ES2953373T3 - Método y aparato para limitar un exceso y un defecto de corriente en un controlador de luz - Google Patents
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Abstract
Un controlador de luz que tiene un controlador del lado primario configurado para convertir una entrada de una fuente de alimentación principal en una salida del lado primario, y un controlador del lado secundario acoplado al controlador del lado primario y configurado para rectificar y filtrar la salida del lado primario para proporcionar una salida del controlador. corriente para conducir una carga ligera. Un microcontrolador controla el controlador de luz en el arranque de modo que el controlador del lado secundario esté encendido y el controlador del lado primario esté en un estado sin energía durante un período de arranque suave, y después del período de arranque suave el lado secundario El controlador está configurado para estar en un estado de salida baja cuando se enciende y luego se configura en un estado tal que la corriente de salida del controlador del lado secundario aumenta la salida de luz de la carga de luz desde un nivel de atenuación inicial a un nivel de atenuación nominal sin parpadeo. . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método y aparato para limitar un exceso y un defecto de corriente en un controlador de luz
Campo técnico
La presente invención está dirigida en general a controladores para dispositivos de iluminación. Más particularmente, varios métodos y aparatos inventivos descritos en el presente documento se refieren limitar un exceso y un defecto de corriente en un controlador de luz durante el encendido, apagado o durante condiciones de apagón.
Antecedentes
Las tecnologías de iluminación digital, es decir, iluminación basada en fuentes de luz semiconductoras, tales como diodos emisores de luz (LED), ofrecen una alternativa viable a las lámparas fluorescentes, HID, e incandescentes tradicionales. Las ventajas y beneficios funcionales de los LED incluyen alta conversión de energía y eficiencia óptica, durabilidad, menores costes de funcionamiento y muchos otros. Los avances recientes en la tecnología LED han proporcionado fuentes de iluminación de espectro completo eficientes y robustas que permiten una variedad de efectos de iluminación en muchas aplicaciones. En diversas condiciones, tal como arranque, caída de la red eléctrica o apagado, la corriente de salida en un controlador de LED puede sobrepasarse, lo que provoca parpadeos o destellos en los LED y un posible fallo del LED debido a una corriente excesiva. Esto puede deberse a la falta de control sobre la temporización de las fuentes de alimentación (para los circuitos integrados (CI) de la etapa de potencia) y los CI de referencia, y también puede deberse a las condiciones iniciales de los CI reguladores, etc., del controlador LED. En los controladores LED tradicionales, el valor de referencia actual es un valor fijo o simplemente se controla mediante una interfaz de atenuación. Al arrancar, la corriente de salida del controlador es cero. Debido al gran error entre la corriente de salida del controlador y la señal de referencia de corriente, se proporciona una gran señal de retroalimentación. Cuando el conductor reacciona repentinamente a una señal de retroalimentación tan grande, la corriente de salida del conductor aumenta a un ritmo rápido. Esto puede provocar un exceso de corriente de salida del controlador, lo que hace que la salida de luz LED parpadee y fluctúe. Además, dependiendo de la condición inicial de las entradas de los circuitos integrados reguladores, el controlador puede comenzar con una corriente de salida alta. El documento EP2257129 muestra un ejemplo de circuito de conducción que puede ilustrar la técnica anterior descrita anteriormente.
Por lo tanto, existe una necesidad en la técnica de controlar las fuentes de alimentación de los diversos CI de etapa de potencia y de controlar los valores de referencia y/o las condiciones iniciales de los circuitos de control de retroalimentación del controlador de LED.
Sumario
La presente divulgación está dirigida a métodos y aparatos inventivos para limitar un exceso y un defecto de corriente en un controlador de luz. La invención se detalla más en el juego de reivindicaciones adjunto.
Generalmente, en un aspecto, el controlador de luz incluye un controlador del lado primario configurado para convertir una entrada de una fuente de alimentación de red en una salida del lado primario; un controlador del lado secundario acoplado al controlador del lado primario y configurado para rectificar y filtrar la salida del lado primario para proporcionar una corriente de salida del controlador para impulsar una carga de luz, que incluye al menos un circuito de control de corriente; y un microcontrolador configurado para controlar el controlador de luz de modo que el circuito de control de corriente (134) y varios IC del controlador del lado secundario estén encendidos y el controlador del lado primario esté en un estado sin energía durante un período de arranque suave, y después del período de arranque suave, el controlador del lado secundario se configura para que esté en un estado de salida baja cuando se enciende y luego se configura en un estado tal que la corriente de salida del controlador del lado secundario aumenta la salida de luz de la carga de luz de un nivel de atenuación inicial a un nivel de atenuación nominal sin parpadeo, en donde el controlador del lado secundario está configurado para proporcionar una señal de retroalimentación al controlador del lado primario en respuesta a una señal de arranque suave y una señal de referencia de corriente, en donde el microcontrolador está configurado para proporcionar la señal de arranque suave y la señal de referencia de corriente en respuesta a una señal de atenuación de entrada indicativa de un nivel de atenuación deseado de la carga de luz, y en donde el controlador del lado primario está configurado para estar apagado cuando se enciende la señal de arranque suave, y después de que la señal de arranque suave se apaga, para ajustarse en respuesta a la señal de retroalimentación al estado de salida baja y posteriormente a un estado inicial basado en la señal de referencia de corriente.
En otro aspecto, el controlador de luz incluye un controlador del lado primario configurado para convertir una entrada de una fuente de alimentación principal en una salida del lado primario; un controlador del lado secundario acoplado al controlador del lado primario y configurado para rectificar y filtrar la salida del lado primario para proporcionar una corriente de salida del controlador para impulsar una carga de luz, proporcionando el controlador del lado secundario una señal de retroalimentación al controlador del lado primario en respuesta a una señal de arranque suave y una
señal de referencia de corriente; y un microcontrolador configurado para proporcionar la señal de arranque suave y la señal de referencia de corriente en respuesta a una señal de atenuación de entrada indicativa de un nivel de atenuación deseado de la carga de luz, estando el controlador del lado primario configurado para estar apagado cuando se enciende la señal de arranque suave, y después de que la señal de arranque suave se apague para ajustarse en respuesta a la señal de retroalimentación a un estado de salida bajo y posteriormente a un estado inicial basado en la señal de referencia de corriente.
En otro aspecto más, el controlador de luz incluye un controlador del lado primario configurado para convertir una entrada de una fuente de alimentación principal en una salida del lado primario; un controlador del lado secundario acoplado al controlador del lado primario y configurado para rectificar y filtrar la corriente de salida del lado primario para proporcionar una corriente de salida del controlador para impulsar una carga de luz, proporcionando el controlador del lado secundario una señal de retroalimentación al controlador del lado primario en respuesta a una señal de arranque suave y una señal de referencia de corriente; una fuente de alimentación del controlador del lado primario configurada para proporcionar una primera tensión de funcionamiento al controlador del lado primario; y una fuente de alimentación del controlador del lado secundario configurada para proporcionar una segunda tensión de funcionamiento al controlador del lado secundario, incluyendo la fuente de alimentación del controlador del lado secundario un microcontrolador configurado para proporcionar la señal de arranque suave y la señal de referencia de corriente al controlador del lado secundario, estando el controlador del lado primario configurado para cortarse de la segunda tensión de operación cuando se enciende la señal de arranque suave, y después de que se apague la señal de arranque suave para configurarse en respuesta a la señal de retroalimentación a un estado de salida bajo y luego a un estado inicial basado en la señal de referencia de corriente.
En otro aspecto más, se proporciona un método que elimina el parpadeo de una fuente de luz que incluye convertir una entrada de una fuente de alimentación principal en una salida del lado primario en una etapa controladora del lado primario; rectificar y filtrar la salida del lado primario para proporcionar una corriente de salida del controlador para controlar la fuente de luz; y proporcionar control para que la etapa del controlador del lado secundario esté encendida y la etapa del controlador del lado primario esté en un estado sin energía durante un período de arranque suave, y después del período de arranque suave la etapa del controlador del lado secundario se establezca en estar en un estado de salida baja cuando se enciende y luego establecerse en un estado tal que la corriente de salida del controlador de la etapa del controlador del lado secundario aumente la salida de luz de la fuente de luz desde un nivel de atenuación inicial a un nivel de atenuación nominal sin parpadeo.
En otro aspecto, el controlador de luz incluye un controlador del lado primario configurado para convertir una entrada de una fuente de alimentación principal en una salida del lado primario; un controlador del lado secundario acoplado al controlador del lado primario y configurado para rectificar y filtrar la corriente de salida del lado primario para proporcionar una corriente de salida del controlador para impulsar una carga de luz, proporcionando el controlador del lado secundario una señal de retroalimentación al controlador del lado primario en respuesta a una señal de arranque suave; una fuente de alimentación del controlador del lado primario configurada para proporcionar una primera tensión de funcionamiento al controlador del lado primario; y una fuente de alimentación del controlador del lado secundario configurada para proporcionar una segunda tensión de funcionamiento al controlador del lado secundario, incluyendo la fuente de alimentación del controlador del lado secundario un microcontrolador configurado para proporcionar la señal de arranque suave al controlador del lado secundario, en el que durante el apagado de la luz controlador, el controlador del lado primario está configurado para desconectarse de la segunda tensión de operación y la señal de retroalimentación se establece en un estado de salida bajo en respuesta a la señal de arranque suave.
T al como se utiliza en el presente documento para los fines de la presente divulgación, se debe entender que el término "LED" incluye cualquier diodo electroluminiscente u otro tipo de sistema basado en unión/inyección de portador que sea capaz de generar radiación en respuesta a una señal eléctrica. Por lo tanto, el término LED incluye, entre otros, diversas estructuras basadas en semiconductores que emiten luz en respuesta a la corriente, polímeros emisores de luz, diodos orgánicos emisores de luz (OLED), tiras electroluminiscentes y similares. En particular, el término LED se refiere a diodos emisores de luz de todo tipo (incluyendo diodos emisores de luz orgánicos y semiconductores) que pueden configurarse para generar radiación en uno o más del espectro infrarrojo, el espectro ultravioleta y diversas porciones del espectro visible (que generalmente incluye longitudes de onda de radiación de aproximadamente 400 nanómetros a aproximadamente 700 nanómetros). Algunos ejemplos de LED incluyen, entre otros, varios tipos de LED infrarrojos, LED ultravioleta, LED rojos, LED azules, LED verdes, LED amarillos, LED ámbar, LED naranja y LED blancos (que se analizan más adelante). También se debe apreciar que los LED pueden configurarse y/o controlarse para generar radiación que tiene varios anchos de banda (por ejemplo, anchos completos a la mitad del máximo, o FWHM) para un espectro dado (por ejemplo, ancho de banda estrecho, ancho de banda amplio), y una variedad de longitudes de onda dominantes dentro de una categorización de color general determinada.
Por ejemplo, una implementación de un LED configurado para generar luz esencialmente blanca (por ejemplo, un LED blanco) puede incluir una serie de matrices que emiten respectivamente diferentes espectros de electroluminiscencia que, en combinación, se mezclan para formar luz esencialmente blanca. En otra implementación, un LED de luz blanca puede estar asociado con un material de fósforo que convierte la electroluminiscencia que tiene un primer espectro en un segundo espectro diferente. En un ejemplo de esta implementación, la electroluminiscencia que tiene una longitud de onda relativamente corta y un espectro de ancho de banda estrecho "bombea" el material de fósforo, que a su vez
irradia radiación de longitud de onda más larga que tiene un espectro algo más amplio.
También debe entenderse que el término LED no limita el tipo de paquete físico y/o eléctrico de un LED. Por ejemplo, como se analizó anteriormente, un LED puede referirse a un único dispositivo emisor de luz que tiene múltiples matrices que están configuradas para emitir respectivamente diferentes espectros de radiación (por ejemplo, que pueden o no ser controlables individualmente). Además, un LED puede estar asociado con un fósforo que se considera parte integral del LED (por ejemplo, algunos tipos de LED blancos). En general, el término LED puede referirse a LED empaquetados, LED no empaquetados, LED de montaje en superficie, LED de chip integrado, LED de montaje en paquete en T, LED de paquete radial, LED de paquete de energía, LED que incluyen algún tipo de carcasa y/o elemento óptico (por ejemplo, una lente difusora), etc.
El término "fuente de luz" debe entenderse que se refiere a una o más de una variedad de fuentes de radiación, incluyendo, pero no limitado a, fuentes basadas en LED (incluidos uno o más LED como se definió anteriormente), fuentes incandescentes. (por ejemplo, lámparas de incandescencia, lámparas halógenas), fuentes fluorescentes, fuentes fosforescentes, fuentes de descarga de alta intensidad (por ejemplo, lámparas de vapor de sodio, vapor de mercurio y halogenuros metálicos), láseres, otros tipos de fuentes electroluminiscentes, fuentes piroluminiscentes (por ejemplo, llamas), fuentes luminiscentes de velas (por ejemplo, mantos de gas, fuentes de radiación de arco de carbono), fuentes fotoluminiscentes (por ejemplo, fuentes de descarga gaseosa), fuentes luminiscentes catódicas que utilizan saciedad electrónica, fuentes galvanoluminiscentes, fuentes cristaloluminiscentes, fuentes cineluminiscentes, fuentes termoluminiscentes, fuentes triboluminiscentes, fuentes sonoluminiscentes, fuentes radioluminiscentes y polímeros luminiscentes.
El término "accesorio de iluminación" se utiliza en el presente documento para referirse a una implementación o disposición de una o más unidades de iluminación en un factor de forma, conjunto o paquete particular. El término "unidad de iluminación" se utiliza en el presente documento para referirse a un aparato que incluye una o más fuentes de luz del mismo o diferente tipo. Una unidad de iluminación determinada puede tener cualquiera de una variedad de disposiciones de montaje para la(s) fuente(s) de luz, disposiciones y formas de recinto/carcasa, y/o configuraciones de conexión eléctrica y mecánica. Además, una unidad de iluminación dada puede estar asociada opcionalmente con (por ejemplo, incluir, acoplarse y/o empaquetarse junto con) varios otros componentes (por ejemplo, circuitos de control) relacionados con el funcionamiento de la(s) fuente(s) de luz. Una "unidad de iluminación basada en LED" se refiere a una unidad de iluminación que incluye una o más fuentes de luz basadas en LED como se analizó anteriormente, solas o en combinación con otras fuentes de luz no basadas en LED. Una unidad de iluminación "multicanal" se refiere a una unidad de iluminación basada o no en LED que incluye al menos dos fuentes de luz configuradas para generar respectivamente diferentes espectros de radiación, en donde cada espectro de fuente diferente puede denominarse un "canal" de la unidad de iluminación multicanal.
El término "controlador" se utiliza aquí en general para describir diversos aparatos relacionados con el funcionamiento de una o más fuentes de luz. Un controlador se puede implementar de numerosas maneras (por ejemplo, con hardware dedicado) para realizar diversas funciones analizadas en este documento. Un "procesador" es un ejemplo de un controlador que emplea uno o más microprocesadores que pueden programarse usando software (por ejemplo, microcódigo) para realizar diversas funciones analizadas en el presente documento. Un controlador puede implementarse empleando o sin un procesador, y también puede implementarse como una combinación de hardware dedicado para realizar algunas funciones y un procesador (por ejemplo, uno o más microprocesadores programados y circuitos asociados) para realizar otras funciones. Los ejemplos de componentes de controlador que pueden emplearse en diversas realizaciones de la presente divulgación incluyen, entre otros, microprocesadores convencionales, circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) y conjuntos de puertas programables en campo (FPGA).
En diversas implementaciones, un procesador o controlador puede estar asociado con uno o más medios de almacenamiento (denominados genéricamente en el presente documento "memoria", por ejemplo, memoria de computadora volátil y no volátil tal como RAM, PROM, EPROM y EEPROM, disquetes, discos compactos, discos ópticos, cintas magnéticas, etc.). En algunas implementaciones, los medios de almacenamiento pueden codificarse con uno o más programas que, cuando se ejecutan en uno o más procesadores y/o controladores, realizan al menos algunas de las funciones analizadas en el presente documento. Se pueden fijar varios medios de almacenamiento dentro de un procesador o controlador o pueden ser transportables, de modo que uno o más programas almacenados en ellos se puedan cargar en un procesador o controlador para implementar diversos aspectos de la presente invención discutidos en el presente documento. Los términos "programa" o "programa informático" se utilizan en el presente documento en un sentido genérico para referirse a cualquier tipo de código informático (por ejemplo, software o microcódigo) que pueda emplearse para programar uno o más procesadores o controladores.
Debe apreciarse que todas las combinaciones de los conceptos anteriores y conceptos adicionales discutidos con mayor detalle a continuación (siempre que dichos conceptos no sean mutuamente inconsistentes) se contemplan como parte de la materia inventiva descrita en el presente documento. En particular, todas las combinaciones de la materia reivindicada que aparece al final de esta divulgación se contemplan como parte del objeto inventivo divulgado en el presente documento. También se debe apreciar que a la terminología empleada explícitamente en el presente documento que también puede aparecer en cualquier divulgación incorporada como referencia se le debe otorgar un
significado más consistente con los conceptos particulares divulgados en el presente documento.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos, caracteres de referencia similares generalmente se refieren a las mismas partes en las diferentes vistas. Además, los dibujos no están necesariamente a escala, sino que generalmente se hace hincapié en ilustrar los principios de la invención.
La figura 1 ilustra un diagrama de bloques del controlador de LED de acuerdo con una realización representativa. La figura 2 ilustra un diagrama de bloques del controlador de LED de acuerdo con una realización representativa más detallada.
La figura 3 ilustra la entrada desde la red eléctrica al controlador LED de la figura 2.
La figura 4 ilustra la salida del filtro EMI y el circuito rectificador del controlador LED que se muestra en la figura 3. La figura 5 ilustra la salida del circuito p Fc de refuerzo del controlador de LED mostrado en la figura 2.
La figura 6 ilustra la salida del convertidor de medio puente PWM del controlador de LED mostrado en la figura 2. La figura 7 ilustra la salida del controlador de LED desde el rectificador de salida y el circuito de filtro del controlador de LED que se muestra en la figura 2.
La figura 8 ilustra un diagrama de bloques del circuito de control de corriente de salida mostrado en la figura 2. La figura 9 ilustra señales durante una secuencia de inicio controlada de acuerdo con una realización representativa. La figura 10 ilustra un diagrama de flujo que explica el funcionamiento de la secuencia de arranque controlada de acuerdo con la figura 9.
La figura 11 ilustra una secuencia de señal durante condiciones de "apagón" de acuerdo con una realización representativa.
La figura 12 ilustra una secuencia de señal controlada para apagar el controlador de LED de acuerdo con una realización representativa.
Descripción detallada
Con referencia a la figura 1, en una realización, se representa un diagrama de bloques del controlador LED 100. La tensión de entrada de la red (red) 101 está conectada al lado primario 120 del controlador LED 100. El lado primario 120 del controlador LED 100 está acoplado al lado primario del transformador de aislamiento 102. El lado secundario del transformador de aislamiento 102 está acoplado al lado secundario 130 del controlador LED 100. Una fuente de alimentación del controlador del lado primario 140 está conectada al lado primario 120 y proporciona una tensión regulada primaria_PS (fuente de alimentación) a los circuitos integrados (CI) y otros circuitos periféricos del lado primario 120 a través del interruptor 104. La fuente de alimentación del controlador del lado primario 140 está conectada a la tensión del bus Vbus dentro del lado primario 120, como se describirá posteriormente. La fuente de alimentación del controlador del lado primario 140 también está conectada a un lado primario del transformador de aislamiento 103. La fuente de alimentación del controlador del lado secundario 150 está conectada al lado secundario del transformador de aislamiento 103. La fuente de alimentación del conductor del lado secundario 150 proporciona una tensión regulada secundaria_PS (fuente de alimentación). La fuente de alimentación del controlador del lado secundario 150 también proporciona energía a un microprocesador (mostrado en la figura 2) y sus circuitos periféricos. El microprocesador proporciona una señal de referencia de corriente y una señal de arranque suave a los circuitos integrados y otros circuitos periféricos del lado secundario 130. Una señal de control del interruptor se acopla ópticamente desde el microprocesador al lado primario del controlador LED 100 a través del optoaislador 107 para desactivar selectivamente el interruptor 104, para deshabilitar así la tensión de funcionamiento proporcionada al lado primario 120 desde la fuente de alimentación 140 del controlador del lado primario. Se proporciona una señal de retroalimentación desde el lado secundario 130 al lado primario 120 a través del optoaislador 108. Además, la salida del lado secundario 130 se proporciona para controlar la carga luminosa 106, que puede incluir uno o más LED o que puede ser un módulo de LED que incluye una pluralidad de LED conectados entre sí en serie, por ejemplo.
Con referencia a la figura 2, se representa una realización más detallada del controlador LED 100. La red eléctrica 101 proporciona una entrada sinusoidal de CA tal como se representa en la figura 3 al filtro de interferencia electromagnética (EMI) de entrada y al circuito rectificador 122 dentro del lado primario 120 del controlador LED 100. La entrada se muestra en la figura 3 que tiene una tensión Ventrada y una corriente lentrada correspondiente. El circuito rectificador y filtro EMI 122 puede consistir en una red de condensadores e inductores, o circuitos similares, que limitan los componentes de alta frecuencia inyectados en la entrada para proporcionar una entrada limitada. La etapa rectificadora del filtro EMI y circuito rectificador 122 convierte la entrada limitada en una forma de onda sinusoidal rectificada como se representa en la figura 4. La salida del filtro EMI y del circuito rectificador 122 se proporciona para reforzar el circuito 124 de corrección del factor de potencia (PFC). El circuito PFC de refuerzo 124 convierte la forma de onda sinusoidal rectificada proporcionada por el filtro EMI y el circuito rectificador 122 en una tensión de CC fija y regulado como se muestra en la figura 5. El circuito PFC de refuerzo 124 garantiza que la corriente Ir extraída de la etapa rectificadora del filtro EMI y el circuito rectificador 122 esté en fase con la tensión Vr, para garantizar en consecuencia que el controlador LED 100 funcione cerca del factor de potencia unitario. El circuito de control de refuerzo 125 controla interruptores semiconductores dentro del circuito PFC de refuerzo 124 para proporcionar estas funciones mencionadas anteriormente. El circuito de control de refuerzo 125 puede consistir en uno o más CI y sus componentes pasivos periféricos, que detectan la tensión del bus de salida, la tensión en la salida del rectificador y la
corriente que fluye en el circuito PFC de refuerzo 124, y que controla los interruptores semiconductores dentro del circuito PFC de refuerzo 124, de manera que la tensión del bus se regule a un cierto nivel deseado predefinido y la corriente Ir esté en fase con la tensión Vr.
El convertidor de medio puente de modulación de ancho de pulso (PWM) 126 convierte la tensión de CC regulada proporcionado como salida del circuito PFC de refuerzo 124 en una señal pulsante de alta frecuencia tal como se representa en la figura 6. La señal pulsante de alta frecuencia se representa con una tensión Vpri y una corriente correspondiente Ipri. El ancho de los pulsos se establece mediante una señal de control del lado primario emitida desde el circuito de control de medio puente PWM (controlador de medio puente) 127 en respuesta a una señal de retroalimentación proporcionada desde el circuito de control de corriente de salida 134 dentro del lado secundario 130 a través del optoaislador 108. La salida de señal de control del lado primario del circuito de control de medio puente PWM 127 controla el tiempo de encendido/apagado de los interruptores en el convertidor de medio puente PWM 126. El convertidor de medio puente PWM 126 puede consistir en dos interruptores. La duración durante la cual los interruptores están encendidos (o apagados) determina el ancho de pulso de la señal pulsante de alta frecuencia que se muestra en la figura 6. El encendido (o apagado) de los interruptores está controlado por el circuito de control de medio puente PWM 127, que también puede implementarse usando circuitos integrados, en función de la retroalimentación del lado secundario a través del optoaislador 108. El optoaislador 108 proporciona aislamiento eléctrico entre los lados primario y secundario, y evita sustancialmente que los tensiones altos o la tensión que cambia rápidamente en el lado secundario 130 dañen los componentes o distorsionen las transmisiones. La señal pulsante de alta frecuencia procedente del convertidor de medio puente PWM 126 está conectada al lado primario del transformador de aislamiento 102. El interruptor 104 se representa en la figura 2 incorporado dentro del lado primario 120, pero también puede estar dispuesto fuera del lado primario 120 de la manera mostrada en la figura 1.
El lado secundario del transformador de aislamiento 102, como se muestra en la figura 2 está conectado al circuito rectificador y de filtro de salida 132, que rectifica y filtra la señal proporcionada desde el lado secundario del transformador de aislamiento 102 para generar una corriente de conducción de CC tal como se representa en la figura 7. Esta corriente de conducción de CC se proporciona como una corriente de salida del controlador de LED para iluminar la carga 106. La corriente excitadora también se proporciona como una señal de retroalimentación al circuito de control de corriente de salida 134 (que se describirá posteriormente con mayor detalle). La tensión de salida se proporciona como retroalimentación al circuito de control de tensión de salida 136. Las salidas del circuito de control de corriente de salida 134 y del circuito de control de tensión de salida 136 están conectadas entre sí para proporcionar la señal de retroalimentación al lado primario 120 a través del optoaislador 108. El circuito de control de tensión de salida 136 es un control que limita la tensión máxima proporcionada a la carga de luz 106.
La fuente de alimentación del conductor del lado primario 140 como se representa en la figura 2 está acoplado a la salida de tensión CC fija y regulada del circuito p Fc de refuerzo 124 a través del Vbus. La fuente de alimentación del controlador del lado primario 140 puede ser un convertidor de retroceso, por ejemplo, con dos salidas aisladas. Una primera de las salidas aisladas se proporciona como tensión primaria_PS para impulsar el circuito de control 125, el circuito de control de medio puente PWM 127 y varios otros IC dentro del lado primario 120, a través del interruptor 104. Una segunda de las salidas aisladas de la fuente de alimentación 140 del controlador del lado primario está conectada a un devanado adicional del lado primario del transformador de aislamiento 103.
El controlador LED 100 como se representa en la figura 2 incluye además una fuente de alimentación secundaria 152, un microprocesador 154 y un circuito de control de atenuación 156. El microcontrolador 154 puede ser uno de una variedad de dispositivos de procesamiento, tales como un procesador, microprocesador o unidad central de procesamiento (CPU), circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), conjuntos de puertas programables en campo (FPGA), o combinaciones de los mismos, usando software, firmware, circuitos lógicos cableados o combinaciones de los mismos. La fuente de alimentación secundaria 152 está conectada al lado secundario del transformador de aislamiento 103 y proporciona una tensión regulada secundaria_PS al circuito de control de corriente de salida 134 y varios otros IC en el lado secundario 130. La fuente de alimentación secundaria 152 también proporciona una tensión regulada al microprocesador 154. El circuito de control de atenuación 156 es una interfaz para la señal de atenuación y está dispuesto entre la entrada de atenuación 109 y el microprocesador 154. La entrada de atenuación 109 proporciona una señal indicativa de atenuación de una tensión de nivel de atenuación nominal deseado para la carga de luz 106. Basándose en la señal de atenuación, el microprocesador 154 ajusta la señal de referencia de corriente proporcionada como salida del mismo al circuito de control de corriente de salida 134. El microprocesador 154 también proporciona la señal de arranque suave al circuito de control de corriente de salida 134 durante el arranque, el apagado y tras la detección de una interrupción de energía de la tensión regulada proporcionada desde el suministro de energía secundario 152 que puede ocurrir debido a una condición de caída de tensión. El microprocesador 154 también proporciona una señal de control del interruptor al lado primario 120 a través del optoaislador 107, para controlar el tiempo de encendido/apagado del interruptor 104. El optoaislador 107 proporciona aislamiento eléctrico entre los lados primario y secundario y evita sustancialmente que los altos tensiones o la tensión que cambia rápidamente en el lado secundario 130 dañen los componentes o distorsionen las transmisiones.
También se incluye una memoria (no mostrada) como parte del controlador LED 100, para almacenar software/firmware ejecutable y/o código ejecutable para el microcontrolador 154. La memoria (no mostrada) puede
incorporarse como parte del microcontrolador 154 o puede disponerse por separado. El software/firmware ejecutable y/o el código ejecutable permiten la determinación de una serie de señales y tensiones utilizados durante el arranque, apagado y caída de tensión (por ejemplo, detectar la tensión del bus (Vbus), y ejecución de una señal de arranque suave) que se describirá posteriormente con más detalle. La memoria puede ser cualquier número, tipo y combinación de memoria no volátil de sólo lectura (ROM) y memoria volátil de acceso aleatorio (RAM), y puede almacenar diversos tipos de información, tal como programas informáticos y algoritmos de software ejecutables por el procesador o la CPU. La memoria puede incluir cualquier número, tipo y combinación de medios de almacenamiento tangibles legibles por ordenador, tales como una unidad de disco, una memoria de solo lectura eléctricamente programable (EPROM), una memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM), un CD, un DVD, una unidad de bus serie universal (USB) y similares.
El circuito de control de corriente de salida 134 del lado secundario 130 se muestra con mayor detalle en la figura 8, e incluye el sustractor 162 y el circuito compensador de corriente 164. El sustractor 162 está configurado para restar tanto la señal de arranque suave proporcionada por el microprocesador 154 como la corriente de salida del controlador LED proporcionada por el circuito de filtro rectificador y de salida 132, de la señal de referencia de corriente proporcionada por el microprocesador 154. La salida de señal resultante del sustractor 162 se proporciona al compensador de corriente 164. El compensador de corriente 164 compensa la señal resultante. El compensador de corriente 164 puede configurarse para ajustar la señal de retroalimentación proporcionada a la entrada del optoaislador 108 de tal manera que la corriente de salida del controlador LED 100 esté lo más cerca posible de la señal de referencia de corriente recibida del microprocesador 154. La señal compensada se proporciona como señal de retroalimentación al lado primario 120 a través del optoaislador 108.
El funcionamiento del controlador LED 100 como se muestra en la figura 2 se describirá ahora con referencia a la figura 9 que representa señales durante una secuencia de inicio controlada, y la figura 10 que representa un diagrama de flujo, de acuerdo con una realización representativa.
Al inicio del arranque, el interruptor 104 se mantiene apagado de modo que la tensión regulada primaria_PS no se proporciona al lado primario 120. Por lo tanto, el circuito PFC de refuerzo 124, el convertidor de medio puente PWM 126, el circuito de control de refuerzo 125 y el circuito de control de medio puente PWM 127 no están operativos. Como tal, en el arranque, la tensión del bus Vbus es sustancialmente la salida de la etapa rectificadora del filtro EMI y del circuito rectificador 122, y es directamente proporcional a la tensión de la red. Esto se debe a que la salida del circuito rectificador y filtro EMI 122 está acoplada a Vbus a través de diodos (no mostrados).
Cuando Vbus alcanza un valor umbral mínimo o primero en la etapa S1 en la figura 10, la fuente de alimentación secundaria 152 y el microcontrolador 154 se encienden posteriormente en la etapa S2 en la figura 10, en el tiempo 201 representado en la figura 9. Posteriormente, en la Etapa S3 en la figura 10, el microcontrolador 154 comprueba si la tensión del bus Vbus ha aumentado por encima de un cierto valor umbral crítico o segundo. Cuando la tensión Vbus está por encima del segundo valor umbral, la señal de arranque suave se activa en la etapa S4, en el tiempo 202 representado en la figura 9. La señal de arranque suave satura el bucle de control de corriente a través del circuito de control de corriente de salida 134. Al saturar el bucle de control de corriente de salida, la señal de retroalimentación proporcionada al lado primario 120 a través del optoaislador 108 se reduce. Durante el tiempo que la señal de arranque suave está activada, el microprocesador 154 mantiene baja la señal de referencia de corriente. También en el tiempo 202, se establecen los niveles iniciales del sistema.
En la etapa S5 en la figura 10, el microcontrolador 154 determina si ha transcurrido un período de tiempo establecido desde que se activó la señal de arranque suave en la etapa S4. Cuando el microcontrolador 154 determina que ha transcurrido el período de tiempo establecido, la señal de arranque suave se apaga en la etapa S6 en la figura 10, en el tiempo 203 representado en la figura 9. También en el tiempo 203 representado en la figura 9, la señal de referencia de corriente es configurada por el microcontrolador 154 a un nivel inicial de atenuación, que es aproximadamente el 25 % de una tensión de nivel de atenuación nominal proporcionado por la entrada de atenuación 109. Aún más, en el tiempo 203, el microcontrolador 154 proporciona la señal de control del interruptor a través del optoaislador 107 para encender el interruptor 104 y encender el lado primario 120. Después del tiempo 203, el microprocesador 154 aumenta linealmente la señal de referencia de corriente proporcionada para enviar el circuito de control de corriente 134 a la tensión de nivel nominal de atenuación durante un período que finaliza en el tiempo 204. La duración del aumento se puede ajustar mediante el microcontrolador 154 dependiendo de las constantes de tiempo de los circuitos. La secuencia de inicio controlada finaliza posteriormente en el tiempo 204 representado en la figura 9. Debe entenderse que cualquier primer y segundo valor umbral y cualquier período de tiempo establecido pueden ser seleccionados por un diseñador del sistema. Además, el nivel inicial de atenuación puede establecerse en otros valores, ya sea por debajo o por encima del 25 % de la tensión nominal del nivel de atenuación. Como alternativa, el nivel inicial de atenuación puede establecerse en cero.
Por consiguiente, en la secuencia de inicio controlada descrita con respecto a las figuras 9 y 10, el microprocesador 154 proporciona control para que el lado primario 120 del controlador LED 100 se encienda después del lado secundario 130. Durante el tiempo en que la señal de arranque suave está activada y el circuito PFC de refuerzo 124, el convertidor de medio puente PWM 126, el circuito de control de refuerzo 125 y el circuito de control de medio puente PWM 127 se mantienen apagados, la corriente de salida del controlador LED se proporciona en consecuencia a la
carga de luz. 106 desde el lado secundario 130 es cero, de modo que sustancialmente no sale luz desde la carga de luz 106. De este modo, el lado secundario 130 queda aislado de la red eléctrica 101 durante un periodo de tiempo en el que la tensión del bus Vbus en el lado primario 120 se estabiliza en un valor deseado. Cuando la señal de arranque suave baja, la señal de retroalimentación en el estado bajado proporcionada previamente desde el lado secundario 130 está presente en el circuito de control de medio puente PWM 127. En consecuencia, cuando el circuito de control de medio puente PWM 127 se enciende inicialmente, la señal de control del lado primario proporcionada desde el circuito de control de medio puente PWM 127 coloca al convertidor de medio puente PWM 126 en el estado de corriente baja de modo que la corriente de salida del controlador LED proporcionada para iluminar la carga 106 desde el lado secundario 130 se mantiene en cero. Después de un breve retardo inherente, la señal de retroalimentación en respuesta a la señal de referencia de corriente establecida en el nivel inicial de atenuación se proporciona posteriormente al circuito de control de medio puente PWM 127. En ese punto, el convertidor de medio puente PWM 126 reanuda su funcionamiento bajo el control del circuito de control de medio puente PWM 127 en un estado que responde a la señal de referencia de corriente establecida en el nivel inicial de atenuación. A partir de entonces, el convertidor de medio puente PWM 126 funciona en respuesta a la señal de retroalimentación basada en la señal de referencia de corriente que aumenta linealmente hasta la tensión de nivel nominal de atenuación. Debido a que se permite que la tensión del bus Vbus en el lado primario 120 se establezca en un valor deseado, y debido a que el convertidor de medio puente PWM 126 reanuda la operación en respuesta a la señal de retroalimentación que aumenta linealmente cuando se enciende, se evita el sobreimpulso y el subimpulso de la corriente de salida del controlador LED. La secuencia de inicio controlada garantiza que el controlador LED 100 no experimente ningún aumento repentino de carga. Como resultado, sustancialmente no se observa ningún parpadeo en la salida de luz de la carga luminosa 106 en el arranque.
El funcionamiento del controlador LED 100 se describirá ahora con referencia a la figura 11, que representa señales durante una secuencia controlada en respuesta a una caída de tensión. Una secuencia de eventos algo similar a la descrita con respecto a las figuras 9 y 10 se lleva a cabo en la secuencia controlada mostrada en la figura 11. En esta realización, debido a que el microcontrolador 154 permanece encendido durante toda la secuencia, la tensión regulada secundaria_PS no se indica en la figura 11. La condición de caída de tensión se caracteriza por una caída repentina en la tensión proporcionada desde la red eléctrica 101, lo que resulta en una caída de tensión del bus Vbus en el lado primario 120. En respuesta a esta caída de tensión del bus Vbus, la salida de luz de la carga de luz 106 cae. La tensión del bus de Vbus es monitoreado por el microcontrolador 154 a través de la fuente de alimentación secundaria 152, el transformador de aislamiento 103 y la fuente de alimentación del controlador del lado primario 140 que se muestra en la figura 2. El resultado monitorizado se muestra en la figura 11 como señal de monitorización de red, que el microcontrolador 154 lleva a un estado alto cuando se detecta una caída de tensión del bus Vbus.
En la secuencia controlada de la figura 11, el microcontrolador 154 determina la aparición de una condición de caída de tensión como se indica en el tiempo 301. En respuesta a esto en el tiempo 301, el microcontrolador 154 proporciona la señal de control del interruptor al lado primario 120 a través del optoaislador 107 para apagar el interruptor 104, de modo que no se proporciona tensión regulada primaria_PS para impulsar el circuito PFC 124, el convertidor de medio puente PWM 126, impulsar el circuito de control 125 y circuito de control de medio puente PWM 127 dentro del lado primario 120. El microcontrolador 154 también activa la señal de arranque suave en el tiempo 301. Como se describió con respecto a la figura 9, esto satura el bucle de control de corriente de salida dentro del lado secundario 130, reduciendo la señal de retroalimentación proporcionada al lado primario 120 a través del optoaislador 108, de modo que la corriente de salida del controlador LED en consecuencia se lleva a cero. Durante el tiempo que la señal de arranque suave está activada, se establecen los niveles iniciales del sistema, como se describió anteriormente con respecto a la figura 9. A partir de entonces, se repite la misma secuencia de eventos que se describe con respecto a la figura 9 a continuación, donde la señal de arranque suave se apaga, el microcontrolador 154 proporciona la señal de control del interruptor a través del optoaislador 107 para encender el interruptor 104 y encender el lado primario 120, y la señal de referencia de corriente se establece en el nivel inicial de atenuación en el tiempo 302 representado en la figura 11. También después del tiempo 302, el microcontrolador 154 aumenta linealmente la señal de referencia de corriente proporcionada para enviar el circuito de control de corriente 134 a la tensión de nivel nominal de atenuación durante un período que finaliza en el tiempo 303. La secuencia controlada termina en el tiempo 303 representado en la figura 11. Esta secuencia controlada posterior a la condición de caída de tensión garantiza que el controlador LED 100 no experimente ningún aumento repentino en la carga cuando la red eléctrica 101 vuelve a la normalidad. Como resultado, sustancialmente no se observa ningún parpadeo en la salida de luz de la carga luminosa 106 cuando se reanuda el funcionamiento normal después de la condición de caída de tensión, eliminando sustancialmente el parpadeo.
El funcionamiento del controlador LED 100 se describirá ahora con referencia a la figura 12, que ilustra una secuencia de señal controlada para apagar el controlador LED. Una secuencia de eventos algo similar a la descrita con respecto a las figuras 9, 10 y 11 se lleva a cabo en la secuencia controlada mostrada en la figura 12. Cuando se desconecta la alimentación de red, la tensión Vr y posteriormente la tensión del bus Vbus mostrada en la figura 2 caídas gradualmente hasta cero. Cuando el microprocesador 154 detecta que la tensión del bus Vbus desciende por debajo de un cierto nivel, el microprocesador 154 eleva la señal de arranque suave en el tiempo 401 en la figura 12, saturando el bucle de control de corriente de salida de modo que la señal de retroalimentación proporcionada al lado primario 120 a través del optoaislador 108 sea baja. Al mismo tiempo, el microprocesador 154 proporciona la señal de control del interruptor a través del optoaislador 107 para apagar el interruptor 104, de modo que la señal Primaria_PS baje.
Dado que la señal de retroalimentación proporcionada al circuito de control de medio puente PWM 127 a través del optoaislador 108 desde el bucle de control de corriente de salida del lado secundario se reduce, la corriente de salida del controlador llega a cero. Si la señal de arranque suave no estuviera presente, la señal de retroalimentación proporcionada al circuito de control de medio puente PWM 127 permanecería en el valor de estado estable. En tal caso, debido a que la tensión del bus Vbus comenzaría a disminuir en respuesta al descenso de la tensión de la red eléctrica, el convertidor de medio puente PWM 126 funcionaría con la máxima relación de trabajo posible, provocando así que la corriente de salida aumente temporalmente antes de apagarse. Esto haría que la salida de luz LED parpadeara durante un breve periodo de tiempo. En esta secuencia de señales controlada se evita un destello de este tipo mediante la señal de arranque suave.
Claims (11)
1. Un controlador de luz, que comprende:
un controlador de lado primario (120) configurado para convertir una entrada de una fuente de alimentación de red (101) en una salida de lado primario (Vpri, Ipri);
una fuente de alimentación del controlador de lado primario configurada para proporcionar una primera tensión de funcionamiento al controlador de lado primario; un controlador de lado secundario (130) acoplado al controlador de lado primario y configurado para rectificar y filtrar la salida de lado primario para proporcionar una corriente de salida del controlador (lsalida) para impulsar una carga de luz (106), que incluye al menos un circuito de control de corriente (134);
una fuente de alimentación del controlador de lado secundario configurada para proporcionar una segunda tensión de funcionamiento al controlador de lado secundario; y
un microcontrolador (154),
caracterizado por que
el controlador de lado primario está configurado para estar en un estado sin alimentación en el que se corta la primera tensión de funcionamiento cuando se activa una señal de arranque suave, el microcontrolador (154) está configurado para controlar el controlador de luz tal que el circuito de control de corriente (134) y varios CI del controlador de lado secundario (130) están en un estado encendido y el controlador de lado primario (120) está en dicho estado sin energía durante un período de arranque suave, y posterior al período de arranque suave, el controlador de lado primario (130) se configura para que esté en un estado de salida baja cuando se enciende inicialmente y luego se configura a un estado en el que la corriente de salida del controlador de lado secundario aumenta la salida de luz desde la carga de luz desde un nivel de atenuación inicial a un nivel de atenuación nominal sin parpadeo,
en el que el controlador de lado secundario está configurado para proporcionar una señal de retroalimentación al controlador de lado primario en respuesta a dicha señal de arranque suave y una señal de referencia de corriente, en el que el microcontrolador está configurado para proporcionar la señal de arranque suave y la señal de referencia de corriente en respuesta a una señal de atenuación de entrada indicativa de un nivel de atenuación deseado de la carga de luz, y
en el que el controlador del lado primario está configurado para estar en dicho estado sin alimentación cuando se enciende la señal de arranque suave, y después de que se apaga la señal de arranque suave para configurarse en respuesta a la señal de retroalimentación al estado de salida baja y posteriormente a un estado inicial basado en la señal de referencia de corriente.
2. El controlador de luz de la reivindicación 1, en el que el nivel de atenuación inicial se establece en aproximadamente el 25 % del nivel de atenuación nominal.
3. El controlador de luz de la reivindicación 1, en el que el microprocesador ajusta la señal de referencia de corriente a un nivel de atenuación inicial y posteriormente aumenta a un nivel de atenuación nominal.
4. El controlador de luz de la reivindicación 1, en el que la señal de retroalimentación está acoplada ópticamente desde el controlador del lado primario al controlador del lado secundario.
5. El controlador de luz de la reivindicación 1, en el que la carga de luz comprende un módulo LED.
6. El controlador de luz de la reivindicación 1, en el que el controlador del lado secundario comprende un circuito de control de salida que incluye un sustractor configurado para restar la señal de arranque suave y la corriente de salida del controlador de la señal de referencia de corriente para proporcionar la señal de retroalimentación.
7. El controlador de luz de la reivindicación 1, en el que el controlador lateral primario comprende:
un rectificador configurado para limitar los componentes de alta frecuencia de la entrada desde la fuente de alimentación principal y rectificar la entrada limitada, para proporcionar una forma de onda rectificada;
un circuito de corrección del factor de potencia de refuerzo configurado para convertir la forma de onda rectificada en una tensión fija;
un controlador de medio puente configurado para proporcionar una señal de control del lado primario en respuesta a la señal de retroalimentación; y
un convertidor de medio puente configurado para convertir la forma de onda rectificada en respuesta a la señal de control del lado primario, para proporcionar una señal pulsante como salida del lado primario.
8. El controlador de luz de la reivindicación 6, en el que el controlador del lado primario comprende un interruptor configurado para desactivar selectivamente la primera tensión de funcionamiento proporcionada desde la fuente de alimentación del controlador del lado primario en respuesta a una señal de control del interruptor proporcionada desde el microprocesador.
9. El controlador de luz de la reivindicación 8, en el que la señal de control del interruptor está ópticamente acoplada
desde el microprocesador al interruptor.
10. Un método para eliminar el parpadeo de una fuente de luz alimentada por un controlador que tiene un lado primario y un lado secundario, comprendiendo el método:
convertir una entrada de una fuente de alimentación de red a una salida del lado primario en una etapa controladora del lado primario; en una etapa del conductor del lado secundario, rectificar y filtrar la salida del lado primario para proporcionar una corriente de salida del conductor para accionar la fuente de luz, estando regulada la corriente de salida del conductor mediante un circuito de control de corriente (134); y
proporcionar control para que el circuito de control de corriente (134) esté encendido y la etapa impulsora del lado primario (120) esté en un estado sin energía en el que se corta su tensión de funcionamiento durante un período de arranque suave, y después del período de arranque suave, la etapa del controlador del lado primario se configura para que esté en un estado de salida baja cuando se enciende y luego se establece en un estado tal que la corriente de salida del controlador de la etapa del controlador del lado secundario aumenta la salida de luz de la fuente de luz desde un nivel de atenuación inicial hasta un nivel de atenuación nominal sin parpadeo.
11. El método de la reivindicación 10, en el que el nivel de atenuación inicial se fija en aproximadamente el 25 % del nivel de atenuación nominal.
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