z1 y una resistencia R3 en paralelo con el condensador C1, con el diodo Zener Z1 en el lado de alta tensión y la resistencia R3 conectada al cátodo de la cadena de LED. Esto genera directamente la corriente para el terminal de puerta del SCR.

La Figura 10 muestra un divisor de resistencia R1, R2 conectado en paralelo con el condensador C1, junto con otro circuito de componentes discretos que básicamente implementa la función del comparador U1 de la Figura 8. El circuito de componentes discretos comprende un condensador de almacenamiento c 2, un DIAC DIA y un divisor de resistencia de salida R4, R5.

Se puede ver que son posibles muchos circuitos de detección de tensión diferentes.

La Figura 11 muestra el voltaje de entrada Vent a través de los terminales de entrada como el gráfico superior y la corriente I^b suministrada por el balasto como la gráfica inferior, antes de la necesidad de la protección. La corriente de salida del balasto antes de la protección es simétrica, de modo que la corriente de pico negativa es la misma que la corriente de pico positiva. El pico de corriente es de aproximadamente /-1 A.

La Figura 12 muestra el voltaje de entrada a través de los terminales de entrada como el gráfico superior y la corriente suministrada por el balasto como el gráfico inferior, cuando la corriente del balasto se ha vuelto asimétrica alta. La Figura 12 muestra los momentos en que la función de protección está a punto de implementarse y muestra algún tiempo después de la implementación de la protección. La corriente de salida del balasto es asimétrica, por lo que la corriente pico negativa es casi cero, pero la corriente pico positiva es tan alta como casi 9 A. Este balasto electromagnético entra en saturación y el fusible se diseña para activarse/quemarse con una corriente de 9 A.

La corriente nominal requerida y el voltaje del fusible dependen del circuito principal, no del circuito de protección (por ejemplo, DIAC). La corriente del fusible está típicamente en el rango de 1 A-10 A. El pico de voltaje en estado desactivado de un DIAC (u otro circuito de protección) es, por ejemplo, un 30 % más alto que el voltaje de la cadena de LED, y no por debajo del sobrevoltaje del capacitor compensador electrolítico C1. Por supuesto, la corriente en estado activo del DIAC (u otro circuito de protección) necesita estar por debajo de la corriente nominal del fusible. La invención se puede aplicar a un balasto electromagnético reactivo, o a un balasto de autotransformador de potencia constante (CWA).

Anteriormente se han dado dos ejemplos de posibles circuitos de cortocircuito para crear la asimetría deseada. Se pueden usar otros circuitos de conmutación, tales como un transistor o un circuito basado en transistores. Por lo tanto, se puede usar cualquier interruptor adecuado que funcione para derivar uno de los diodos rectificadores. La Figura 13 muestra un procedimiento de protección contra sobrevoltaje para proteger una lámpara reequipada cuando se conecta a un balasto de un dispositivo de iluminación de descarga, el procedimiento comprende:

en el paso 30, recibir alimentación de CA desde el balasto a los terminales de entrada de la lámpara reequipada; en el paso 32, en el caso de una topología de controlador de interruptor en derivación, derivar los terminales de entrada para sintonizar la corriente a través de una carga de iluminación;

en el paso 34 detectar una falla, por ejemplo al detectar un voltaje de salida proporcionado a la carga de iluminación;

en el paso 36, activar un circuito de protección cuando se detecta la falla, por ejemplo cuando el voltaje de salida detectado alcanza un umbral;

en el paso 38, usar el circuito de protección para crear asimetría, por ejemplo, al cortocircuitar los terminales de entrada solo en una de las fases opuestas de la alimentación de CA, de esta manera se genera un componente de CC en la alimentación de CA del balasto para hacer saturar el balasto ; y

en el paso 40, activar un fusible cuando se recibe la corriente de saturación del balasto.

La invención es de interés para topologías de controladores de interruptores en derivación, pero puede aplicarse a otras arquitecturas de controladores tales como controladores de etapas múltiples.

Los ejemplos anteriores se basan en puentes rectificadores con componentes pasivos, es decir, diodos. El rectificador completo puede comprender un puente síncrono (activo) en el que los interruptores activos, es decir, los transistores en el puente, logran la función de derivación mencionada anteriormente para sintonizar la corriente del LED. Los mismos interruptores activos también se pueden se adaptan para formar diferentes impedancias en fases opuestas de la alimentación de CA para generar un componente de CC en la salida del balasto.

Las realizaciones anteriores describen la invención en un ejemplo de protección contra sobrevoltaje, pero los expertos en la los expertos en la técnica comprenderán que puede usarse para proteger otros tipos de fallas. Se podría conocer la implementación detallada de la detección de esas fallas, y se puede reusar la forma mencionada anteriormente de controlar la conducción de los terminales de entrada de manera diferente en fases opuestas para hacer que el balasto se sature para generar corriente saturada.

Otras variaciones a las realizaciones divulgadas pueden entenderse y efectuarse por aquellos expertos en la técnica en la práctica de la invención reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgación, y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la palabra "que comprende" no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluyen una pluralidad. El mero hecho de que ciertas medidas se exponen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda usarse para beneficio. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debe interpretarse como limitante del ámbito.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1. Una lámpara reequipada para su uso con un balasto (12) de un dispositivo de iluminación de descarga, que comprende:

   un par de terminales de entrada (14, 16) adaptados para conectarse a dicho balasto para recibir alimentación de CA del balasto;

   una etapa de salida adaptada para conectarse a una carga de iluminación y alimentar la carga de iluminación desde la alimentación de CA;

   un circuito de detección de fallas (40; 60) para detectar una falla,

   en la que la lámpara reequipada comprende además:

   un fusible (F1) en serie con uno de los terminales de entrada (14,16); y

   caracterizado porque la lámpara reequipada comprende un circuito de protección (40; S1, D6), adaptado para activarse por el circuito de detección de fallas y para controlar un esquema de conducción asimétrica entre el par de terminales de entrada en las fases opuestas de la alimentación de CA, para generar una corriente asimétrica en fases opuestas generando de esta manera un componente de CC en la alimentación de CA del balasto cuando se conecta a los terminales de entrada, de esta manera hace que el balasto emita una corriente de balasto excesiva a través del fusible para activarlo y cortarlo.

   2. Una lámpara reequipada como se reivindicó en la reivindicación 1, que comprende además

   la carga de iluminación (18), para ser activada por dicho balasto;

   en la que el circuito de detección de fallas se adapta para detectar un sobrevoltaje en la etapa de salida como la falla, y el circuito de protección se adapta para generar el componente de CC en la alimentación de CA del balasto para hacer que el balasto se sature para generar una corriente de balasto saturada como la corriente de balasto excesiva para activar y cortar el fusible.

   3. Una lámpara reequipada como se reivindicó en la reivindicación 2, en la que la carga de iluminación (18) comprende una carga de LED.

   4. Una lámpara reequipada como se reivindicó en la reivindicación 2 o 3, en la que

   el circuito de protección se adapta para cortocircuitar el par de terminales de entrada en solo una de las fases opuestas de la alimentación de CA, mientras desacopla el par de terminales de entrada del cortocircuito en la otra de las fases opuestas; y

   la lámpara reequipada comprende además un interruptor de derivación (M1) en paralelo con dicha carga de iluminación (18) y adaptado para derivar dichos terminales de entrada para sintonizar la corriente a través de la carga de iluminación.

   5. Una lámpara reequipada como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende un rectificador completo (D1-D4) conectado al par de terminales de entrada, que comprende una primera rama (D1, D4) para conducir corriente durante una fase positiva de la alimentación de CA y una segunda rama (D2, D3) para conducir corriente durante una fase negativa, opuesta, de la alimentación de CA, y en la que el circuito de protección (40; S1, D6) se acopla a solo una rama del rectificador completo y la otra la rama se desacopla del circuito de protección.

   6. Una lámpara reequipada como se reivindicó en la reivindicación 5, en la que el rectificador completo comprende un puente de diodos de cuatro diodos (D1-D4), en la que el circuito de protección comprende un circuito de cortocircuito (40; S1, R6) en paralelo con uno de los diodos de una rama del puente de diodos de cuatro diodos.

   7. Una lámpara reequipada como se reivindicó en una cualquiera de la reivindicación 5, en la que el rectificador completo comprende un puente síncrono activo que incluye diodos e interruptores activos, en la que el circuito de protección comprende un circuito de cortocircuito (40; S1, R6) en paralelo con uno de los diodos de la una rama, o el circuito de protección comprende el interruptor activo de la una rama.

   8. Una lámpara reequipada como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el circuito de protección comprende un DIAC (40) y en la que el DIAC se adapta para implementar también el circuito de detección de fallas.

   9. Una lámpara reequipada como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el circuito de protección comprende un rectificador controlado por silicio (S1) en serie con un diodo (D6) y el circuito de detección de fallas (60) se acopla a la etapa de salida y separado del circuito de protección.

   10. Una lámpara reequipada como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además un capacitor compensador (C1) como etapa de salida en paralelo con la carga de iluminación, y dicho fusible se adapta para desconectarse, de esta manera protege el capacitor compensador.

   11. Una lámpara reequipada como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que el valor nominal del fusible (F1) está en el rango de 1 A a 10 A.

   12. Una lámpara reequipada como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en la que el circuito de detección de fallas se adapta para activar el circuito de protección cuando un voltaje de salida es mayor que el voltaje operativo de la carga de iluminación por un margen predeterminado, en la que el margen es de al menos 30 %.

   13. Una lámpara reequipada como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, para su uso con un balasto electromagnético (12) para lámparas de descarga de alta intensidad.

   14. Un sistema de iluminación que comprende:

   un balasto electromagnético (12) de un dispositivo de iluminación de descarga; y

   una lámpara reequipada como se reivindicó en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 conectada al balasto.

   15. Un procedimiento de protección para proteger una lámpara reequipada cuando se conecta a un balasto de un dispositivo de iluminación de descarga, comprendiendo el procedimiento:

   (30) recibir alimentación de CA desde el balasto a los terminales de entrada de la lámpara reequipada;

   (34) detectar una falla;

   (36) activar un circuito de protección (40; S1, R6) cuando se detecta la falla;

   (38) usar el circuito de protección para controlar un esquema de conducción asimétrica entre los terminales de entrada del par en las fases opuestas de la alimentación de CA, para de esta manera generar una corriente asimétrica en fases opuestas, generando de esta manera un componente de CC en la alimentación de CA del balasto cuando se conecta a los terminales de entrada, para hacer saturar el balasto; y

   (40) activar y cortar un fusible (F1) cuando se recibe la corriente de saturación del balasto.