Domaine d'application Cette invention se rattache au domaine de l'éclairage par Leds (Light Emetting Diode ou Diode ElectroLuminescente en français).
Les avantages des Leds par rapport à d'autres sources lumineuses sont tels, que nombres d'éclairages domestiques, publiques et architecturaux feront de plus en plus appel à cette technologie dans les années à venir. En effet, depuis peu de temps, différents fabricants sont parvenus à produire des Leds dotées d'un remarquable rendement lumineux, et chaque année voit apparaître des produits toujours plus performants.
Parmi les avantages des Leds, on peut citer leur exceptionnelle durée de vie (jusqu'à 100 000 heures), leur faible consommation, leur robustesse mécanique, l'absence de rayonnement ultraviolet, la relative facilité de focalisation du flux lumineux, la gamme de couleur disponible, etc...
En particulier, ces nouveaux composants permettent de réaliser très facilement des éclairages de couleur variable, allant du blanc au vert, bleu, jaune, rouge etc...
grâce à l'utilisation de triplettes de Leds dites RGB , c'est à dire en mixant une Led rouge, une verte et une bleue. Ces nouveaux éclairages multicolores commencent à être utilisés en architectural, et s'apprêtent à gagner nos maisons.
Il convient de préciser que ce type d'éclairage RGB délivre une lumière blanche bien plus agréable que les Leds dites blanches . En effet, ces dernières sont en fait des Leds bleues dont le substrat est dopé au phosphore ; lorsqu'on examine le spectre, on se rend compte qu'il y a un pic calé sur le bleu (environ 470 nm) et un rebond dans le jaune. Bleu et jaune délivrent bien du blanc, cependant le vert et surtout le rouge sont pratiquement absents du spectre. Lorsqu'on sait que bien évidemment les objets n'ont pas de couleur intrinsèque, mais réfléchissent tout ou partie de la lumière, on comprend que si ladite lumière ne comporte pas de composante rouge, les objets ainsi éclairés n'apparaîtront pas rouges...
La lumière RGB comporte, elle, toutes les couleurs de l'arc-en-ciel ! Limitation de la technologie actuelle L'inconvénient de ces illuminations RGB réside dans la complexité de mise en u̇vre, puisque chaque couleur doit être gérée séparément pour pouvoir obtenir la palette de couleurs. En câblage classique, il faut au minimum 4 fils pour alimenter ces éclairages, ce qui peut être une difficulté majeure dans certaines installations. D'une façon très concrète, ces câbles multiples posent un problème important dans le cas des installations électriques existantes. En effet, lorsqu'on désire remplacer un ancien luminaire par un dispositif RGB, on est obligé de refaire tout le câblage de l'installation, et cela constitue souvent un obstacle majeur.
Pour exemple, la plupart des fontaines publiques sont illuminées par des lampes à incandescence ou halogènes qui posent des problèmes de durée de vie. Dans ce cas, les illuminations par Leds sont extrêmement bien appropriées, et permettent des effets spectaculaires de couleur et de variations stroboscopiques.
Cependant, il est tout à fait rédhibitoire de changer le câblage existant pour l'adapter aux quatre fils nécessaires aux projecteurs RGB, car l'installation électrique est souvent enterrée et inaccessible.
Objet de l'invention Le problème que se propose de résoudre la présente invention est précisément d'alimenter et de commander des projecteurs RGB par une seule paire de câbles. Ainsi, il devient possible d'installer un dispositif d'illumination RGB à Leds tout en conservant les câbles de l'installation d'origine.
Cette technologie ouvre un marché considérable, puisqu'elle donne accès au marché de remplacement et de renouvellement des luminaires existants.Field of application This invention relates to the field of LED lighting (Light Emitting Diode or LED ElectroLuminescent in French).
The advantages of LEDs compared to other light sources are such that many domestic, public and architectural lighting will make more and more use of this technology in the years to come. In fact, since a short time, various manufacturers have managed to produce LEDs with a remarkable light output, and each year sees the appearance of ever more efficient products.
Among the advantages of LEDs are their exceptional lifetime (up to 100,000 hours), their low power consumption, their mechanical robustness, the absence of ultraviolet radiation, the relative ease of focusing of the luminous flux, the range of color available, etc ...
In particular, these new components make it very easy to realize lighting of variable color, ranging from white to green, blue, yellow, red, etc.
thanks to the use of RGB LED triplets, ie by mixing a red LED, a green LED and a blue LED. These new multicolored lights are beginning to be used in architecture, and are about to reach our homes.
It should be noted that this type of RGB lighting delivers a white light much more pleasant than so-called white LEDs. Indeed, the latter are in fact blue LEDs whose substrate is doped with phosphorus; when we look at the spectrum, we realize that there is a peak stuck on the blue (about 470 nm) and a rebound in the yellow. Blue and yellow deliver a good deal of white, however green and especially red are practically absent from the spectrum. When we know that obviously the objects have no intrinsic color, but reflect all or part of the light, it is understood that if said light has no red component, the objects thus lit will not appear red .. .
RGB light has all the colors of the rainbow! Limiting the current technology The disadvantage of these RGB illuminations lies in the complexity of implementation, since each color must be managed separately to obtain the color palette. In conventional wiring, it takes at least 4 wires to power these lights, which can be a major difficulty in some installations. In a very practical way, these multiple cables pose a significant problem in the case of existing electrical installations. Indeed, when it is desired to replace an old luminaire with a RGB device, it is necessary to redo all the wiring of the installation, and this is often a major obstacle.
For example, most public fountains are illuminated by incandescent or halogen lamps that pose lifetime problems. In this case, LED illuminations are extremely appropriate, and allow for spectacular effects of color and stroboscopic variations.
However, it is completely unacceptable to change the existing wiring to fit the four son required for RGB projectors, because the electrical installation is often buried and inaccessible.
OBJECT OF THE INVENTION The problem to be solved by the present invention is precisely to supply and control RGB projectors by a single pair of cables. Thus, it becomes possible to install a LED RGB illumination device while retaining the cables of the original installation.
This technology opens up a considerable market, as it gives access to the replacement and renewal market for existing luminaires.
Etat de la technique actuelle
Après vérification sur Internet auprès des différents fabricants, il semble qu'un tel dispositif n'existe pas encore. Un des spécialistes des éclairages par Leds, la société LUMILED utilise pour ses projecteurs RGB LUXEON un câblage spécifique doté de 8 fils ! Une autre société américaine COLOR KINETICS emploie une connectique spécifique dotée de 4 fils pour sa gamme C-SPLASH 2 , ou éventuellement 3 fils si l'on peut se passer d'une mise à la terre. A ce jour, seuls les éclairages Leds monochromes peuvent se contenter de 2 fils.
Description de l'invention Deux méthodes sont ici décrites et revendiquées :
Le principe de base consiste, soit à séquencer et multiplexer des signaux de puissance destinés à l'alimentation des Leds, en y superposant une tension d'alimentation et des signaux de synchronisation ; soit à superposer des signaux binaires de commande à l'alimentation des Leds. Ces dispositifs sont spécifiques et originaux, et n'ont a priori jamais été commercialisés.
Première méthode :
Le système se subdivise en deux unités distinctes : - d'une part un boîtier de commande (figure 1) intégrant la plus grande partie de l' électronique - d'autre part, le projecteur RGB (figure 2) qui comporte, outre les Leds ellesmêmes, un dispositif électronique. Un câble à 2 fils relie ces deux unités.
Le principe de la figure 1 est le suivant : une horloge délivrant un signal carré de 10 KHz (ou autre fréquence) cadence un compteur décimal qui délivre un créneau calibré alternativement sur 3 monostables. Ces monostables délivrent des impulsions dont la largeur est variable par une entrée de commande PWM (modulation en largeur d'impulsions ). Les impulsions de sortie des monostables sont dirigées vers 3 générateurs à courant constant, dont les sorties sont alternativement commutées sur un même fil au moyen de transistors de type MOS ou autre. Une unité de modulation et de séquencement commande les 3 entrées PWM des monostables.Cette unité produit des signaux de commande qui permettent au monostables de délivrer des impulsions très fines ou même réduites à zéro correspondant à une absence de lumière ; jusqu'à des impulsions larges pour une illumination maximale. Cette unité permet toutes sortes de mixages et d'effets : modulation automatique ou manuelle de chacune des couleurs, stroboscopie, chenillard, séquencement etc... Un tableau de contrôle permet de régler les paramètres voulus ; une interface autorise également le raccordement d'un ordinateur optionnel. En outre, un récepteur de télécommande radio ou infrarouge active la mise en fonction du dispositif, ainsi que la modification des paramètres à distance.
Des signaux de synchronisation et de RAZ sont superposés au fil de sortie commun des 3 transistors, afin de synchroniser les compteurs du boîtier et du projecteur qui commandent les 3 couleurs. Lorsque le premier monostable rouge termine son impulsion, il déclenche un second monostable qui délivre une impulsion de comptage sur le fil commun, afin de faire passer le compteur du projecteur vers la couleur suivante. Quand l'horloge commande le monostable vert , le processus se déroule de la même façon que pour le rouge. Enfin, quand l'impulsion bleu est délivrée, le monostable suivant délivre non pas un signal de synchronisation provoquant un saut du compteur du projecteur, mais un signal de RAZ ordonnant au dit compteur de recommencer le cycle, à savoir, la couleur rouge.On garantit ainsi une parfaite synchronisation des compteurs du boîtier et du (ou des) projecteur(s). Une tension d'alimentation 10 V de faible courant se superpose à ce fil commun, ce qui n'est pas gênant pour les projecteurs à Leds, puisque par le jeu de la mise en série de plusieurs Leds, on reste en dessous de la tension de passage nécessaire à l'illumination desdites Leds. Enfin, une alimentation principale constituée d'un transformateur d'isolement de 24 Volts alternatif dont la sortie est redressée et filtrée par des condensateurs (10 000 à 50 OOOuF) fournit les 34 Volts commutés par les transistors de puissance. Les tensions d'alimentations stabilisées nécessaires à l'électronique sont issues de cette tension principale de 34 Volts.
La figure 2 décrit le fonctionnement du projecteur à Leds : le fil d'entrée (référencé à la masse) alimente les anodes des 3 groupes de Leds. D'autre part, un dispositif de discrimination des signaux de synchronisation et de RAZ permet d'isoler et de mettre en forme lesdits signaux, et de les diriger vers des comparateurs qui délivreront les commandes de synchronisation et deRAZ au compteur. Ce dernier commute alors les cathodes des Leds par le moyen de transistors de commande MOS ou autre. Lorsqu'un signal de RAZ parvient au projecteur, le compteur se remet à zéro, et recommence le cycle par la couleur rouge.
Les chronogrammes de la figure 3 permettent de mieux comprendre les séquencements : le premier graphique indique la sortie de l'horloge ; encore une fois, 10 KHz est une valeur indicative, et toute autre fréquence de 50 Hz à 100 KHz est utilisable. Le deuxième graphe indique la sortie compteur où l'on voit bien les 3 impulsions uniformes alternées. Le troisième graphe montre ce qui se passe en sortie des 3 monostables couleur : le cadencement reste fixé par le compteur, mais les largeurs d'impulsions sont variables, en fonction des commandes PWM . Enfin, le dernier graphe indique ce qui se passe sur le fameux fil commun de sortie référencé à la masse : d'abord, on constate que l'amplitude des 3 impulsions de commande des Leds s 'étend d'un niveau bas de 10 Volts à un niveau haut de 34 Volts.L'amplitude des signaux de synchronisation s'étend de 10 Volts à 5 Volts, et le RAZ de 10 Volts à 0. On voit successivement la première impulsion alimentant les Leds rouges, suivie d'une courte impulsion au niveau 5 Volts pour la synchronisation ordonnant au compteur du projecteur de passer à la couleur suivante. Arrive l'impulsion alimentant les Leds vertes, d'une largeur ici différente et donc procurant une intensité lumineuse plus élevée, suivie du même signal de 5 Volts faisant passer le compteur du projecteur à la couleur bleue. Lorsque l'impulsion alimentant les Leds bleues est délivrée, le signal qui suit n'est pas Une impulsion de synchronisation de 5 Volts, mais une impulsion de RAZ de 10 Volts d'amplitude, et donc de potentiel zéro. Tout le cycle recommence alors de la même façon.
Deuxième méthode Dans la description qui vient d'être faite, une même unité électronique est capable de commander plusieurs projecteurs à Leds, avec pour seule limitation le courant de sortie maximum admissible par l'alimentation du boîtier et les transistors de commande.
Cependant, l'électronique décrite ne permet pas de commander plusieurs projecteurs avec des paramètres différents à partir d'une seule électronique de commande. Pour cela, une autre méthode est utilisée. La figure 4 décrit le mode de fonctionnement du boîtier électronique de commande : on n'utilise plus une logique câblée mais un microprocesseur spécialisé de type PIC par exemple.
Ce processeur inclut un programme résident qui gère les liaisons avec un tableau de contrôle, un récepteur de télécommande, une interface PC, et enfin qui génère les données de paramétrage et d'adressage des projecteurs en mode sériel. Ce train d'impulsions commande via un transistor une alimentation de 30 Volts. Un autre train d'impulsions exactement inverse au précédent commande de la même façon une alimentation de 25 Volts. Il est à noter ici que ces valeurs de tension sont données à titre indicatif, et d'autres valeurs peuvent bien évidemment être employées. En sortie, on a d'une part un fil de masse, et d'autre part un fil qui présente une série de créneaux continus qui oscillent entre 25 et 30 Volts. Ceci n'est en rien gênant au bon fonctionnement des Leds dont les anodes présentent une tension moyenne de l'ordre de 27,5 Volts.
La figure 5 décrit le fonctionnement du projecteur à Leds. Comparativement à la première méthode décrite, il est un peu plus complexe du fait qu'il intègre les générateurs à courant constant. Ici également, le c u̇r du dispositif se trouve être un microprocesseur de type PIC . On utilise trois sorties pour générer des trains d'impulsions dont la largeur est variable selon le principe PWM . Ces impulsions sont dirigées sur les générateurs en courant constant, puis alimentent les cathodes des Leds via les transistors de commande. Un dispositif de discrimination et de mise en forme du train de données sériel réalise une transposition du train d'impulsions 25-30 Volts vers 0-5 Volts, puis filtre et régénère le signal pour être correctement assimilé par le microprocesseur.Le fil d'entrée 25-30 Volts alimente également le microprocesseur via un régulateur. Enfin, le microprocesseur est aussi connecté à une interface d'adressage, de type DIP-SWITCH par exemple, qui permet d'assigner une adresse au projecteur. Dans les deux méthodes décrites, on utilise des protections contre les surtensions et décharges électrostatiques au moyen de composants de type Diodes Transil , VDR etc... Cela tant pour les électroniques de commande que pour les projecteurs. Il est à noter que ce dernier projecteur décrit peut aussi bien fonctionner avec des impulsions PWM alternées sur les trois couleurs, que simultanées sur les trois groupes de Leds avec cependant des largeurs variables les unes par rapport aux autres.En d'autres termes, cela signifie que si lesdites Leds du projecteur sont capables de supporter un courant de pointe au moins 3 fois supérieur au courant continu nominal, on peut alors alterner la commande des Leds. Si les Leds ne supportent pas un courant de pointe supérieur au courant continu nominal, les Leds seront alors commandées simultanément avec des largeurs d'impulsions propres à chaque couleur. Si on désire par exemple une couleur blanche à intensité maximale, les 3 groupes de Leds seront alimentés par une tension continue. Ce point est important, car beaucoup de Leds de nouvelle génération de forte puissance (jusqu'à 1 A ! ) ne supportent pas de courant de pointe supérieur à la tension continue. Ainsi, grâce à ce dispositif, on peut tout de même les employer malgré le séquencement des données.Dans cette deuxième méthode, il a été présenté un dispositif de superposition d'alimentation et de données référencé à une masse de potentiel zéro stable. On peut toutefois aussi bien faire l'inverse, et positionner le créneau entre 0 et 5 Volts, et avoir une tension stable à 30 Volts. La figure 6 montre les graphes dans les deux cas : en haut le créneau de données varie de 25 à 30 Volts par rapport à une masse de référence stable ; en bas, le créneau de données varie de 0 à 5 volts, et le niveau de 30 Volts est stable.
La deuxième méthode est également particulièrement bien adaptée à l'utilisation de ces projecteurs RGB pour une utilisation scénique (musique, théâtre...). En effet, grâce au principe d'adressage individuel de chaque projecteur, ainsi qu'aux deux seuls fils assurant tout à la fois l'alimentation et la commande des projecteurs, la mise en u̇vre est très aisée. Particulièrement dans le cas des scènes mobiles, il suffit alors de connecter les deux fils de sortie de la console de lumière sur un premier projecteur RGB, puis de connecter tous les autres en boucle sans avoir besoin de repérer le câblage. On conçoit aisément le gain de temps, de poids et de simplification du procédé.Il convient de préciser que quelques projecteurs RGB adressables existent sue le marché, mais aucun n'utilise 2 fils de connexion seulement, ce qui est le point central de la présente demande de brevet.
La figure 7 indique une variante du projecteur Led RGB scénique, qui comporte en plus des caractéristiques précitées, un dispositif d'orientation X-Y du projecteur. Le projecteur inclut deux actionneurs (servomoteur sur le dessin, mais cela peut être aussi tout autre moyen d'actionnement tels que vérins électriques, moteurs asservis etc...) capables d'orienter ledit projecteur de bas en haut et de gauche à droite, balayant ainsi la scène selon les commandes assignées. Sur la figure 7, le projecteur comporte une rotule au milieu de sa face arrière, et deux servomoteurs font pivoter en X-Y le projecteur sur son support au niveau de la rotule. Bien évidemment, d'autres montages mécaniques peuvent être utilisés pour assurer la mobilité X-Y du projecteur, cet exemple n'est pas limitatif.Le point important de l'invention est que les données de commande des actionneurs X-Y transmises depuis la console de lumière transitent également par les deux mêmes fils. Le microprocesseur intégré dans chaque projecteur gère non seulement les paramètres destinés aux Leds, mais également l'orientation dudit projecteur. La figure 8 indique une autre variante de ce projecteur RGB qui comporte, en plus ou non de l'orientation précédemment décrite, un dispositif de focalisation du flux lumineux. Un ensemble optique, qui peut soit être une grande lentille unique pour l'ensemble des Leds, soit autant de petites lentilles que de Leds, est monté sur un chariot motorisé. Selon que ledit chariot sera proche des Leds ou au contraire plus éloigné, on obtiendra un angle de flux lumineux plus ou moins ouvert.Concrètement, cela permet d'éviter d'installer des projecteurs d'angles spécifiques, et on peut focaliser le flux de manière à soit éclairer une large part de la scène, soit obtenir un spot à la manière d'un projecteur de poursuite. Ici également, la solution technique retenue pour modifier la focalisation est un servomoteur de type modélisme, dont la commande en PWM est fort bien adaptée à l'électronique globale du système. On peut tout aussi bien utiliser d'autres types d'actionneurs, comme pour l'orientation précitée. De la même façon, les paramètres de focalisation sont envoyés depuis la console de lumière via les deux mêmes fils, et le microprocesseur du projecteur gère également le servomoteur de focalisation. Il est facile de comprendre la puissance et la souplesse réellement novatrices d'un tel système.
En utilisation domestique, la commande des projecteurs RGB par deux fils autorise des applications véritablement nouvelles. Sans avoir besoin de refaire le câblage existant, on remplace les luminaires existants par des projecteurs RGB. Tout le monde s'accorde à dire que l'illumination de son domicile influe de façon significative le sentiment de bien-être. Grâce aux projecteurs Leds RGB, il est possible de non seulement moduler la lumière en intensité, mais également la couleur selon la palette de l'arc-en-ciel. Ainsi, on peut obtenir une lumière à dominante jaune, saumonée, bleue... tout ce que l'on souhaite selon ses humeurs du moment ! Ensuite, si l'on dispose de projecteurs RGB adressables, on peut transformer l'utilisation de l'installation précitée, parfaitement discrète et intégrée, en véritables jeux de lumière de type discothèque.Une télécommande infrarouge ou radio permet de sélectionner le mode d'éclairage voulu, de choisir les programmes et de les paramétrer. Une interface PC autorise la création de programmes de jeux de lumières complexes et inventifs. Pour exemple, on peut obtenir des effets de séquencement de couleurs, de chenillard, une modulation en fonction de la musique ambiante, de stroboscopie etc... Le caractère polyvalent d'une telle installation est sans équivalent à ce jour sur le marché ! Dans le cas de l'éclairage architectural et de fontaines, l'utilisation de deux fils présente aussi un avantage considérable. De la même façon que pour l'éclairage domestique, on peut non seulement moduler l'intensité lumineuse, mais aussi choisir la couleur. En période festive, en fin d'année par exemple, on peut commuter les éclairages de fontaines ou d'édifices enjeux d'orgues lumineux.
Séquencement, chenillard, stroboscopie... tout est possible ! On peut également revêtir à l'occasion des édifices publics de lumières aux couleurs du drapeau national... Sans oublier le point central du présent brevet qui permet tout cela avec les deux fils de câblages existants seulement ! Un autre avantage des Leds est que l'on peut réduire l'intensité lumineuse sans changer la colorimétrie. Si l'on ajoute la faible consommation et la durée de vie des Leds, on comprend mieux la portée commerciale du présent procédé ! Enfin, la présente invention se révèle aussi particulièrement bien adaptée à l'éclairage des u̇vres d'art dans des lieux d'exposition publics ou privés.On peut par exemple se servir des deux fils tendus habituellement utilisés pour les spots halogènes, et y placer des projecteurs à Leds RGB miniaturisés qui procureront une intensité et une colorimétrie parfaitement adaptée à l'oeuvre. Jusqu'à présent, pour obtenir de tels effets, il fallait utiliser des fibres optiques lourdes à mettre en place, chères et peu lumineuses. Grâce au procédé décrit de la présente invention, il suffit d'un boîtier de commande central pour commander individuellement des dizaines, voire des centaines de projecteurs RGB par deux fils seulement.
Marchés et domaines d'application Bien entendu, la liste suivante n'est pas limitative, et de nombreuses utilisations peuvent être concernées par la présente invention. On peut citer par exemple : éclairage architectural - éclairage de fontaines intérieures et extérieures - éclairage scénique (musique, théâtre...) fixe ou mobile - éclairage domestique, avec possibilité de jeux de lumière éclairage d'édifices publics éclairages de jardins publics ou privés etc...Current state of the art
After checking the Internet with the various manufacturers, it seems that such a device does not exist yet. One of the Leds lighting specialists, the company LUMILED uses for its RGB LUXEON projectors a specific wiring with 8 wires! Another American company COLOR KINETICS uses a specific connector with 4 wires for its C-SPLASH 2 range, or possibly 3 wires if it is possible to do without an earthing. To date, only monochrome Leds can be satisfied with 2 wires.
Description of the invention Two methods are here described and claimed:
The basic principle consists of either sequencing and multiplexing power signals for the LEDs, superimposing a supply voltage and synchronization signals; or superimposing binary control signals to the power supply of the LEDs. These devices are specific and original, and have a priori never been marketed.
First method:
The system is divided into two distinct units: - on the one hand a control box (figure 1) integrating most of the electronics - on the other hand, the RGB projector (figure 2) which includes, besides the Leds themselves, an electronic device. A 2-wire cable connects these two units.
The principle of FIG. 1 is as follows: a clock delivering a square signal of 10 KHz (or other frequency) clock a decimal counter which delivers a slot calibrated alternately on 3 monostables. These monostables deliver pulses whose width is variable by a PWM control input (pulse width modulation). The output pulses of the monostables are directed to 3 constant current generators, the outputs of which are alternately switched on the same wire by means of MOS or other type transistors. A modulation and sequencing unit controls the 3 PWM inputs of the monostables. This unit produces control signals that allow the monostable to deliver very fine pulses or even reduced to zero corresponding to a lack of light; up to wide pulses for maximum illumination. This unit allows all kinds of mixes and effects: automatic or manual modulation of each color, strobe, chaser, sequencing etc ... A control panel allows you to set the desired parameters; an interface also allows the connection of an optional computer. In addition, a radio or infrared remote control receiver activates the device, as well as the remote modification of the parameters.
Synchronization and reset signals are superimposed on the common output wire of the three transistors, in order to synchronize the counters of the housing and the projector that control the three colors. When the first red monostable pulse ends, it triggers a second monostable that delivers a counting pulse on the common wire, in order to move the projector counter to the next color. When the clock controls the green monostable, the process proceeds in the same way as for red. Finally, when the blue pulse is delivered, the next monostable not delivers a synchronization signal causing a jump of the projector counter, but a reset signal ordering said counter to restart the cycle, namely, the red color. thus guarantees a perfect synchronization of the counters of the housing and (or) projector (s). A supply voltage 10 V of low current is superimposed on this common wire, which is not a problem for LED projectors, since the game of the serialization of several LEDs, we remain below the voltage passage necessary for the illumination of said LEDs. Finally, a main power supply consisting of a 24-volt AC isolation transformer whose output is rectified and filtered by capacitors (10,000 to 50,000uF) provides the 34 volts switched by the power transistors. The stabilized supply voltages required by the electronics come from this main voltage of 34 volts.
Figure 2 describes the operation of the LED projector: the input wire (referenced to the ground) feeds the anodes of the 3 groups of LEDs. On the other hand, a device for discriminating the synchronization and reset signals makes it possible to isolate and shape said signals, and to direct them towards comparators which will deliver the synchronization and RAZ commands to the counter. The latter then switches the cathodes of the LEDs by means of MOS or other control transistors. When a reset signal reaches the projector, the counter resets to zero, and resumes the cycle with the red color.
The timing diagrams of FIG. 3 make it possible to better understand the sequencings: the first graph indicates the output of the clock; again, 10 KHz is an indicative value, and any other frequency from 50 Hz to 100 KHz is usable. The second graph shows the counter output where we can see the 3 alternating uniform pulses. The third graph shows what happens at the output of the three color monostables: the timing remains fixed by the counter, but the pulse widths are variable, depending on the PWM commands. Finally, the last graph indicates what happens on the famous common output wire referenced to the ground: first, we note that the amplitude of the 3 control pulses of Leds extends from a low level of 10 Volts at a high level of 34 volts.The amplitude of the synchronization signals ranges from 10 volts to 5 volts, and the reset of 10 volts to 0. We see successively the first pulse feeding the red LEDs, followed by a short 5-volt pulse for synchronization ordering the projector's counter to go to the next color. The pulse feeds the green Leds, a different width here and thus providing a higher light intensity, followed by the same signal of 5 volts passing the meter of the projector to the blue color. When the pulse feeding the blue Leds is delivered, the following signal is not a synchronization pulse of 5 volts, but a reset pulse of 10 volts amplitude, and therefore zero potential. The whole cycle then starts again in the same way.
Second method In the description that has just been given, the same electronic unit is able to control several LED projectors, with only limitation the maximum output current allowed by the supply of the housing and the control transistors.
However, the described electronics do not allow to control several projectors with different parameters from a single control electronics. For this, another method is used. Figure 4 describes the operating mode of the electronic control unit: we no longer use hardwired logic but a specialized microprocessor PIC for example.
This processor includes a resident program that manages links with a control panel, a remote control receiver, a PC interface, and finally that generates the setting data and addressing of the projectors in serial mode. This pulse train controls via a transistor a supply of 30 volts. Another train of pulses exactly opposite to the previous command in the same way a supply of 25 Volts. It should be noted here that these voltage values are given for information only, and other values can obviously be used. At the output, we have on the one hand a ground wire, and on the other hand a wire which presents a series of continuous slots which oscillate between 25 and 30 Volts. This is in no way impeding the proper operation of LEDs whose anodes have an average voltage of about 27.5 volts.
Figure 5 describes the operation of the LED projector. Compared to the first method described, it is a little more complex because it integrates the constant current generators. Here too, the heart of the device is a PIC-type microprocessor. Three outputs are used to generate pulse trains whose width is variable according to the PWM principle. These pulses are directed on the generators in constant current, then feed the cathodes of the Leds via the control transistors. A device for discriminating and shaping the serial data stream transposes the pulse train 25-30 volts to 0-5 volts, then filters and regenerates the signal to be correctly assimilated by the microprocessor. input 25-30 Volts also feeds the microprocessor via a regulator. Finally, the microprocessor is also connected to an addressing interface, of the DIP-SWITCH type, for example, which makes it possible to assign an address to the projector. In the two methods described, protections against overvoltages and electrostatic discharges are used by means of components of the Transil Diodes type, VDR etc ... This is as much for the control electronics as for the projectors. It should be noted that this last projector described can work equally well with alternating PWM pulses on the three colors, that simultaneously on the three groups of LEDs with however variable widths with respect to each other.In other words, this means that if said Leds of the projector are able to withstand a peak current at least 3 times higher than the nominal direct current, then the control of the Leds can be alternated. If the LEDs do not support a peak current higher than the nominal direct current, the LEDs will then be controlled simultaneously with pulse widths specific to each color. If, for example, a maximum intensity white color is desired, the 3 groups of LEDs will be powered by a DC voltage. This is important because many new generation Leds of high power (up to 1A!) Do not support peak current higher than the DC voltage. Thus, thanks to this device, we can still use them despite the sequencing of data. In this second method, it was presented a power and data superposition device referenced to a stable zero potential mass. However, we can also do the opposite, and position the slot between 0 and 5 volts, and have a stable voltage at 30 volts. Figure 6 shows the graphs in both cases: at the top the data window varies from 25 to 30 volts with respect to a stable reference mass; at the bottom, the data slot ranges from 0 to 5 volts, and the 30 volts level is stable.
The second method is also particularly well suited to the use of these RGB projectors for scenic use (music, theater ...). Indeed, thanks to the principle of individual addressing of each projector, as well as the only two son ensuring both the supply and control of the projectors, the implementation is very easy. Especially in the case of moving scenes, then just connect the two output son of the light console on a first RGB projector, then connect all other loops without the need to locate the wiring. The time, weight and simplification of the process can be easily understood. It should be noted that some addressable RGB projectors exist on the market, but none use only 2 connection wires, which is the central point of this patent application.
Figure 7 shows a variant of the scenic Led RGB projector, which has in addition to the above features, an XY orientation device of the projector. The projector includes two actuators (servomotor in the drawing, but it can also be any other means of actuation such as electric cylinders, servo motors etc ...) capable of directing said projector from bottom to top and from left to right, sweeping the scene according to the assigned commands. In Figure 7, the projector has a ball joint in the middle of its rear face, and two servomotors rotate in XY the projector on its support at the ball joint. Of course, other mechanical assemblies can be used to ensure the XY mobility of the projector, this example is not limiting. The important point of the invention is that the control data XY actuators transmitted from the light console pass through also by the same two sons. The microprocessor built into each projector manages not only the settings for the LEDs, but also the orientation of the projector. FIG. 8 shows another variant of this RGB projector which comprises, in addition or not to the orientation previously described, a device for focusing the luminous flux. An optical assembly, which can either be a large single lens for all LEDs, or as many small lenses as LEDs, is mounted on a motorized carriage. According to whether said carriage will be close to the LEDs or, on the contrary, further away, a more or less open angle of luminous flux will be obtained. This, in particular, makes it possible to avoid installing spotlights of specific angles, and it is possible to focus the flow of in order to either illuminate a large part of the scene, or to obtain a spot like a searchlight. Here too, the technical solution chosen to modify the focus is a model-driven servomotor, the PWM control of which is very well adapted to the overall electronics of the system. It is also possible to use other types of actuators, as for the aforementioned orientation. In the same way, the focusing parameters are sent from the light console via the same two wires, and the microprocessor of the projector also manages the focusing servomotor. It is easy to understand the truly innovative power and flexibility of such a system.
In home use, the control of two-wire RGB projectors enables truly new applications. Without the need to remake the existing wiring, existing luminaires are replaced by RGB projectors. Everyone agrees that the illumination of one's home significantly affects the feeling of well-being. Thanks to the Leds RGB projectors, it is possible not only to modulate the light in intensity, but also the color according to the palette of the rainbow. Thus, we can get a dominant light yellow, salmon, blue ... all that we want according to his moods of the moment! Then, if we have addressable RGB projectors, we can transform the use of the aforementioned installation, perfectly discreet and integrated, into real games of light discothèque type.Une infrared or radio remote control can select the mode of lighting, choose the programs and set them. A PC interface allows the creation of complex and inventive lighting games programs. For example, one can obtain effects of color sequencing, chase, a modulation according to ambient music, stroboscopy etc ... The versatility of such an installation is unparalleled on the market today! In the case of architectural lighting and fountains, the use of two wires also has a considerable advantage. In the same way as for domestic lighting, we can not only modulate the light intensity, but also choose the color. In festive periods, at the end of the year for example, we can switch the lighting of fountains or buildings stakes of luminous organs.
Sequencing, chase, stroboscopy ... everything is possible! It is also possible to put on occasion public buildings of lights in the colors of the national flag ... Without forgetting the central point of this patent which allows all that with the two existing wiring wires only! Another advantage of LEDs is that you can reduce the light intensity without changing the colorimetry. If we add the low consumption and the lifetime of LEDs, we better understand the commercial scope of this process! Finally, the present invention is also particularly suitable for lighting works of art in public or private exhibition venues. For example, the two tensioned wires usually used for halogen spots can be used and placed there. mini RGB Leds projectors that will provide an intensity and colorimetry perfectly suited to the work. Until now, to obtain such effects, it was necessary to use heavy optical fibers to set up, expensive and faint. With the described method of the present invention, it is sufficient to have a central control box for individually controlling tens or even hundreds of RGB projectors by only two wires.
Markets and fields of application Of course, the following list is not limiting, and many uses may be concerned by the present invention. For example: architectural lighting - lighting of indoor and outdoor fountains - stage lighting (music, theater ...) fixed or mobile - domestic lighting, with possibility of light effects public building lighting public or private garden lighting etc ...
REVENDICATIONS
Conclusion La question qui a prévalue à la mise au point de la présente invention a été la suivante : Comment est-il possible de remplacer des luminaires existants par des projecteurs à Leds RGB dont on peut moduler couleur et intensité, et éventuellement adresser individuellement, sans refaire le câblage à deux fils existant ? ou encore Comment pourrait-on simplifier le câblage fixe ou provisoire de projecteurs à Leds RGB ? A ces problèmes techniques posés, cette invention apporte une solution efficace, originale, économique et facilement industrialisable.Le marché ne fait aucun doute, et pour conclure, une récente étude a indiqué que la consommation mondiale d'énergie baisserait de façon relative de 10% d'ici à 10 ans grâce à l'utilisation des Leds pour les éclairages publics et privés ! 1) Dispositif d'éclairage par triplettes de diodes électroluminescentes rouges, vertes et bleues, constitué d'un boîtier électronique de commande et d'un ou plusieurs projecteurs à Dels RVB, caractérisé en ce que la liaison entre le boîtier et le projecteur assurant l'alimentation, la commande d'intensité lumineuse et de couleur du ou des projecteurs RVB s'effectue par le moyen de deux fils seulement. Conclusion The question which has prevailed in the development of the present invention was the following: How is it possible to replace existing luminaires by RGB LED projectors of which one can modulate color and intensity, and possibly address individually, without redo the existing two-wire cabling? How else can we simplify the fixed or temporary wiring of RGB LED projectors? To these technical problems posed, this invention provides an effective solution, original, economic and easily industrialisable. The market is clear, and to conclude, a recent study has indicated that the world energy consumption would decline by a relative 10% in the next 10 years thanks to the use of LEDs for public and private lighting! 1) Lighting device by triplets of red, green and blue light-emitting diodes, consisting of an electronic control unit and one or more RGB-colored projectors, characterized in that the connection between the housing and the projector ensuring power supply, the control of luminous intensity and color of the RGB spotlight (s) is effected by means of only two wires.