ES2240508T3 - Circuito excitador que proporciona mejor resolucion de regulacion en atenuacion controlada por voltaje de diodos fotoemisores. - Google Patents
Circuito excitador que proporciona mejor resolucion de regulacion en atenuacion controlada por voltaje de diodos fotoemisores.Info
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Abstract
Un circuito (102) para atenuación controlada por voltaje de diodos fotoemisores (L1-L4), incluyendo: grupos de diodos fotoemisores primero y segundo (106a, 106b, 306a, 306b, 406a, 406b, 506a, 506b) conectados entre un puerto de entrada y un puerto de salida (104a y 104b); un circuito de conmutación (108) acoplado a los grupos de diodos fotoemisores primero y segundo, donde el circuito de conmutación conmuta los grupos de diodos fotoemisores primero y segundo entre conexión en serie y conexión en paralelo; y una resistencia en serie (R2) conectada en serie con ambos grupos de diodos fotoemisores primero y segundo entre los puertos de entrada y salida, caracterizado porque el circuito incluye además una resistencia shunt (R1, R5, R6, R7/R8) conectada en paralelo con ambos grupos de diodos fotoemisores primero y segundo entre los puertos de entrada y salida, donde las resistencias para las resistencias serie y shunt y el circuito de conmutación se seleccionan para regular, dentro de un rango predeterminado de voltajes aplicados a través de los puertos de entrada y salida, un valor de voltaje de conmutación al que los grupos de diodos fotoemisores primero y segundo conmutan entre conexión en serie y conexión en paralelo.
Description
Circuito excitador que proporciona mejor
resolución de regulación en atenuación controlada por voltaje de
diodos fotoemisores.
La presente invención se refiere a circuitos
excitadores para diodos fotoemisores (LEDs) y en particular a
circuitos excitadores que proporcionan atenuación controlada por
voltaje. Más en concreto, la presente invención se refiere a un
circuito excitador que proporciona mejor resolución de regulación
en atenuación controlada por voltaje de diodos fotoemisores.
Como otros muchos sistemas de visualización, las
pantallas de instrumentación de los aviones emplean frecuentemente
indicadores iluminados. Originalmente se emplearon bombillas
incandescentes para ello. Sin embargo, varios factores han motivado
la sustitución de las bombillas incandescentes por diodos
fotoemisores (LEDs) en tales aplicaciones, incluyendo mejoras del
consumo de potencia, generación de calor, y duración operativa.
Existen normas para la luminancia, o nivel de
brillo, de fuentes de iluminación en pantallas de visualización de
aviones. En general, por ejemplo, la luminancia requerida para un
indicador legible a luz solar debe ser del orden de al menos
300-500 lamberts pie. Igualmente, la luminancia
aceptada de indicadores para vuelo nocturno comercial es de
aproximadamente 15-20 lamberts pie; para vuelo
militar nocturno, aproximadamente 1 lambert pie; y para sistemas de
formación de imágenes de visión nocturna (NVIS) compatibles con
vuelo, aproximadamente 0,1 lambert pie. Además, para atenuación
controlada por voltaje de indicadores iluminados, los varios niveles
de voltaje a los que se logran estos rangos de luminancia (por
ejemplo, iluminación legible a luz solar a aproximadamente 28
voltios e iluminación de vuelo nocturno comercial a aproximadamente
14-15 voltios) también se han estandarizado
efectivamente por las expectativas industriales, puesto que los
diseñadores de instrumentación de aviones prefieren utilizar
circuitería analógica existente al implementar la atenuación
controlada por voltaje de indicadores ilumina-
dos.
dos.
Estas normas de luminancia y los correspondientes
niveles de voltaje se basan en bombillas incandescentes como fuentes
de iluminación dentro de pantallas de avión. Sin embargo, los LEDs
tienen diferentes características de
luminancia-potencia que las bombillas
incandescentes. Al sustituir las bombillas incandescentes por LEDs
en instrumentación de aviones, o al emplear controles destinados a
bombillas incandescentes con LEDs, hay que alterar las
características de luminancia-potencia de los LEDs
para cumplir las normas de luminancia y las correspondientes
expectativas de nivel de voltaje.
Un acercamiento para cumplir las normas de
luminancia y las expectativas de nivel de voltaje al utilizar LEDs
implica proporcionar un mecanismo para compensar el cambio de la
porción de la potencia de entrada aplicada que se transmite
realmente a los LEDs. La porción de la potencia de entrada aplicada
que se transmite a los LEDs cambia a través del rango operativo de
potencia de entrada al indicador iluminado por LED, adaptando la
potencia transmitida a los LEDs a la potencia que requieren los LEDs
para lograr aproximadamente la misma luminancia que una bombilla
incandescente que recibe la misma potencia de entrada. Sin embargo,
este acercamiento niega al menos parte de la reducción de consumo
de potencia que se logra empleando LEDs en lugar de bombillas
incandescentes.
Un problema adicional al cumplir las normas de
luminancia y expectativas de nivel de voltaje con atenuación
controlada por voltaje de LEDs surge de las características de
luminancia-potencia inherentes de los LEDs
conectados en serie. Se puede emplear LEDs conectados en paralelo
para incrementar luminancia, pero requieren proporcionalmente más
potencia que un solo LED. Los LEDs conectados en serie, aunque
requieren menos potencia adicional con respecto a un solo LED que
requieren los LEDs conectados en paralelo, tienen características
inherentes de voltaje-luminancia que son pobremente
adecuadas para atenuación controlada por voltaje, como se ilustra en
la figura 6. Las curvas 602a y 602b dentro de la figura 6 son
gráficos de voltaje-luminancia para dos tipos
comunes de bombillas incandescentes. Estas curvas proporcionan
cambios importantes en la luminancia a través del rango operativo
de voltajes de entrada cuando el voltaje de entrada aplicado se
baja de 28 voltios al voltaje mínimo requerido para iluminación
(aproximadamente 2,5 voltios).
Las curvas 604, 606, 608, 610 y 612 son gráficos
de voltaje-luminancia para, respectivamente, un LED,
dos LEDs conectados en serie, tres LEDs conectados en serie, cuatro
LEDs conectados en serie, y ocho LEDs conectados en serie, todos con
una resistencia en serie para producir 300-500
lamberts pie a 28 voltios. Como se puede ver por la curva 604, por
ejemplo, la luminancia de un solo LED cae muy gradualmente cuando
el voltaje de entrada aplicado se baja de 28 voltios a
aproximadamente 6 voltios, después de lo que la luminancia cae
bastante bruscamente hasta el voltaje de activación del LED. Esto
proporciona pobres características de regulación para atenuación
controlada por voltaje del LED, ofreciendo solamente un rango
estrecho de voltajes de entrada aplicados dentro de los que se
logran cambios importantes en luminancia. Esta limitación se
exacerba mediante la adición de más LEDs dentro de una conexión en
serie, lo que aumenta el voltaje de activación para los LEDs. Como
resultado, la curva 612, que representa ocho LEDs conectados en
serie, proporciona resolución de regulación sumamente pobre para
atenuación controlada por voltaje, y solamente dentro de la mitad
superior de un rango operativo de 28 vol-
tios.
tios.
Sería deseable, por lo tanto, mejorar las
características de regulación de una fuente de iluminación LED para
proporcionar mejor respuesta de luminancia a cambios de voltaje a
través de todo el rango operativo de los voltajes de entrada
aplicados. También sería ventajoso emplear LEDs conectados en serie
para ahorros de potencia y para mejores características de
regulación.
EP 0 695 112 describe un circuito de LEDs en el
que dos grupos 1, 2 de LEDs están conectados en serie con
resistencias R2 y R3, respectivamente, incluyendo la bifurcación de
circuito el grupo 1 de LEDs conectados en serie y la resistencia R2
conectada en paralelo, incluyendo la bifurcación de circuito el
grupo 2 de LEDs conectados en serie y la resistencia R3, conectadas
ambas bifurcaciones de circuito a terminales a través del que se
aplica un voltaje variable. Un diodo 4 está conectado entre las dos
bifurcaciones de circuito, entre los grupos de LEDs primero y
segundo 1 y 2, y una resistencia R1 está conectada en serie con las
dos bifurcaciones paralelas. El diodo 4 garantiza serialización
eléctrica de los dos grupos de LEDs 1, 2 cuando el voltaje aplicado
a los terminales excede de un valor umbral que es una función del
voltaje umbral del diodo 4 y las resistencias.
EP 0 991 304 describe un circuito LED que tiene
una primera bifurcación de circuito incluyendo la resistencia R1
conectada en serie con grupo de LEDs D1, D2 y una segunda
bifurcación de circuito incluyendo la resistencia R2 conectada en
serie con el grupo de LEDs D3, D4, conectadas ambas bifurcaciones
en paralelo entre un terminal al que se aplica un voltaje variable
y un nodo común. Un diodo zener Z1 y una resistencia R3 están
conectados en paralelo entre el nodo común y un segundo terminal al
que se aplica el voltaje variable, en serie con las bifurcaciones
de circuito paralelas primera y segunda. Cuando el voltaje aplicado
a través de los terminales excede de un valor umbral que es una
función del voltaje umbral del diodo zener Z1, la resistencia R3 se
bifurca y la característica de voltaje-luminancia
del circuito se altera de manera que la característica general de
voltaje-luminancia se aproxime mucho más a la
respuesta de voltaje de las lámparas incandescen-
tes.
tes.
La presente invención proporciona un circuito
para atenuación controlada por voltaje de diodos fotoemisores según
la reivindicación 1.
Fuentes de iluminación, incluyendo cada una al
menos un diodo fotoemisor, están conectadas en serie o en paralelo
por un circuito de conmutación, dependiendo de un voltaje de
entrada aplicado. El circuito de conmutación conmuta las fuentes de
iluminación de conexión serie a paralelo, o viceversa, cuando el
voltaje de entrada aplicado cruza un valor umbral al atravesar el
rango operativo de voltajes de entrada aplicados. Dado que los
diodos fotoemisores dentro de las fuentes de iluminación se conmutan
de conexión serie a paralela en un punto de estimulación, la
característica de voltaje-luminancia cambia en
lados opuestos del punto de estimulación. La característica de
voltaje-luminancia general resultante tiene mayor
variabilidad en luminancia a través de todo el rango operativo de
voltajes de entrada aplicados, y la
luminancia-varianza no se limita solamente a una
porción del rango operativo. Por lo tanto, se proporciona mayor
regulación de regulación para atenuación controlada por voltaje de
los diodos fotoemisores, lográndose luminancias de la norma
industrial a los voltajes de entrada aplicados apropiados.
Los nuevos elementos considerados característicos
de la invención se exponen en las reivindicaciones anexas. Sin
embargo, la invención propiamente dicha así como un modo preferido
de uso, y otros objetos y sus ventajas, se entenderán bien por
referencia a la siguiente descripción detallada de una realización
ilustrativa leída en unión con los dibujos anexos,
don-
de:
de:
La figura 1 ilustra un circuito de resolución de
regulación mejorada para atenuación controlada por voltaje de
diodos fotoemisores según una realización preferida de la presente
invención.
La figura 2 es un gráfico de características de
voltaje-luminancia del circuito de resolución de
regulación mejorada para atenuación controlada por voltaje de
diodos fotoemisores según una realización preferida de la presente
invención.
La figura 3 ilustra una realización de corriente
alterna del circuito de resolución de regulación mejorada para
atenuación controlada por voltaje de diodos fotoemisores según una
realización preferida de la presente invención.
Las figuras 4 y 5 son circuitos alternativos de
resolución de regulación mejorada para atenuación controlada por
voltaje de diodos fotoemisores según una realización preferida de
la presente invención.
Y la figura 6 es un gráfico comparativo de
características de voltaje-luminancia para
bombillas incandescentes comunes y para diferentes cantidades de
LEDs conectados en serie.
La descripción siguiente detalla la estructura,
aplicación y características de la presente invención, pero los
expertos en la materia entenderán que el alcance de la invención se
define solamente por las reivindicaciones concedidas, y no por esta
descripción. Los pasos de proceso y las estructuras descritas a
continuación no forman un proceso completo para fabricar
indicadores de instrumentación iluminados. La presente invención se
puede llevar a la práctica en unión con técnicas ordinarias de
fabricación de indicadores de instrumentación, y solamente se
incluyen los pasos de proceso puestos de ordinario en práctica que
son necesarios para una comprensión de la presente invención. Las
figuras no están a escala, sino que, en cambio, se ofrecen para
ilustrar las características importantes de la invención.
Con referencia ahora a las figuras, y en
particular con referencia a la figura 1, se ilustra un circuito de
resolución de regulación mejorada para atenuación controlada por
voltaje de diodos fotoemisores según una realización preferida de la
presente invención. El circuito de atenuación controlada por
voltaje 102 incluye puertos de entrada y salida 104a y 104b, a
través de los que se aplica voltaje de entrada. El voltaje de
entrada aplicado a través de puertos de entrada y salida 104a y
104b es variable y se puede alterar dentro de un rango operativo
predefinido para cambiar la luminancia de diodos fotoemisores
dentro del circuito 102.
El circuito 102 también incluye grupos primero y
segundo 106a y 106b de diodos fotoemisores (LEDs) conectados en
serie. En la realización ejemplificativa, los grupos de LEDs 106a y
106b incluyen dos LEDs conectados en serie; sin embargo, la presente
invención se puede emplear adecuadamente con cualquier número entero
positivo, no cero, de LEDs dentro de cada grupo de LEDs
106a-106b, y el número de LEDs dentro de un grupo
106a no tienen que ser igual al número de LEDs dentro del otro grupo
106b. En la realización ejemplificativa de la figura 1, el grupo de
LEDs 106a incluye LEDs L1 y L2 mientras que el grupo de LEDs 106b
incluye LEDs L3 y L4.
El circuito 102 también incluye un circuito de
conmutación 108 conectado entre y alrededor de los grupos de LEDs
106a-106b. El circuito de conmutación 108 conmuta
los grupos LEDs 106a106b de conexión en serie entre los puertos de
entrada y salida 104a-104b a conexión en paralelo
entre los puertos 104a-104b, o viceversa, cuando
varía el voltaje de entrada aplicado a través de los puertos
104a-104b a través de un valor umbral o de
"estimulación". En la realización ejemplificativa, el circuito
de conmutación 108 incluye un diodo conmutador D1 conectado en
serie entre grupos de LEDs 106a y 106b, una primera resistencia R3
conectada en paralelo con el grupo de LEDs 106a y el diodo
conmutador D1, y una segunda resistencia R4 conectada en paralelo
con el grupo de LEDs 106b y el diodo conmutador D1. El cátodo del
diodo conmutador D1 está conectado al ánodo del último LED L2
dentro de grupo de LEDs 106a y a un extremo de la resistencia R4;
el ánodo del diodo conmutador D1 está conectado al cátodo del primer
LED L3 dentro de grupo de LEDs 106b y a un extremo de la
resistencia R3. Un extremo opuesto de la resistencia R3 está
conectado al cátodo del primer LED L1 dentro de grupo de LEDs 106a,
y un extremo opuesto de la resistencia R4 está conectado al ánodo
del último LED L4 dentro del grupo de LEDs 106b.
Los grupos de LEDs 106a y 106b (incluyendo pares
de LEDs conectados en serie L1/L2 y L3/L4) están conectados por el
circuito de conmutación 108 en serie o en paralelo entre los
puertos de entrada y salida 104a y 104b, dependiendo del voltaje
aplicado a través de los puertos de entrada y salida 104a y 104b. El
circuito de conmutación 108 realiza la estimulación de conexión en
paralelo a conexión en serie, y viceversa, de los grupos de LEDs
106a y 106b. El diodo conmutador D1, la resistencia R3 (conectada en
paralelo con el grupo de LEDs 106a y el diodo conmutador D1), y la
resistencia R4 (conectada en paralelo con el grupo de LEDs 106b y
el diodo conmutador D1) habilitan el mecanismo conmutador.
En la operación, el circuito 102 opera en dos
modos: el modo de luminancia alta encima del punto de estimulación,
donde el voltaje de entrada aplicado a través de los puertos 104a y
104b es mayor que las caídas de voltaje directo combinadas
(voltajes de activación) de los LEDs L1-L4 y el
diodo conmutador D1; y el modo de luminancia baja por debajo del
punto de estimulación, donde el voltaje de entrada aplicado a
través de los puertos 104a y 104b es inferior a las caídas de
voltaje directo combinadas de los LEDs L1-L4 y el
diodo conmutador D1 (pero mayor que las caídas de voltaje directo
combinadas de los pares de LEDs L1/L2 o L3/L4).
En modo de luminancia alta, el diodo conmutador
D1 conduce, y la mayor parte de la corriente pasa por el recorrido
conectado en serie del par de LEDs L1/L2, el diodo conmutador D1, y
el par de LEDs L3/L4. El recorrido primario de corriente para
control de luminancia alta de LEDs lo establece la resistencia de
luminancia alta R2.
En modo de luminancia baja, el diodo conmutador
D1 deja de conducir y la corriente pasa por dos recorridos
paralelos: el par de LEDs L1/L2 y la resistencia R4, y la
resistencia R3 y el par de LEDs L3/L4. Por lo tanto, el modo de
luminancia baja se invoca aplicando un voltaje de entrada que es
insuficiente para permitir que fluya corriente directa a través del
diodo conmutador D1. El recorrido primario de corriente para
control de luminancia baja de LEDs lo establecen las resistencias de
luminancia baja R3-R4.
La resistencia R1 proporciona un recorrido de
corriente quiescente para evitar iluminación falsa o no intencionada
de los LEDs a bajos niveles de corriente, y está situada para
permitir que el aumento de
\hbox{corriente} a través de
la resistencia con voltaje aplicado se detenga a las caídas de
voltaje directo combinadas de LEDs L1-L4 y el diodo
conmutador D1, reduciendo la innecesaria pérdida de potencia a
entradas de voltaje más altas.
Los diodos zener Z1 y Z2, en unión con la
resistencia de luminancia alta R2, proporcionan protección del
circuito contra transitorios, susceptibilidad electromagnética
conducida, o un evento de descarga electrostática. Los diodos zener
Z1 y Z2 también evitan el fallo de circuito si un solo LED falla en
un estado eléctricamente abierto, proporcionando un recorrido
alternativo de corriente para mantener la integridad de circuito
cuadrante de manera que dos LEDs siempre permanezcan iluminados bajo
tal condición de fallo catastrófico.
La resistencia R2 sirve para limitar la corriente
de un transitorio o evento de sobrevoltaje y también sirve para
limitar la corriente operativa a niveles seguros para evitar un
fallo catastrófico potencial de la circuitería de visualización.
Valores ejemplares para los componentes
ilustrados en la figura 1 son: resistencia R1 = 4,32 k\Omega;
resistencia R2 = 1,5 k\Omega; resistencias R3 y R4 = 20
k\Omega; caída de voltaje directo de los LEDs
L1-L4 = 2,5-3,3 V; diodos zener Z1 y
Z2 a régimen de aproximadamente 6,6 V; y voltaje de entrada aplicado
a través de los puertos 104a-104b en cualquier
lugar en un rango operativo de 6-28 V. Estos valores
de componentes proporcionan un punto de estimulación entre el modo
de luminancia alta y el modo de luminancia baja a aproximadamente
16 V.
El circuito 102, que activa, atenúa y protege los
LEDs, está destinado a mejorar la resolución de regulación de bajo
nivel de luminancia configurando el circuito eléctricamente en
paralelo, con dos LEDs conectados en serie dentro de cada
bifurcación de circuito en paralelo, para voltajes de entrada más
bajos permitiendo al mismo tiempo máxima eficiencia de potencia a
voltajes de entrada altos configurando eléctricamente el circuito
de manera que los cuatro LEDs estén conectados en serie. La función
de este circuito excitador de LEDs de resistencia constante y modo
doble es proporcionar una atenuación controlada por voltaje suave y
estable desde condiciones de luz solar a oscuridad total
aprovechando las características inherentes de voltaje, corriente y
luminancia de los LEDs.
Con referencia a la figura 2, se ilustra un
gráfico de características de voltaje-luminancia
del circuito de resolución de regulación mejorada para atenuación
controlada por voltaje de diodos fotoemisores según una realización
preferida de la presente invención. El gráfico presentado en la
figura 2 es la característica de voltaje-luminancia
del circuito ilustrado en la figura 1 con los valores de componentes
ejemplares enumerados anteriormente.
La característica de
voltaje-luminancia 202 para el circuito 102 a través
del rango operativo de voltajes de entrada tiene dos porciones: una
primera porción 202a sigue la característica de
voltaje-luminancia para cuatro LEDs conectados en
serie en una porción superior de la curva de
voltaje-luminancia 202, cuando el circuito 102 está
en modo de luminancia alta encima del punto de estimulación 202b;
una segunda porción 202c sigue la característica de
voltaje-luminancia para dos LEDs conectados en serie
en una porción inferior de la curva de
voltaje-luminancia 202, cuando circuito 102 está en
modo de luminancia baja por debajo del punto de estimulación 202b.
Las porciones restantes 204 y 206 de las características de
voltaje-luminancia para cuatro LEDs conectados en
serie y para dos LEDs conectados en serie, respectivamente, también
se muestran en la figura 2. Se deberá observar que la curva de
voltaje-luminancia 202 para el circuito 102 no
sigue exactamente la característica de
voltaje-luminancia para cuatro LEDs conectados en
serie ni la característica de voltaje-luminancia
para dos LEDs conectados en serie en una región próxima al punto de
estimulación 202b a causa del efecto divisor de voltaje formado por
la resistencia de luminancia alta R2 y la resistencia de corriente
quiescente
R1.
R1.
También se ilustran en la figura 2 para
referencia comparativa gráficos de las características de
voltaje-luminancia 208a y 208b de dos bombillas
incandescentes ordinarias, así como líneas de referencia para rangos
de luminancia estándar en la industria: el rango legible a luz
solar 210a (al menos 300-500 lamberts pie); el rango
de vuelo comercial nocturno 210b (aproximadamente
15-20 lamberts pie); el rango de vuelo militar
nocturno 210c (aproximadamente 1 lambert pie); y el rango compatible
NVIS 210d (aproximadamente 0,1 lambert pie).
Como se ilustra en la figura 2, el circuito 102
proporciona mejor resolución de regulación para atenuación
controlada por voltaje de fuentes de iluminación de LEDs, con mayor
variabilidad de la luminancia en función del voltaje de entrada
aplicado a través del rango operativo de voltajes de entrada
aplicados y variabilidad de la luminancia a través de todo el rango
operativo de voltajes de entrada aplicados. Rangos de luminancia
estándar en la industria se logran con el circuito 102, y a
expectativas de voltaje correspondientes, lo que permite emplear el
circuito 102 con controles de atenuación analógicos existentes.
Como también se ilustra en la figura 2, el
circuito 102 no intenta adaptar la luminancia incandescente para un
voltaje de entrada particular aplicado o a través del rango
operativo de voltajes de entrada aplicados. En cambio, el circuito
102 sigue las curvas clásicas de voltaje-luminancia
de LEDs, conmutando de la curva de
voltaje-luminancia para cuatro LEDs conectados en
serie a la curva de voltaje-luminancia para dos LEDs
conectados en serie aproximadamente en el punto de estimulación.
Dentro de algunas tolerancias, la característica
de voltaje-luminancia 202 se puede configurar por
la selección de valores de resistencia apropiados para las
resistencias R1 a R4 dentro de circuito 102. La resistencia R2 se
puede ajustar para controlar la luminancia más alta producida por
el circuito 102. Las resistencias R3 y R4 controlan la luminancia
más alta que podría producirse por los dos grupos de LEDs conectados
en paralelo 306a y 306b, y por lo tanto controlan la forma de la
porción inferior 202c de la característica de
voltaje-luminancia 202. La resistencia shunt R1 se
puede ajustar (con relación a la resistencia R2) para controlar la
posición del punto de estimulación 202b dentro del rango operativo
de voltajes de entrada aplicados y la corriente quiescente a bajos
niveles de voltaje. De esta manera, la forma de la característica de
voltaje-luminancia 202 y la corriente quiescente se
puede ajustar para adaptarla a implementaciones particulares para
el circuito 102.
Con referencia ahora a la figura 3 se ilustra una
realización de corriente alterna del circuito de resolución de
regulación mejorada para atenuación controlada por voltaje de
diodos fotoemisores según una realización preferida de la presente
invención. El ejemplo ilustrado está destinado a operación con
corriente alterna de 5-7 voltios, y emplearía
componentes que tienen valores diferentes de los descritos
anteriormente en conexión con la figura 1.
El circuito 302 incluye grupos de LEDs primero y
segundo 306a y 306b orientados en una dirección (con respecto a
ánodos y cátodos de los LEDs) entre puertos de entrada y salida 304a
y 304b, así como grupos de LEDs tercero y cuarto 306c y 306d
orientados en una dirección contraria a los grupos de LEDs 306a y
306b entre los puertos de entrada y salida 304a y 304b. Cada grupo
de LEDs 306a-306d en este ejemplo incluye solamente
un LED.
El circuito de conmutación 308 en el circuito 302
incluye dos diodos conmutadores D1 y D2 y resistencias R3 a R6. El
diodo conmutador D1 está situado entre los grupos de LEDs 306a y
306b, orientado en la misma dirección que los LEDs (L1 y L2,
respectivamente) dentro de dichos grupos, mientras que el diodo
conmutador D2 está conectado entre grupos de LEDs 306c y 306d,
orientado en la misma dirección que los LEDs (L3 y L4,
respectivamente) dentro de dichos grupos. La resistencia R3 está
conectada en paralelo con el grupo de LEDs 306a y el diodo
conmutador D1; la resistencia R4 está conectada en paralelo con el
grupo de LEDs 306b y el diodo conmutador D1. La resistencia R5 está
conectada en paralelo con el grupo de LEDs 306d y el diodo
conmutador D2; la resistencia R6 está conectada en paralelo con el
grupo de LEDs 306c y el diodo conmutador D2.
Para ciclos positivos del voltaje de entrada
aplicado (cuando el voltaje en el puerto de entrada 304a es
positivo con respecto al voltaje en el puerto de entrada 304b),
fluye corriente a través de los grupos de LEDs 306a y 306b, el diodo
conmutador D1 (si conduce), y las resistencias R3 y R4 (si el diodo
conmutador D1 no conduce). Durante los ciclos negativos del voltaje
de entrada aplicado, fluye corriente mediante los grupos de LEDs
306c y 306d, el diodo conmutador D2 (si conduce), y las resistencias
R5 y R6 (si el diodo conmutador D2 no conduce). De esta manera, se
logra iluminación durante los ciclos tanto positivos como negativos
de la potencia de entrada aplicada.
Con referencia a la figura 4 se ilustra un
circuito alternativo de resolución de regulación mejorada para
atenuación controlada por voltaje de diodos fotoemisores según una
realización preferida de la presente invención. El circuito 402
incluye puertos de entrada y salida 404a-404b, tres
grupos de diodos fotoemisores 406a-406c, y un
circuito de conmutación 408. Cada grupo de diodos fotoemisores 406a,
406b, y 406c contiene solamente un LED L1, L2 y L2 en el ejemplo
representado, aunque cada grupo podría contener más LEDs.
El circuito de conmutación 408 incluye: el diodo
D1 conectado en serie entre los grupos de LEDs 406a y 406b; el diodo
D2 conectado en serie entre los grupos de LEDs 406b y 406c; la
resistencia R3 conectada en paralelo con el grupo de LEDs 406a y el
diodo D1; la resistencia R4 conectada en paralelo con el grupo de
LEDs 406c y el diodo D2; la resistencia R5 conectada en paralelo
con el grupo de LEDs 406a, el diodo D1, el grupo de LEDs 406b, y el
diodo D2; y la resistencia R6 conectada en paralelo con el diodo
D1, el grupo de LEDs 406b, el diodo D2, y el grupo de LEDs 406c.
En las operaciones, los diodos D1 y D2 conducen
cuando el voltaje aplicado a través de los puertos de entrada y
salida 404a-404b excede de un voltaje umbral,
conectando los grupos de LEDs 406a a 406c en serie. Por debajo del
voltaje umbral, los diodos D1 y D2 dejan de conducir
(preferiblemente al mismo tiempo), dejando tres recorridos
paralelos de corriente entre los puertos de entrada y salida
404a-404b: el grupo de LEDs 406a y la resistencia
R6; la resistencia R3, el grupo de LEDs 406b, y la resistencia R4; y
la resistencia R5 y el grupo de LEDs 406c.
Para lograr conmutación simultánea de conexión
serie a paralelo, las resistencias de las resistencias R5 y R6
deberán ser las mismas, las resistencias de resistencias R3 y R4
deberán ser las mismas, y la resistencia combinada de las
resistencias R3 y R4 deberá ser igual a la resistencia de la
resistencia R5 (o R6). La conmutación escalonada de la conexión
serie a paralelo (por ejemplo, el grupo de LEDs 406a conmuta de
conexión en serie a conexión en paralelo con los grupos de LEDs
406b y 406c a un primer umbral, seguido del grupo de LEDs 406b que
conmutan de conexión en serie a conexión en paralelo con el grupo
de LEDs 406c como un segundo umbral), aunque es posible, irá
acompañada por varianza de la luminancia de LED entre diferentes
grupos de LEDs 406a-406c.
Con referencia ahora a la figura 5 se ilustra
otro circuito alternativo de resolución de regulación mejorada para
atenuación controlada por voltaje de diodos fotoemisores según una
realización preferida de la presente invención. El circuito 502
conmuta cuatro grupos de LEDs 506a-506d de conexión
serie entre los puertos de entrada/salida 504a-504b
a conexión paralela utilizando el circuito de conmutación 508. Para
conmutación simultánea de conexión paralelo a serie (o viceversa),
las resistencias R3 y R4 deberán tener la misma resistencia, las
resistencias R5 y R6 deberán tener la misma resistencia, y las
resistencias R7 y R8 deberán tener la misma resistencia. Además, la
resistencia combinada de las resistencias R3 y R6 (y por lo tanto la
resistencia combinada de las resistencias R5 y R4) deberá ser igual
a la resistencia de la resistencia R7 (o R8).
Encima del punto de estimulación, los diodos D1 a
D3 dentro de circuito de conmutación 508 conducirán, creando una
conexión en serie mediante los grupos de LEDs
506a-506d. Por debajo del punto de estimulación,
ninguno de los diodos D1 a D3 conducirá, dejando cuatro recorridos
paralelos de corriente incluyendo cada uno grupos de LEDs
506a-506d junto con una o varias resistencias.
Aunque no se ilustra en la figura 4 o la figura
5, se puede añadir opcionalmente resistencias (shunt) de corriente
quiescente y protección contra sobrevoltajes (por ejemplo, diodos
zener en paralelo con grupos de LEDs) a cualquier implementación de
la presente invención.
Aunque la invención se ha mostrado y descrito con
detalle con referencia a una realización preferida, los expertos en
la materia entenderán que se pueden hacer varios cambios en la
forma y el detalle sin apartarse de la invención.
Claims (22)
1. Un circuito (102) para atenuación controlada
por voltaje de diodos fotoemisores (L1-L4),
incluyendo:
grupos de diodos fotoemisores primero y segundo
(106a, 106b, 306a, 306b, 406a, 406b, 506a, 506b) conectados entre un
puerto de entrada y un puerto de salida (104a y 104b);
un circuito de conmutación (108) acoplado a los
grupos de diodos fotoemisores primero y segundo, donde el circuito
de conmutación conmuta los grupos de diodos fotoemisores primero y
segundo entre conexión en serie y conexión en paralelo; y
una resistencia en serie (R2) conectada en serie
con ambos grupos de diodos fotoemisores primero y segundo entre los
puertos de entrada y salida,
caracterizado porque el circuito incluye
además una resistencia shunt (R1, R5, R6, R7/R8) conectada en
paralelo con ambos grupos de diodos fotoemisores primero y segundo
entre los puertos de entrada y salida,
donde las resistencias para las resistencias
serie y shunt y el circuito de conmutación se seleccionan para
regular, dentro de un rango predeterminado de voltajes aplicados a
través de los puertos de entrada y salida, un valor de voltaje de
conmutación al que los grupos de diodos fotoemisores primero y
segundo conmutan entre conexión en serie y conexión en
paralelo.
2. El circuito de la reivindicación 1, donde el
circuito de conmutación conmuta los grupos de diodos fotoemisores
primero y segundo entre conexión en serie y conexión en paralelo
cuando un voltaje aplicado a través de los puertos de entrada y
salida cruza el un valor de voltaje de conmutación.
3. El circuito de la reivindicación 1, donde cada
uno de los grupos de diodos fotoemisores primero y segundo incluye
dos o más diodos fotoemisores.
4. El circuito de la reivindicación 1, donde cada
uno de los grupos de diodos fotoemisores primero y segundo incluye
solamente un diodo fotoemisor.
5. El circuito de la reivindicación 1, donde las
resistencias para las resistencias serie y shunt se seleccionan
para lograr una luminancia máxima preseleccionada cuando se aplica
un primer voltaje predeterminado a través de los puertos de entrada
y salida y una luminancia mínima preseleccionada cuando se aplica
un segundo voltaje predeterminado a través de los puertos de
entrada y salida.
6. El circuito de la reivindicación 1, donde el
circuito de conmutación incluye además:
un diodo (D1) conectado en serie entre los grupos
de diodos fotoemisores primero y segundo;
una primera resistencia (R3) conectada en
paralelo con el diodo y el primer grupo de diodos fotoemisores;
y
una segunda resistencia (R4) conectada en
paralelo con el diodo y el segundo grupo de diodos
fotoemisores.
7. El circuito de la reivindicación 1, donde la
resistencia shunt es una resistencia de corriente quiescente
conectada en paralelo con los grupos de diodos fotoemisores primero
y segundo y el circuito de conmutación y la resistencia en serie es
una resistencia de limitación de corriente conectada al puerto de
entrada o el puerto de salida en serie con los grupos de diodos
fotoemisores primero y segundo, el circuito de conmutación, y la
resistencia shunt.
8. El circuito de la reivindicación 7, donde las
resistencias del circuito de conmutación, la resistencia de
corriente quiescente, y la resistencia de limitación de corriente
se seleccionan para controlar una característica de luminancia-
voltaje de una luminancia total de los grupos de diodos fotoemisores
primero y segundo en función del voltaje aplicado a través de los
puertos de entrada y salida.
9. El circuito de la reivindicación 7, incluyendo
además:
grupos de diodos fotoemisores tercero y cuarto
(306d, 306c) conectados entre los puertos de entrada y salida con
una orientación de polarización directa, con respecto a los puertos
de entrada y salida, que es opuesta a una orientación de
polarización directa de los grupos de diodos fotoemisores primero y
segundo (306a, 306b),
donde el circuito de conmutación (308) está
acoplado a los grupos de diodos fotoemisores primero, segundo,
tercero y cuarto, y donde el circuito de conmutación conmuta los
grupos de diodos fotoemisores primero y segundo entre conexión en
serie y conexión en paralelo y conmuta los grupos de diodos
fotoemisores tercero y cuarto entre conexión en serie y conexión en
paralelo.
10. El circuito de la reivindicación 9, donde el
circuito de conmutación incluye además:
un primer diodo (D1) conectado en serie entre los
grupos de diodos fotoemisores primero y segundo, donde el primer
diodo y todos los diodos fotoemisores dentro de los grupos de
diodos fotoemisores primero y segundo tienen una primera orientación
de polarización directa con respecto a los puertos de entrada y
salida;
un segundo diodo (D2) conectado en serie entre
los grupos de diodos fotoemisores tercero y cuarto, donde el segundo
diodo y todos los diodos fotoemisores dentro de los grupos de
diodos fotoemisores tercero y cuarto tienen una segunda orientación
de polarización directa con respecto a los puertos de entrada y
salida;
una primera resistencia (R3) conectada en
paralelo con el primer grupo de diodos fotoemisores y el primer
diodo;
una segunda resistencia (R4) conectada en
paralelo con el segundo grupo de diodos fotoemisores y el primer
diodo;
una tercera resistencia (R6) conectada en
paralelo con el tercer grupo de diodos fotoemisores y el segundo
diodo; y
una cuarta resistencia (R5) conectada en paralelo
con el cuarto grupo de diodos fotoemisores y el segundo diodo.
11. El circuito de la reivindicación 7,
incluyendo además:
un tercer grupo de diodos fotoemisores (406c)
conectado entre los puertos de entrada y salida,
donde el circuito de conmutación (408) está
acoplado a los grupos de diodos fotoemisores segundo y tercero
(406b, 406c) y conmuta los grupos de diodos fotoemisores segundo y
tercero entre conexión en serie y conexión en paralelo.
12. El circuito de la reivindicación 11, donde el
circuito de conmutación incluye además:
un primer diodo (D1) conectado en serie entre los
grupos de diodos fotoemisores primero y segundo;
un segundo diodo (D2) conectado en serie entre
los grupos de diodos fotoemisores segundo y tercero;
una primera resistencia (R3) conectada en
paralelo con el primer diodo y el primer grupo de diodos
fotoemisores;
una segunda resistencia (R5) conectada en
paralelo con los diodos primero y segundo y los grupos de diodos
fotoemisores primero y segundo;
una tercera resistencia (R6) conectada en
paralelo con los diodos primero y segundo y los grupos de diodos
fotoemisores segundo y tercero; y
una cuarta resistencia (R4) conectada en paralelo
con el segundo diodo y el tercer grupo de diodos fotoemisores.
13. El circuito de la reivindicación 11,
incluyendo además:
un cuarto grupo de diodos fotoemisores (506d)
conectado entre los puertos de entrada y salida,
donde el circuito de conmutación (508) está
acoplado a los grupos de diodos fotoemisores tercero y cuarto (506c,
506d) y conmuta los grupos de diodos fotoemisores tercero y cuarto
entre conexión en serie y conexión en paralelo.
14. El circuito de la reivindicación 13, donde el
circuito de conmutación incluye además:
un primer diodo (D1) conectado en serie entre los
grupos de diodos fotoemisores primero y segundo (506a, 506b);
un segundo diodo (D2) conectado en serie entre
los grupos de diodos fotoemisores segundo y tercero (506b,
506c);
un tercer diodo (D3) conectado en serie entre los
grupos de diodos fotoemisores tercero y cuarto (506c, 506d);
una primera resistencia (R3) conectada en
paralelo con el primer diodo y el primer grupo de diodos
fotoemisores;
una segunda resistencia (R5) conectada en
paralelo con los diodos primero y segundo y los grupos de diodos
fotoemisores primero y segundo;
una tercera resistencia (R7) conectada en
paralelo con los diodos primero, segundo y tercero y los grupos de
diodos fotoemisores primero, segundo y tercero;
una cuarta resistencia (R8) conectada en paralelo
con los diodos primero, segundo y tercero y los grupos de diodos
fotoemisores segundo, tercero y cuarto;
una quinta resistencia (R6) conectada en paralelo
con los diodos segundo y tercero y los grupos de diodos
fotoemisores tercero y cuarto; y
una sexta resistencia (R4) conectada en paralelo
con el tercer diodo y el cuarto grupo de diodos fotoemisores.
15. El circuito de la reivindicación 7, donde las
resistencias del circuito de conmutación, la resistencia de
corriente quiescente, y la resistencia de limitación de corriente
se seleccionan para producir al menos tres valores de luminancia
predefinidos para la luminancia total de los grupos de diodos
fotoemisores primero y segundo a valores de voltaje de control
predefinidos correspondientes para el voltaje aplicado a través de
los puertos de entrada y salida.
16. El circuito de la reivindicación 15, donde
las resistencias del circuito de conmutación, la resistencia de
corriente quiescente, y la resistencia de limitación de corriente
se seleccionan para producir cuatro valores de luminancia
predefinidos para la luminancia total de los grupos de diodos
fotoemisores primero y segundo a valores de voltaje de control
predefinidos correspondientes para el voltaje aplicado a través de
los puertos de entrada y salida.
17. El circuito de la reivindicación 16,
donde:
cuando un voltaje aplicado a través de los
puertos de entrada y salida es igual a aproximadamente 28 voltios,
la luminancia total de los grupos de diodos fotoemisores primero y
segundo es igual a aproximadamente 300-500 lamberts
pie;
cuando el voltaje aplicado a través de los
puertos de entrada y salida es igual a aproximadamente
14-15 voltios, la luminancia total de los grupos de
diodos fotoemisores primero y segundo es igual a aproximadamente
15-20 lamberts pie;
cuando el voltaje aplicado a través de los
puertos de entrada y salida es igual a aproximadamente
7-9 voltios, la luminancia total de los grupos de
diodos fotoemisores primero y segundo es igual a aproximadamente 1
lambert pie; y
cuando el voltaje aplicado a través de los
puertos de entrada y salida es igual a aproximadamente 6,4 voltios,
la luminancia total de los grupos de diodos fotoemisores primero y
segundo es igual a aproximadamente 0,1 lamberts pie.
18. El circuito de la reivindicación 17, donde el
circuito de conmutación incluye además:
un diodo (D1) conectado en serie entre los grupos
de diodos fotoemisores primero y segundo (106a, 106b);
una primera resistencia (R3) conectada en
paralelo con el diodo y el primer grupo de diodos fotoemisores;
y
una segunda resistencia (R4) conectada en
paralelo con el diodo y el segundo grupo de diodos
fotoemisores,
donde cuando un voltaje aplicado a través de los
puertos de entrada y salida, atenuado por las resistencias del
circuito de conmutación, la resistencia de corriente quiescente, y
la resistencia de limitación de corriente, es igual o excede de una
caída de voltaje directo combinado para el diodo y los grupos de
diodos fotoemisores primero y segundo, el diodo conduce y
proporciona una conexión serie entre los grupos de diodos
fotoemisores primero y segundo, y
cuando el voltaje aplicado a través de los
puertos de entrada y salida, atenuado por las resistencias del
circuito de conmutación, la resistencia de corriente quiescente, y
la resistencia de limitación de corriente, no es igual o excede de
la caída de voltaje directo combinado para el diodo y los grupos de
diodos fotoemisores primero y segundo, el diodo no conduce, dejando
el primer grupo de diodos fotoemisores y la segunda resistencia
conectados en paralelo con el segundo grupo de diodos fotoemisores y
la primera resistencia entre los puertos de entrada y salida.
19. El circuito de la reivindicación 18,
incluyendo además:
un primer diodo zener (Z1) conectado en paralelo
con el primer grupo de diodos fotoemisores; y
un segundo diodo zener (Z2) conectado en paralelo
con el segundo grupo de diodos fotoemisores.
20. El circuito de la reivindicación 19,
donde:
el primer grupo de diodos fotoemisores incluye
diodos fotoemisores primero y segundo conectados en serie; y
el segundo grupo de diodos fotoemisores incluye
diodos fotoemisores tercero y cuarto conectados en serie.
21. El circuito de la reivindicación 20, donde
\hbox{cada} uno de los diodos fotoemisores primero,
segundo, tercero y cuarto tiene una caída de voltaje directo de
aproximadamente 2,5-3,3 V, cada una de las
resistencias primera y segunda tiene una resistencia de
aproximadamente 20 k\Omega, la resistencia de corriente quiescente
tiene una resistencia de aproximadamente 4,32 k\Omega, la
resistencia limitadora de corriente tiene una resistencia de
aproximadamente 1,5 k\Omega, y los diodos zener están a un régimen
de aproximadamente 6,6 V.22. El circuito de la reivindicación 7,
donde:
cuando un voltaje aplicado a través de los
puertos de entrada y salida es igual a o excede de un voltaje
umbral, el circuito opera en un modo de luminancia alta con los
grupos de diodos fotoemisores primero y segundo conectados en serie,
y cuando el voltaje aplicado a través de los puertos de entrada y
salida no iguala o excede del voltaje umbral, el circuito opera en
un modo de luminancia baja con los grupos de diodos fotoemisores
primero y segundo conectados en paralelo.
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