BRPI0715776A2

BRPI0715776A2 - aparelho e mÉtodo para controlar tensço tÉrmica em um ou mais elementos emissores de luz

Info

Publication number: BRPI0715776A2
Application number: BRPI0715776-2A
Authority: BR
Inventors: Ashdown Ian
Original assignee: The Technology Lp
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2013-07-16
Also published as: EP2055152A1; EP2055152A4; US20080042592A1; US7656366B2; JP2010501112A; WO2008019479A1; CN101507360A; JP5043111B2; RU2435336C2; KR20090042317A; RU2009109422A

Abstract

APARELHO E MÉTODO PARA CONTROLAR TENSçO TÉRMICA EM UM OU MAIS ELEMENTOS EMISSORES DE LUZ. A presente invenção proporciona um método e um aparelho para controlar o gradiente térmico e, portanto, a tensão térmica em elementos emissores de luz em que os elementos emissores de luz são expostos a gradientes de temperatura causados por variação da corrente de acionamento sob condições de operação. O método e o aparelho de acordo com a presente invenção podem reduzir a tensão térmica em um elemento emissor de luz através da determinação, adaptativamente, de um transiente de corrente de acionamento para uma mudança requerida na corrente de acionamento de um primeiro estado da corrente de acionamento para um segundo estado de corrente de acionamento desejado, em que o transiente de corrente de acionamento é determinado, adaptativamente, a fim de minimizar, substancialmente, a mudança na voltagem aplicada através do tempo, durante o período de tempo de transição.

Description

"APARELHO E MÉTODO PARA CONTROLAR TENSÃO TÉRMICA EM UM OU MAIS ELEMENTOS EMISSORES DE LUZ"

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção pertence ao campo da iluminação e, em particular a um método e aparelho para controlar tensão térmica em elementos emissores de luz que experimentam ciclagem térmica repetitiva ou freqüente.

ANTECEDENTES Avanços no desenvolvimento e aperfeiçoamentos do fluxo luminoso de diodos emissores de luz (LEDs), tais como diodos emissores de luz de estado sólido e certos orgânicos ou poliméricos, têm tornado esses dispositivos adequados para uso em aplicações de iluminação em geral, incluindo iluminação arquitetural, de entretenimento e de rodovia, por exemplo. Como tal, diodos emissores de luz estão se tornando cada vez mais competitivos com fontes de luz, tais como lâmpadas incandescentes, fluorescentes e de descarga de alta intensidade.

Diodos emissores de luz oferecem um número de vantagens e

são escolhidos, em geral, por sua aspereza, longa duração, alta eficiência,

exigências de baixa tensão e a possibilidade de controlar a cor e a intensidade

da luz emitida, independentemente. Os LEDs proporcionam desempenho

aperfeiçoado, em comparação com delicados sistemas de iluminação de

lâmpadas de descarga de gás, incandescentes e fluorescentes. Diodos

emissores de luz de estado sólido e aperfeiçoadamente orgânicos têm a

capacidade de criar impressões de iluminação similares, enquanto,

tipicamente, proporcionam maior flexibilidade do que outras tecnologias de iluminação.

Quando a corrente elétrica através de um LED muda rapidamente, as propriedades de transferência de calor do dispositivo podem causar gradientes de temperatura transitórios excedendo cerca de 3000°C por cm, conforme mostrado por Malyutenko e colaboradores, in "Heat Transfer Mapping in 3 - 5 Micrometer Planar Light- Emitting Structures", Journal Of Applied Physics 93(11), 2003, PP. 9398-9400. Correntes de acionamento que crescem rapidamente podem gerar pontos quentes localizados espacialmente no interior do LED com temperaturas de pico tão altas quanto cerca de 150°C, conforme mostrado por Barton e colaboradores in "Life Tests and Failure Mechanisms of GaN/AIGaN/InGaN Light-Emitting Diodes", SPIE Vol. 3279, 1998, PP. 17-27, apesar do resfriamento efetivo do acondicionamento, o que, tipicamente, reduz a temperatura de junção média da matriz do LED. Também, gradientes de temperatura induzidos por rápidas correntes de acionamento transitórias em LEDs de alto fluxo podem depender da corrente inicial, conforme mostrado por Farkas e colaboradores in "Electrical and Thermal Transient Effects in High Power Optical Devices", Proceedings of the Twentieth Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium, 2004, PP. 168 - 176. Como é conhecido, tensão mecânica excessiva, termicamente

induzida, no interior de um LED pode levar à depreciação prematura do lúmen. Ela também pode encurtar significativamente a duração do dispositivo devido a um número de modos de falha catastróficos que podem incluir fratura da ligação de arame ou desprendimento de chips de pacotes, por exemplo.

A figura 1 ilustra como a temperatura da junção de um LED verde muda com o tempo, subseqüente à comutação da corrente de acionamento de cerca de 400 mA para cerca de 10 mA. Essas mudanças podem ser inferidas da voltagem direta medida Uf(t), indicada na ordenada direita da figura 1. Como pode ser visto, a taxa de mudança da taxa da temperatura de junção após o ajuste da corrente de acionamento pode alcançar diversos milhares de graus Kelvin por segundo. Como é conhecido, as taxas de mudança de temperatura se correlacionam com respectivos gradientes de temperatura de acordo com a equação de transferência de calor e dependendo das propriedades de transferência de calor do LED. Há um número de aplicações em que gradientes de temperatura excessivos ou pontos quentes podem ocorrer.

Por exemplo, diodos emissores de luz têm demonstrado serem úteis para iluminação de fundo de painéis de visor de cristal líquido (LCD), como usado em telas de televisão em cores e de computador, como é discutido, por exemplo, por Folkert(s) in "LED Backlighting Concepts with High Flux LEDs", SID 04 Digest, 2004, pp. 1226-1229, ou por Harbers e colaboradores in "LED Backlighting for LCD HDTV", Journal of the Society for Information Display 10(4), 2002, pp. 347- 350, ou por Sugiura £ colaboradores in "Wide Color Gamut Monitors-LED Backlighting LCD and New Phosphor CRT", Optical Engineering Society Bellingham, WA: Proceedings of Liquid Crystal Materials, Devices and Applications X and Projection Displays X, SPIE- IS&T 5289, 2004, pp. 151-160, ou por West e colaboradores in "High-brightness direct LED backlight for LCD-TV", SID 2003 Digest, pp. 1262-1265.

Como é conhecido na técnica, os sistemas de exposição são destinados, usualmente, a receber sinais em que a informação é formatada como um fluxo serial de dados compreendendo uma seqüência de quadros. Cada quadro compreende dados necessários para renderizar uma única imagem fixa. Além disso, os sinais de informação podem compreender dados que podem identificar o começo ou o final de um quadro e pode auxiliar com a sincronização da tela de uma única imagem fixa. Por exemplo, cada quadro pode compreender um sinal de retraço vertical. Uma seqüência de quadros suficientemente rápida pode gerar a impressão de uma imagem em movimento livre de luz trêmula. Os quadros podem ser gerados e renderizados em uma taxa dependente da aplicação desejada da tela. Por um número de razões, certos tipos de sistemas de tela requerem que LEDs de luz de fundo sejam DESLIGADAS e LIGADAS em sincronia, por exemplo, com sinais de retraço verticais. O período de tempo de sinal de retraço vertical pode ser equivalente a diversas vezes a constante de tempo térmica dos LEDs de luz traseira que podem resultar em gradientes térmicos excessivos e potencialmente danosos no interior dos LEDs de luz de fundo, o que pode ser prejudicial à duração do LED.

Por exemplo, conforme ilustrado na figura 2, a iluminação de fundo de um painel de LCD pode ser realizada usando uma técnica em que os LEDs de luz traseira estão suprimidos, em sincronia com sinais de retraços verticais. Nesta figura, o intervalo de retraços verticais 10 do sinal de vídeo 20 para a iluminação de fundo de um painel de LCD é idêntico ao tempo OFF e o tempo ON 30 do LED, que é controlado pela corrente de acionamento de LED ID(t).

Por exemplo, Yamada e colaboradores, in "Sequential-Color LCD based on OCB with an LED Backlight", Journal of the Society for Information Display 10(1), 2002, pp. 81-85, descreve uma tela de vídeo em cores, que utilize um LCD monocrômico com LEDs vermelho, verde e azul (RGB), ativados em seqüência para iluminação de fundo. O sistema, em princípio é mais simples e, provavelmente, pode ser fabricado mais economicamente do que os painéis de LCD convencionais que utilizam iluminação de fundo branca e uma matriz de filtros de RGB, em que elementos de filtro de cor são configurados para cada pixel de tela. Contudo, cada cor de LED só pode ser energizada por cerca de 1,2 milissegundos ou, aproximadamente, 10% do tempo distribuído para informação de LCD convencional. Os LEDS, portanto, devem ser acionados com cerca de dez vezes a quantidade de corrente usada para iluminação de fundo de LED convencional, a fim de manter a mesma luminância de tela de LCD com o mesmo número de LEDs. Como será prontamente compreendido, esse modo de operação pode, em conseqüência, aumentar grandemente a tensão térmica sobre a pastilha de LED e suas ligações de fios, por exemplo. As técnicas de acionamento anteriores para LEDs de alto fluxo utilizam controle de corrente analógico e digital, conforme descrito por Zukauskas e colaboradores in "Introduction to Solid-State Lighting", Wiley- Interscience, 2002. Conforme discutido, a forma mais comum de controle digital é a modulação por largura de pulso (PWW). O vazio da iluminação de fundo do LED com controle digital ou analógico durante o intervalo de retraços verticais compreende a comutação da corrente de acionamento da potência total até zero, aguardando a duração do intervalo de retraço e, então, comutando a corrente de acionamento de volta para a potência total. A patente norte-americana no. 4.190.836 divulga um circuito de acionamento de LED em que as bordas dianteira e traseira dos pulsos da corrente de acionamento são estendidas por um capacitor em paralelo com cada LED. O efeito que o capacitor tem sobre a corrente de acionamento é ilustrado na figura 3, em que a borda dianteira 40 e a borda traseira 50 da correia de acionamento são alongadas pelo carregamento e descarregamento do capacitor. Contudo, para essa configuração de um circuito de acionamento de LED, o capacitor suprime harmônicos maiores apenas no pulso de corrente total, que, de outro modo, pode criar radiação eletromagnética de alta freqüência, que podem interferir com sinais de radiofreqüência. Em conseqüência, o capacitor reduz a carga do circuito de acionamento para um sistema de LED que pulsa repetitivamente e pode suprimir, substancialmente, a geração e a emissão de radiação eletromagnética de harmônicos superiores. O circuito eletrônico, como divulgado, porém, não afeta a corrente transitória através de cada LED, nem reduz a tensão térmica nos LEDs. Portanto, há necessidade de um novo método e aparelho que

pode reduzir a tensão térmica aplicada aos elementos emissores de luz, durante operação, por exemplo, durante ciclagem liga e desliga repetitiva.

Essa informação básica é proporcionada para revelar a informação que o requerente acredita ser possível de relevância para a presente invenção. Nenhuma admissão é necessariamente pretendida, nem será construída, de que qualquer uma da informação precedente constitui técnica anterior contra a presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Um objetivo da presente invenção é proporcionar um método e

um aparelho para reduzir a tensão térmica em elementos emissores de luz De acordo com um aspecto da presente invenção, é proporcionado um aparelho para controlar tensão térmica em um ou mais elementos emissores de luz, durante um período de transição entre um primeiro estado de corrente de acionamento e um segundo estado de corrente de acionamento desejado de um ou mais elementos de emissão de luz, o referido aparelho compreendendo: um módulo de monitoração configurado para avaliar o primeiro estado da corrente de acionamento; um sistema de controle ainda configurado para determinar um transiente de corrente de acionamento com base no primeiro estado de corrente de acionamento e no segundo estado de corrente de acionamento desejado, o sistema de controle ainda configurado para avaliar o transiente de corrente de acionamento para manter uma taxa de mudança de voltagem direta através de um ou mais elementos emissores de luz dentro de um limite predeterminado; e um dispositivo de controle de corrente de acionamento, controlando a corrente de acionamento transmitida para um ou mais elementos emissores de luz durante o período de transição de acordo com o transiente de corrente de acionamento.

De acordo com outro aspecto da invenção, é proporcionado um método para controlar tensão térmica em um ou mais elementos emissores de luz durante um período de transição entre um primeiro estado da corrente de acionamento e um segundo estado de corrente de acionamento desejado de um ou mais elementos emissores de luz, o referido método compreendendo as etapas de: monitoração do primeiro estado da corrente de acionamento; determinação de um transiente de corrente de acionamento com base no primeiro estado da corrente de acionamento e no segundo estado de corrente

de acionamento, o referido transiente de corrente de acionamento determinado

a fim de manter uma taxa de mudança de voltagem direta através de um ou

mais elementos emissores de luz dentro de um limite predeterminado; e

controle da corrente de acionamento transmitida para um ou mais elementos

emissores de luz durante o período de transição de acordo com o transiente de corrente de acionamento.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A figura 1 ilustra a mudança de temperatura de junção resolvida no tempo de um LED verde subseqüente à comutação da corrente de acionamento de 400 mA a 10 mA (de Farkas β colaboradores 2004), conforme inferido da voltagem direta indicada na ordenada direita.

A figura 2 ilustra a técnica anterior de vazio de LED de iluminação de fundo, em que os LEDs de iluminação de fundo estão suprimidos em sincronia com os sinais de retraços verticais.

A figura 3 ilustra transientes de correntes de acionamento da técnica anterior de uma corrente de acionamento de LED que pulsa repetitivamente, usando um capacitor conectado em paralelo com o LED.

A figura 4 ilustra um diagrama em blocos esquemático de um sistema de controle de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 5 ilustra um diagrama em blocos esquemático de um sistema de controle de acordo com uma modalidade da presente invenção

A figura 6 ilustra um transiente de voltagem direta Uf(t) de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 7 ilustra uma forma de transiente de corrente de acionamento de uma corrente de acionamento analógica de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 8 ilustra uma seqüência de pulsos de transientes de uma corrente de acionamento modulada por largura de pulso de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 9 ilustra uma forma de transiente de corrente de acionamento de uma corrente de acionamento pulsada de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 10 ilustra um fluxograma para uma seqüência de controle de corrente de acionamento de acordo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

Definições

O termo "elemento emissor de luz" (LEE) é usado para definir

um dispositivo que emite radiação em uma região ou combinação de regiões

do espectro eletromagnético, por exemplo, a região visível, a região

infravermelha e/ ou ultravioleta, quando ativado pela aplicação de uma

diferença potencial através dele ou passando uma corrente através dele, por

exemplo. Portanto, um elemento emissor de luz pode ter características de

emissão espectral monocromática, quase-monocromática, policromática ou de

banda larga. Exemplos de elementos emissores de luz incluem diodos

emissores de luz semicondutores, orgânicos ou polímero/ poliméricos, diodos

emissores de luz revestidos com fósforo bombeado oticamente, diodos

emissores de luz de nanocristal oticamente bombeado ou outros dispositivos

similares, como será prontamente compreendido por um trabalhador

habilitado na técnica. Além disso, o termo elemento emissor de luz é usado

para definir o dispositivo específico que emite a radiação, por exemplo, uma

pastilha de LED e pode, igualmente, ser usado para definir uma combinação

do dispositivo específico que emite a radiação junto com um alojamento ou

acondicionamento dentro do qual o dispositivo ou dispositivos específicos são colocados.

O termo "sistema de controle" é usado para definir um sistema que pode receber sinais de entrada, processar parametricamente os sinais de entrada em sinais de saída e proporcionar os sinais de saída. O sistema de controle pode ser conectado operativamente a um ou mais dispositivos periféricos via interfaces de entrada e/ ou saída do sistema de controle. Os dispositivos periféricos podem proporcionar os sinais de entrada para o sistema de controle ou receber os sinais de saída do mesmo. Um sistema de controle pode compreender um dispositivo de computação analógico ou digital, tal como um microcontrolador, uma unidade de processamento central (CPU) ou dispositivos de interface de entrada/ saída. Os dispositivos de interface podem incluir conversores de A/D ou D/A para receber ou proporcionar sinais de entrada e de saída em uma forma adequada para os dispositivos periféricos. Os dispositivos periféricos podem incluir dispositivos de entrada/ saída para comunicação de solicitações do usuário ou parâmetros do sistema de controle entre um usuário e o sistema de controle. O sistema de controle pode incluir um ou mais dispositivos de memória. Os dispositivos de memória podem ter caractere de armazenamento volátil e não volátil e podem incluir memória de computador, tal como RAM, PROM, EPROM e EEPROM, discos flexíveis, discos compactos, discos óticos, fita magnética ou semelhantes, em que programas de computador (tais como software, micro- código ou firmwaré) para monitorar ou controlar os dispositivos acoplados ao sistema de controle e/ ou dados podem ser armazenados e executados, por exemplo, por uma CPU. O sistema de controle proporciona o meio para controlar as condições de operação de certos dispositivos periféricos de acordo com condições de operação especificadas pelo usuário. O sistema de controle pode receber comandos especificados pelo usuário por meio de uma interface de usuário, por exemplo, um teclado, uma almofada de toque, uma tela de toque, um console, um dispositivo de entrada visual ou acústico ou outras formas dos dispositivos de entrada de usuário bem conhecidos por aqueles habilitados na técnica.

O termo "dispositivo de controle de corrente de acionamento" é usado para definir um dispositivo que é configurado para controlar a corrente de acionamento fornecida para um ou mais elementos emissores de luz. Um dispositivo de controle de corrente de acionamento pode compreender um atuador de corrente de acionamento ou outro acionador, como será bem conhecido por um trabalhador habilitado na técnica. O dispositivo de controle de corrente de acionamento pode ser integrado no sistema de controle ou pode ser um componente separado recebendo parâmetros de operação do sistema de controle.

Como aqui usado, o termo "cerca de" se refere a uma variação de +/- 10% do valor nominal. Deve ser compreendido que essa variação está sempre incluída em qualquer dado valor aqui proporcionado, quer ou não ele seja referido especificamente.

A menos que de outro modo definido, todos os termos técnicos e científicos aqui usados têm o mesmo significado como comumente compreendido por alguém de habilidade comum na técnica à qual esta invenção pertence.

A presente invenção proporciona um método e um aparelho para controlar os gradientes térmicos e, portanto, a tensão térmica em elementos emissores de luz que precisam ser expostos às condições variáveis de corrente de acionamento. O método e o aparelho descritos podem reduzir a tensão térmica em elementos emissores de luz através da determinação adaptativamente de um transiente de corrente de acionamento entre um primeiro estado da corrente de acionamento e um segundo estado de corrente de acionamento. A voltagem direta através de um ou mais elementos emissores de luz pode ser usada como uma indicação da temperatura global dos elementos emissores de luz, em que, para uma corrente de acionamento conhecida, uma percepção a cerca dos gradientes térmicos no interior de um elemento emissor de luz pode ser inferida da voltagem direta sob condições operacionais. A voltagem direta corresponde, adequadamente, à temperatura do elemento emissor de luz desde que tempo suficiente tenha decorrido para equilibrar o perfil da temperatura do elemento emissor de luz. Condições térmicas estacionárias em um elemento emissor de luz podem prevalecer dentro de quadros de tempo de sub-microssegundos a sub-segundos, dependendo do tamanho do elemento emissor de luz e de seu acoplamento térmico ao ambiente.

De acordo com a presente invenção, um transiente de corrente de acionamento é determinado a fim de reduzir a taxa de mudança em voltagem direta através de um ou mais elementos emissores de luz, quando a corrente de acionamento está sendo mudada entre uma primeira corrente de acionamento e uma segunda corrente de acionamento. Um dispositivo de controle de corrente de acionamento é acoplado a um ou mais elementos emissores de luz e o sistema de controle, em que o dispositivo de controle de corrente de acionamento é configurado para controlar a corrente de acionamento aplicada a um ou mais elementos emissores de luz durante o período transiente de acordo com o transiente de corrente de acionamento determinado. Dessa maneira, o aparelho proporciona um meio para controlar tensão térmica no um ou mais elementos emissores de luz, durante o período de transiente.

Em modalidades da presente invenção, a corrente de

acionamento de elemento emissor de luz pode, em geral, ser controlada por mecanismos diferentes, por exemplo, modulação por largura de pulso (PWM), modulação por código de pulso (PCM) ou outros mecanismos incluindo formas analógicas de controle. O estado de corrente de acionamento pode, portanto, ser descrito, por exemplo, através de amplitude de PWM e fator de atividade de PWM, amplitude de PCM e densidade de código de pulso ou amplitude de corrente de acionamento. O termo "estado de corrente de acionamento" descreve, essencialmente, a média de movimento da corrente de acionamento através de um quadro de tempo, que é suficientemente curto para resolver respostas térmicas do elemento emissor de luz.

Condições operacionais térmicas substancialmente estacionárias podem ser alcançadas pela escolha de parâmetros de controle adequados, tais como freqüências de pulsos adequadas ou densidades de pulsos para sistemas de controle de PWM e PCM. As freqüências de acionamento de PWM além de ordens de IkHz, usualmente, são suficientes para manter os gradientes térmicos no interior do elemento emissor de luz dentro de limites aceitáveis. Contudo, gradientes térmicos podem aumentar excessivamente quando mudanças significativas do fator de atividade ocorrem dentro de uns poucos ciclos de trabalho consecutivos. Em geral, mudanças entre os estados de correntes de acionamento em taxas que são mais rápidas do que diversas vezes a constante de tempo térmica dos elementos emissores de luz podem expor o dispositivo às quantidades excessivas de tensão induzida termicamente. É notado que acoplamento térmico diferente e, portanto, para diferentes implementações da presente invenção, embora ainda empregando o mesmo elemento emissor de luz, transientes de correntes de acionamento diferentes podem ser aplicáveis a fim de reduzir esses gradientes térmicos.

Como será prontamente compreendido, a taxa em que a corrente de acionamento pode ser mudada de um estado inicial para um estacionário seguinte pode depender de parâmetros, tais como o desenho particular e as propriedades da tela, da luz ou do sistema de iluminação em que a presente invenção é implementada. Por exemplo, o tipo de elemento emissor de luz e a maneira em que é ligado ou afixado e/ ou o tipo de sumidouro de calor associado com o sistema podem influenciar a taxa máxima em que a corrente de acionamento pode ser mudada para manter os gradientes térmicos desejados.

Em uma modalidade da presente invenção, a tensão térmica nos elementos emissores de luz de um sistema de tela baseado em luz de fundo de LEE é controlada em que a corrente de acionamento e, em conseqüência, as temperaturas das pastilhas dos elementos emissores de luz

r

variam através dos tempos da ordem de milissegundos. E notado que a presente invenção pode ser utilizada em uma tela, sistema de luzes, sistema de iluminação ou outro sistema de iluminação que requer respectivo gerenciamento de tensões térmicas para os elementos emissores de luz.

Tendo relação particular com os sistemas de iluminação de fiando para um sistema de exposição, por exemplo, os elementos emissores de luz associados com esse formato de sistema podem precisar ser, sincronicamente, LIGADOS e DESLIGADOS junto com os sinais de retraço verticais e horizontais, dependendo da composição do sinal de vídeo que é usado para acionar o sistema de exposição. O brilho de um sistema de iluminação de fundo pode, portanto, ser controlado usando um controlador de PWM com um ciclo de trabalho fixo. Taxas de quadros de sinais de vídeo típicos estão na faixa de 50 Hz a 100 Hz com sinais de retraços verticais, longos, de sub-milissegundos a milissegundos. Respectivos fatores de trabalho para iluminação de fundo, portanto, estarão próximos um do outro.

Um dispositivo de iluminação compreende um ou mais elementos emissores de luz para gerar luz. Um dispositivo de controle de corrente de acionamento é acoplado e pode fornecer, seletivamente, corrente elétrica de acionamento a cada um de um ou mais elementos emissores de luz, em que o dispositivo de controle de corrente de acionamento é responsivo aos sinais de acionamento recebidos de um sistema de controle. O sistema de controle é configurado para gerar um ou mais sinais de acionamento para transmissão para o dispositivo de controle de corrente de acionamento em resposta à informação coletada, que pode se relacionar com as condições operacionais do dispositivo de iluminação. Os sinais de acionamento são configurados de acordo com a presente invenção, em quem durante as transições da corrente de acionamento entre um primeiro estado da corrente de acionamento e um segundo estado de corrente de acionamento, a tensão térmica no um ou mais elementos emissores de luz é mitigada por modificação adaptativa dos sinais de correntes de acionamento pela avaliação de um transiente de corrente de acionamento entre o primeiro estado da corrente de acionamento e o segundo estado de corrente de acionamento.

Aparelho

A presente invenção proporciona um aparelho para controlar tensão térmica em um ou mais elementos emissores de luz durante um período transiente, que abrange entre um primeiro estado da corrente de acionamento e um segundo estado de corrente de acionamento desejado. O aparelho compreende um módulo de monitoração, que avalia o primeiro estado da corrente de acionamento e um sistema de controle configurado para determinar um transiente de corrente de acionamento, a fim de manter uma taxa de mudança de voltagem direta através do um ou mais elementos emissores de luz dentro de um limite predeterminado. O aparelho ainda compreende um dispositivo de controle de corrente de acionamento para controlar a corrente de acionamento transmitida para um ou mais elementos emissores de luz durante o período transiente de acordo com o transiente de corrente de acionamento. Em uma modalidade da presente invenção, o módulo de

monitoração para coletar informação indicativa do primeiro estado da corrente de acionamento é um sensor de corrente de acionamento. Essa configuração de módulo de monitoração pode proporcionar, substancialmente, uma indicação direta do estado de corrente de acionamento. Por exemplo, um sensor de corrente de acionamento pode ser um resistor fixo, um resistor variável, um indutor, um sensor de corrente de efeito Hall ou outro elemento que tenha uma relação de corrente- voltagem conhecida e pode proporcionar uma medição da corrente que circula através do um ou mais elementos emissores de luz. Em uma modalidade da presente invenção, o módulo de monitoração é um sensor de voltagem direta que é usado para avaliar a voltagem direta fornecida a um ou mais elementos emissores de luz, assim, permitindo a determinação da primeira corrente de acionamento fornecida ao mesmo.

Em outra modalidade, o módulo de monitoração é configurado para detectar certos parâmetros de PWM ou PCM ou outros meio que é indicativo das condições de operação instantânea, a saber, o estado da corrente de acionamento. Por exemplo, o primeiro estado da corrente de acionamento pode ser determinado ou derivado de combinações de amplitude, fator de atividade ou densidade de pulso.

Para controle global de intensidade, um mecanismo para gerar uma amplitude de PWM constante e um fator de atividade de PWM variável pode ser implementado para proporcionar a corrente de acionamento tipicamente desejada para um ou mais elementos emissores de luz.

O controle de transiente de corrente de acionamento pode ser implementado por um ou uma combinação de mecanismos.Em uma modalidade, um transiente de corrente de acionamento no começo e no fim de um pulso de PWM pode ser configurado pelo controle da amplitude de PWM. Em outra modalidade, quando a freqüência de PWM é suficientemente alta, o transiente de corrente de acionamento pode ser configurado pela mudança gradual do fator de atividade de PWM. Em outra modalidade da presente invenção e dependendo da aplicação desejada, um respectivo controle de amplitude do transiente de corrente de acionamento pode se estender através de mais de um ciclo de trabalho de PWM.

A figura 4 é um diagrama em blocos de um sistema de iluminação 675 tendo um sistema de controle de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema de controle 654 recebe informação de realimentação do módulo de monitoração 655, que proporciona informação indicativa do primeiro estado da corrente de acionamento. Com base no primeiro estado da corrente de acionamento e no segundo estado de corrente de acionamento desejado, o sistema de controle 654 avalia um transiente de corrente de acionamento a fim de manter uma taxa de mudança de voltagem direta através do um ou mais elementos emissores de luz 656 dentro de um limite predeterminado. O sistema de controle 654 proporciona sinais de controle para o acionador 652, que controla o fornecimento de corrente para o um ou mais elementos emissores de luz 656, com base no transiente de corrente de acionamento avaliado. Dessa maneira, com a avaliação do transiente de corrente de acionamento, o acionador 652 pode proporcionar controle da corrente de acionamento durante um período transiente a fim de minimizar a mudança na voltagem através do tempo durante o período transiente.

A figura 5 é um diagrama em blocos de um sistema de iluminação 700 configurado com um sistema de controle de acordo com uma modalidade da presente invenção, que pode ser usada para um aparelho de iluminação de fundo, visto que o sistema de controle é responsivo, adicionalmente, a um sinal de supressão. O sistema de controle 704 monitora uma linha de sinal de supressão 712 para determinar quando iniciar e controlar um transiente de corrente de acionamento de elemento emissor de luz via um acionador conectado 702. Além disso, o sistema de controle 704 recebe informação de realimentação de um módulo de monitoração, que proporciona informação indicativa do primeiro estado da corrente de acionamento. Com base no primeiro estado da corrente de acionamento e no segundo estado de corrente de acionamento desejado, o sistema de controle 704 pode avaliar o transiente de corrente de acionamento a fim de manter uma taxa de mudança de voltagem direta através do um ou mais elementos emissores de luz 706 dentro de um limite predeterminado. O um ou mais elementos emissores de luz 706 são conectados à terra 708 e via o acionador 702 à energia 710. Dessa maneira, com a avaliação do transiente de corrente de acionamento predeterminado, o dispositivo de controle de corrente de acionamento pode proporcionar controle da corrente de acionamento durante o período transiente, a fim de minimizar a mudança na tensão através do tempo, durante o período transiente.

Com base no acima, será prontamente compreendido por alguém de habilidade na técnica como modificar o diagrama em blocos, conforme ilustrado nas figuras 4 ou 5, a fim de reduzir a tensão térmica em elementos emissores de luz, sob condições de operação.

Em uma modalidade da presente invenção, a mudança da corrente de acionamento fornecida ao um ou mais elementos emissores de luz pode ser permitida por um suprimento de energia variável controlável, um resistor variável controlável para ajustar a corrente de um suprimento de corrente constante e/ ou modulação de largura de pulso ou código de pulso de uma corrente de acionamento de outro modo constante, por exemplo, ou outra maneira, como seria prontamente compreendido por um trabalhador habilitado na técnica.

Em uma modalidade da presente invenção, para controle digital da corrente fornecida para o um ou mais elementos emissores de luz, o fator de atividade ou densidade de pulso de um trem de pulsos de freqüência suficientemente alta pode ser mantido constante enquanto a amplitude de pulso é mudada regularmente através um quadro de tempo adequado, que pode definir um transiente de corrente de acionamento permitindo a transição entre um primeiro estado da corrente de acionamento e um segundo estado de corrente de acionamento.

Avaliação de Transiente de Corrente de Acionamento

Um transiente de corrente de acionamento é determinado, adaptativamente, para um período transiente entre um primeiro estado da corrente de acionamento e um segundo estado de corrente de acionamento, em que o transiente de corrente de acionamento é determinado a fim de manter a taxa de mudança de voltagem direta dentro de limites predeterminados durante o período transiente. A permissão de controle adequado da mudança na voltagem direta durante um período transiente entre um primeiro estado da corrente de acionamento e um segundo estado de corrente de acionamento pode reduzir a tensão térmica induzida nos elementos emissores de luz durante o período transiente.

A avaliação de um transiente de corrente de acionamento é realizado pela avaliação, inicialmente, do instante ou primeiro estado da corrente de acionamento de um ou mais elementos emissores de luz. Conforme descrito acima, o primeiro estado da corrente de acionamento pode ser detectado diretamente ou pode ser derivado de combinações de amplitude, fator de atividade ou densidade de pulso, por exemplo. Subseqüentemente, com base na informação avaliada, referente às características operacionais correntes dos elementos emissores de luz e junto com a informação referente às características do próprio dispositivo de iluminação, por exemplo, desenho de gerenciamento térmico, tipo de elemento emissor de luz e semelhantes, o sistema de controle pode avaliar um transiente de corrente de acionamento para o período transiente entre o primeiro estado da corrente de acionamento e o segundo estado de corrente de acionamento.

Com a avaliação do transiente de corrente de acionamento, o sistema de controle proporcionará sinais de corrente de acionamento para o dispositivo de controle de corrente de acionamento a fim de que o corrente de acionamento ou o ciclo de trabalho da corrente de acionamento é ajustado, temporariamente de acordo com o transiente de corrente de acionamento determinado. O ajuste pode ser um aumento ou uma diminuição da corrente de acionamento, dependendo da relação entre o primeiro estado da corrente de acionamento e o segundo estado de corrente de acionamento.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, a figura 6 ilustra, esquematicamente, um transiente de corrente de acionamento de exemplo para uma transição desejada de voltagem direta Uf(t). A mudança da voltagem direta pode ter uma dependência de tempo sigmoidal, por exemplo, Uf(t)oc (1 + exp(- t/α))"1 ou outro transiente substancialmente suave que pode reduzir gradientes térmicos no interior do elemento emissor de luz, em que o parâmetro α pode ser escolhido adequadamente como um número positivo e chamado uma constante de taxa de transiente.

Em uma modalidade da presente invenção, o transiente de corrente de acionamento Uf(t) pode ser determinado pela resolução da equação de transferência de calor para uma implementação da presente invenção. As etapas para a avaliação e a aplicação do transiente de corrente de acionamento desejado podem ser determinadas, dependendo de se a corrente de acionamento é controlada em um modo analógico ou digital.

Outras configurações de transientes de correntes de acionamento podem ser usadas e podem ter uma forma incluindo, por exemplo, linear, parabólica, curvilínea, exponencial ou outra forma, como será prontamente compreendido, desde que a taxa de mudança da voltagem direta seja mantida dentro de uma faixa predeterminada, assim, mitigando a tensão térmica no um ou mais elementos emissores de luz. Controle de Corrente Analógica

Controle de corrente analógica se refere ao controle de corrente direta, aqui usado, como sinônimo, com corrente analógica, através de elementos emissores de luz independente de se o controle é obtido em um modo digital ou analógico. Em uma modalidade da presente invenção, um dispositivo de

controle de corrente de acionamento de elemento emissor de luz analógica pode controlar transientes de correntes de acionamento de acordo com uma forma de transiente predeterminada, por exemplo, linear, exponencial, sigmoidal ou outra forma de transiente, que pode reduzir a tensão térmica induzida da corrente de acionamento no um ou mais elementos emissores de luz através da minimização substancial da taxa de mudança na número de derivações aplicada. Um sistema de controle para o controle da forma de um transiente de corrente de acionamento pode compreender um circuito de acionamento eletrônico, cabeado, predeterminado ou um circuito de acionamento analógico controlável digitalmente, por exemplo.

Em uma modalidade da presente invenção, um circuito de acionamento analógico digitalmente controlado pode proporcionar maior flexibilidade e adaptabilidade, porém, essa configuração pode ser mais complexa e menos efetiva em custo.

A figura 7 ilustra uma dependência do tempo de exemplo de uma corrente de acionamento analógica, que proporciona transientes de corrente de acionamento substancialmente suaves 70 entre várias correntes de acionamento de nível alto e baixo, continuamente variáveis de acordo com uma modalidade da presente invenção. Quando a corrente de acionamento é controlada em um modo analógico, o aparelho e o método de acordo com a presente invenção podem determinar um transiente de corrente de acionamento com base no instante ou primeiro estado da corrente de acionamento e o segundo ou estado de corrente de acionamento desejado. De modo alternativo, mudanças de correntes de acionamento substancialmente abruptas podem ser dilatadas pelo sistema de controle para seguir desejavelmente um transiente de corrente de acionamento suave 70 a fim de limitar os gradientes térmicos e a tensão no interior do um ou mais elementos emissores de luz. Os sinais de controle de correntes de acionamento são, então, gerados e proporcionados para o dispositivo de controle de corrente de acionamento para afetar um respectivo transiente de corrente de acionamento.

Por exemplo, quando um sistema de controle de laço fechado, usando sensores óticos, é equipado, adicionalmente, como sensores de voltagem direta, o sistema de controle pode ser configurado para manter um brilho do elemento emissor de luz desejado, enquanto também limita as taxas de mudança de voltagem direta. Essa componente fêmea pode permitir ao sistema de controle controlar um ou mais elementos emissores de luz a fim de, rápida e estavelmente, fazer ajustes operacionais do um ou mais elementos emissores de luz, sem desvios de brilho indesejados.

Controle de Corrente Digital

O controle de corrente digital se refere ao controle de corrente não contínua, por exemplo, corrente pulsada, aqui usado com corrente digital como sinônimo, através dos elementos emissores de luz, independente de se o controle é obtido em um modo digital ou analógico.

Em uma modalidade da presente invenção, um dispositivo de controle de corrente de acionamento de elemento emissor de luz digital é usado para controlar os transientes da corrente de acionamento, por exemplo, através de ajuste de fatores de atividade de PWM ou da taxa de pulsos de PCM de uma seqüência de pulsos de PWM ou PCM, respectivamente, de modo que a corrente média de PWM ou PCM segue a forma de transiente de corrente de acionamento determinada, por exemplo, uma forma de transiente linear, sigmoidal, exponencial ou outra, que pode reduzir a tensão térmica induzida por corrente de acionamento no um ou mais elementos emissores de luz. E compreendido que o sistema de controle de corrente de acionamento digital pode utilizar outras técnicas de controle digital que não PWM ou PCM.

Em uma modalidade da presente invenção, quando controle de corrente de acionamento é permitido por um dispositivo de controle de corrente de acionamento digital, o aparelho de acordo com a presente invenção pode determinar o primeiro estado da corrente de acionamento, por exemplo, através do fator de atividade de instante ou sentindo diretamente. O sistema de controle subseqüentemente avalia uma seqüência de transientes de correntes de acionamento para transição da corrente de acionamento com média de tempo do fator de atividade de instante, indicativo do primeiro estado da corrente de acionamento para o fator de atividade desejado indicativo do segundo estado de corrente de acionamento desejado. Sinais de controle são, então, proporcionados para o dispositivo de controle de corrente de acionamento a fim de aumentar ou diminuir, conseqüentemente, do ciclo de trabalho ou a densidade de pulso através de um período de tempo predeterminado.

Por exemplo, a figura 8 ilustra uma seqüência de pulsos de acionamento de PWM com ciclo de trabalho crescente através de quadro de tempo 62 de acordo com uma modalidade da presente invenção. Isso pode ser considerado, então, uma forma de transiente de corrente de acionamento substancialmente suave, visto que é configurado, substancialmente, para evitar saltos abruptos em corrente de acionamento média por meio de transição suave da corrente de acionamento média e, portanto, evitar saltos abruptos em gradiente de temperatura e tensão termicamente induzida de um ciclo de trabalho para o seguinte.

Em uma modalidade da presente invenção, quando a freqüência de pulso é suficientemente alta de modo que os gradientes de temperatura no interior do elemento emissor de luz apenas flutuam desprezivelmente, ao mesmo tempo em que são repetitivamente ativados e desativados pelos pulsos, as formas exatas dos ressaltos de subida e de descida dos pulsos, em geral, provavelmente, não induzirão quantidades significativas de tensão termicamente induzida.

Em uma modalidade, os ressaltos de subida e de descida de pulsos de correntes de acionamento podem ser configurados para seguir transientes suaves quando os tempos de OFF são longos, em comparação com a dinâmica térmica característica do elemento emissor de luz. Tempos de OFF comparativamente longos podem ocorrer quando as freqüências de pulsos ou densidades de pulsos são substancialmente baixas. Um exemplo de pulsos de correntes de acionamento com transientes de correntes de acionamento é ilustrado na figura 9, que mostra transientes de correntes de acionamento de subida 72 e de descida 74.

A figura 10 ilustra um fluxograma para uma seqüência de controle de corrente de acionamento 600 de acordo com uma modalidade da presente invenção. A seqüência de controle de corrente de acionamento 600 controla a corrente de acionamento em um modo de alimentação de avanço. E notado que transientes de correntes de acionamento também podem ser controlados em um modo de controle de realimentação pela utilização de sensores óticos e sensores de voltagem direta, por exemplo. A seqüência é inicializada na etapa 602, onde o parâmetro i é inicialmente ajustado em Ieo sinal de mudança de corrente de acionamento, por exemplo, o sinal de retraço vertical, é monitorado na etapa 604. O presente valor da corrente de acionamento é comparado com o valor de corrente de acionamento novo desejado na etapa 606. Se os valores da nova corrente de acionamento e a corrente de acionamento presente diferem, o corrente de acionamento presente é ajustada para um novo valor de corrente de acionamento na etapa 608 de acordo com um transiente de corrente de acionamento adaptativo ou predeterminado. A mudança na corrente de acionamento durante o período transiente, a saber, o transiente de corrente de acionamento, pode ser determinado com base em uma função temporal linear ou não linear predeterminada, que é escolhida de modo que a taxa de mudança da voltagem direta permanece dentro de limites predeterminados durante o período transiente e a corrente de acionamento pode realizar uma transição de um primeiro estado da corrente de acionamento para o segundo estado de corrente de acionamento, enquanto, substancialmente, reduz a tensão térmica induzida no um ou mais elementos emissores de luz.

É óbvio que as modalidades precedentes da invenção são exemplos e podem ser variadas em muitas maneiras. Essas variações presentes ou futuras não devem ser consideradas como um afastamento do espírito e do escopo da invenção e todas essas modificações, como será óbvio na técnica, são destinadas a estarem incluídas dentro do escopo das reivindicações a seguir.

Claims

1. Aparelho para controlar tensão térmica em um ou mais elementos emissores de luz durante um período de transição entre um primeiro estado da corrente de acionamento e um segundo estado de corrente de acionamento desejado do um ou mais elementos emissores de luz, caracterizado pelo fato de compreender: a) um módulo de monitoração configurado para avaliar o primeiro estado da corrente de acionamento; b) um sistema de controle configurado para determinar um transiente de corrente de acionamento com base no primeiro estado da corrente de acionamento e no segundo estado de corrente de acionamento desejado, o sistema de controle ainda é configurado para avaliar o transiente de corrente de acionamento a fim de manter uma taxa de mudança de voltagem direta através do um ou mais elementos emissores de luz dentro de um limite predeterminado; e c) um dispositivo de controle de corrente de acionamento controlando a corrente de acionamento transmitida para o um ou mais elementos emissores de luz durante o período de transição de acordo com o transiente de corrente de acionamento.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o dispositivo de controle de corrente de acionamento ser configurado para controlar a corrente de acionamento usando modulação por largura de pulso ou modulação por código de pulso.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o módulo de monitoração ser um sensor de corrente de acionamento.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o sensor de corrente de acionamento ser selecionado do grupo que compreende um resistor fixo, um resistor variável, um indutor e um sensor de corrente de efeito Hall.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o módulo de monitoração ser um sensor de voltagem direta.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o dispositivo de controle de corrente de acionamento ser configurado para controlar o corrente de acionamento usando modulação por largura de pulso ou modulação por código de pulso e em que o módulo de monitoração é configurado para detectar parâmetros da modulação por largura de pulso ou a modulação por código de pulso.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 para uso em um aparelho de iluminação de fundo, caracterizado pelo fato de o sistema de controle ser configurado para ser responsivo a um sinal de supressão, em que o controle do um ou mais elementos emissores de luz é síncrono com o sinal de supressão.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o transiente de corrente de acionamento ter uma forma selecionada do grupo que compreende linear, parabólica, curvilínea, exponencial e sigmoidal.

9. Método para controlar tensão térmica em um ou mais elementos emissores de luz durante um período de transição entre um primeiro estado da corrente de acionamento e um segundo estado de corrente de acionamento desejado do um ou mais elementos emissores de luz, caracterizado pelo fato de compreender: a) monitoração do primeiro estado da corrente de acionamento; b) determinação de um transiente de corrente de acionamento com base no primeiro estado da corrente de acionamento e no segundo estado de corrente de acionamento, o referido transiente de corrente de acionamento determinado a fim de manter uma taxa de mudança de voltagem direta através do um ou mais elementos emissores de luz dentro de um limite predeterminado; e c) controle da corrente de acionamento transmitida para o um ou mais dos elementos emissores de luz durante o período de transição de acordo com o transiente de corrente de acionamento.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o transiente de corrente de acionamento ter uma forma selecionada do grupo que compreende linear, parabólica, curvilínea, exponencial e sigmoidal.

11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a monitoração do primeiro estado da corrente de acionamento compreender a coleta de dados de corrente de acionamento.

12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a monitoração do primeiro estado da corrente de acionamento compreender a coleta de dados de voltagem direta.

13. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o controle da corrente de acionamento ser realizado usando modulação por largura de pulso ou modulação de código de pulso e em que a monitoração do primeiro estado da corrente de acionamento compreende a detecção de parâmetros da modulação por largura de pulso ou modulação por código de pulso.

14. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o controle da corrente de acionamento ser realizado usando modulação por largura de pulso ou modulação por código de pulso ou controle analógico.