ES2627768T3

ES2627768T3 - Circuito de control dinámico

Info

Publication number: ES2627768T3
Application number: ES15725683.5T
Authority: ES
Inventors: Kumar Arulandu; Dmytro Viktorovych MALYNA; Ralph Kurt
Original assignee: Philips Lighting Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2017-07-31
Anticipated expiration: 2035-06-08
Also published as: US10225898B2; CN105794318A; EP3056066A1; EP3056066B1; JP2017503324A; CN105794318B; RU2016123085A; JP6133514B2; RU2016123085A3; PL3056066T3; RU2682183C2; WO2015193137A1; US20170164438A1

Abstract

Un circuito de control dinámico (1) realizado para la conexión en serie con una disposición de LED (2), caracterizado por un primer elemento de conmutación (Q1) realizado para proporcionar una trayectoria para la corriente de LED (ILED), y una disposición de supervisión (M) realizada para controlar el primer elemento de conmutación (Q1) de acuerdo con el nivel de la corriente de LED (LED) de modo que el circuito de control dinámico (1) presente una impedancia en serie (Zdyn), impedancia en serie (Zdyn) que se incrementa gradualmente en respuesta a la disminución de la corriente de LED (ILED) a través de la disposición de LED (2).

Description

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DESCRIPCION

Circuito de control dinamico Campo de la invencion

La invencion describe un circuito de control dinamico; una disposicion de iluminacion atenuable; una bombilla LED de modernizacion; y un metodo de excitacion de una disposicion de iluminacion LED atenuable.

Antecedentes de la invencion

A medida que los diodos emisores de luz se estan volviendo mas baratos y mas atractivos para su uso en aplicaciones de iluminacion de modernizacion, se requieren soluciones de excitador de bajo coste. Son conocidas varias topologfas de excitador de la tecnica anterior, por ejemplo descritas en los documentos US 8.698.407 B1, US 2014/0049730 A1, US 2007/0097043 A1, US 2012/0181940 A1 y US 2010/0156324 A1.

En un producto de iluminacion LED de modernizacion, se incorporan uno o mas LED de potencia junto con los circuitos del excitador en un aparato de bombilla estandar, por ejemplo un aparato GU10. Hay cierto numero de formas de alimentar una lampara LED modernizada a partir de una fuente de alimentacion de la red o convertidor de potencia. Sin embargo, dado que es deseable algun grado de flexibilidad para gestionar diferentes tensiones continuas de los diferentes LED, el circuito del excitador se basa normalmente en una fuente de alimentacion conmutada (SMPS). Por ejemplo, el excitador puede comprender una SMPS auto-oscilante de etapa simple.

Preferentemente, una aplicacion de iluminacion por LED de modernizacion debena ser capaz de ser usada en conjunto con atenuadores ya existentes. Un tipo ampliamente usado de atenuador de inicio de fase anterior se dispone normalmente para seguir un rectificador y funciona mediante la realizacion de un corte de fase en la parte del flanco de subida de la tension principal rectificada. El “angulo de corte de fase” se refiere al angulo (entre 0° y 180°) a partir del que el atenuador suprime o corta una semionda de la senal de tension de red rectificada. Un excitador de lampara LED, que puede disponerse entre dicho atenuador anterior y los LED, recibe esta tension de entrada con la fase cortada y debe ser capaz de satisfacer ciertos requisitos tales como proporcionar una corriente de mantenimiento minima. Esto puede conseguirse por ejemplo mediante un convertidor de potencia con un condensador de acumulacion conectado a traves de la salida de una fuente de alimentacion conmutada. El condensador de acumulacion alisa la tension de corte de fase a la salida del excitador, pero el rizado de tension sobre el condensador de acumulacion dara como resultado algun nivel de rizado sobre la corriente de LED. Durante un modo de funcionamiento no atenuado o solamente ligeramente atenuado de los LED (pequeno angulo de corte de fase), la corriente de LED es relativamente alta, de modo que el efecto de retardo de la corriente es menor comparado con el modo atenuado, por ejemplo, con un angulo de conduccion de 90°, y no influye adversamente en la produccion de luz. Sin embargo, con la creciente eficiencia de los LED, la resistencia en serie equivalente (ESR) del LED de potencia esta disminuyendo, y la ESR de un LED es aproximadamente inversamente proporcional a su corriente nominal. Para un LED con una ESR baja, por lo tanto, el rizado de tension sobre el condensador de acumulacion tendra un impacto significativo sobre el rizado de la corriente de LED, que alcanza un maximo con angulos de corte de fase de aproximadamente 90° y que puede producir un parpadeo apreciable sobre la produccion de luz de los LED.

Una forma de reducir el rizado de la corriente de LED con la intencion de suprimir el parpadeo podna ser usar un mayor condensador de acumulacion. Sin embargo, dado que el excitador y los LED se implementan normalmente en un producto de bombilla de modernizacion, las dimensiones ffsicas de la bombilla del diseno actual presentan unas restricciones que descartan el uso de un condensador mayor, dado que el tamano ffsico se incrementa en general con la capacidad. Otra forma de gestionar el rizado no deseable podna ser usar una resistencia de disipacion de potencia adicional en serie con los LED. Sin embargo, dicha resistencia de disipacion de potencia disminuye la eficiencia del circuito de iluminacion debido a las perdidas de potencia cuando se accionan los LED en un modo no atenuado de funcionamiento. La resistencia de disipacion de potencia no es por lo tanto atractiva desde un punto de vista medioambiental, dado que la tendencia es hacia soluciones de iluminacion mas eficientes energeticamente.

Por lo tanto, es un objeto de la invencion proporcionar una forma mejorada de excitacion de una disposicion de LED a partir de una fuente de alimentacion atenuable mientras se evitan los problemas descritos anteriormente.

Sumario de la invencion

El objeto de la invencion se consigue mediante el circuito de control dinamico de la reivindicacion 1; mediante la disposicion de iluminacion atenuable de la reivindicacion 8; mediante la bombilla LED de modernizacion de la reivindicacion 13, y mediante el metodo de la reivindicacion 14 para la excitacion de la disposicion de LED.

De acuerdo con la invencion el circuito de control dinamico se realiza para la conexion en serie con una disposicion de LED, y comprende un primer elemento de conmutacion realizado para proporcionar una trayectoria para la

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corriente de LED, y una disposicion de supervision realizada para el control del primer elemento de conmutacion de acuerdo con el nivel de la corriente de lEd de modo que el circuito de control dinamico presente una impedancia serie a un excitador de la disposicion de LED, impedancia en serie que se incrementa gradualmente en respuesta a una disminucion de la corriente de LED a traves de la disposicion de LED. En este caso, la expresion “corriente de LED” se ha de entender en su significado aceptado como la corriente de LED promedio a traves de la disposicion de LED. La corriente de LED disminuira cuando el atenuador (que precede al excitador) realiza un corte de fase sobre la tension de red, de modo que una parte de la tension de red se pasa al excitador del LED. Dado que la impedancia en serie cambia en respuesta a la corriente promedio del LED, el circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion puede considerarse como “una impedancia en serie controlable”. La expresion “incremento gradual” tal como se usa para describir la impedancia en serie del circuito de control dinamico se ha de entender que significa que la impedancia se incrementa suavemente en respuesta a una disminucion de la corriente LED promedio, sin ninguna discontinuidad o interrupcion significativa, y se deduce que la impedancia en serie del circuito de control dinamico disminuira gradualmente en respuesta a una corriente de LED promedio creciente. En otras palabras, la impedancia en serie del circuito de control dinamico se altera suavemente en proporcion a la corriente de LED promedio, por ejemplo en una proporcion no lineal inversa.

Una ventaja del circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion es que presenta solamente una baja impedancia en serie durante los modos de funcionamiento no atenuados o ligeramente atenuados, de modo que la eficiencia del circuito de iluminacion LED no queda afectada adversamente. Sin embargo, con niveles de atenuacion muy bajos, la impedancia presentada por el circuito de control dinamico es relativamente alta. El excitador de la lampara —incluyendo el condensador de acumulacion— de la disposicion de LED “vera” esta impedancia mas alta, y se utilizara mas efectivamente el condensador de acumulacion en la salida del excitador. Otra ventaja del circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion es que puede reducirse significativamente el rizado de la corriente de LED. Esto se explicara con mayor detalle a continuacion. El circuito de control de acuerdo con la invencion puede responder o reaccionar a cambios en el condensador de acumulacion, lo que presenta un rizado que se debe a la tension de entrada sinusoidal al atenuador y excitador, y puede controlar la descarga del condensador de acumulacion durante el periodo en el que la potencia momentanea es mas baja que la potencia de salida promedio del convertidor de potencia conmutado. Por esta razon, el circuito de control de acuerdo con la invencion puede considerarse como un “circuito de descarga dinamico”.

De acuerdo con la invencion, la disposicion de iluminacion atenuable comprende una disposicion de LED; un excitador realizado para proporcionar una tension de entrada y una corriente de entrada a la disposicion de LED; y un circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion conectado en serie con la disposicion de LED.

Una ventaja de la disposicion de iluminacion atenuable de acuerdo con la invencion es que el comportamiento de los LED se mejora con niveles de atenuacion con grandes angulos de corte de fase, mientras que la alta eficiencia de la disposicion de iluminacion permanece sin afectar cuando funciona en un modo de funcionamiento no atenuado o solo ligeramente atenuado.

De acuerdo con la invencion, una bombilla de LED de modernizacion comprende una carcasa con un conector de casquillo GU10 para la conexion de una fuente de alimentacion atenuable; una disposicion de LED montada sobre una tarjeta de circuito impreso en la carcasa; y un circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion conectado en serie con la disposicion de LED.

Las bombillas con casquillos GU10 se usan ampliamente en una variedad de aplicaciones de iluminacion tales como la iluminacion domestica. Los equipos de iluminacion antiguos se disenaron frecuentemente para su uso con fuentes de luz de un reflector de multiples caras (por ejemplo, lamparas halogenas MR16), y se disenaron normalmente para su uso con un atenuador tal como un atenuador de corte de fase de inicio de fase. Una ventaja de la bombilla de modernizacion de acuerdo con la invencion es que puede usarse para sustituir una fuente de luz tal como una lampara halogena MR16, y puede usarse en conjunto con la mayor parte de los atenuadores de corte de fase de inicio de fase anteriores. La bombilla LED de modernizacion de acuerdo con la invencion puede realizar por lo tanto una contribucion significativa hacia la reduccion del consumo de energfa en el hogar medio.

De acuerdo con la invencion, el metodo de excitacion de una disposicion de LED comprende las etapas de conectar un circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion en serie con la disposicion de LED; proporcionar una corriente de LED a la disposicion de LED; y hacer funcionar el circuito de control dinamico para efectuar un incremento en su impedancia en serie en respuesta a una disminucion de la corriente de LED a traves de la disposicion de LED.

Una ventaja del metodo de acuerdo con la invencion es que puede mejorarse la compatibilidad de los LED de baja ESR y atenuadores anteriores, mediante el incremento de la impedancia en serie del circuito segun disminuye la corriente de LED. Esto hace posible mejorar la utilizacion de un condensador de acumulacion que se conecte a las salidas del excitador. La impedancia en serie incrementada presentada por el circuito de control dinamico compensara la baja ESR de los eficientes LED. Al mismo tiempo, el metodo de acuerdo con la invencion puede

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asegurar un rendimiento de salida mejorado de los LED, dado que puede reducirse o eliminarse favorablemente el parpadeo, en modos de baja atenuacion.

Las reivindicaciones dependientes y la descripcion que sigue divulgan realizaciones y caractensticas particularmente ventajosas de la presente invencion. Las caractensticas de las realizaciones pueden combinarse segun sea apropiado. Las caractensticas descritas en el contexto de una categona de reivindicacion pueden aplicarse igualmente a otra categona de reivindicacion.

En lo que sigue, pero sin limitar la invencion de ninguna forma, puede suponerse que el excitador comprende una fuente de alimentacion conmutada, por ejemplo, una fuente de alimentacion auto-oscilante de etapa simple. Puede suponerse tambien que el excitador comprende un condensador de acumulacion conectado a traves de su salida para asegurar la compatibilidad con un atenuador anterior, preferentemente un atenuador de corte de fase de inicio de fase.

En lo que sigue, la expresion “modo de funcionamiento sin atenuar” o “modo de funcionamiento no atenuado” puede entenderse que significa cualquier modo de funcionamiento en el que el angulo de conduccion del atenuador esta proximo a 180°, por ejemplo, en un intervalo en el que la potencia de salida relativa de la disposicion de LED esta proxima al 100 %. La expresion “modo de funcionamiento en atenuacion” puede entenderse que significa cualquier modo de funcionamiento en el que el angulo de conduccion del atenuador es tal que la produccion de luz es notablemente menor que la produccion de luz total. Las expresiones “atenuacion muy baja” o “atenuacion profunda” pueden entenderse que significan un modo de funcionamiento en el que el angulo de conduccion del atenuador es relativamente pequeno, por ejemplo en el intervalo de aproximadamente 45° o menor, en el que la produccion de luz del LED alcanza un mmimo sin que realmente se apaguen. Dado que los atenuadores anteriores se usan en general en conjunto con un rectificador de onda completa, el angulo de conduccion del atenuador puede ser como mucho de 180°. Los atenuadores de inicio de fase usados tipicamente cortan una parte del flanco de subida o fraccion de la senal rectificada, de modo que el “angulo de corte de fase” es generalmente equivalente a 180° menos el angulo de conduccion del atenuador, y viceversa. Por ejemplo, un angulo de corte de fase de 45° corresponde a un angulo de conduccion del atenuador de 135°.

La impedancia controlable en serie puede conseguirse, como se ha explicado anteriormente, porque el circuito de control dinamico comprende un primer elemento de conmutacion realizado para proporcionar una trayectoria para la corriente de LED a traves de una resistencia de deteccion de corriente, y una disposicion de supervision realizada para controlar el primer elemento de conmutacion de acuerdo con la corriente a traves de la disposicion de LED, es decir de acuerdo con el nivel de impedancia en serie que se ha de “ver” por parte del excitador. Por lo tanto, si la corriente de LED disminuye, la disposicion de supervision puede responder para controlar el primer elemento de conmutacion de acuerdo con ello.

Preferentemente, la disposicion de supervision comprende un segundo elemento de conmutacion dispuesto para generar una senal de control para el primer elemento de conmutacion. Los elementos de conmutacion pueden realizarse usando cualquier componente de conmutacion discreto adecuado, por ejemplo transistores de union bipolares (BJT) o transistores de efecto de campo (MOSFET). En una realizacion particularmente preferida de la invencion, el primer elemento de conmutacion (al que se hace referencia como el “transistor de conmutacion” en lo que sigue) puede realizarse usando un BJT PNP, y el segundo elemento de conmutacion (al que se hace referencia como el “transistor de control” en lo que sigue) puede realizarse usando un BJT NPN, por lo que el transistor de conmutacion y el transistor de control se conectan en una disposicion de tipo tiristor de modo que cuando el transistor de control esta “en conduccion”, extrae una corriente de base del terminal del transistor de conmutacion. Preferentemente, al menos el transistor de conmutacion tiene una elevada ganancia de corriente. Por ejemplo, puede usarse como un transistor de conmutacion un BJT PNP con una ganancia de corriente o hFE en el intervalo de 100.

Durante un modo de funcionamiento no atenuado, la corriente de entrada promedio a la disposicion de iluminacion es relativamente alta, y la cafda de tension a traves de la trayectoria de corriente, es decir la union colector - emisor del transistor, es baja. En todos los modos de funcionamiento, la corriente de salida promedio del excitador se conduce a traves de la disposicion de LED, el transistor de conmutacion y el transistor de control. En una realizacion basada en los BJT, por ejemplo, el colector del transistor de control proporciona siempre la corriente de base promedio requerida para el transistor de conmutacion que a su vez conducira la corriente de salida promedio del excitador de LED. Para proporcionar una corriente de emisor para el transistor de conmutacion, el transistor de control requiere una corriente de base, lo que se proporciona en un cierto numero de formas tal como se explicara a continuacion.

Sin embargo, durante un modo de funcionamiento atenuado el angulo de conduccion del atenuador disminuye, y se reduce en consecuencia la corriente de entrada promedio a la disposicion de iluminacion, de modo que la cafda de tension a traves de la resistencia de deteccion de corriente caera a un nivel en el que el transistor de control solo puede proporcionar una debil corriente de excitacion al transistor de conmutacion. La tension a traves del condensador de acumulacion comenzara por lo tanto a elevarse. Dado que la tension directa de la disposicion de

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LED es constante, la tension en la salida de la disposicion de LED tambien comenzara por lo tanto a elevarse. Como se explicara con la ayuda de los dibujos, la tension a la salida de la disposicion de lEd presentara una oscilacion mayor con bajas variaciones del nivel de corriente de LED, dando como resultado el comportamiento de “alta impedancia” del circuito de control dinamico.

Dado que la corriente de entrada a los LED es esencialmente una serie alisada de pulsos de corriente, habra algun grado de rizado en la corriente de LED, lo que puede propagarse entre los componentes del circuito de control dinamico. Por lo tanto, en una realizacion preferida adicional de la invencion, la disposicion de supervision comprende una parte de circuito de filtro dispuesta para suprimir una corriente de rizado sobre la senal de control del transistor de conmutacion.

Como se ha indicado anteriormente, la mas reciente generacion de los LED son mas eficientes, de modo que la tendencia es hacia una resistencia equivalente en serie menor. En un diseno convencional que sustituye LED con alta ESR con LED de baja ESR, el tamano del condensador de acumulacion debe incrementarse para evitar un parpadeo excesivo. Sin embargo, un condensador con la capacidad mas alta es tambien ffsicamente mayor, y puede ser diffcil o imposible incorporar dicho condensador mayor en una pequena carcasa tal como un aparato de iluminacion GU10. Por lo tanto, en una realizacion particularmente preferida de la invencion, los componentes de circuito del circuito de control dinamico se eligen en base a una impedancia en serie deseada con niveles de corriente LED espedficos. Por ejemplo, los componentes pueden elegirse para presentar una resistencia en serie que se aproxime a 1,0 kQ para una corriente de LED promedio en la zona de 0,01 mA, y una resistencia en serie de como mucho 10,0 Q para una corriente de LED promedio en la zona de 0,08 mA. La corriente de LED promedio es funcion del angulo de corte de fase o el angulo de conduccion de la atenuacion, de modo que la impedancia en serie puede expresarse tambien en funcion del angulo de corte de fase. Por ejemplo, los componentes pueden elegirse para presentar una resistencia en serie que se aproxime a 1,0 kQ para un angulo de corte de fase de menos de 45°, y una resistencia en serie de como mucho 10,0 Q para un angulo de corte de fase que supere los 135°.

En una realizacion preferida de la invencion, los componentes del circuito de control dinamico son componentes discretos elegidos para funcionar unicamente usando una tension suministrada en la salida de la disposicion de LED. Una ventaja adicional del circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion es que no requiere una conexion explfcita a una fuente de alimentacion, normalmente denominada como Vcc, lo que sena el caso para un modulo de circuito realizado como un circuito integrado (IC). En su lugar, el circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion puede funcionar usando la tension fluctuante en la salida de la disposicion de LED.

Una ventaja significativa adicional del circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion es que la tension en el nodo de salida de la disposicion de LED se eleva de acuerdo con el nivel de atenuacion, es decir, con bajos niveles de atenuacion (pequenos angulos de conduccion del atenuador) la tension en el nodo de salida de la disposicion de LED es relativamente alta, mientras que la corriente de LED es relativamente baja. Esto es debido a que el angulo de conduccion del atenuador disminuye durante un modo de funcionamiento atenuado como se ha explicado anteriormente, y la tension a traves del condensador de acumulacion comenzara por lo tanto a elevarse. Dado que la tension directa de la disposicion de LED es casi constante, la tension a la salida de la disposicion de LED comenzara tambien a elevarse. En una realizacion preferida de la disposicion de iluminacion de acuerdo con la invencion, puede darse un buen uso a esta relacion mediante una disposicion de circuito drenador (bleeder) realizado para drenar una parte de la corriente de entrada de acuerdo con una tension en la salida de la disposicion de LED. Cuando la tension en el nodo de salida de la disposicion de LED se incrementa, la cantidad de potencia disipada en el drenador se incrementa en proporcion. De esta forma, puede mejorarse adicionalmente la compatibilidad de un excitador de SMPS con un atenuador anterior, dado que la energfa en exceso proporcionada por el atenuador con bajos niveles de atenuacion puede “desecharse” facilmente, permitiendo de ese modo una produccion de luz muy baja con bajos niveles de atenuacion.

En una realizacion preferida de la disposicion de iluminacion de acuerdo con la invencion, la disposicion de circuito drenador comprende un transistor de union bipolar NPN cuya base se conecta a la salida de la disposicion de LED. Se conecta una primera resistencia de disipacion de potencia entre el colector y un terminal de salida positivo del excitador, y se conecta una segunda resistencia de disipacion de potencia entre el emisor del transistor drenador y el colector del transistor de conmutacion. Preferentemente, el transistor drenador tiene una ganancia de corriente o hFE en la zona de 20 a 100. Claramente, cuando la tension en el nodo de salida de la disposicion de LED se incrementa, la cantidad de corriente que puede pasar a traves del transistor drenador se incrementara en consecuencia. La corriente total del LED proporcionada por el excitador aun pasara efectivamente a traves de la resistencia de deteccion de corriente, de modo que la presencia del drenador no afecta de modo adverso al rendimiento del circuito de control dinamico.

Otros objetos y caractensticas de la presente invencion seran evidentes a partir de la descripcion detallada que sigue considerada en conjunto con los dibujos adjuntos. Se ha de entender, sin embargo, que los dibujos se disenan unicamente con la finalidad de ilustracion y no como una definicion de los lfmites de la invencion.

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Breve descripcion de los dibujos

La Fig. 1 muestra un diagrama de circuito simplificado de un convertidor de potencia de etapa simple y una fuente de luz LED;

la Fig. 2 muestra graficos del rizado de la corriente para diferentes valores de resistencia en serie equivalente del LED;

la Fig. 3 muestra un diagrama de bloques de una realizacion de la disposicion de iluminacion de acuerdo con la invencion;

la Fig. 4 es un diagrama de circuito que muestra una primera realizacion del circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion incorporado en una disposicion de iluminacion;

la Fig. 5 muestra un grafico de la impedancia en serie del circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion;

la Fig. 6 es un diagrama de circuito que muestra una realizacion adicional del circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion;

la Fig. 7 muestra un grafico de la corriente del drenador respecto al angulo de conduccion del atenuador para una disposicion de iluminacion de la Fig. 6;

la Fig. 8 muestra curvas de atenuacion de una disposicion de iluminacion de acuerdo con la invencion y una disposicion de iluminacion de la tecnica anterior;

la Fig. 9 muestra formas de onda de tension y corriente de ejemplo en diferentes modos de atenuacion para una disposicion de iluminacion de acuerdo con la invencion;

la Fig. 10 es una representacion esquematica de una realizacion de una bombilla de modernizacion de acuerdo con la invencion.

En los dibujos, numeros iguales se refieren a objetos iguales a todo lo largo de ellos. Los objetos en los diagramas no estan necesariamente dibujados a escala.

Descripcion detallada de las realizaciones

La Fig. 1 muestra un diagrama de circuito simplificado de una disposicion de iluminacion convencional basada en un rectificador de onda completa 4 y un convertidor de potencia de etapa simple 3 o excitador 3 para excitar una fuente de luz LED 2, que puede ser uno o mas LED de potencia, normalmente una disposicion en serie de uniones LED. La fuente de luz LED 2 puede considerarse como una fuente de tension constante Vfw correspondiente a la tension directa total de sus LED, en serie con una resistencia en serie equivalente Resr.

La Fig. 2 muestra graficos de la corriente de LED respecto al tiempo para diferentes valores de resistencia en serie equivalente de LED. Una primera curva Resr_hi indica un nivel relativamente bajo de rizado de la corriente para un lEd con ESR relativamente alta. La produccion de luz para este LED presentara correspondientemente bajos niveles de parpadeo, incluso cuando esta atenuada. Una segunda curva Resr_lo, correspondiente a un LED con una ESR mas baja, muestra que el rizado de corriente se incrementa considerablemente, incluso si la corriente promedio lav es esencialmente la misma que para el LED con una ESR mas alta. Un LED con una ESR baja, por ejemplo un LED de alta potencia, podna presentar por lo tanto un parpadeo mas apreciable cuando se atenua a un nivel mas bajo, por ejemplo con un angulo de conduccion de 90° o menor.

La Fig. 3 muestra un diagrama de bloques de una realizacion de la disposicion de iluminacion 10 de acuerdo con la invencion, con un excitador SPMS 3 que excita una fuente de luz LED 2 conectada en serie con un circuito de control dinamico 1 de acuerdo con la invencion. La disposicion de iluminacion 10 puede realizarse por ejemplo como una bombilla de modernizacion para la conexion a una fuente de alimentacion atenuable. La fuente de luz LED 2 puede comprender cualquier numero de LED, por ejemplo una cadena de uniones LED de potencia conectados en serie. Puede usarse cualquier LED adecuado, por ejemplo para dar una disposicion de lEd de 5 - 6 W con una tension directa de 60 - 120 V y 100 - 50 mA de corriente de salida.

Puede suponerse que la fuente de luz LED 2 global tiene una ESR relativamente baja. El circuito de control dinamico 1 se representa como varios elementos Q1, R1, M que interactuan. Se conecta un elemento de conmutacion Q1 a la salida de la disposicion de LED 2. Se conecta una resistencia R1 de deteccion de corriente en la salida del elemento de conmutacion Q1, y la corriente Ir1 a traves de la resistencia R1 de deteccion de corriente proporciona una indicacion de la intensidad de la corriente de LED Iled. Un circuito de supervision M supervisa la tension Ve_q1 en el nodo N en la salida de la disposicion LED 2, asf como la corriente Ir1 a traves de la resistencia R1 de deteccion de corriente, y controla en consecuencia el funcionamiento del elemento de conmutacion Q1. El circuito de control dinamico 1 actua para mantener la conduccion del elemento de conmutacion Q1 a cualquier nivel de corriente de LED. Durante el funcionamiento no atenuado de los LED o con grandes angulos de conduccion de atenuacion, el circuito de control dinamico 1 parece tener una baja impedancia. Durante un modo de funcionamiento atenuado, la tension en el nodo N se incrementara, de modo que el circuito de control dinamico 1 parece tener una alta impedancia. Efectivamente, durante el funcionamiento atenuado, el circuito de control dinamico 1 actua en la misma forma en la que se comportana una resistencia de disipacion de potencia para reducir los efectos de rizado de la corriente. Sin embargo, a diferencia de dicha resistencia de disipacion de potencia adicional, el circuito de control

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dinamico 1 no disipa potencia innecesariamente durante el funcionamiento no atenuado normal dado que presenta una baja impedancia cuando el angulo de conduccion de atenuacion es grande, y una alta impedancia solamente cuando el angulo de conduccion de atenuacion es pequeno.

La Fig. 4 es un diagrama de circuito que muestra una primera realizacion del circuito de control dinamico 1 de acuerdo con la invencion, conectado en serie con una disposicion de LED 2 a traves de las salidas de un excitador. Por razones de ilustracion, se muestra el condensador de acumulacion Cbuf, pero debena entenderse que el condensador de acumulacion Cbuf se incorpora generalmente en el excitador. En esta realizacion de ejemplo, el elemento de conmutacion Q1 es un transistor de union bipolar PNP con hFE grande, denominado en lo que sigue como el transistor de conmutacion Q1, con su emisor conectado a un nodo de salida N de la disposicion de LED 2. La base del transistor de conmutacion Q1 se conecta al colector de un segundo transistor Q2, en este caso un BJT NPN, denominado en lo que sigue como el transistor de control Q2. En esta disposicion de tipo tiristor, se proporciona una corriente de excitacion Ib_qi a traves de la base del transistor de conmutacion Q1 cuando el transistor de control Q2 esta conduciendo o “en conduccion”.

Las senales de tension y corriente se filtran por el condensador C1 para reducir el parpadeo. El condensador C2 se usa como un “condensador de aceleracion” para hacer al circuito mas sensible a cambios bruscos tales como un rapido reajuste del nivel de atenuacion o en condiciones de encendido inicial. La corriente de base del transistor de control Q2 puede proporcionarse mediante dos trayectorias de corriente, sea a traves de la resistencia R4 y/o sea a traves de la resistencia R3 en paralelo con el condensador C2. Una corriente de excitacion Ib_qi suficientemente alta asegurara que esencialmente toda la corriente de LED Iled pasara a traves del transistor de conmutacion Q1 en todos los modos de funcionamiento, mientras que una pequena fraccion de la corriente de LED Iled se derivara como la corriente de excitacion Ib_qi a traves del transistor de control Q2.

Durante un modo no atenuado o de angulos de conduccion de atenuador grandes, la cafda de tension a traves de la resistencia R1 de deteccion de corriente es suficiente para mantener el transistor de control Q2 en conduccion completa. La cafda de tension emisor-colector a traves de la conmutacion Q1 es pequena, de modo que las perdidas de potencia son despreciables durante un modo de funcionamiento no atenuado. En este modo de funcionamiento, la corriente de excitacion de base del transistor de control Q2 es suministrada principalmente por la resistencia R4. Los transistores de conmutacion y control Q1, Q2 estaran conduciendo completamente, y como resultado la tension en el nodo N sera minima. Pequenas variaciones de corriente en esta zona de alta corriente solo dara como resultado variaciones de tension menores en el nodo N, de modo que el circuito de control dinamico 1 presenta efectivamente el comportamiento de un circuito de baja impedancia.

Sin embargo, durante un modo de funcionamiento atenuado, el angulo de conduccion del atenuador disminuye, y se reduce en consecuencia la corriente de entrada promedio a la disposicion de iluminacion 2, de modo que la cafda de tension a traves de la resistencia R1 de deteccion de corriente caera a un nivel en el que el transistor de control Q2 solo puede proporcionar una debil corriente de excitacion Ib_qi al transistor de conmutacion Q1. La tension a traves del condensador de acumulacion Cbuf comenzara por lo tanto a elevarse. Dado que la tension directa de la disposicion de LED 2 es constante, la tension en el nodo de salida N de la disposicion de LED 2 comenzara tambien a elevarse. Por lo tanto, la corriente de excitacion de base para el transistor de control Q2 se proporcionara crecientemente por la resistencia R3, y la corriente a traves de R3 con bajos niveles de atenuacion depende de la tension Ve_qi en el nodo N. La resistencia R3 tiene preferentemente un valor relativamente alto, por ejemplo 47 kQ, y la tension en el nodo N debe elevarse (en esta etapa la tension a traves del condensador de acumulacion Cbuf aumentara, por ejemplo en unos pocos voltios) para proporcionar una corriente de excitacion de base suficiente para el transistor de control Q2. Esto permite que el condensador de acumulacion Cbuf se descargue, de modo que se minimice el nivel de rizado de la corriente de LED Iled, con el resultado de que el parpadeo sobre la produccion de luz se minimiza tambien favorablemente. Efectivamente, la tension Ve_qi en el nodo de salida N mostrara ahora una oscilacion mayor con variacion de corriente baja lo que corresponde tipicamente al comportamiento de una impedancia mas alta.

Sin el circuito de control dinamico, la utilizacion de la capacidad de almacenamiento de energfa del condensador de acumulacion se determinana solo mediante una pequena variacion de tension a traves de la disposicion de LED 2. Con el circuito de control dinamico 1 en serie con la disposicion de LED 2, el condensador de acumulacion Cbuf se usa mas efectivamente, dado que la energfa almacenada por el condensador de acumulacion se determina ahora por la cafda de tension a traves de la disposicion de LED 2 y el circuito de control dinamico 1, y esto cambia segun la corriente de LED Iled en respuesta a una actividad de atenuacion. Por lo tanto, la energfa Eobuf almacenada en el condensador de acumulacion Cbuf puede expresarse como

Eobuf = ^C(vr2ax - vm,n)

en la que C es la capacidad del condensador de acumulacion Cbuf y Vmax y Vmin son las tensiones del condensador maxima y minima. Por ejemplo, un rizado de tension relativamente alto a traves del condensador de acumulacion Cbuf en el modo atenuado —durante el que las curvas de carga y descarga del condensador son bajas— indica que

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la capacidad de energfa de almacenamiento del condensador de acumulacion Cbuf se utiliza mas efectivamente por medio del circuito de control dinamico 1, dando como resultado un favorable alisado o reduccion en la corriente de rizado a traves de la disposicion de LED 2.

La Fig. 5 muestra un grafico de Zdyn, la impedancia en serie del circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion. El eje Y representa la impedancia promedio [Q] dentro de un semiciclo de la red (la impedancia promedio se considera que tiene en cuenta variaciones de la corriente dentro de un semiciclo de la red), mientras que el eje X representa el angulo de conduccion del atenuador [°] de un semiciclo de la red. El diagrama muestra que la impedancia en serie Zdyn presentada por el circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion parece baja con altos angulos de conduccion, es decir cuando los LED no estan atenuados o solo ligeramente atenuados, de modo que el excitador “ve” solo una baja impedancia en serie. Sin embargo, cuando se atenuan los LED, el excitador “ve” una impedancia Zdyn mas alta, que se incrementa cuando disminuye el angulo de conduccion. Para el circuito de control dinamico de la Fig. 4, basado en una implementacion que usa unos BJT, la impedancia en serie Zdyn presenta un decaimiento exponencial en funcion del angulo de conduccion del atenuador. Existe una relacion similar entre la corriente de LED y la impedancia en serie Zdyn del circuito de control dinamico, dado que la corriente de LED disminuye cuando disminuye el angulo de conduccion. Los componentes del circuito de control dinamico pueden elegirse para proporcionar los valores de impedancia en serie Zlo, Zhi deseados cuando se usa en conjunto con una disposicion de LED espedfica y un excitador espedfico. Por ejemplo, los componentes pueden elegirse de modo que el circuito de control dinamico presente una impedancia en serie alta Zhi de 1 kQ con “atenuacion profunda”, por ejemplo un angulo de conduccion del atenuador de menos de 10°, y una baja impedancia de solamente aproximadamente 10,0 Q con un angulo de conduccion del atenuador de 135° o mas.

La Fig. 6 es un diagrama de circuito que muestra una realizacion adicional de la disposicion de iluminacion de acuerdo con la invencion. En este caso, se implementa un circuito drenador 6 para mejorar el comportamiento de la disposicion de iluminacion con niveles de atenuacion profunda. El drenador 6 comprende un transistor Q3, en este caso un BJT NPN, y varias resistencias R5, R6, R7 con la finalidad de disipar potencia cuando los LED se atenuan a bajos niveles. El drenador 6 se activa con una senal de control derivada del nodo N, dado que la tension Ve_qi en ese nodo N proporciona informacion acerca de la corriente de entrada promedio a los LED. Como se ha descrito anteriormente, la tension Ve_qi en el nodo N se incrementara durante la atenuacion cuando disminuye la corriente de entrada Iled a los LED. Una vez que la tension Ve_qi alcanza un cierto nivel, es decir una vez que la corriente Iled del LED promedio ha cafdo a un cierto nivel, el transistor Q3 se pone en conduccion. Puede entonces pasar alguna corriente a traves de las resistencias de disipacion de potencia R5, R6. En esta realizacion de ejemplo, puede suponerse que el drenador 6 se realiza como un “drenador de nivel 2”, es decir los componentes del drenador 6 se montan sobre la tarjeta de circuito impreso que lleva los LED de la disposicion de LED 2. Esto asegura que los elementos de disipacion de potencia R5, R6 estan en un contacto termico estrecho con la tarjeta de circuito impreso, de modo que puede disiparse de modo efectivo la energfa en exceso proporcionada por un atenuador anterior con bajos niveles de atenuacion. El circuito de control dinamico 1 de acuerdo con la invencion permite dicha colocacion favorable de los componentes del circuito drenador R5, R6, R7, Q3 sobre la misma tarjeta que los LED, dado que la senal de control Ve_qi se origina directamente en la salida N de la disposicion de los LED 2, y puede usarse por lo tanto directamente para activar o desactivar el drenador 6 segun se requiera. La Fig. 7 muestra un grafico de la corriente del drenador Ibleed [mA] respecto al angulo de conduccion [°] del atenuador para el circuito de control dinamico de la Fig. 6. El diagrama muestra que, cuando un angulo de conduccion del atenuador se aproxima a 180°, el drenador 6 permanece inactivo. El drenador 6 solo se activa con angulos de conduccion del atenuador de menos de aproximadamente 120°, para asegurar una transicion gradual hacia un modo de atenuacion profunda. Cuando disminuye el angulo de conduccion del atenuador, la tension Ve_qi en el nodo N se incrementa, y puede derivarse mas corriente a traves de los elementos de disipacion de potencia R5, R6 del drenador 6. La cantidad de potencia disipada por el drenador 6 se incrementa por lo tanto con el incremento del angulo de corte de fase o la disminucion del angulo de conduccion del atenuador.

La Fig. 8 muestra una curva de atenuacion 81 de una disposicion de iluminacion previa sin un drenador de “nivel 2” y una curva de atenuacion 80 de una disposicion de iluminacion de acuerdo con la invencion con un “drenador de nivel 2”. El eje X representa el angulo de conduccion del atenuador [°] de un semiciclo de la red, de modo que los angulos por encima de aproximadamente 160° corresponden a una atenuacion minima o nula, mientras que angulos de menos de aproximadamente 50° corresponden a una atenuacion baja o profunda. El eje Y representa la potencia de salida relativa en porcentaje. El diagrama ilustra la ventaja del drenador en la disposicion de iluminacion de acuerdo con la invencion, dado que es posible reducir significativamente la potencia de salida relativa durante la atenuacion. La reduccion en la potencia se hace mas notable con niveles de atenuacion profundos con angulos de corte de fase de 75° y por debajo, en donde la potencia de salida relativa 80 de la disposicion de iluminacion de acuerdo con la invencion, en la que se controla el drenador mediante la tension en la salida de la disposicion de LED, es significativamente menor que la potencia de salida relativa 81 de la disposicion de iluminacion sin dicho drenador.

La Fig. 9 muestra formas de onda de tension y corriente de ejemplo correspondientes a tres modos de funcionamiento de una disposicion de iluminacion de acuerdo con la invencion, en la que se usa un excitador SMPS para excitar una disposicion de LED, y en la que se conecta un condensador de acumulacion Cbuf a traves de la salida del excitador 3 tal como se muestra por ejemplo en la Fig. 3. Cada modo de funcionamiento se asocia con un

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cierto tipo de lmea. Un primer modo (lmea de puntos) muestra formas de onda Vrect_i, Ips_i, Vps_i, Vce_q2_i, Vec_qi_i asociadas con un modo de funcionamiento no atenuado (el angulo de conduccion del atenuador es esencialmente 180°); un segundo modo (lmea discontinua) muestra formas de onda Vrect_2, Ips_2, Vps_2, Vce_q2_2, Vec_qi_2 asociadas con un modo de funcionamiento atenuado (angulo de conduccion del atenuador de aproximadamente 100°; angulo de corte de fase de aproximadamente 80°); y un tercer modo (lmea continua) muestra formas de onda Vrect_3, Ips_3, Vps_3, Vce_q2_3, Vec_qi_3 asociadas con un modo de funcionamiento de atenuacion profunda (angulo de conduccion del atenuador de solo aproximadamente 30°; angulo de corte de fase de aproximadamente 150°). La parte superior del diagrama muestra los semiciclos de la red rectificados Vrect_1, Vrect_2, Vrect_3 despues de ser cortada la fase mediante el atenuador de inicio de fase. En caso de atenuacion profunda, solo permanece una pequena fraccion de la tension de entrada rectificada, segun se indica por la senal con fase cortada severamente Vrect_3. La siguiente parte del diagrama muestra que la corriente total Ips_i, Ips_2, Ips_3 suministrada por la SMPS a la disposicion de LED disminuye significativamente cuando disminuye el angulo de conduccion del atenuador. Las formas de onda de salida del excitador de corte de fase se alisan por el condensador de acumulacion Cbuf a traves de la salida del excitador, y la siguiente parte del diagrama muestra las salidas de tension alisadas Vps_i, Vps_2, Vps_3 para los tres diferentes niveles de atenuacion.

Como se ha explicado anteriormente, los bajos valores de corriente durante la atenuacion dan como resultado una cafda de tension a traves de la resistencia R1 de deteccion de corriente, con el resultado de que el transistor de control Q2 se corta, y el transistor de conmutacion Q1 solo puede extraer una corriente muy baja. Como resultado, la tension a traves del condensador de acumulacion Cbuf comienza a aumentar y la tension Ve_qi en el nodo N se eleva en consecuencia, de modo que el circuito de control dinamico parece presentar una impedancia en serie Zdyn alta como se ilustra en la Fig. 5. Cuando se eleva la tension Ve_qi en el nodo N, se alcanza finalmente una tension de excitacion suficiente en la base del transistor de control Q2, que puede entonces extraer una corriente de excitacion Ib_qi mas grande. El transistor de conmutacion Q1 tiene una alta ganancia de corriente y es capaz por lo tanto de conducir mas corriente cuando su corriente de excitacion Ib_qi se incrementa, de modo que el condensador de acumulacion Cbuf puede descargarse a traves de la disposicion de LED 2.

El diagrama muestra tambien la cafda de tension colector-emisor Vce_q2_i, Vce_q2_2, Vce_q2_3 del transistor de control Q2 y la cafda de tension emisor-colector Vec_qi_i, Vec_qi_2, Vec_qi_3 a traves del transistor de conmutacion Q1 para los tres niveles de atenuacion, ilustrando el efecto de la tension Ve_qi incrementada en el nodo N.

La Fig. 10 es una representacion esquematica de una bombilla de modernizacion 100 de acuerdo con la invencion, que puede usarse para sustituir una bombilla halogena mas intensa en energfa. La bombilla 100 comprende una carcasa 101 y un casquillo GU10. La carcasa y el casquillo pueden corresponder en diseno a los de una bombilla halogena MR16, por ejemplo. En lugar de una fuente de luz halogena, se usa una cadena de uniones LED 20 de potencia para proporcionar luz. Los LED 20 se montan en una tarjeta de circuito impreso 7, y el circuito de control dinamico 1 de acuerdo con la invencion se conecta en serie con los LED 20 para compensar su baja ESR. Se incorpora un excitador SMPS en el cuerpo de la lampara, y el condensador de acumulacion Cbuf se conecta a traves de sus salidas de modo que se asegura la compatibilidad cuando se conecta la lampara 100 a una fuente de alimentacion con un atenuador anterior (no mostrado).

Aunque la presente invencion se ha divulgado en la forma de realizaciones preferidas y variaciones de las mismas, se entendera que podnan realizarse a la misma numerosas modificaciones y variaciones adicionales sin apartarse del alcance de la invencion. Por ejemplo, el circuito de control dinamico de acuerdo con la invencion puede usarse para un buen efecto en cualquier circuito LED en el que debiera suprimirse el rizado sinusoidal de la red para reducir o eliminar el parpadeo.

Por razones de claridad, se ha de entender que el uso de “un” o “una” a todo lo largo de la presente solicitud no excluye una pluralidad, y “comprendiendo” no excluye otras etapas o elementos.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un circuito de control dinamico (1) realizado para la conexion en serie con una disposicion de LED (2), caracterizado por un primer elemento de conmutacion (Q1) realizado para proporcionar una trayectoria para la corriente de LED (Iled), y una disposicion de supervision (M) realizada para controlar el primer elemento de conmutacion (Q1) de acuerdo con el nivel de la corriente de LED (Led) de modo que el circuito de control dinamico (1) presente una impedancia en serie (Zdyn), impedancia en serie (Zdyn) que se incrementa gradualmente en respuesta a la disminucion de la corriente de LED (Iled) a traves de la disposicion de LED (2).
2. Un circuito de control dinamico de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la disposicion de supervision (M) comprende un segundo elemento de conmutacion (Q2) dispuesto para generar una senal de control (Ib_q-i) para controlar el funcionamiento del primer elemento de conmutacion (Q1).
3. Un circuito de control dinamico de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que la disposicion de supervision (M) comprende una parte de circuito de filtro (C1, C2, R3, R4) dispuesta para filtrar la senal de control (Ib_q-i) del primer elemento de conmutacion (Q1).
4. Un circuito de control dinamico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el circuito de control dinamico (1) comprende solo componentes discretos (Q1, Q2, R1, R2, R3, R4, C1, C2) dispuestos para funcionar con una tension (Ve_q-i) suministrada a la salida (N) de la disposicion de LED (2).
5. Un circuito de control dinamico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los componentes del circuito de control dinamico (1) se eligen basandose en una impedancia en serie (Zlo, Zhi) deseada a niveles de corriente de LED espedficos.
6. Un circuito de control dinamico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los elementos de conmutacion (Q1, Q2) comprenden transistores de union bipolares (Q1, Q2).
7. Un circuito de control dinamico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, realizado para presentar una impedancia en serie (Zdyn) de al menos 10,0 Q, mas preferentemente de al menos 1000,0 Q para un angulo de corte de fase de menos de 45° y para presentar una impedancia en serie (Zdyn) de como mucho 0,1 Q, mas preferentemente como mucho 100,0 Q para un angulo de corte de fase mayor de 135°.
8. Una disposicion de iluminacion atenuable (10) que comprende:

- una disposicion de LED (2);

- un excitador (3) realizado para proporcionar una corriente de entrada (Iled) a la disposicion de LED (2) y

- un circuito de control dinamico (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 conectado en serie con la disposicion de LED (2).
9. Una disposicion de iluminacion de acuerdo con 8, que comprende una disposicion de circuito drenador (6) realizado para drenar una parte de la corriente de entrada (Iled) de acuerdo con una tension (Ve_q-i) en la salida de la disposicion de LED (2).
10. Una disposicion de iluminacion de acuerdo con 9, en la que la disposicion de circuito drenador (6) comprende un transistor de union bipolar NPN (Q3) cuya base se conecta a la salida (N) de la disposicion de LED (2).
11. Una disposicion de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en la que el excitador (3) comprende una fuente de alimentacion conmutada (3).
12. Una disposicion de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, que comprende un condensador de acumulacion (Cbuf) conectado a traves de las salidas del excitador (3).
13. Una bombilla LED de modernizacion (100), que comprende:

- una carcasa (101) con un conector de casquillo GU10 (102) para la conexion a una fuente de alimentacion atenuable;

- una disposicion de LED (2) que comprende varios LED (20) montados sobre una tarjeta de circuito impreso (7) en la carcasa (101); y

- un circuito de control dinamico (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 conectado en serie con la disposicion de LED (2).
14. Un metodo de excitacion de una disposicion de LED (2), que comprende las etapas de:

- conectar un circuito de control dinamico (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en serie con la disposicion de LED (2);

5 - proporcionar una corriente de LED (Iled) a la disposicion de LED (2); y

- hacer funcionar el circuito de control dinamico (1) para efectuar un incremento en su impedancia en serie (Zdyn) en respuesta a la disminucion en la corriente de LED (Iled) a traves de la disposicion de LED (2).