MX2011005204A - Activador de led con un solo circuito inversor con salidas de multiples canales aisladas. - Google Patents

Abstract

Se describe un circuito (10) activador LED con base de circuito de un solo convertidor con salidas de múltiples canales aisladas. El circuito (10) incluye un circuito (11) de control IC, una pluralidad de canales (70, 74) de salida aislada, cada uno tiene un circuito (74, 90) de detección y acondicionamiento de corriente de salida y un circuito (128) de regulación de corriente. El circuito (128) de regulación de corriente incluye un arrollamiento (T4) transformador de detección de voltaje, el cual detecta el nivel de voltaje de salida a través del lado secundario del circuito (10) y un componente (156) de detección de corriente de salida pico que detecta las corrientes de salida desde los canales de salida aislada y determina cuál de los canales tiene la salida de corriente más alta. Además, el circuito (10) proporciona la regulación de corriente de salida cuado el voltaje de salida detectado está por debajo de un umbral predeterminado, y proporciona la regulación de corriente de salida cuando el voltaje de salida detectado está sobre el umbral predeterminado.

Description

ACTIVADOR DE LED CON UN SOLO CIRCUITO INVERSOR CON SALIDAS DE MÚLTIPLES CANALES AISLADAS Campo de la Invención Los sistemas de iluminación con diodo emisor de luz (LED) han ganado popularidad al reemplazar las lámparas de descarga e incandescentes debido a su durabilidad, eficiencia de energía y flexibilidad en diseños ópticos. Como resultado, la aplicación de los sistemas LED incluye no solamente las aplicaciones de baja energía, sino que también aplicaciones de alta energía. Los sistemas LED también están ganando popularidad en aplicaciones exteriores, además de aplicaciones interiores. Además, los sistemas LED se utilizan en aplicaciones generales, y no solamente en aplicaciones de iluminación especiales.

Antecedentes de la Invención Para algunas aplicaciones, se requiere un aislamiento Clase II para su salida. Un diseño de activador LED de alta energía Clase II típico utiliza una sección de corrección de factor de energía de extremo frontal, común ya sea con múltiples convertidores LED aisladas en paralelo o con múltiples activadores LED aisladas de una sola etapa conectados con las mismas fuentes de energía. En tales arreglos, la redundancia del componente es altamente indeseable. En consecuencia, el costo y el tamaño de tales arreglos son altos y la eficiencia del sistema es deficiente.

De conformidad con esto, existe una necesidad no satisfecha dentro de la técnica para sistemas y métodos que faciliten reducir la redundancia de componentes e incrementar la eficiencia del sistema en circuito clasificados como Clase II y para resolver los problemas antes mencionados.

Breve Descripción de la Invención De conformidad con un aspecto, un circuito para controlar un sistema de alimentación LED comprende un circuito de control de un solo convertidor con un arrollamiento T1 primario y un primer circuito de canal de salida aislada con por lo menos un arrollamiento T2, T3 secundario acoplado firmemente con el arrollamiento T1 primario y con un primer circuito de detección y acondicionamiento de la corriente de salida. El circuito también comprende por lo menos un segundo canal de salida aislada con por lo menos un arrollamiento T6, T7 secundario acoplado firmemente con el arrollamiento T1 primario y con un segundo circuito de detección y acondicionamiento de la corriente de salida. El circuito también comprende un circuito de regulación de corriente de salida que determina la salida de corriente pico a través del primer y segundo canales de salida aisladas.

De conformidad con otro aspecto, un circuito de regulación de canal de salida del activador LED comprende un arrollamiento T4 de detección de voltaje que detecta el voltaje a través del circuito secundario de múltiples canales y por lo menos un primer y un segundo fotodiodos que transmiten la corriente, el primer y el segundo fotodiodos están acoplados con los respectivos circuitos de canal de salida aislada en el circuito secundario. El circuito también comprende un componente de regulación de corriente pico que compara la corriente transmitida por los fotodiodos, determina cuál de los circuitos de canal de salida aislada tiene una mayor corriente de salida pico y regula la corriente de salida del mismo.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 ilustra un lado primario del circuito, el cual incluye un controlador IC y un convertidor resonante con base de medio puente, de conformidad con uno o más aspectos aquí descritos.

La Figura 2 ilustra un lado secundario del circuito, el cual incluye múltiples canales de salida aisladas, de conformidad con uno o más aspectos aquí descritos.

La Figura 3 ¡lustra una porción de regulación de corriente del circuito, la cual regula un canal que tiene la corriente de salida más alta detectada en cualquier momento determinado, de conformidad con uno o más aspectos aquí descritos.

Descripción Detallada de la Invención La siguiente descripción se relaciona con un activador LED con base de circuito convertidor con salidas de múltiples canales aisladas. Las ventajas del diseño de circuito descrito incluyen que todas las salidas cumplen con los requerimientos de Clase II, solamente se utiliza un control IC y un circuito convertidor, la cuenta de componentes se reduce y se mejora la eficiencia. Esto es, el único convertidor con múltiples salidas facilita el proporcionar un circuito a bajo costo, de alta eficiencia y de menor tamaño. Un convertidor resonante con base de medio puente se emplea como una plataforma para una aplicación de activador LED de alta energía. Sin embargo, se debe apreciar que se puede emplear la plataforma de alimentación de corriente, la aérea o cualquier otra plataforma de circuito aislada junto con las diferentes modalidades aqui establecidas.

Las Figuras 1 a la 3 ilustran un circuito 10 que comprende un solo activador LED con base de circuito convertidor con salidas de múltiples canales aisladas, de conformidad con varios aspectos aquí descritos. La siguiente descripción se relaciona con la configuración específica del circuito 10 y las características del mismo. Como se muestra en la Figura 1, el circuito 10 comprende un circuito 12 integrado de control (IC), el cual comprende una pluralidad de clavijas de entrada/salida (l/O). En un ejemplo, el IC 12 es un IC L6599. Un capacitor 14 (por ejemplo, un capacitor de 0.1 o su similar) está acoplado con una clavija del voltaje de suministro fijado (Vboot) en el IC de control 12, así como con una clavija de referencia del activador del lado alto (Salida) y un interruptor T1 transformador primario. De conformidad con un ejemplo, el arrollamiento T1 es un arrollamiento G30876. Una clavija de salida del activador del lado alto (Hvg) en el IC 12 está acoplada con un resistor 16 y un diodo 18, que a su vez está acoplado con un resistor 20. Los resistores 16 y 20 están acoplados con una compuerta de un interruptor 22 (por ejemplo, un MOSFET o su similar) y el drenaje del interruptor 22 está acoplado con la barra colectora de voltaje. En un ejemplo, el resistor 16 es un resistor de 20O, el diodo 18 es un diodo 1N4148, el resistor 20 es un resistor de 1kQ y el interruptor 22 es un MOSFET IRF740.

Una clavija de voltaje fuente (Vcc) en el IC 12 está acoplada con cada uno del diodo 24, el capacitor 26 y un capacitor 28. El capacitor 28 está acoplado con un diodo 30 que está acoplado con un capacitor, así como con un diodo 24, el capacitor 26 y con la tierra. El capacitor 32 también está acoplado con el diodo 24, el capacitor 26, el capacitor 14 , la clavija de salida en el IC 112 y el arrollamiento T1 transformador primario De conformidad con un ejemplo, los diodos 24 y 30 son diodos IN4148, el 26 es un capacitor de 0.1µ?, el capacitor 28 es un capacitor de 10µ?, y el capacitor 32 es un capacitor de 150 pF.

La clavija de salida del activador del lado bajo (Lvg) en el IC 12 está acoplada con un resistor 34 y con el diodo 36, que a su vez está acoplado con un resistor 38. Los resistores 34 y 38 están acoplados con una compuerta de un interruptor 40 (por ejemplo, un MOSFET o su similar) y el drenaje del interruptor 40 está acoplado con la fuente del interruptor 22. La fuente del interruptor 40 está acoplada con el diodo 30, el capacitor 28, el capacitor 42 y la tierra. El capacitor 42 también está acoplado con el arrollamiento T1 transformador primario y con un capacitor 44. En un ejemplo, el resistor 34 es un resistor 20O, el diodo 36 es un diodo 1N4148, el resistor 38 es un resistor de IkQ, el interruptor 40 es un MOSFET IRF740, el capacitor 42 es un capacitor de 15nF, y el capacitor 44 es un capacitor de 100pF.

El capacitor 44 está acoplado con un resistor 46, que está acoplado con los diodos 48 y 50. El diodo 50 está acoplado con un resistor 52 y un capacitor 54, ambos están acoplados a tierra y con el diodo 48, que también está acoplado a tierra. El diodo 50, el resistor 52 y el capacitor 54 también están acoplados con una clavija de detección de corriente (Idetección) en el IC 12. Otras clavijas en el IC (por ejemplo, Nc y de Linea, etc.) se dejan sin conectar. Una clavija a tierra en el IC 12 está acoplada con el capacitor 28, el diodo 30 y la tierra. En un ejemplo, el resistor 46 es un resistor de 50O, los diodos 48 y 50 son diodos IN4148, el resistor 52 es un resistor de 10kQ y el capacitor 54 es un capacitor de 33nF.

Con referencia ahora a la Figura 2, continuando con la referencia a la Figura 1, el circuito 10 incluye un primer canal 70 de salida aislada, un segundo canal 72 de salida aislada y un circuito 74 de detección y acondicionamiento de corriente de salida.

El primer circuito 70 de canal de salida incluye un arrollamiento T5, el cual está acoplado con la tierral, así como con un capacitor 76 y el diodo 78. El capacitor 76 y el diodo 78 están acoplados con un diodo 80, que a su vez está acoplado con un capacitor 82. El capacitor 82 está acoplado con el diodo 78, el arrollamiento T5 y la tierra 1. El circuito también incluye los arrollamientos 12 y T3 del transformador secundario, ambos acoplados con la tierral (E-Gnd1) e inductivamente acoplados con el arrollamiento T1. En un ejemplo, los capacitores 76, 82 son capacitores 22nF, los diodos 78, 80 son diodos 1N4148 y los arrollamientos T2, T3, T5 son arrollamientos G30876.

El arrollamiento T5 está acoplado firmemente con los arrollamientos laterales primarios (por ejemplo, T1, T4) y tiene una fuente de voltaje Vcc3 (por ejemplo, una fuente de energía) que asegura el voltaje incluso cuando la salida del canal se acorte.

El segundo circuito 72 de canal de salida incluye los arrollamientos T6 y T7 del transformador. Un diodo 84 está acoplado con el arrollamiento T6, asi como con un diodo 86 que está acoplado con el arrollamiento T7. Los diodos 84 y 86 están también acoplados con el capacitor 88, que está acoplado con los arrollamientos T6 y T7 y con la tierra 2 (E-Gnd2). Los diodos 84 y 86 y el capacitor 88 están acoplados con un componente 90 de detección y acondicionamiento de la corriente de salida (Isid) y con un LED 92. El circuito 90 de detección y acondicionamiento Isid (por ejemplo, similar o idéntico al circuito 74 de detección y acondicionamiento de la corriente de salida) está acoplado con un LED 94. En un ejemplo, los diodos 84, 86 son diodos MUR420, el capacitor 88 es un capacitor de 100µ? y los LED son LED NCSW136.

El circuito 10 también incluye un resistor 96 y un resistor 98 que están acoplados con un amplificador 100. El amplificador 100 también está acoplado con un fotodiodo 102 y un resistor 104, que también están acoplados entre sí. El amplificador 100 está acoplado con un capacitor 106, que también está acoplado con un fotodiodo 102 y un resistor 108. El resistor 108 está acoplado con un amplificador 100 y con un resistor 110, que a su vez están acoplados con un resistor 112 y con un LED 114. El resistor 112 también está acoplado con la tierral (E-Gnd1). De conformidad con un ejemplo, el resistor 96 es un resistor de 10kQ, el resistor 98 es un resistor de 1kQ En otro ejemplo, el resistor 112 es un resistor de 0.25O y el LED 114 es un LED NCSW136.

Un LED 116 está acoplado con un diodo 118, un diodo 120 y un capacitor 122. El diodo 118 está acoplado con un arrollamiento T2 secundario, y el diodo 120 está acoplado con el arrollamiento T3 secundario. Los diodos 118 y 129 también están acoplados con el capacitor 122, que a su vez están acoplados con los arrollamientos 12 y T3 secundarios, y con la tierra 1 (E-Gnd1). De conformidad con un ejemplo, el LED es un LED NCSW136, los diodos 118, 120 son diodos MUR420, y el capacitor 122 es un capacitor de 100µ?.

Ahora con referencia a la Figura 3, y con referencia todavía a las Figuras 1 y 2, el circuito 10 incluye un circuito 120 de regulador de corriente de salida con un arrollamiento T4 de detección de voltaje que está acoplado con el diodo 130, que a su vez está acoplado con un resistor 132. El arrollamiento T4 está acoplado firmemente con los arrollamientos secundarios (por ejemplo, T2, T3, T5, T6 y T7) y detecta el voltaje a través del lado secundario del circuito 10 (consultar Figura 2). El voltaje de salida incrementa cuando hay una carga de luz o una condición de no carga, tal como cuando uno o más LED no están conectados. Cuando el voltaje de salida alcanza o excede un voltaje umbral predeterminado (por ejemplo, aproximadamente 55V o más en un ejemplo), entonces el circuito 10 cambia de la regulación de corriente a la regulación de voltaje. Las corrientes de salida para todos los canales se detectan y el canal con la corriente de salida más alta se regula. De conformidad con un ejemplo, el arrollamiento T4 es un arrollamiento G30876, el diodo 130 es un diodo 1N4148 y el resistor 132 es un resistor de 100O.

El resistor 132 está acoplado con un capacitor 134 y con un resistor 136, que también está acoplado con un capacitor 138. Los resistores 132 y 136 y el capacitor 134 están acoplados con un resistor 140, que a su vez está acoplado con un resistor 142 y con un arrollamiento T4. El capacitor 134 está acoplado con el resistor 136 y con el arrollamiento T4, asi como con el resistor 142. En un ejemplo, los capacitores 134, 138 son capacitores 33nF, los resistores 136, 142 son resistores de 1 kQ y el resistor 140 es un resistor de 10kQ.

El resistor 142 también está acoplado con un resistor 144, que a su vez, está acoplado con una fuente Vcc2 de voltaje. Los resistores 142 y 144 están acoplados con un amplificador 146 de error, que también está acoplado con la Vcc2. El capacitor 138 está acoplado con un resistor 148, que está acoplado con el amplificador 146 de error y el diodo 150 también está acoplado con un resistor 152 que está acoplado con una clavija de espera (Stby) en el IC 12. De conformidad con un ejemplo, el resistor 144 es un resistor de 10kQ, el amplificador 146 es un amplificador L 325, el resistor 148 es un resistor 6.2kQ y el diodo 150 es un diodo 1N4148. En otro ejemplo, el resistor 152 es un resistor de 5kQ.

Un resistor 154 está acoplado con una clavija de ajuste de frecuencia oscilante mínima (RfMin) en el microcircuito 12 IC y con un componente 156 de regulación de corriente de salida pico. El componenté 156 de regulación también está acoplado con fototransistores 158, 160, que a su vez están acoplados entre sí y a tierra y que reciben una señal de corriente desde el fado 102 y los fotodiodos equivalentes en otros canales aisladas (por ejemplo, tal como el segundo fotodiodo en el circuito 90 de detección y acondicionamiento de corriente de salida). De conformidad con un ejemplo, el resistor 54 es un resistor de 4.7O, el componente 156 de regulación de corriente es un componente G20678, y los fototransistores 158, 160 son fototransistores SFH6106.

Aun con referencia a las Figuras 1 a la 3, en el transformador principal, todos los arrollamientos aisladas están acoplados firmemente entre sí para asegurar que incluso con cargas no balanceadas en cada salida, los voltajes en cada salida sean iguales entre sí con mínimo error. En cada canal, la corriente de salida se detecta y se alimenta de regreso al lado primario (por ejemplo, Figuras 1 y 3) para controlar y regular la corriente de salida. Aunque todas las corrientes de salida se detectan, la que se regula es la corriente más alta en las salidas. El voltaje y la característica de corriente de los fotodiodos y los amplificadores de error se utilizan para determinar la otra corriente del canal. En una modalidad, cada canal emplea el mismo tipo y número de LED, que están conectados en serie con una distribución térmica uniforme.

Como se muestra en las Figuras, las dos salidas secundarias están acopladas firmemente juntas para igualar el voltaje en la salida de cada canal. Cada canal activa el mismo tipo y número de LED en una configuración en serie/paralela. En cada canal, hay dos arrollamientos T2 y T3, en las salidas secundarías con una unión común con el E-Gnd1. Los diodos 118 y 120 están conectados con T2 y T3 respectivamente, para cargar 122 y mantener la energía en la tapa 122 y la corriente para los LED 114, 116.

El resistor 112 de detección detecta una corriente de salida del canal y el amplificador 100 también acondiciona la señal detectada y activa el cátodo de un optoacoplador (que comunica señales a los fototransistores 158, 160). El amplificador 100 tiene una entrada no invertida que está conectada con una referencia descendente escalada y una entrada invertida a través del resistor 110 conectada con el resistor 112 de detección. Los arrollamientos T2, T3 que están acoplados firmemente con el arrollamiento T1 primario y aisladas del convertidor de energía principal, proporcionan el suministro de energía para el primer canal 70. El segundo canal 72 está configurado igual que el primer canal 70, pero aislada por los arrollamientos T6, T7 separados. Se pueden añadir canales adicionales en la misma forma que el segundo canal. Por lo tanto, todos los canales quedan aisladas del convertidor principal de energía para cumplir con los requerimientos Clase II.

En cada canal, el optoacoplador alimenta de regreso la señal de corriente de salida al regulador 156 de corriente pico. El canal con la corriente de salida más alta se regula en cualquier momento determinado. En caso que se presente una carga ligera o una condición de no carga en un canal de salida, el voltaje en el arrollamiento T4, que está acoplado firmemente con el secundario del transformador de salida, es indicativo del voltaje en los canales de salida. Este voltaje se procesa por el amplificador 146 de error para tomar el bucle de control para regular el voltaje máximo de salida.

De conformidad con esto, el circuito 10 proporciona el detectar las corriente de salida para una pluralidad de canales de salida aisladas y regular la corriente del canal con la corriente de salida más alta en cualquier momento determinado. De esta forma, el circuito elimina la necesidad de utilizar múltiples convertidores Clase II para aplicaciones LED. Por lo tanto, se ahorran costos, se reduce el tamaño del circuito y se incrementa la eficiencia.

Se debe apreciar que los ejemplos específicos de valores del componente y/o números de modelo presentados aquí son de naturaleza ilustrativa y no se deben interpretar en un sentido limitante. Se pueden emplear otros valores de componente y/o modelos para alcanzar la funcionalidad del circuito descrita, como lo podrán apreciar las personas experimentadas en la técnica.

La invención ha sido descrita con referencia a las modalidades preferidas. Será evidente, que las personas experimentadas en la técnica podrán contemplar modificaciones y alteraciones luego de leer y comprender la descripción detallada. Se tiene la intención de que la invención sea considerada como incluyendo todas las modificaciones y alteraciones.

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1. .1. Un circuito para controlar un sistema de alimentación LED; caracterizado porque comprende: un circuito de control de un solo convertidor con un arrollamiento T1 primario, un primer circuito de canal de salida aislada con por lo menos un arrollamiento T2, T3 secundario acoplado con el arrollamiento T1 secundario y un primer circuito de detección y acondicionamiento de corriente de salida; por lo menos un segundo canal de salida aislada con por lo menos un arrollamiento T6, T7 secundario acoplado con el arrollamiento T1 primario y un segundo circuito de detección y acondicionamiento de corriente de salida; un circuito de regulación de corriente de salida que determina la salida de corriente pico a través del primer y segundo canales de salida aisladas.
2. 2. El circuito de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de regulación de voltaje incluye un arrollamiento T4 de detección de voltaje, acoplado firmemente con los arrollamientos secundarios, que detecta el voltaje de salida pico a través de cada canal de salida aislada.
3. 3. El circuito de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito de regulación de corriente de salida incluye primer y segundo fototransistores que detectan la señal de corriente desde el primer y el segundo fotodiodos en el primer y segundo circuitos de canal de salida aisladas, respectivamente, para determinar la salida de corriente pico en el primer y segundo circuitos de canal de salida aisladas
4. 4. El circuito de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque cada circuito de canal de salida aislada incluye un resistor de detección.
5. 5. El circuito de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el primer fotodiodo recibe corriente a través del resistor de detección y del amplificador y proporciona la corriente que es detectada por el primer fototransistor.
6. 6. El circuito de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el segundo fotodiodo recibe corriente a través de un resistor de detección en el segundo circuito de detección y acondicionamiento de corriente de salida y proporciona corriente que es detectada por el segundo fototransistor.
7. 7. El circuito de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque además comprende un componente de regulación de corriente de salida pico que compara la corriente detectada por el primer y segundo fototransistores y determina cuál del primer y segundo canales de salida aislada tiene la corriente de salida pico más alta.
8. 8. El circuito de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el circuito de un solo convertidor controla la salida de energía del canal de salida aislada que tiene la corriente de salida más alta para proteger y regular el canal de salida aislada que tiene la corriente de salida más alta.
9. 9. El circuito de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer canal de salida aislada comprende un arrollamiento T5 secundario que está acoplado firmemente con un arrollamiento T4 de detección de voltaje, el cual suministra energía al circuito de canal de salida.
10. 10. El circuito de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el arrollamiento T5 secundario genera una fuente de voltaje dedicada.
11. 11. El circuito de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer y segundo canales de salida aislada son compatibles con los requerimientos de aislamiento de canal de salida Clase II.
12. 12. El circuito de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de control de un solo convertidor comprende un circuito integrado de control (IC).
13. 13. El circuito de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el IC de control tiene una clavija de salida activadora del lado bajo acoplada con un primer circuito de medio puente.
14. 14. El circuito de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el IC de control tiene una clavija de salida activadora del lado alto acoplada con un segundo circuito de medio puente.
15. 15. Un circuito de regulación de canal de salida activadora LED, caracterizado porque comprende: un arrollamiento T4 de detección de voltaje que detecta el voltaje a través de un circuito secundario de múltiples canales; por lo menos un primer y un segundo fotodiodos que transmiten corriente, el primer y el segundo fotodiodos están acoplados con los respectivos circuitos de canal de salida aislada en el circuito secundario; un componente de regulación de corriente pico que compara la corriente transmitida desde los fotodiodos, determina cuál de los circuitos de canal de salida aislada tiene una corriente de salida pico más alta y regula la corriente de salida del mismo.
16. 16. El circuito de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque además comprende circuitos de detección y acondicionamiento de corriente de salida, cada uno incluye un fotodiodo y está acoplado con los respectivos circuitos de canal de salida aislada.
17. 17. El circuito de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque cada circuito de detección y acondicionamiento de corriente de salida amplifica una corriente a través de un resistor de detección y proporciona la corriente como una entrada para los respectivos fotodiodos.
18. 18. El circuito de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el primer fotodiodo forma un optoacoplador con un primer fototransistor acoplado con el componente de regulación de corriente pico y el segundo fotodiodo forma un optoacoplador con un segundo fototransistor acoplado con el componente de regulación de corriente pico.
19. 19. El circuito de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el canal de salida aislada determinado para tener la corriente de salida más alta es controlado con el uso de la regulación de voltaje cuando el voltaje de salida detectado en el arrollamiento T4 de detección de voltaje excede un umbral predeterminado, y utiliza la regulación de corriente cuando el voltaje de salida detectado en el arrollamiento T4 de detección de voltaje es menor o igual que el umbral predeterminado.