FR2937492A1 - Light generating device for ensuring dynamic lighting in signal light system, has set of zener diodes, and set of LEDs supplied with power by current source, where each zener diode is connected to corresponding LED in anti-parallel manner - Google Patents

Abstract

The device has a set of zener diodes (31), and a set of LEDs (1) connected in series and supplied with power by a current source (4). Each zener diode is connected to the corresponding LED in an anti-parallel manner. The LEDs are distributed in branches connected in parallel between supply voltage (VCC) and reference voltage (21). The LEDs and the zener diode are implanted on a metallic support or on a printed circuit board. A voltage measuring device is connected to terminals (32, 33) of the zener diodes.

Description

DISPOSITIF DE GENERATION DE LUMIERE ET SYSTEME A FEUX DE SIGNALISATION UTILISANT UN TEL DISPOSITIF LIGHT GENERATING DEVICE AND SIGNALING LIGHT SYSTEM USING SUCH A DEVICE

La présente invention concerne un dispositif de génération de lumière ainsi qu'un système à feux de signalisation utilisant un tel dispositif. The present invention relates to a light generating device and a traffic light system using such a device.

Les diodes électroluminescentes, couramment appelées DEL ou LED selon l'acronyme anglo-saxon Light Emitting Diode , sont de plus en plus utilisées pour les applications d'éclairage. Elles permettent notamment la mise en oeuvre d'affichages dynamiques utilisés par exemples dans des feux de signalisation ou des dispositifs d'affichage luminescents dynamiques et 1 o plus généralement pour tous systèmes de signalisations lumineuses. Electroluminescent diodes, commonly called LEDs or LEDs according to the acronym Light Emitting Diode, are increasingly used for lighting applications. They allow in particular the implementation of dynamic displays used for example in signaling lights or dynamic luminescent display devices and 1 o more generally for all light signaling systems.

Le choix des LED dans les applications est dû essentiellement à des avantages techniques, tels que : - facilité de montage sur un circuit imprimé, traditionnel ou du type à 15 montage de surface CMS. - très bonne résistance mécanique, notamment contre les chocs mécaniques, les écrasements ou les vibrations ; - faible, voire très faible consommation électrique, de l'ordre de quelques dizaines de milliwatts, due à un très bon rendement ; 20 - durée de vie beaucoup plus longue qu'une lampe à incandescence ou même qu'une lampe fluorescente, à titre d'exemple 50 000 à 100 000 heures contre 6000 à 15 000 heures pour les lampes fluorescentes et environ 1000 heures pour les lampes à incandescence ; - taille beaucoup plus petite que celle des lampes classiques ; 25 - grande diversité des formes d'éclairage, en assemblant plusieurs LED, on peut réaliser des éclairages avec des formes diverses ; - fonctionnement en très basse tension ; - grande dynamique d'éclairage due au fait qu'il n'y a pas d'inertie lumineuse, les LED s'allument et s'éteignent en un temps très court, 30 de façon quasiment instantanée en comparaison de lampes classiques ; - absence de dégagement de chaleur excessif. The choice of LEDs in applications is mainly due to technical advantages, such as: ease of mounting on a conventional printed circuit board or CMS surface mounting type. - very good mechanical strength, especially against mechanical shocks, crushing or vibration; - Low or very low power consumption, of the order of a few tens of milliwatts, due to a very good performance; 20 - much longer life than an incandescent lamp or even a fluorescent lamp, for example 50 000 to 100 000 hours against 6000 to 15 000 hours for fluorescent lamps and about 1000 hours for lamps incandescent; - much smaller size than conventional lamps; 25 - great diversity of forms of lighting, by assembling several LEDs, one can achieve lighting with various forms; - operation at very low voltage; - great lighting dynamics due to the fact that there is no light inertia, the LEDs turn on and off in a very short time, 30 almost instantaneously in comparison with conventional lamps; - absence of excessive heat generation.

En ce qui concerne l'éclairage proprement dit, tel que l'éclairage de bâtiments de toutes natures, il est nécessaire que les LED utilisées aient des performances en puissance lumineuse suffisante. Cela nécessite une maîtrise de l'alimentation électrique, de la puissance thermique et de l'optique des dispositifs à LED utilisés. En particulier, les LED pourront remplacer à grande échelle les lampes à incandescence qui sont actuellement utilisées pour l'éclairage, tant domestique qu'industriel ou commercial. Cependant, les LED prises individuellement présentent une faible luminosité. En particulier, les LED les plus puissantes génèrent moins de 200 lumens. Le manque de luminosité peut être compensé par une multiplication des points lumineux. With regard to the actual lighting, such as the lighting of all types of buildings, it is necessary for the LEDs used to have a performance in sufficient light power. This requires control of the power supply, the thermal power and the optics of the LED devices used. In particular, LEDs will be able to replace on a large scale the incandescent lamps that are currently used for lighting, whether domestic, industrial or commercial. However, individually taken LEDs have low brightness. In particular, the most powerful LEDs generate less than 200 lumens. The lack of brightness can be compensated by a multiplication of light points.

Cependant, pour obtenir un nombre important de points lumineux, les solutions actuelles proposent de connecter les LED en série réparties sur plusieurs branches par exemple. Chaque branche comporte alors une chaîne de LED en série, les branches étant elles-mêmes connectées en parallèle. Une telle architecture comporte une faille importante. En effet, en cas de défaillance d'une LED d'une branche, l'ensemble de la branche est hors service. However, to obtain a large number of light spots, the current solutions propose to connect LEDs in series distributed over several branches for example. Each branch then comprises a string of LEDs in series, the branches being themselves connected in parallel. Such an architecture has an important flaw. Indeed, in case of failure of an LED of a branch, the whole branch is out of service.

Un but de l'invention est notamment de pallier cet inconvénient. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de génération de lumière comportant au moins un ensemble de diodes électroluminescentes connectées en série, lesdites diodes étant alimentées par une source de courant, une diode Zéner étant connectée en antiparallèle sur chaque diode électroluminescente. Les diodes électroluminescentes sont par exemple réparties dans des branches connectées en parallèle entre une tension Vcc et une tension de référence, chaque branche comportant un ensemble de diodes électroluminescentes connectées en série. Un dispositif de mesure de tension est par exemple connecté aux bornes d'un ensemble de diodes zéner, une chute de tension mesurée indiquant l'apparition d'une défaillance sur une diode électroluminescente parmi les diodes électroluminescentes connectées en antiparallèle sur ces diodes Zéner. An object of the invention is in particular to overcome this drawback. For this purpose, the subject of the invention is a light generating device comprising at least one set of light-emitting diodes connected in series, said diodes being powered by a current source, a Zener diode being connected in antiparallel on each light-emitting diode. The light-emitting diodes are for example distributed in branches connected in parallel between a voltage Vcc and a reference voltage, each branch comprising a set of light-emitting diodes connected in series. A voltage measuring device is for example connected across a set of zener diodes, a measured voltage drop indicating the occurrence of a failure on a light emitting diode among the light emitting diodes connected in antiparallel on these Zener diodes.

Avantageusement, le dispositif peut comporter des moyens de commande du courant I traversant un ensemble de diodes électroluminescentes. Les diodes sont par exemple implantées sur un circuit imprimé ou sur un support métallique, pour des circuits de type à montage de surface CMS. Advantageously, the device may comprise means for controlling the current I through a set of light-emitting diodes. The diodes are for example implanted on a printed circuit or on a metal support, for SMD surface mount type circuits.

Avantageusement, un dispositif selon l'invention a une fonction d'éclairage. Advantageously, a device according to the invention has a lighting function.

L'invention concerne également un système à feux de signalisation, comportant un dispositif de génération de lumière tel que décrit précédemment. The invention also relates to a signal light system, comprising a light generating device as described above.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - la figure 1, une illustration des grandeurs physiques en jeu dans le bilan énergétique d'une LED ; - la figure 2, un exemple d'architecture d'un dispositif d'éclairage à LED selon l'art antérieur ; - la figure 3, un exemple d'architecture d'un dispositif d'éclairage à LED selon l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will become apparent with the aid of the following description made with regard to appended drawings which represent: FIG. 1, an illustration of the physical quantities involved in the energy balance of an LED; FIG. 2, an exemplary architecture of an LED lighting device according to the prior art; - Figure 3, an exemplary architecture of an LED lighting device according to the invention.

La figure 1 illustre donc les grandeurs physiques en jeu dans le bilan énergétique d'une LED. Une LED 1 est un composant électronique capable d'émettre de la lumière, un flux lumineux 2, lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique. Elle nécessite à cet effet une alimentation 3 adaptée et de qualité, notamment en ce qui concerne le niveau de bruit et/ou la stabilité en tension. Dans le cas contraire, les performances de la LED sont fortement dégradées. La durée de vie, l'intensité du flux lumineux ou encore le rendement sont alors dégradés. Une LED est commandée en courant, c'est-à-dire qu'elle est alimentée en énergie électrique par une source de courant 4. Comme tout composant alimenté en courant électrique, la LED dissipe un flux de chaleur 5. En règle générale, le rapport du flux lumineux émis FLe sur la puissance électrique consommée Pc, exprimée en lumen/watts, correspond à l'efficacité lumineuse d'une source. FIG. 1 thus illustrates the physical quantities involved in the energy balance of an LED. An LED 1 is an electronic component capable of emitting light, a luminous flux 2, when it is traversed by an electric current. It requires for this purpose a suitable power supply 3 and quality, especially as regards the noise level and / or voltage stability. Otherwise, the performance of the LED is greatly degraded. The service life, the intensity of the luminous flux or the efficiency are then degraded. An LED is current-controlled, that is to say that it is supplied with electrical energy by a current source 4. Like any component supplied with electric current, the LED dissipates a heat flux 5. As a rule, the ratio of the emitted luminous flux FLe to the electrical power consumed Pc, expressed in lumen / watts, corresponds to the luminous efficiency of a source.

Pour obtenir un éclairage suffisant, un dispositif d'éclairage à LED comporte un nombre important de LED réparties en plusieurs branches par exemple, chaque branche comportant plusieurs LED connectées en série. Les LED peuvent être montées sur des circuits imprimés classiques ou de type CMS, avec un conditionnement adapté notamment à l'évacuation du flux thermique. Le montage en série est bien adapté pour une architecture d'un dispositif à LED dans la mesure où celles-ci sont alimentées en courant. To obtain sufficient lighting, an LED lighting device comprises a large number of LEDs divided into several branches for example, each branch having several LEDs connected in series. The LEDs can be mounted on conventional printed circuit boards or of CMS type, with a packaging adapted in particular to the evacuation of the heat flow. The series arrangement is well suited for an architecture of an LED device to the extent that they are powered.

1 o La figure 2 présente à titre d'exemple, une branche d'un dispositif d'éclairage à LED selon l'art antérieur. Dans cet exemple, la branche comporte cinq LED 1 Les LED 1 sont connectées en série entre une tension Vcc et un potentiel de référence 21, par exemple la masse mécanique. L'anode de la première LED 15 est connectée à la tension Vcc. Une source de courant 4 est connectée en série avec les LED pour alimenter ces dernières en courant I. Dans le montage de la figure 2, la source de courant est connectée entre la cathode de la dernière LED 1 et le potentiel de référence 21. 20 En cas de défaillance d'une LED, toute la branche est hors service. En effet, en cas de défaillance d'une LED, celle-ci se met généralement en circuit ouvert empêchant alors le passage du courant I au travers des autres LED qui deviennent alors à leur tour hors service. 2 shows by way of example, a branch of an LED lighting device according to the prior art. In this example, the branch comprises five LEDs 1 The LEDs 1 are connected in series between a voltage Vcc and a reference potential 21, for example the mechanical ground. The anode of the first LED 15 is connected to the voltage Vcc. A current source 4 is connected in series with the LEDs to supply them with current I. In the arrangement of FIG. 2, the current source is connected between the cathode of the last LED 1 and the reference potential 21. If an LED fails, the entire branch is out of order. Indeed, in case of failure of an LED, it usually goes into open circuit then preventing the passage of current I through the other LEDs which then become in turn out of service.

25 La figure 3 illustre un exemple de réalisation d'un dispositif de génération de lumière selon l'invention, appliqué par exemple à l'éclairage. Plus particulièrement, la figure 3 montre une branche comportant des LED 1 en série connectées comme dans l'exemple de la branche présentée en figure 2. 30 Une diode Zéner 31 est connectée en antiparallèle sur chaque LED 1, c'est-à-dire que l'anode de la diode Zéner 31 est reliée à la cathode de la LED et que la cathode de la diode Zéner est reliée à l'anode de la LED. En fonctionnement normal, lorsque les LED fonctionnent bien et sont parcourues par le courant I, la tension VF aux bornes des LED est 35 supérieure à la tension d'amorçage VZ des diodes Zéner. Le courant 1 passe ainsi exclusivement dans les LED et les diodes Zéner 31 sont au repos, aucun courant ne passe au travers de ces diodes 31. En cas de défaillance d'une LED, celle-ci passe en circuit ouvert et la tension à ses bornes tend à croître instantanément vers la tension Vcc qui est supérieure à la tension Vz. FIG. 3 illustrates an exemplary embodiment of a light generating device according to the invention, applied for example to lighting. More particularly, FIG. 3 shows a branch comprising LEDs 1 in series connected as in the example of the branch shown in FIG. 2. A Zener diode 31 is connected in antiparallel on each LED 1, that is to say that the anode of the Zener diode 31 is connected to the cathode of the LED and that the cathode of the Zener diode is connected to the anode of the LED. In normal operation, when the LEDs are working well and are traversed by the current I, the voltage VF across the LEDs is greater than the starting voltage VZ of the Zener diodes. The current 1 thus passes exclusively in the LEDs and the zener diodes 31 are at rest, no current passes through these diodes 31. In the event of a failure of an LED, the LED goes into open circuit and the voltage at its terminals tends to grow instantaneously to the voltage Vcc which is greater than the voltage Vz.

Le courant I est alors dérivé dans la diode Zéner 31 connectée en antiparallèle, ce qui permet d'assurer la continuité du passage du courant I dans toutes les autres LED. Le fonctionnement global de l'ensemble des LED est donc maintenu. The current I is then derived in the Zener diode 31 connected in antiparallel, which ensures continuity of the passage of the current I in all other LEDs. The overall operation of all LEDs is maintained.

1 o Un dispositif selon l'invention peut comporter plusieurs branches du type de celle illustrée par la figure 3. Chaque branche peut comporter plusieurs dizaines de LED. En cas de défaillance d'une LED, l'éclairage global n'est pas affecté car une seule LED contribue de façon infime à la luminosité globale du dispositif d'éclairage. 15 Un dispositif de mesure de tension aux bornes 32, 33 du groupement de diodes Zéner 31 en série permet de détecter une défaillance sur une LED. En effet en cas de défaillance d'une LED, sa diode Zéner en antiparallèle associée dérive le courant, la tension aux bornes de la diode Zéner chute donc à la tension de jonction Vbe qui est de l'ordre de 0,7 volts. En 20 conséquence, la tension globale aux bornes 32, 33 de l'ensemble des diodes Zéner 31 chute. La détection d'une chute de tension à ces bornes 32, 33 permet donc de détecter la défaillance d'une LED sur la branche correspondante. La mesure de chute de tension peut être mémorisée par un circuit adapté, par exemple un échantillonneur bloqueur et un convertisseur 25 analogique couplés à une mémoire. 1 o A device according to the invention may comprise several branches of the type illustrated in FIG. 3. Each branch may comprise several tens of LEDs. In the event of an LED failure, the overall lighting is not affected because a single LED contributes a small amount to the overall brightness of the lighting device. A voltage measuring device at the terminals 32, 33 of the Zener series diode array 31 in series makes it possible to detect a fault on an LED. Indeed, in the event of a failure of an LED, its Zener diode in antiparallel associated derives the current, the voltage across the Zener diode therefore drops to the Vbe junction voltage which is of the order of 0.7 volts. As a result, the overall voltage across terminals 32, 33 of all Zener diodes 31 drops. The detection of a voltage drop at these terminals 32, 33 thus makes it possible to detect the failure of an LED on the corresponding branch. The voltage drop measurement can be memorized by a suitable circuit, for example a sample-and-hold device and an analog converter coupled to a memory.

Un dispositif selon l'invention peut par ailleurs comporter des moyens de commande de la source de courant 4 alimentant un ensemble de LED, permettant ainsi de commander celles-ci. Ces moyens de commande 30 peuvent notamment être avantageusement être utilisés pour des éclairages dynamiques, par exemple pour des enseignes ou des feux de signalisation. A device according to the invention may furthermore comprise means for controlling the current source 4 supplying an LED assembly, thus making it possible to control them. These control means 30 may in particular be advantageously used for dynamic lighting, for example for signs or traffic lights.

Claims (8)

REVENDICATIONS1. Dispositif de génération de lumière comportant au moins un ensemble de diodes électroluminescentes (1) connectées en série, lesdites diodes (1) étant alimentées par une source de courant (4), caractérisé en ce qu'une diode Zéner (31) est connectée en antiparallèle sur chaque diode électroluminescente (1). REVENDICATIONS1. Light-generating device comprising at least one set of light-emitting diodes (1) connected in series, said diodes (1) being supplied by a current source (4), characterized in that a Zener diode (31) is connected in antiparallel on each light emitting diode (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diodes électroluminescentes (1) sont réparties dans des branches connectées en parallèle entre une tension Vcc et une tension de référence (21), chaque branche comportant un ensemble de diodes électroluminescentes connectées en série. 2. Device according to claim 1, characterized in that the light-emitting diodes (1) are distributed in branches connected in parallel between a voltage Vcc and a reference voltage (21), each branch comprising a set of light-emitting diodes connected in series. . 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif de mesure de tension est connecté aux bornes (32, 33) d'un ensemble de diodes zéner (31), une chute de tension mesurée indiquant l'apparition d'une défaillance sur une diode électroluminescente parmi les diodes électroluminescentes (1) connectées en antiparallèle sur ces diodes Zéner. 3. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that a voltage measuring device is connected to the terminals (32, 33) of a set of zener diodes (31), a measured voltage drop indicating the occurrence of a failure on a light-emitting diode among the light-emitting diodes (1) connected in antiparallel on these Zener diodes. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande du courant I traversant un ensemble de diodes électroluminescentes. 4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises current control means I through a set of light emitting diodes. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que les diodes (1, 31) sont implantées sur un circuit imprimé. 5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the diodes (1, 31) are implanted on a printed circuit. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diodes (1, 31) sont implantées sur un support 30 métallique. 6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the diodes (1, 31) are implanted on a metal support. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a une fonction d'éclairage. 7. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a lighting function. 8. Système à feux de signalisation, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de génération de lumière selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10 15 20 8. System with traffic lights, characterized in that it comprises a light generating device according to any one of the preceding claims. 10 15 20