MX2014000139A

MX2014000139A - Regulador de corriente.

Info

Publication number: MX2014000139A
Application number: MX2014000139A
Authority: MX
Inventors: Dave Bannister
Original assignee: Accuric Ltd
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-06-23
Also published as: AP2013007332A0; MY164849A; WO2013005002A1; HRP20150394T1; BR112014000125B1; MA35255B1; EP2729861A1; BR112014000125A2; SMT201500101B; ES2534415T3; CU20130169A7; CN103635866B; KR20140039296A; CO6930317A2; GB2492551A; CA2840369A1; ECSP14013194A; GB201111359D0; RS53949B1; GB2492630B

Abstract

La presente solicitud describe un regulador de corriente para proporcionar una corriente regulada desde un voltaje de entrada. El regulador de corriente comprende un circuito regulador de voltaje, operable para proporcionar un voltaje regulado, el cual comprende una pluralidad de diodos Zener conectados en paralelo.

Description

REGULADOR DE CORRIENTE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un dispositivo de regulación de corriente. En particular, la presente invención se refiere a un regulador de corriente adecuado para suministrar una corriente de distribución a dispositivos tales como diodos emisores de luz (LEDs), y otros dispositivos que sean sensibles a fluctuaciones en la corriente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El costo reducido y la mejora continua en el funcionamiento de los LEDs ha conducido a su aplicación creciente en años recientes. Se emplean ampliamente, por ej emplo, como elementos de iluminación en aplicaciones de luz posterior, tal como dentro de la luz posterior de pantallas de cristal líquido (LCDs). Las luces posteriores de este tipo se usan para proporcionar iluminación constante y uniforme de un arreglo de elemento s de LCD que constituyen la pantalla. Los LEDs se emplean también comúnmente en otras aplicaciones tales como dentro de ensambles de iluminación, indicadores de estado, y pantallas sobre una variedad de equipo e instalaciones. Dentro de todas estas aplicaciones, los LEDs se configuran típicamente en cadenas conectadas en serie y se proporcionan con una corriente sustancialmente constante, por medio de un circuito distribuidor de corriente constante.

Tales circuitos distribuidores por lo tanto incluyen un medio de regulación de corriente.

Es bien sabido que las variaciones en la corriente de distribución suministrada a un LED, o una cadena de LEDs, que forman parte de un sistema de iluminación, puede afectar adversamente el funcionamiento del sistema. Por ej emplo, en aplicaciones grandes de iluminación o señalamiento, la incertidumbre en la corriente de distribución puede conducir a una incertidumbre correspondiente en el consumo de energía. Tales incertidumbres son generalmente no bienvenidas en el contexto de la tecnología de iluminación comercializada sobre la base de conservación de energía. Así como esto, las variaciones en la corriente pueden resultar en ciertas aplicaciones que requieran por ej emplo mezcla de color Rojo-Verde-Azul (RGB), en variaciones en las propiedades cromáticas de una plataforma iluminada, tal como un letrero. Además, el tiempo de vida útil de un LED, o una cadena conectada en serie de LEDs se relaciona con la temperatura de la unión del/cada LED, lo que a su vez se relaciona parcialmente con la corriente que fluye a través del /cada LED. Por lo tanto, el control preciso de la corriente del LED puede resultar en mejoras en la capacidad de predicción del tiempo de vida del LED . Se conoce además que variaciones en la corriente suministrada por un distribuidor LED puede presentarse como resultado de variaciones en propiedades de los componentes debido ya sea a variaciones de manufactura, o como un resultado de variaciones en temperatura. Otros requerimientos de funcionamiento para los distribuidores de LED para sistemas de iluminación, se refieren a la confiabilidad de un distribuidor. Típicamente, esto se expresa a través del uso de una métrica referida como Tiempo Medio Entre Fallas (MTBF). Para un ensamble electrónico dado, al usar componentes bien establecidos, esta métrica se puede calcular fácilmente, con la condición de que se conozcan los esfuerzos eléctricos y térmicos colocados sobre cada componente durante la operación. Debido a la mezcla de componentes típicamente usados en los distribuidores convencionales denominados LED en modo de interrupción, que incluye Transistores de interrupción con Efecto de Campo de Semiconductores de Óxidos de Metales (MOSFETs) y Capacitores Electrolíticos, ambos de los cuales se sabe que tienen limitaciones en términos de confiabilidad a largo plazo, limitaciones correspondientes se colocan en el MTBF de tales distribuidores. Por el contrario, los distribuidores que usan medios lineales de regulación de corriente, en lugar de medios en modo de interruptor, padecen típicamente de variaciones en la corriente, a las que se refiere previamente.

Es por lo tanto altamente deseable que un LED o una cadena de LEDs se suministren con una corriente de distribución sustancialmente constante. Es particularmente deseable que una corriente de distribución sustancialmente constante se produzca mediante el uso de ensambles electrónicos de alto MTBF, los cuales usen componentes de alta confiabilidad tales como transistores bipolares y los cuales eviten o al menos limiten la necesidad de Capacitores Electrolíticos . En el caso de los distribuidores LED en modo de interrupción, en donde la regulación de la función de la corriente se proporciona por una forma de onda de un voltaj e de interrupción que sucesivamente carga y descarga un elemento de circuito tal como un inductor, con tal descarga que tiene lugar a través de una cadena LED, se puede producir una corriente sustancialmente constante dentro de la cadena LED . La corriente suministrada a la cadena LED por tal distribuidor en modo de interrupción depende de diversos factores, incluyendo la proporción de tiempo que el voltaje de interrupción esté en el estado "ENCENDIDO", durante el cual está entregando carga a la cadena LED (esta proporción se refiere como el Ciclo de Carga de la forma de onda de interrupción). Este proceso de interrupción, sin embargo, conduce a la generación de formas de onda de Interferencia Electro-Magnética (EMI) las cuales requieren del uso de estructuras de filtración EMI, lo cual a su vez usa Capacitores Electrolíticos. Desde la perspectiva de buscar maximizar la MTBF de un distribuidor, por lo tanto, puede ser ventajoso construir un distribuidor LED de corriente constante, con base en un circuito de regulación de corriente que no use ningunos elementos en modo de interruptor, de manera que se pueda mantener la precisión de la corriente, incluyendo la constancia de la corriente con la temperatura. La presente invención se refiere al propósito general de suministrar una corriente regulada a partir de un voltaj e de entrada con obj eto de proporcionar una corriente de distribución estable o sustancialmente constante para abastecer de iluminación a dispositivos tales como LEDs, u otros dispositivos los cuales se afectan adversamente por, o son sensibles a, fluctuaciones de corriente. Las modalidades preferidas de la presente invención buscan alcanzar este objetivo preferiblemente sin el uso de una circuitería en modo de interrupción dentro del regulador de corriente, con lo cual tiende a incrementarse la confiabilidad a largo plazo del regulador, así como reducir o eliminar la necesidad de Capacitores Electrolíticos en un distribuidor LED con base en el regulador, con lo que se incrementa además, la confiabilidad a largo plazo del distribuidor LED.

Se conocen los dispositivos o circuitos reguladores de corriente que se buscan para proporcionar una corriente a un LED o cadena LED que esté regulada, o sustancialmente constante, con respecto al voltaje de suministro. Los así llamados "reguladores constantes de corriente" pueden realizarse ya sea en topologías de dos terminales o de tres terminales. La Figura la ilustra el caso de un regulador de dos terminales, mientras que la Figura Ib muestra un regulador de corriente de tres terminales.

Sin embargo, incluso con el uso de un dispositivo regulador de corriente, las variaciones en la corriente de distribución suministradas a una cadena LED pueden aparecer todavía por diversas razones. Las oscilaciones en la manufactura -es decir, variaciones en la tolerancia de manufactura en los elementos de circuito que determinan la corriente - es una de las causas principales de variaciones que aparecen en la corriente de distribución/suministro del LED. Variaciones también resultan debido al "coeficiente de temperatura" del circuito regulador de corriente - en otras palabras, la dependencia del funcionamiento del regulador con respecto a la temperatura ambiente o de la unión.

Como será evidente a partir de la siguiente discusión relativa a los reguladores de corriente previamente considerados constantes, existen diversos inconvenientes asociados con el arte previo.

La Figura 2 muestra un esquema típico de un regulador de corriente de tres terminales usado para el propósito de distribuir a una cadena de LEDs (también mencionado en US201 0/0277091 - Brieda et al). El "voltaj e de caída" mínimo a través de un regulador de corriente de acuerdo con el diseño que se muestra en la Figura 2 es alrededor de 1 .3V - lo que es igual a dos caídas de voltaj e (vbe) de B ase-Emisor (a través de los transistores Ql y Q2 ). Una de estas "caídas vbe" - en particular l a que atraviesa la unión de emisor-base de Ql - se presenta a través de Rl, lo que resulta en una corriente a través de Rl de vbel/Rl. Suponiendo que Q2 esté extrayendo una corriente base despreciable, la corriente a través de los LEDs también es igual a vbel/Rl, donde vbel es el voltaj e emisor de base del transistor Ql. Consecuentemente, debido a la dependencia de temperatura inherente de vbe, la variación relacionada con la temperatura de la corriente del LED, expresada como una fracción de la corriente nominal del LED, está dada por: ecuación 1 TC = (d? ??/d?) /ILED = (Svbel/d?) /vbelnoa en donde, vbelnOm es el valor nominal de vbel a una temperatura estándar (300K) . En el diseño de la Figura 2, vbelnom es alrededor de 0.6V y 5vbel/5T es, para una muy buena aproximación de ingeniería, -2mV/K. Consecuentemente, el valor más bajo alcanzable del coeficiente de temperatura, TC, para este diseño es - 0.0033 K" 1 (- 0.33 % por Kelvin, o -3 ,300 ppm por Kelvin). Las corrientes mostradas para esta "solución estándar" en la Tabla 1 de Brieda et al., indican una variación de - 0.35 % por Kelvin. Este valor de TC resultaría en la corriente proporcionada para la cadena de LED que varía por -/+ 9.25 % sobre un intervalo de temperatura de +/- 55 Kelvin.

La solución propuesta por Brieda et al . , padece de un coeficiente de temperatura TC de- 0.0650 % por Kelvin (- 650 ppm/K). Esto resulta en una variación en la corriente LED de -/+ 3.6% sobre +/- 55 Kelvin. Esta variación hace a la solución de Brieda inadecuada para muchas aplicaciones en donde se esperan fluctuaciones en la temperatura ambiente y donde la salida óptica, en término de Fluj o Luminoso y/o índices cromáticos, de un ensamble de LEDs se requiere para permanecer sustancialmente constante.

En resumen, por lo tanto, aunque el diseño de Brieda ofrece algunas ventaj as en término s de eficiencia en costo, este diseño puede suministrar valores mínimos de coeficiente de temperatura, TC, de alrededor de 650 ppm/K en magnitud. Esta magnitud de TC es todavía importante y conduce a variaciones de alrededor de -/+ 4% en la corriente LED sobre el intervalo de temperatura especificado de -30C a +80C.

También se conoce en la técnica una topología de circuitos de dos terminales generalizada, que puede proporcionar una corriente sustancialmente constante, limitada por las capacidades de manejo de corriente y voltaj e de un Transistor bipolar de silicio. Esta topología generalizada se muestra en la Figura 3.

Dentro de esta topología, un Dispositivo regulador de Voltaje (VRD) se usa para regular el voltaje a través de una combinación en serie de un voltaje base-emisor, vbe, y un resistor programador de corriente, R. Si el voltaj e regulado a través del VRD es Vreg, entonces la corriente a través del resistor R está dada por: IR = (Vreg - vbe)/R ecuación 2 Al permitir que dos de tales corrientes desvíen mutuamente las uniones del emisor de base de los dos transistores bipolares mostrado en la Figura 3 , la corriente total regulada a través del regulador está dada por: IT = 2.1 R = 2. (Vreg - vbe)/R ecuación 3 El coeficiente de temperatura de esta corriente, definido (como antes) como el cambio fraccional en ?? con temperatura, está dado por: TC = (d?t/dG)/?t = (SVreg/$T- dvbe/$T)/(Vreg - vbe) ecuación 4 Se conoce en la técnica que para un Transistor bipolar de silicio, el valor de 5vbe/6T es alrededor de -2mV/K y que vbe, que es el voltaj e a través de una unión pn de silicio polarizado directamente es alrededor de 0.7V.

El comportamiento térmico de la corriente regulada por lo tanto depende de la naturaleza y comportamiento térmico del VRD. En vista de esto, se ha descrito un diseño en particular, con base en esta topología generalizada en la cual el VRD comprende una combinación en serie de un diodo de unión PN polarizado directamente y un diodo de "referencia de ancho de banda". Este diseño se muestra en la Figura 4. Para este diseño , el voltaj e de regulación, Vreg está dado por: Vreg = Vdiodo + Vbg ecuación 5 Es una propiedad de un diodo de referencia de ancho de banda, que el voltaj e que lo atraviesa, Vbg (típicamente 1 .23V) esté sustancialmente sin variación con temperatura, mientras que, el voltaj e a través de un diodo de unión PN polarizado directamente, Vdiodo, variará con la temperatura de la misma manera como una unión de base-emisor (también es una unión PN polarizada directamente, que lleva sustancialmente la misma corriente como el diodo). Por lo tanto, el comportamiento térmico de Vreg será idéntico a aquel de vbe, con lo cual se produce un coeficiente de temperatura cero, TC, para la corriente del regulador.

Existen sin embargo, limitaciones colocadas sobre el funcionamiento y costo de los reguladores de este diseño. En particular, un diodo de referencia de ancho de banda de silicio, que mantiene un voltaje estabilizado a temperatura a través de él de 1 .23V, opera hasta una corriente máxima típica de 20mA. Esto coloca un límite superior en la corriente total del regulador, IT, de 40mA.

Además, la impedancia diferencial muy baj a del diodo de ancho de banda (típicamente menor a 1 O) hace difícil asegurar que los dispositivos de este tipo puedan estar conectados en paralelo, mientras se comparte la corriente entre ellos. La Figura 5 ilustra el problema. Detalla las características I/V de dos diodos de ancho de banda, que yacen (para la ilustración del peor caso) en cada extremo de la oscilación de manufactura en Vbg - para un diodo de ancho de banda de silicio típico, esta oscilación (Vbg2 - Vbgi) es alrededor de 8mV. Se puede observar fácilmente que si dos de tales diodos se colocan en paralelo, el diodo con el valor más bajo de Vbg (Vbgi) tomará una determinada cantidad de corriente (mostrada como Ibgi ) antes de que el otro diodo comience a tomar alguna corriente. Consecuentemente, habrá un intervalo de corriente VRD, sobre el cual ningún compartimiento de corriente tenga lugar, y sobre el cual por lo tanto, las capacidades de manejo de corriente del VRD y por lo tanto del regulador de corriente como un todo, permanezcan limitadas por las capacidades de manejo de corriente de un diodo de referencia de ancho de banda sencillo .

Al inspeccionar la característica I/V de un diodo de ancho de banda con una capacidad máxima de manejo de corriente de 20mA (tal como la LT 1 004- 1 .2) se puede observar, que el voltaje que atraviesa el Diodo de ancho de banda 1 en la Figura 5 , tiene un valor que es sustancialmente 8mV superior a SU valor nominal (corriente baj a), con lo cual se asegura que el Diodo de ancho de banda 2 se encienda, cuando la corriente a través del Diodo de ancho de banda 1 haya alcanzado un valor de alrededor de 14mA. Esto significa que el Diodo de ancho de banda 1 y Diodo de ancho de banda 2 no comparten corriente, hasta que la corriente a través del Diodo de ancho de banda 1 haya alcanzado un valor que es solamente unos cuantos miliamperes menor de su valor máximo especificado. Además, debido a la naturaleza no lineal de la característica I/V de un diodo de ancho de banda, donde la impedancia diferencial (relación de cambio de voltaj e con corriente) sea significativamente superior a baja corriente en comparación a alta corriente, ya que la corriente a través del Diodo de ancho de banda 1 se incrementa por 6mA, hasta su máximo especificado de 20mA, la corriente a través del Diodo de ancho de banda 2 se incrementará por significativamente menos que esto (alrededor de 3mA) .

Consecuentemente, reemplazar el diodo de ancho de banda en cada VRD de un circuito de acuerdo con la Figura 4, con una combinación en paralelo de dos de tales diodos de ancho de banda, permitiendo las variaciones de manufactura en Vbg, se puede esperar confiablemente que incremente la capacidad de manej o de corriente de cada VRD por solamente 9mA, en comparación con los 20mA deseados. Por lo tanto, el incremento confiablemente esperado en la capacidad de manej o de corriente del regulador de corriente como un todo, sería solamente de alrededor de 18mA, al contrario de los 40mA deseados. Esto es efectivamente un proceso de disminución de los retornos en términos del manejo de corriente por costo unitario. La importancia de esto es considerable, en vista del hecho de que los diodos de referencia de ancho de banda no son estructuras sencillas de diodos, sino circuitos integrados bastante complejos, que contienen diversos elementos de circuito. Un diodo de referencia de ancho de banda típico de 1 .23 voltios contiene alrededor de 13 transistores bipolares y 8 resistores, haciéndolo un contribuyente importante al costo global del regulador de corriente.

Un método alternativo, en el caso de un circuito de acuerdo con el diseño de la Figura 4, sería formar combinaciones en paralelo del VRD completo de corriente baja (donde cada uno de tal VRD de baj a corriente es, como se muestra, una combinación en serie de diodo de unión PN polarizado directamente y diodo de referencia de ancho de banda) para formar un VRD de alta corriente. Esto, sin embargo, significaría replica tanto el diodo de ancho de banda y el diodo de unión PN, con lo que nuevamente, se incrementa significativamente el costo del regulador.

Como tal, la realización de la topología general mostrada en la Figura 4 no ofrece una solución eficiente en costo al desafío de suministrar un regulador de corriente con bajo coeficiente de temperatura que sea programable sobre un amplio intervalo de corrientes constantes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Modalidades de la presente invención buscan aliviar lo s problemas e inconvenientes asociados con lo s dispositivos reguladores de corriente previamente considerados . La consideración de lo s requerimientos del distribuidor LED de un intervalo de aplicaciones diferentes, conduce a la ob servación de que existe la necesidad de un dispositivo regulador de corriente que tenga un funcionamiento térmico mej orado junto con capacidades precisas de ajuste de corriente y que sea preferiblemente operable sobre un amplio intervalo de valores programables de corriente. Además, en vista de la sensibilidad de precio de muchas de estas aplicaciones, los distribuidores de LED dirigidos a atender estas necesidades deb erían ser idealmente eficientes en costo . En término s de diseño de circuitos, esto significa realizar soluciones que usen topologías de corriente sencillas y componentes sencillo s . Por ej emplo , una solución eficiente en costo sería una que mantenga el conteo de transistores baj o . Esto tendría el beneficio agregado de maximizar el MTBF del regulador de corriente y por lo tanto de un distribuidor LED que lo incorpore. También es deseable proporcionar un dispositivo regulador de corriente que muestre una sensibilidad inferior a la tolerancia de manufactura de los elementos de circuito que determina la corriente en comparación con las soluciones previamente consideradas .

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona un regulador de corriente para proporcionar una corriente regulada desde un voltaj e de entrada, el regulador de corriente que comprende: un circuito distribuidor que comprende un resistor y un transistor; y un circuito regulador de voltaj e operable para proporcionar un voltaj e regulado a dicho circuito distribuidor, en donde dicho circuito regulador de voltaje comprende una pluralidad de diodos Zener conectados en paralelo.

Preferiblemente, el circuito distribuidor y el circuito regulador de voltaj e forman un primer circuito regulador de corriente. Preferiblemente, el primer circuito regulador de corriente está en acoplamiento transversal a un segundo circuito regulador de corriente. Preferiblemente, en este caso, el segundo circuito regulador de corriente puede comprender: un segundo circuito distribuidor que comprende un resistor y un transistor; y un segundo circuito regulador de voltaje operable para proporcionar un voltaj e regulado a dicho segundo circuito distribuidor, en donde dicho circuito regulador de voltaj e comprende una pluralidad de diodos Zener conectados en paralelo.

Alternativamente, el circuito distribuidor y el circuito regulador de voltaj e forman un primer circuito regulador de corriente el cual es conectado a un circuito de adición resistiva.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención se proporciona un regulador de corriente para proporcionar una corriente regulada desde un voltaj e de entrada, el regulador de corriente que comprende : un primer circuito regul ador de corriente y un segundo circuito regulador de corriente, en donde la salida del primer circuito regulador de corriente está en acoplamiento transversal a dicho segundo circuito regulador de corriente, cada uno del primer y segundo circuitos reguladores de corriente que comprende: un circuito distribuidor que comprende un resistor y un transistor; y un circuito regulador de voltaj e operable para proporcionar un voltaj e regulado al circuito distribuidor respectivo, en donde dicho circuito regulador de voltaj e comprende una pluralidad de diodos Zener conectados en paralelo .

De acuerdo con modalidades del segundo aspecto de la presente invención, la salida del primer circuito regulador de corriente está en acoplamiento transversal a dicho segundo circuito regulador de corriente tal que el recolector del transistor del primer circuito regulador de corriente es conectado a la terminal positiva del circuito regulador de voltaj e del segundo circuito regulador de corriente .

Preferibl emente, lo s diodos Zener del/cada circuito regulador de voltaj e comprenden diodos Zener de silicio . Los transistores usados en el circuito regulador de corriente de acoplamiento transversal de este tipo forman preferiblemente un "par complementario" en donde un transistor es un Transistor bipolar de silicio del tipo PNP y el otro es un Transistor bipolar de silicio del tipo NPN.

De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención se proporciona un circuito regulador de voltaje para uso en un circuito regulador de corriente que comprende una pluralidad de diodos Zener conectados en paralelo.

Modalidades de la presente invención explotan ventajosamente el bien definido voltaj e de ruptura de los diodos Zener como un medio para regular el voltaje aplicado al circuito distribuidor de un dispositivo regulador de corriente con obj eto de generar una corriente estabilizada para suministrar una carga dada.

La disposición de una pluralidad de diodos Zener que están conectados en paralelo para formar el circuito regulador de voltaj e de acuerdo con modalidades de la presente invención es ventajosa en que facilita fácilmente la generación de un amplio intervalo de valores de corriente regulada (Ij) . Específicamente, el intervalo de programación de corriente de un regulador de corriente que abarca la presente invención puede seleccionarse ventaj osamente de acuerdo con el número de diodos Zener usado en cada circuito regulador de voltaj e, o dispositivo regulador de voltaj e (VRD). Como tal, de acuerdo con modalidades de la presente invención, no es necesario paralelizar o replica el circuito complete para alcanzar un intervalo de valores constantes de corriente. Así, las partes que se repliquen de acuerdo con la presente invención (es decir, los diodos Zener) son elementos de circuito sencillos, relativamente económicos. Esto proporciona ventaj osamente una solución muy eficiente en costo al problema de suministrar un intervalo de valores de corriente regulada, con lo que se permite que las modalidades de la presente invención sean útiles para estabilizar la corriente de distribución para un intervalo variado de aplicaciones.

Para los diodos Zener de silicio con voltaj es Zener, Vz, de menos de alrededor de 5.5V, existe un valor de corriente, Iz, opt, a través del diodo Zener en el cual la velocidad de cambio de voltaj e Zener con temperatura sustancialmente iguala la velocidad de cambio del voltaje base-emisor, vbe, de un Transistor bipolar de silicio (sustancialmente -2mV/K). Los diodos Zener con estos voltajes Zener, sin embargo, difieren de acuerdo con tanto el valor de Iz, opt al cual se cubre esta condición de balance térmico, y el valor de impedancia Zener, Zz a alguna corriente dada. Las modalidades preferidas de la presente invención hacen uso del hecho que en un circuito de acoplamiento transversal, un VRD puede construirse, al usar diodos Zener de bajo voltaj e, los cuales se escogen sobre la base de que tiene una corriente, Iz, opt, a la cual la velocidad de cambio del voltaj e Zener con temperatura es sustancialmente igual a la velocidad de cambio del voltaj e base-emisor, vbe, de un Transistor bipolar de silicio con temperatura.

Además, de acuerdo con una modalidad particularmente preferida, los diodos Zener se seleccionan tal que la velocidad de cambio de voltaj e Zener con temperatura, 5Vz/5T mostraría una variación mínima con la corriente, para valores de corriente Zener alrededor de Iz, opt, con lo cual se facilita un amplio intervalo de corrientes programables a través de un regulador que abarca la presente invención, sobre el cual la dependencia de temperatura de cada corriente dentro de este intervalo programable es ventaj osamente pequeña.

Así, de acuerdo con las modalidades preferidas de la presente invención, los diodos Zener muestran un bajo voltaje Zener - es decir, menos de 5.5V. Preferiblemente, los diodos Zener muestran un voltaj e Zener de entre 2.0V y 3.0V. Se apreciará por aquellos expertos en la técnica que el voltaje Zener de un diodo Zener dado se define, de acuerdo con la defini ción del voltaj e nominal de Zener, como el voltaj e que atraviesa el diodo a una corriente definida de diodo. Una corriente de diodo Zener típica a la cual se mide el voltaj e Zener es 5mA.

Las modalidades preferidas de la presente invención hacen uso del hecho de que los diodos Zener de silicio con bajos valores de voltaj e Zener tienden a tener valores superiores de impedancia diferencial Zener, Zz en comparación con ambos voltajes Zener superiores y diodos de ancho de banda. Estos valores de Zz superiores ventaj osamente aseguran, dentro de los límites definidos por la tolerancia de manufactura en voltaj e Zener, que tales diodos Zener puedan ser conectados en paralelo y compartan, aproximadamente de forma uniforme, la corriente a través de la combinación paralela. Esto asegura benéficamente que varios intervalos de corriente del regulador puedan escogerse, sobre los cuales la dependencia de temperatura es pequeña y tenga un valor de cero dentro del intervalo . Cada dicho intervalo se refiere a un número dado de diodos Zener por VRD.

Preferiblemente, modalidades de la presente invención buscan aliviar el problema que se presentaría normalmente como resultado de las variaciones de manufactura en el voltaj e Zener de cualquier diodo Zener dado, o de hecho variaciones de manufactura en diodos de rectificación, tales como aquellos usados en la ref 2 del arte previo, en particular variaciones correspondientes en la corriente programada del regulador, l . Esto se hace al asegurar que la corriente a través de un regulador de acuerdo con la presente invención varía de acuerdo con el voltaje Zener promedio dentro de cada pila en paralelo de diodos Zener, donde las variaciones en este valor promedio obedecerán a una distribución estadística gobernada por el Teorema de Límite Central de estadística, por el cual la desviación estándar del voltaj e Zener medio dentro de cada VRD se reduce por un factor de la raíz cuadrada del número de diodos Zener por VRD, en comparación con la desviación estándar en el voltaj e Zener de un diodo Zener sencillo . Esto conduce a una variación reducida en el voltaje Zener medio dentro de un VRD y por lo tanto variaciones fraccionadas reducidas en la corriente regulada, en variantes mayores de corriente de un circuito regulador de corriente de acuerdo con la presente invención.

Como se discutirá con mayor detalle en la presente, el dispositivo de regulación de voltaj e (VRD) de acuerdo con modalidades de la presente invención es altamente ventajoso en que la combinación en paralelo de diodo s Zener no solamente sirve para proporcionar una función de regulación de voltaj e, sino que en mo dalidades preferidas puede servir también para compensar la dependencia de temperatura del transistor distribuidor, con obj eto de lograr una función de balance térmico , sobre un amplio intervalo de corrientes, que comprende un número de sub-intervalos, donde cada sub-intervalo corresponde a un número particular de dio dos Zener en paralelo por VRD . Lo s circuitos reguladores de corriente de acuerdo con la presente invención ventaj osamente proporcionan una corriente regulada para la cual la dependencia de temperatura de la corriente regulada se reduce benéficamente a un valor medido en decenas de partes por millón por Kelvin. De hecho , de acuerdo con las modalidades particul armente preferidas de la presente invención, el valor del coefici ente de temp eratura, TC , se observa que es sustancialmente cero a corrientes preferidas específicas a través de cada sub-intervalo.

Además, se apreciará que ya que es po sible alcanzar este funcionamiento , de acuerdo con modalidades de la presente invención, por medio de un circuito que contiene solamente transi stores bipolares, dio dos Zener y resistores, l as modalidades de la presente invención representan un regulador de corriente particularmente eficiente en costo . Como tal, las modalidades de l a presente invención encuentran apli cación particular en iluminación con LED, luces posteriores para LCD , incluyendo aquellas para grandes pantallas públicas, así como pantallas LED, iluminación arquitectónica y aplicaciones para letreros en canal, sin recurso a medios adicionales para corregir el cambio térmico en la corriente del regulador.

En resumen, las modalidades preferidas de la presente invención proporcionan ventaj osamente un circuito de regulación eficiente en costo, con funcionamiento térmico mejorado (es decir, valores de coeficiente de temperatura que son menores a aquellos asociados con las soluciones previamente consideradas), el cual es operable sobre un intervalo de valores de corriente programables, y que se fij a con precisión.

De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente invención se proporciona un aparato de iluminación que comprende uno o más LEDs, el aparato de iluminación que comprende un regulador de corriente de acuerdo con una modalidad del primero o segundo aspecto.

El aparato de iluminación puede comprender, por ejemplo, un accesorio de iluminación, que contiene LEDs, junto con uno o más distribuidores LED, donde cada uno de dichos distribuidores LED contiene uno o más reguladores de corriente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Para un mejor entendimiento de la presente invención, y para mostrar cómo la misma puede llevarse a efecto, se hará ahora referencia a manera de ej emplo a los dibujos anexos en los cuales : La Figura 1 muestra topologías generalizadas de circuito regulador de corriente de acuerdo con el arte previo; La Figura 2 muestra la topología generalizada de un circuito regulador de corriente de tres terminales de acuerdo con el arte previo; La Figura 3 muestra la topología generalizada de un circuito regulador de corriente de dos terminales de acuerdo con el arte previo ; La Figura 4 muestra un diseño de circuito regulador de corriente de acuerdo con el arte previo; La Figura 5 detalla una representación gráfica de las características (1/V) de corriente/voltaj e de dos diodos de ancho de banda; La Figura 6 muestra un circuito regulador de corriente de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 7 muestra un circuito regulador de corriente de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención; y La Figura 8 detalla una representación gráfica de las características (I/V) de corriente/voltaj e de dos diodos Zener.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 6 muestra un circuito regulador de corriente de dos terminales de acuerdo con una primera modalidad de la presente invención, el circuito regulador de corriente que tiene un primer circuito regulador de corriente CI en acoplamiento transversal con un segundo circuito regulador de corriente C2. El primer circuito regulador de corriente CI comprende un circuito distribuidor que tiene un resistor Rl y un transistor bipolar TI. El primer circuito regulador de corriente también comprende un circuito regulador de voltaje VRCl que comprende una pluralidad de diodos Zener Z\\, Zl2... Zln conectados en paralelo. El segundo circuito regulador de corriente C2 comprende un circuito distribuidor que tiene un resistor R2 y un transistor bipolar T2. El segundo circuito regulador de corriente también comprende un circuito regulador de voltaje VRC2 que comprende una pluralidad de diodos Zener Z2j, Z22... Z2n conectados en paralelo. Una fuente de voltaje distribuye una corriente IT dentro del nodo W el cual conecta el resistor Rl y la terminal positiva del circuito regulador de voltaje VRCl del primer circuito regulador de corriente CItal que la corriente IT se divide entre el resistor Rl y VRCl. El resistor Rl es conectado al emisor e de transistor TI. La corriente del recolector del transistor bipolar TI, la cual se determina por el valor de Rl, el voltaje producido por el VRCl y por el voltaje base-emisor Vbe del transistor TI, se suministra a la terminal positiva del circuito regulador de voltaje VRC2 del segundo circuito regulador de corriente C2 y a la base del transistor T2 en el nodo Y. El nodo X conecta la terminal negativa de VRCl, la base de TI y el recolector de T2. El resistor, Rn es simplemente una fuente de ruido térmico, usada para "arrancar" el circuito.

Suponiendo una corriente base despreciable en T2, IVRDI es igual al recolector corriente de T2. Además, el recolector corriente de T2 se determina por el valor de R2, el voltaje producido por el VRC2 y por el voltaje base-emisor vbe del transistor T2. La terminal negativa de VRC2 es conectada a R2 formando el nodo de salida Z a través del cual IT hace fluir la carga pretendida.

En virtud del acoplamiento transversal de este circuito, los dos transistores se proporcionan ventajosamente con corrientes de desviación de la base.

De acuerdo con la modalidad anterior, uno de los resistores puede mantenerse a un valor constante, mientras que el otro se usa como un resistor programador de corriente. Alternativamente, ambos de los resistores pueden ser variables con objeto de que ambos sirvan como resistores de programación de corriente.

De acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención mostrada en la Figura 7, un circuito regulador de corriente CI es conectado a un circuito de adición resistiva RSC. La persona experta en la técnica apreciará que diversos diseños para el circuito de adición resistiva son posibles . Por ej emplo, en el ej emplo particular que se muestra en la Figura 7, el circuito de adición resistiva comprende una pluralidad de resistores conectados en paralelo.

Lo siguiente describe las propiedades y principios de las modalidades preferidas de la presente invención.

Precisión del ajuste: La "precisión del ajuste" de un regulador de corriente de acuerdo con modalidades de la presente invención se discute en la presente, en términos de las variaciones en la corriente proporcionadas por tal regulador, provocadas por variaciones aleatorias en las propiedades de los elementos del circuito. Aunque debería apreciarse por el lector que ambos errores aleatorios y errores determinísticos se presentan en cualquier circuito, son los errores aleatorios los que dan lugar a oscilaciones en el funcionamiento del circuito . Errores determinísticos dan lugar a "compensaciones" fij as entre el funcionamiento de diseño y realizado . La precisión del ajuste cualquier circuito de corriente constante se expresa propiamente como el cambio fraccional en la corriente regulada. Así, para un circuito de acuerdo con la topología general de la Figura 3 : ??t/?t = (AVreg + Avbe)/(Vreg - vbe) ecuación 6 en donde, AVreg es la oscilación de manufactura in Vreg y Avbe es la oscilación de manufactura en vbe. En la presente invención, el voltaje de regulación Vreg se proporciona por diodos Zener de baj o voltaj e y por lo tanto, AVreg = AVz. Esta oscilación en Vreg es significativamente superior (por un factor de alrededor de 10) que la oscilación en vbe. Por lo tanto : ???/?? ¡s ? Vz/(Vreg - vbe) ecuación 7 Típicamente, para un diodo Zener de bajo voltaj e (<5.5 Volts), AVz, la oscilación estadí stica en voltaj e Zener es alrededor de 10% - lo que equivale a una oscilación de +/- 5% en Vz. La ecuación 6 indica que el uso de diodos Zener de bajo voltaj e daría lugar, en la ausencia de cualquier medio de corrección, a una gran variación en IT con tolerancia de manufactura en Vz - en otras palabras, una pobre precisión de corriente del ajuste It por lo tanto se hace deseable, de acuerdo con modalidades de la presente invención, para combinar los diodos Zener de tal manera que se mejore este efecto.

De acuerdo con modalidades de la presente invención, se hace uso de un teorema estadístico, conocido como el Teorema de Límite Central. Una consecuencia de este teorema es que si una variable, x, se distribuye de acuerdo con una distribución normal, con media µ y desviación estándar, s, entonces la media de muestras de tamaño N, se distribuirá de acuerdo con una distribución normal, con la misma media, µ y una desviación estándar de s /VN.

Considere el caso de un diodo Zener, con un voltaj e nominal de Zener, Vz y una tolerancia de manufactura, AVz. El valor de AVz se relacionará con la desviación estándar s (Vz) de la estadística de placa de contacto a placa de contacto de Vz. Típicamente, el valor citado por la oscilación de manufactura en Vz será alrededor de +/- 3. s (Vz) - la "oscilación seis sigma".

Si se toman muestras de N diodos Zener de esta distribución 'global', para formar cada pila de diodos en paralelo, entonces el valor medio de voltaj e Zener, <Vz> dentro de cada muestra tendrá un valor medio, <(<Vz>)> igual al voltaje nominal de Zener, Vz y una desviación estándar de s (Vz)/VN.

De acuerdo con modalidades de la presente invención que usan un Circuito de regulación de Voltaj e, VRC, el/cada VRC se proporciona el cual comprende una pila en paralelo de diodos Zener, cada una con el mismo voltaj e nominal de Zener, Vz.

El regulador, que tiene dos pilas de diodos, que lleva corrientes ls\ e Is2 tiene una corriente total regulada, lj dada por: IT= ISI + Is2 ecuación 8 Así IT = f(< Vz2> - vbe) + (< Vzi> - vbe)]/R ecuación 9 La varianza en esta corriente total está dada por: Var(IT) = (Var(< Vz2>) + Var(< Vzj>)/R2 ecuación 1 0 Del Teorema de Límite Central : Var(< Vz2>) = Var(< Vzi>) = Var(Vz) /N ecuación 1 1 Por lo tanto : Var(IT) = 2. Var(Vz)/(N.R2 ) ecuación 12 Se puede mostrar que la corriente regulada nominal, Imom a través del regulador está dada por: iTnom = 2. (Vz - vbe)/R ecuación ( 13 ) En donde, Vz toma su valor nominal como se menciona en la hoja de datos del fabricante.

La desviación estándar en IT está dada por: s(??) = SqrtVar(IT) = Sqrt(2/N.R2). a(Vz) ecuación 14 La "Precisión del ajuste" de IT está dada por la oscilación en ?t (???) como una fracción de Imom en donde la oscilación es 6. s (IT) . Similarmente, la oscilación de manufactura en Vz (AVz) es igual a 6. s (Vz).

Por lo tanto : ?(??) = Sqrt(2/NR2).A(Vz) ecuación 1 5 ?(?t)/?t???, = Sqrt(2/NR2).A(Vz)/IT, nom ecuación 16 A(IT)/lTnom = A(Vz)/[Sqrt(2.N).(Vz - vbe)] ecuación 17 En donde, N es el número de diodos Zener en cada pila. Por lo tanto, este error fraccional en la corriente del regulador, para un regulador de acuerdo con la presente invención se reduce con el número de diodos Zener por pila, por un factor Sqrt(2.N).

Coeficiente de temperatura e intervalo de programación de corriente: El coeficiente de temperatura de corriente para un regulador que abarca la presente invención está dado por: TC = (SVz/ST- óvbe/&T)/(Vz - vbe) ecuación 1 8 Este coeficiente de temperatura es sustancialmente cero cuando la corriente a través de cada diodo Zener es igual a Iz, opt (el valor de corriente Zener al cual 5Vz/5T = 6vbe/5T) . Consecuentemente, hay valores de corriente del regulador, ?t, a los cuales TC es sustancialmente cero. Para un funcionamiento térmico óptimo, por lo tanto, estos valores de ?? se vuelven corrientes operativas "preferidas" para un regulador que abarca la presente invención.

Ya que la corriente Zener, Iz, se aparta de su valor óptimo , cambia el valor de TC . Las modalidades preferidas de la presente invención buscan proporcionar un intervalo de programación de corri ente sobre el cual TC se desvíe de cero solamente por una pequeña cantidad. Para propósitos ilustrativos, tomaremos este intervalo de programación de corriente como que es aquel sobre el cual el valor de TC está limitado dentro del intervalo +/- 75 ppm por Kelvin. Por lo tanto, al definir los valores de coeficiente de temperatura de límite superior e inferior, TC, como TCu - 7.5x 1 0" 5 por K y TC L = -7.5x l 0"5 por K, lo s valores superior e inferior de 5Vz/5T que corresponden a los dos extremos del intervalo de programación de corriente son : (SVz/dT)L = TCL. (Vzu - vbe) + dvbe/dG ecuación 19 y (SVz/ST)v = TCu.(VzL - vbe) + Svbe/ST ecuación 20 TCu es el valor límite superior de TC , lo que corresponde al límite inferior de corriente Zener; TCL es el límite inferior de TC , lo que corresponde al lími te superior de corriente Zener. Vzu y VzL denotan los valores de voltaje Zener en los límites superior e inferior de corriente Zener respectivamente. Estos valores de Vz se pueden aproximar con precisión al asumir a priori, que el intervalo de corriente a través del diodo Zener medio dentro de cada pila es alrededor de l OmA a 20mA. Este intervalo de corrientes se centra en un valor de corriente Zener que corresponde al valor de Iz, opt para un diodo Zener de 2.4V, elegido por las razones dadas adelante. Luego, los valores precisos de Iz ( Iz,u e IZ, L) ue corresponden a los valores inferior y superior de 5Vz/§T respectivamente, se pueden obtener usualmente a partir de la hoja de datos del fabricante del diodo Zener. Los valores correspondientes de Ir son entonces: IT - 2.N.íz,U and ,L - 2.N.IZ,L ecuación 21 Suponiendo que los transistores bipolares tienen altos valores de (Ic/Ib) la corriente total a través del regulador al centro de su intervalo de programación, para un valor dado de N está dada por: cen = 2.N.h,Opt ecuación 22 A partir de la ecuación 9, el valor del resistor de programación que corresponde a este valor central de corriente está dado por: R =2.(<Vz> - vbe)/IT,íl ecuación 23 Donde la <Vz> toma el valor del voltaj e nominal de Zener en Iz, opt. Para valores de corriente total del regulador en otro lugar dentro del intervalo de programación: R =2.(<Vz> - vbe)/IT ecuación 24 Compartimiento de corriente: Se conocen en la técnica las dificultades que resultan de conectar diodos Zener en paralelo. Estas dificultades se relacionan con el grado al cual los diodos Zener comparten corriente - similar al caso de los diodos de referencia de ancho de banda usados en el arte previo detallado en la Figura 4. Si la impedancia diferencial de Zener (velocidad de cambio de voltaj e Zener, Vz, con corriente) a alrededor de la corriente de operación por diodo Zener (Iz, opt) es insuficientemente alta, o si la oscilación de manufactura en Vz (AVz) es demasiado alta, entonces el diodo Zener con el voltaj e Zener más baj o en la pila tomará toda (o al menos la mayoría) de la corriente. Para contrarrestar este problema, con lo que se asegura que todos los Zeners en cada pila se enciendan, es preferible usar diodos Zener con una oscilación de manufactura pequeña en voltaj e Zener y un voltaj e nominal de Zener para el cual la impedancia Zener en Iz, opt es mayor que unos cuantos ohmios. Así, de acuerdo con modalidades preferidas, existe una variación pequeña entre los voltajes Zener de los diodos Zener. La impedancia diferencial de Zener se refiere normalmente como impedancia "parásita" o indeseable. Sin embargo, en el contexto de la presente invención esto facilita usualmente el compartimiento de corriente.

Esto se muestra con referencia a la Figura 8 , la cual detalla las características I/V de dos diodos Zener, Zl y Z2, con voltaj es Zener que se encuentran en los extremos del intervalo de tolerancia de manufactura para un voltaj e nominal de Zener dado . El voltaj e Zener de cada diodo Zener se define, de acuerdo con la definición del voltaje nominal de Zener, como el voltaj e a través del diodo a una corriente de diodo definida, de normalmente 5mA. Además, en vi sta del diseño del regulador que usa tales diodos Zener, por lo que la corriente nominal Zener es Iz, opt, las corrientes a través de Zener 1 y Zener 2 en la Figura 6, se encuentran en cualquier lado de este valor. Por lo tanto, por construcción, la relación entre (Iz! - Iz2) y (Vz2 -Vzi) está dada por: (IZl - IZ2) = (VZ2 - VZl)/Rz ecuación 24 en donde, Rz es la resistencia Zener (la parte real de la impedancia Zener, Zz) en Iz, opt. Para un diodo Zener de silicio típico de 2.4 voltios (citado por las razones que se dan adelante) Rz es alrededor de 35O e Iz, opt es sustancialmente 14.5mA. La oscilación de manufactura en Vz (Vz2 -Vz i ) es típicamente 0.24V. Por lo tanto, la diferencia en el peor caso en las corrientes a través de Zener 1 y Zener 2 is alrededor de 7mA. Esto significa que Zener 1 lleva una corriente de Iz, opt más 3.5mA (Iz2 = 1 8mA) mientras que Zener 2 lleva una corriente de Iz, opt menos 3 .5mA (Iz2 = l l mA). Por inspección del comportamiento térmico de un diodo Zener de silicio típico de 2.4 voltios, las relaciones típicas de cambio de Vz i y Vz2 con temperatura son (a 1 8mA y l l mA respectivamente) sustancialmente -2.1 mV/K y - 1 .9 mV/K. Por lo tanto, la relación promedio de cambio de voltaj e Zener con temperatura es sustancialmente -2.0 mV/K, como se desea para comportamiento térmico óptimo (5Vz/6T = 5vbe/5T) a una corriente nominal por diodo Zener de Iz, opt.

Por lo tanto, en contraste con un circuito que usa combinaciones de diodos de unión PN de base de adelanto y diodos de referencia de ancho de banda, un circuito que abarca la presente invención ventaj osamente usa referencias de voltaj e que comparten corriente (diodos Zener de baj o voltaje) dentro de cada VRD. En vista del hecho de que, en contraste con los diodos de referencia de ancho de banda, tales diodos Zener de baj o voltaj e son estructuras sencillas de unión PN, esto proporciona un medio eficiente en costo por el cual se pueden seleccionar las capacidades de manejo de corriente y por lo tanto, el intervalo de programación de corriente de un regulador de corriente, de acuerdo con el número de tales diodos Zener de bajo voltaj e usados en cada VRD.

La utilidad de este método se muestra con referencia a una serie de diferentes modalidades, cada una que difiere en términos del número de diodos Zener por VRD.

Los criterios de selección preferidos para los diodos Zener usados en una modalidad preferid a de la presente invención son, a la luz de lo anterior: 1 . AVz (oscilación de manufactura en Vz - es decir, las variaciones que aparecen entre los voltaj es Zener de la pluralidad de diodos Zener comprendidos en un VRD) debería ser bajo. Esto asegura ventajosamente una buena precisión del ajuste y facilita el compartimiento de corriente. 2. La impedancia Zener Zz debería ser alta a la corriente de operación por diodo, Iz, opt con obj eto de permitir ventaj osamente el compartimiento de corriente. 3. Vz en Iz, opt debería ser bajo con obj eto de alcanzar un bajo "voltaje de caída", el cual es igual a 2xVz. 4. La velocidad de cambio de 6Vz/5T con corriente (5Vz/5T, d??) debería ser baj a, para corrientes alrededor de Iz, opt con obj eto de alcanzar ventaj osamente un amplio intervalo de corriente programable. 5. El valor de Iz, opt debería estar bajo para casos en donde la precisión del ajuste de corriente programada sea particularmente importante, ya que esto fuerza que N sea alto para cualquier valor dado de corriente del regulador La inspección de los datos de funcionamiento térmico para varios diodos Zener de silicio comercialmente disponibles muestra que los primeros cuatro de estos criterios se cubren sustancialmente al escoger un diodo Zener con un bajo voltaj e Zener o, preferiblemente el voltaj e Zener más bajo disponible - típicamente, 2.4V en la corriente de referencia del voltaj e Zener, 5mA. Para aplicaciones en las cuales la precisión del ajuste de corriente programada sea particularmente importante, se puede escoger un voltaje Zener ligeramente superior sustancialmente 3.0V a 5mA), ya que esto es consistente con un valor inferior de Iz, opt, consi stente con el criterio de selección preferido 5.

Modalidades Ej emplares : Para un diodo Zener de silicio típico de 2.4 V, donde el voltaj e Zener se mide a una corriente Zener de 5mA, el voltaje Zener a Iz, opt (que es sustancialmente 14.5mA) es 2.9V. También, para un transistor típico de silicio NPN o PNP, que lleva una corriente de emisor apreciable, vbe ~ 0.7V.

AVz = 0.24 V Iz, opt = 14.5 mA Zz @ Iz, opt = 35O Vz @ Iz, opt = 2.9 V Vz @ 1 0mA (valor tomado para VzL) = 2.75 V Vz @ 20mA (valor tomado para VzU) = 3. 1 V (5Vz/5T)u = - 1 .85 mV/K (5Vz/5T)L = - 2.1 8 raV/K I Z , L = 9.5 mA, Iz,u = 23.5 mA Las métricas de funcionamiento se pueden calcular a partir de estas cifras, suponiendo que los resistores (R) tienen co eficiente de temperatura cero . En la práctica, los resistores de ultra-baj o co eficiente de temperatura representan una elevación importante en el co sto . Los resistores accesibles de chip de película gruesa, sin embargo , están disponibles actualmente, con co eficiente de temperaturas de +/-25 ppm/K a través del intervalo de resistencia requerido y con precisiones de resistencia de +/-0. 1 %. Las métricas de funcionamiento para un intervalo de N desde 1 a 6 se dan en la Tabla 1 .

TABLA 1 Esto muestra que modalidades de la presente invención ventaj osamente proporcionan una topología para un regulador de corriente, con base en la cual, los reguladores pueden diseñarse para proporcionar un intervalo de corrientes programadas desde alrededor de 20 mA hasta alrededor de 280 mA, sobre las cuales un coeficiente de temperatura de corriente, lying entre - 75 ppm por elvin y + 75 ppm por Kelvin (- 0.0075 % por Kelvin y + 0.0075 % por Kelvin) se mantiene. Cada modalidad de la presente invención comprende dos transistores bipolares de silicio y diversos diodos Zener de silicio de bajo-voltaj e, lo que proporciona benéficamente una solución de baj o costo.

Las variaciones de manufactura en el valor de Iz, opt se ajustarían sensiblemente al especificar un producto diseñado de acuerdo con una modalidad particular de la presente invención, sobre un intervalo de corriente programada más estrecho. Un intervalo realista de corrientes sobre las cuales el coeficiente de temperatura +/- 75 ppm por Kelvin pueda especificarse, sería alrededor de 25 mA a 220 mA. En circunstancias en donde un bajo voltaj e de caída y por lo tanto bajo voltaj e Zener, es menos importante que la precisión del ajuste, sería ventaj oso usar diodos Zener que tengan un voltaj e Zener ligeramente superior, consistente con la necesidad de mantener una alta impedancia Zener. Tales diodos Zener de voltaj e ligeramente superior (por ej emplo, 3.0V) tienen menores valores de Iz, opt . Esto significa que para cualquier corriente dada del regulador, se requeriría un número mayor de Zeners en cada pila, lo que conduce, en vista del Teorema de Límite Central, a una mayor precisión del ajuste para esa corriente del regulador. En circunstancias en donde el valor de TC se requiere que sea sustancialmente cero a una corriente específica, Isp ec > o sobre un intervalo pequeño de corrientes programadas centradas en Isp ec es posible elegir un valor de voltaj e Zener para el cual los diodos Zener de silicio tengan un valor de Iz, opt dado por: Iz, opt = Ispec/2.N ecuación 25 Donde N es un entero y corresponde al número de diodos Zener por VRD en tal circuito regulador.

Por ejemplo, puede demostrarse que para Vz = 2.7 V, el valor correspondiente de Iz, opt para un diodo Zener de silicio es típicamente 5 mA. Por lo tanto, es posible construir un circuito regulador de corriente, que abarca la presente invención, que use dos de tales diodos Zener por VRD y que tenga un coeficiente de temperatura de corriente, TC, el cual es sustancialmente igual a cero para una corriente total del regulador, ??, de 20 mA.

Además, con obj eto de hacer más sencilla la facilidad de programación de corriente, podría usarse un regulador que abarque la presente invención, en donde uno de los resistores de programación se mantenga constante (en el valor de corriente central, para un N dado) mientras que el otro se use como un resistor de programación.

Claims

REIVINDICACIONE S

1 . Un regulador de corriente para proporcionar una corriente regul ada a partir de un voltaj e de entrada caracterizado porque comprende : un circuito distribuidor que comprende un resistor y un transistor; y un circuito regulador de voltaj e operable para proporcionar un voltaj e regulado a dicho circuito distribuidor, en donde dicho circuito regulador de voltaj e comprende una pluralidad de diodos Zener conectado s en paralelo , en donde cada diodo Zener tiene el mismo voltaj e nominal de Zener.

2. Un regulador de corriente de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho circuito distribuidor y dicho circuito regulador de voltaj e forman un primer circuito regulador de corriente, y en donde dicho primer circuito regulador de corriente está en acoplamiento transversal a un segundo circuito regulador de corri ente.

3 . Un regulador de corriente de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho segundo circuito regulador de corriente comprende: un segundo circuito distribuidor que comprende un resistor y un transistor; y un segundo circuito regulador de voltaj e operable para proporcionar un voltaj e de referencia estabilizado a dicho segundo circuito distribuidor, en donde dicho circuito regulador de voltaj e comprende una pluralidad de diodos Zener conectados en paralelo, en donde cada diodo Zener tiene el mismo voltaj e nominal de Zener.

4. Un regulador de corriente de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho circuito distribuidor y dicho circuito regulador de voltaj e forman un primer circuito regulador de corriente, y en donde dicho primer circuito regulador de corriente está conectado a un circuito de adición resistiva.

5. Un regulador de corriente para proporcionar una corriente regulada a partir de un voltaj e de entrada caracterizado porque comprende: un primer circuito regulador de corriente y un segundo circuito regulador de corriente, en donde la salida del primer circuito regulador de corriente está en acoplamiento transversal a dicho segundo circuito regulador de corriente, cada uno del primer y segundo circuito regulador de corrientes que comprende: un circuito distribuidor que comprende un resistor y a transistor; un circuito regulador de voltaj e operable para proporcionar un voltaje regulado al respectivo circuito distribuidor, en donde dicho circuito regulador de voltaj e comprende una pluralidad de diodos Zener conectados en paralelo, donde cada diodo Zener tiene el mismo voltaj e nominal de Zener.

6. Un regulador de corriente de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el dispositivo regulador de corriente comprende un circuito de dos terminales.

7. Un regulador de corriente de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque los diodos Zener del/cada circuito regulador de voltaj e comprenden diodos Zener de silicio.

8. Un regulador de corriente de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque los diodos Zener del/cada circuito regulador de voltaj e muestran un voltaje Zener de menos de 5.5V.

9. Un regul ador de corriente de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque los diodos Zener del/cada circuito regulador de voltaj e muestran un voltaje Zener de entre 2.0V y 3.0V.

1 0. Un regulador de corriente de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque una variación de entre 0. IV y 0.3 V existe entre los voltaj es Zener de los diodos Zener comprendidos en la pluralidad de diodos Zener del/cada voltaj e circuito de regulación.

1 1 . Un regulador de corriente de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el circuito es operable para proporcionar una corriente regulada programada de entre 25mA a 220mA.

12. Un regulador de corriente de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el voltaj e Zener de los diodos Zener comprendidos en el circuito regulador de voltaje del/cada circuito regulador de corriente se seleccionan tal que: Iz, opt = Ispec/2.N donde Iz, opt es la corriente a la cual la velocidad de cambio del voltaj e Zener con temperatura sustancialmente equivale a la velocidad de cambio del voltaj e base-emisor vbe del transistor del circuito regulador de corriente, N es un número entero de diodos Zener por circuito regulador de voltaje y lspec es un regulador de corriente en el cual el coeficiente de temperatura es sustancialmente cero.

13. Un regulador de corriente, de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el transistor del/cada circuito distribuidor comprende un transistor bipolar de silicio.

14. Un regulador de corriente de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el transistor bipolar de silicio es del tipo NPN o PNP . 1 5. Un regulador de corriente de conformidad con la reivindicación 14, cuando se anexa a la reivindicación 3 o la reivindicación 5 , caracterizado porque el transistor del primer o segundo circuito regulador de corriente es del tipo PNP mientras que el transistor del otro circuito regulador de corriente es del tipo NPN tal que los transistores forman un par complementario. 1 6. Un regulador de corriente de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 5 a 13 , caracterizado porque el resistor del primer y/o segundo circuito distribuidor operar para variar con obj eto de servir un resistor de programación de corriente. 1 7. Un circuito regulador de voltaj e para uso en un circuito regulador de corriente que comprende una pluralidad de diodos Zener conectados en paralelo, caracterizado porque cada diodo Zener ti en el mismo voltaje nominal de Zener. 1 8. Un aparato de iluminación que comprende uno o más LEDs y un regulador de corriente de conformidad con cualquier reivindicación anterior.