ES2364308A1 - Sistema de dimming pwm en serie a alta frefuencia para aplicación en convertidores de dinámica lenta para lámparas de estado sólido. - Google Patents
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Abstract
Sistema de dimming PWM en serie a alta
frecuencia para aplicación en convertidores de dinámica lenta para
lámparas de estado sólido. sistema de dimming (o atenuación o
regulación del flujo luminoso) PWM en serie a alta frecuencia, para
aplicación en convertidores de dinámica lenta, incluso de una sola
etapa con corrección de factor de potencia o convertidores CC/CC de
dinámica lenta, para lámparas de estado sólido como por ejemplo LEDs
OLEDs o PLEDs en el que el dimming en serie se realiza a una
frecuencia comparable a la frecuencia de conmutación del
convertidor. Se trata de un sistema electrónico para su aplicación
en el sector de iluminación artificial.
Description
Sistema de dimming PWM en serie a alta
frecuencia para aplicación en convertidores de dinámica lenta para
lámparas de estado sólido.
La presente invención se refiere a un sistema de
dimming (atenuación o regulación del flujo luminoso) de la emisión
de flujo luminoso de luminarias de estado sólido alimentadas desde
balastos electrónicos o convertidores incluso de una sola etapa con
corrección de factor de potencia, o convertidores CC/CC de dinámica
lenta aplicando el método de dimming en serie realizado a una
frecuencia comparable a la frecuencia de conmutación del convertidor
y con control de la variación de la corriente de pico. Se trata de
un sistema electrónico para su aplicación en el sector de
iluminación artificial.
El sistema de regulación de flujo luminoso de
luminarias de la presente invención se relaciona con las técnicas de
dimming PWM (Pulse Width Modulation, modulación de ancho de pulso
por sus siglas en inglés) más habituales empleadas en la actualidad.
A efectos de esta invención y su descripción, como luminaria de
estado sólido, o luminaria, debe entenderse todo el conjunto,
incluyendo el convertidor o balasto electrónico, el sistema de
control, regulación, comunicaciones y sistemas de regulación de la
disipación térmica (dispositivos activos) -en caso de estar
presentes-, y la propia lámpara formada por los diodos emisores de
luz, ya sean OLED, LED o PLED. Tal como es usado aquí, lámpara de
estado sólido, o simplemente lámpara, debe entenderse únicamente la
parte integrada por los dispositivos emisores de luz y aquellos
dispositivos pasivos de disipación térmica integrados con ellos.
El dimming, regulación o atenuación de flujo
luminoso de luminarias de estado sólido por PWM, consiste en el
encendido y apagado de las mismas a una frecuencia lo
suficientemente alta, al menos 100 ó 200 Hz, aunque en numerosas
aplicaciones se buscan frecuencias mucho mayores (Svilainis, "LED
PWM dimming linearity investigation", Displays, Vol. 29, Num. 3,
Jul., 2008, pags. 243-249, ISSN
0141-9382), de forma que el ojo humano, por efecto
estroboscópico, lo interprete como una disminución del flujo
luminoso recibido. Este método de regulación se sitúa en
contraposición al conocido como dimming AM (Amplitude Modulation,
modulación de amplitud por sus siglas en inglés), consistente en la
variación de la amplitud de la corriente de salida a través de la
lámpara. En la literatura (Svilainis, "LED brightness control for
video display application", Displays, Yol. 29, Num. 5, Dec.,
2008, pags. 506-511, ISSN
0141-9382), se observa una clara preferencia por el
método de dimming PWM, ya que la eficiencia, coordenadas
colorimétricas y tolerancias en las características de
funcionamiento de lámparas como los dispositivos de estado sólido,
varían con el valor de corriente inyectada.
Entre los métodos de dimming PWM recogidos en la
literatura, se pueden establecer tres métodos principales: a)
dimming por Enable, en el que se aplica una referencia de corriente
variable que provoca que el convertidor funcione en dos estados,
encendido y apagado; b) dimming en serie, por el que se abre y
cierra la carga, es decir, la propia lámpara, con el fin de
encenderla y apagarla mediante un transistor dispuesto en serie; y
c) dimming en paralelo, por el que se cortocircuita la carga,
mediante un transistor dispuesto en paralelo con la lámpara, con el
fin de encender y apagar la carga alternativamente.
El objetivo de los métodos de dimming PWM
consiste en alimentar a los diodos emisores de luz con un tren de
pulsos de ancho variable y cuyo valor de pico es el valor nominal de
corriente continua en funcionamiento sin dimming, de forma que las
características colorimétricas no se vean afectadas, y la emisión de
luz se regule con el ancho de pulso del tren de pulsos, es decir,
con el tiempo en que la lámpara se halle encendida en relación al
periodo de conmutación de dimming de la corriente de salida. Dicha
regulación de luz presenta, además, la característica de que es
proporcional al ancho de pulso aplicado a la lámpara.
Los métodos de dimming PWM anteriormente citados
se aplican a convertidores CC/CC (de continua a continua)
controlados por corriente, ya sea por corriente promediada,
corriente de pico, tiempo de conducción/bloqueo o histéresis, debido
a que dichas configuraciones proporcionan una dinámica lo
suficientemente rápida como para efectuar dimming por Enable sin
grandes complicaciones técnicas, o presentan comportamiento de
fuente de corriente para realizar dimming en paralelo, o siguen de
forma casi instantánea la referencia de corriente sin necesidad de
ninguna red de compensación, para realizar dimming en serie sin
oscilaciones.
En el caso que ocupa al campo de aplicación de
esta invención, es decir, para el dimming de convertidores o
balastos electrónicos para alimentar lámparas desde la red de
corriente alterna, ya sea doméstica, industrial, de alumbrado
público, etc. a las diferentes tensiones y frecuencias empleadas
internacionalmente (o incluso de continua si se tratase de
convertidores extremadamente lentos), la lenta dinámica que los
caracteriza, con un ancho de banda siempre inferior al doble de la
frecuencia de red (o en el caso de convertidores de continua, con
un ancho de banda varias décadas inferior a la frecuencia de
conmutación), implica la imposibilidad de la aplicación de los
métodos anteriormente expuestos, ya que: a) en el caso del dimming
por Enable, el convertidor no resulta lo suficientemente rápido
como para asegurar el encendido y apagado completo de la lámpara,
perdiendo linealidad en la atenuación y rendimiento. Aunque su
respuesta fuese lo suficientemente rápida para realizar dimming por
Enable, la frecuencia de dimming debe ser muy elevada para no
penalizar en exceso el contenido armónico de la corriente de
entrada, con lo que se está en la misma situación; b) en el caso
del dimming en serie, se tiene el mismo problema de lentitud en la
respuesta dinámica o se provoca la oscilación del convertidor; y c)
en el caso del dimming en paralelo, se está cortocircuitando el
condensador de salida o bus, componente imprescindible en circuitos
correctores de factor de potencia para filtrar el rizado del doble
de frecuencia de red, provocando así sobrecorrientes a través de los
diodos emisores de luz, lo que podría provocar su fallo.
Debido a lo anteriormente expuesto, las
soluciones más comúnmente utilizadas son: a) para balastos de baja
potencia conectados a la red eléctrica, ya sea con corrección de
factor de potencia o sin dicha función, se emplean dimmers como los
empleados con lámparas incandescentes mediante tiristores -DIAC o
TRIACS- (Rand et al, "Issues, Models and Solutions for
Triac Modulated Phase Dimming of LED Lamps", IEEE Power
Electronics Specialists Conference (PESC) Proceedings, pags.
1398-1404, Jun., 2007) convenientemente modificados,
para variar el ángulo de conducción de la corriente de entrada, y b)
se adiciona una segunda etapa en cascada para mejorar la respuesta
dinámica de los convertidores y poder implementar otro tipo de
control en la segunda etapa que permita el empleo de cualquier
técnica de dimming de una manera sencilla y fiable, así como otras
alternativas (García et al "An Alternative to Supply DC Voltages
with High Power Factor", IEEE Transactions on Industrial
Electronics, Vol. 46, Num. 4, Aug., 1999) en las que se proponen
topologías complejas con dos o más convertidores con varias salidas
y/o condensadores de bus. El principal inconveniente de la primera
solución reside en que el dimming conseguido de dicha manera, si se
quiere mantener la simplicidad del circuito de potencia sin añadir
etapas adicionales en cascada, es por variación de amplitud, es
decir, dimming AM, siendo además viable únicamente en el caso de
potencias bajas; mientras que en el segundo caso, se obtienen
convertidores más pesados al constar de dos etapas, con dos
transistores, dos bobinas, etc., que redundan en mayor coste y
tamaño y menor rendimiento, además de complicar el lazo de
regulación con un circuito de control para cada etapa. En el último
caso comentado, se obtienen topologías más complejas, con mayor
número de componentes y coste.
Sin embargo, para conseguir un balasto que
además de realizar corrección de factor de potencia, presente una
dinámica suficiente para realizar dimming, combinado con un menor
coste que en el caso de los convertidores en cascada, es habitual
combinar dichas dos etapas en una sola, compartiendo un interruptor,
lo que se conoce como convertidores integrados. Como contrapartida
a la integración, los esfuerzos eléctricos de tensión y/o corriente
sobre los interruptores activos compartidos aumentan, lo que provoca
el aumento de las pérdidas y el empleo de semiconductores de mayor
precio y complejidad técnica. Un ejemplo de convertidor integrado
para alimentar lámparas de halogenuros metálicos se tiene en Dalla
Costa et al (pat. no. ES2296459). No obstante, para poder
aplicar el dimming por Enable a convertidores integrados, se debe
diseñar un lazo de control que provea al balasto de una respuesta
dinámica lo suficientemente rápida y sin que afecte a la onda de
corriente de entrada en términos de contenido armónico. En caso de
aplicar dimming en serie o paralelo a estos convertidores, se
presentarían los problemas ya comentados, ya que para eliminar el
rizado de baja frecuencia, disponen de un condensador de salida en
paralelo con la carga.
La presente invención se refiere a un sistema de
dimming PWM para aplicación en convertidores o balastos electrónicos
de dinámica lenta para alimentación de lámparas de estado sólido,
tales como los correctores de factor de potencia de una sola etapa
que, alimentados desde la red de corriente alterna, proporcionan la
alimentación de la lámpara de estado sólido en forma de corriente
continua cumpliendo con la norma
IEC61000-3-2.
El sistema de dimming PWM en serie para lámparas
de estado sólido comprende:
- -
- Un convertidor de potencia conmutado, y un filtro EMI de entrada. El convertidor de potencia conmutado tiene su dinámica en lazo cerrado lenta, lo que le impide realizar dimming por Enable lo suficientemente rápido como para lograr un rendimiento satisfactorio. El filtro EMI a su vez comprende dos condensadores entre fase y neutro (o entre positivo y masa de alimentación en caso de tratarse de un convertidor conectado a bus de alimentación de continua), y una bobina situada en la fase (o positivo en caso de buses de continua) cuyos terminales están conectados a un terminal de ambos condensadores, que actúa como supresor de interferencias para eliminar o atenuar cualquier tipo de perturbación radioeléctrica de equipos de iluminación y similares. Para los convertidores conectados a la red de alterna, se dispone de un puente rectificador de onda completa, constituido por 4 diodos, con el fin de obtener una onda de tensión continua equivalente a la tensión alterna rectificada mediante un rectificador de onda completa sin regular. Dos de los diodos del rectificador se hallan conectados en cátodo común, mientras que los otros dos se hallan conectados en ánodo común. Aquellos que están conectados en cátodo común se disponen conectados mediante sus cátodos al terminal de positivo de entrada del rectificador, mientras que aquellos conectados en ánodo común se presentan conectados al terminal de masa del convertidor mediante sus ánodos. En el caso de tratarse de convertidores conectados a buses de alimentación de continua, el terminal más positivo de la red de alimentación se conecta al terminal positivo de entrada del convertidor, mientras que el terminal más negativo de alimentación (o masa) se conecta al terminal de masa del convertidor. Los convertidores con corrección de factor de potencia, es decir, aquellos conectados a la red de alterna, presentan en su salida un condensador de bus, diseñado para almacenar energía a alta frecuencia y, además, filtrar la componente de alterna de baja frecuencia proveniente de la onda rectificada con la que se alimenta el convertidor, siendo el responsable de la lenta dinámica de este tipo de fuentes conmutadas. El citado condensador de bus o salida se conecta entre los terminales de salida positivo y negativo del convertidor, de forma que el terminal positivo del condensador se conecta al terminal de salida positivo, y el terminal negativo del condensador se conecta al terminal negativo de salida del convertidor. A su vez, el terminal positivo del condensador de bus se conecta al terminal positivo, o terminal de entrada, de la lámpara de estado sólido.
- -
- Una lámpara de estado sólido.
- -
- Un interruptor auxiliar dispuesto en serie con la lámpara de estado sólido mediante el que se realiza la función dimming. El dimming se realiza mediante un interruptor auxiliar, trabajando en corte y saturación para encender y apagar la lámpara de estado sólido, dispuesto en serie con ella, cuyo terminal activo de entrada -drenador en el caso de los transistores MOSFET y colector en el caso de los transistores BJT- se conecta al terminal de salida de la citada lámpara de estado sólido. El terminal activo de salida del interruptor -fuente en el caso de transistores MPSFET y emisor en el caso de transistores BJT- se conecta al terminal de entrada del bloque de medida de corriente.
- -
- Un bloque de medida de corriente para realizar la medida de la corriente que circula a través de la lámpara de estado sólido. El terminal de salida del bloque de medida de corriente se conecta al terminal negativo del convertidor de potencia conmutado y al terminal negativo del condensador de bus o de salida.
- -
- Un bloque oscilador principal que genera la señal de alta frecuencia que se emplea para el gobierno del transistor o transistores del convertidor de potencia conmutado.
- -
- Un bloque selector de nivel de dimming que permite seleccionar el nivel de dimming.
- -
- Un bloque generador de pulsos PWM para dimming que genera la señal de dimming a partir de las señales provenientes del bloque selector de nivel de dimming y del bloque oscilador principal. En el bloque generador de pulsos PWM para dimming se generan los pulsos de gobierno para el interruptor auxiliar a partir los bloques anteriores. Dicho bloque generador de pulsos PWM para dimming genera una señal de alta frecuencia con ancho de pulso variable, que posteriormente se aplica al driver del interruptor auxiliar. La señal con ancho de pulso variable proveniente del bloque generador de pulsos PWM se aplica también al bloque de medida de dimming para determinar el nivel de dimming requerido por el usuario.
- -
- Un driver del interruptor auxiliar que transmite al interruptor auxiliar la señal de dimming generada por el bloque generador de pulsos PWM para dimming. El driver genera la señal de gobierno del terminal de control del interruptor auxiliar, puerta en el caso de transistores MOSFET y base en el caso de transistores BJT.
- -
- Un bloque de medida de dimming que realiza la medida del nivel de dimming seleccionado por el usuario si es el caso.
- -
- Un bloque generador de referencia de corriente que genera la referencia de corriente para el lazo de regulación de la luminaria en cadena cerrada a partir de la señal proveniente del bloque de medida de dimming. El bloque generador de referencia multiplica las señales, generando de esta forma la nueva referencia de corriente con la que opera el lazo de control.
- -
- Un bloque regulador que genera una señal de control a partir de la señal de error obtenida de restar la señal proveniente del bloque de medida de corriente de la señal proveniente del bloque generador de referencia de corriente. La señal generada por el bloque generador de referencia de corriente, es decir, la referencia de corriente del lazo de regulación, se aplica al bloque regulador, que efectúa la resta entre esta señal y la proveniente del bloque de medida de corriente para generar una señal de error que:
- a)
- En el caso de control por corriente promediada o control en modo tensión, será la señal de error que, una vez modificada por el regulador, es la que determina el ciclo de trabajo de los pulsos de gobierno del transistor principal del convertidor de potencia conmutado, según la teoría de control.
- b)
- En el caso de tratarse de control por corriente de pico, el bloque regulador genera la señal de referencia de corriente para el lazo de regulación interno, que es procesada junto con la corriente que circula por el transistor principal del convertidor de potencia conmutado para determinar el ancho de pulso de la señal de gobierno del transistor principal del convertidor de potencia conmutado.
En el sistema de dimming PWM en serie para
lámparas de estado sólido de la invención, la conmutación del
interruptor auxiliar, y en consecuencia, el dimming PWM, se realiza
a alta frecuencia y además el convertidor de potencia conmutado es
de dinámica lenta. A efectos de la presente invención y su
descripción, alta frecuencia debe entenderse como aquellas
frecuencias del mismo orden de magnitud que la frecuencia de
conmutación del transistor o transistores de potencia que incorpore
el convertidor sobre el que se actúa, siendo dichas frecuencias
siempre superiores a la frecuencia correspondiente al ancho de banda
que caracterice al convertidor empleado en lazo cerrado.
En una realización específica, el convertidor de
potencia conmutado es un convertidor AC/CC de una sola etapa con un
ancho de banda inferior a dos veces la frecuencia de red, o un
convertidor AC/CC integrado cuyo ancho de banda es al menos dos
décadas inferior a la frecuencia de conmutación, o un convertidor
AC/CC de dos etapas cuyo ancho de banda es al menos dos décadas
inferior a la frecuencia de conmutación, o un convertidor CC/CC cuyo
ancho de banda es al menos dos décadas inferior a la frecuencia de
conmutación.
\newpage
En otra realización específica, el convertidor
de potencia conmutado funciona en modo tensión o en modo corriente,
conectado a la red de energía alterna o a buses de alimentación de
corriente continua, en cualquiera de los siguientes modos de
conducción: Modo de Conducción Continuo, Modo de Conducción
Discontinuo o en Modo de Conducción Frontera, a frecuencia fija o
variable. En una realización más específica, el convertidor de
potencia conmutado funciona en modo corriente, e incorpora un
control por corriente media, con un solo lazo de regulación. En una
realización todavía más específica, la señal de control proveniente
del bloque regulador es empleada para generar los pulsos de gobierno
del transistor principal del convertidor de potencia conmutado,
implementando de esta forma un sistema de control en lazo cerrado en
modo corriente media. En otra realización más específica, el
convertidor de potencia conmutado funciona en modo corriente, e
incorpora un control por corriente de pico, con un lazo de
regulación externo, y un lazo de regulación interno. En otra
realización todavía más específica, la señal de control proveniente
del bloque regulador es empleada para generar una señal de control
que es complementada con la lectura de la corriente de pico del
transistor principal del convertidor de potencia conmutado,
implementando así un esquema de control por corriente de pico, donde
el bloque regulador, representa el regulador del lazo externo de
control, considerando el lazo interno de control como interno al
convertidor de potencia conmutado.
En una realización preferida, la lámpara de
estado sólido es al menos un LED, un OLED, o un PLED. En una
realización más preferida, la lámpara de estado sólido comprende
unos medios de disipación de calor por convección natural o
forzada.
En otra realización preferida, el bloque de
medida de corriente realiza el filtrado de las componentes de alta
frecuencia de la corriente de salida que se realimenta al bloque
regulador. En una realización más preferida, se ejecuta dimming en
serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la frecuencia
de conmutación del convertidor, de forma que el regulador actúa
sobre el valor medio de la corriente pulsada modificable mediante el
ciclo de trabajo del dimming.
En otra realización preferida, el bloque de
medida de corriente transmite fielmente la corriente de salida al
bloque regulador. En una realización más preferida, se ejecuta
dimming en serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la
frecuencia de conmutación del convertidor, de forma que la corriente
pulsante es interpretada como perturbaciones de alta frecuencia y
filtrada por el lazo de regulación en cadena cerrada.
En otra realización preferida, el sistema además
comprende un bloque divisor de frecuencia que genera la señal de
alta frecuencia empleada para realizar el dimming y se la aplica al
bloque generador de pulsos PWM para dimming, a partir de la señal
generada por el bloque oscilador principal para realizar dimming a
frecuencias inferiores a la de conmutación del convertidor de
potencia conmutado.
En una realización más preferida, el bloque
divisor de frecuencia está implementado con componentes analógicos,
digitales y/o mediante bloques funcionales de programa o programas
de software.
En otra realización más preferida, el sistema
además comprende un bloque selector de corriente, mediante el cual
el usuario selecciona el nivel de corriente continua en modo de
funcionamiento normal, y el nivel de pico en modo de funcionamiento
dimming. La señal de nivel de dimming proveniente del bloque de
medida de dimming se aplica al bloque generador de referencia de
corriente junto con la señal proveniente del bloque selector de
corriente, que es el encargado de fijar el nivel de corriente
continua en caso de funcionamiento sin dimming, y el nivel de pico
de corriente de salida en caso de funcionamiento en modo dimming.
En una realización aún más preferida, el bloque selector de nivel de
dimming está implementado con componentes analógicos, digitales,
y/o mediante bloques funcionales de programa o programas de
software. En otra realización aún más preferida, el usuario accede
al bloque selector de nivel de dimming (15) manualmente o mediante
comandos emitidos a través de redes de comunicaciones. En otra
realización aún más preferida, el sistema alimenta la lámpara de
estado sólido mediante una onda de corriente cuadrada con ancho de
pulso modificable, cuyo valor mínimo es nulo y cuyo valor de pico es
seleccionable por el usuario. En otra realización aún más preferida,
el bloque generador de referencia de corriente genera la referencia
de corriente para el lazo de regulación en cadena cerrada a partir
de las señales provenientes del bloque de medida de dimming y del
bloque selector de corriente.
En otra realización más preferida, el
convertidor de potencia conmutado funciona en modo tensión o en modo
corriente, conectado a la red de energía alterna o a buses de
alimentación de corriente continua, en cualquiera de los siguientes
modos de conducción: Modo de Conducción Continuo, Modo de Conducción
Discontinuo o en Modo de Conducción Frontera, a frecuencia fija o
variable. En una realización aún más preferida, el convertidor de
potencia conmutado funciona en modo corriente e incorpora un control
por corriente media con un solo lazo de regulación. En una
realización todavía aún más preferida, la señal de control
proveniente del bloque regulador es empleada para generar los pulsos
de gobierno del transistor principal del convertidor de potencia
conmutado, implementando de esta forma un sistema de control en
lazo cerrado en modo corriente media. En otra realización aún más
preferida, el convertidor de potencia conmutado funciona en modo
corriente e incorpora un control por corriente de pico con un lazo
de regulación externo y un lazo de regulación interno. En otra
realización aún todavía más preferida, la señal de control
proveniente del bloque regulador es empleada para generar una señal
de control que es complementada con la lectura de la corriente de
pico del transistor principal del convertidor de potencia
conmutado, implementando así un esquema de control por corriente de
pico, donde el bloque regulador representa el regulador del lazo
externo de control, considerando el lazo interno de control como
interno al convertidor de potencia conmutado.
En una realización más específica, la lámpara de
estado sólido es al menos un LED, un OLED, o un PLED. En una
realización aún más específica, la lámpara de estado sólido
comprende unos medios de disipación de calor por convección natural
o forzada.
En otra realización más específica, el bloque de
medida de corriente realiza el filtrado de las componentes de alta
frecuencia de la corriente de salida que se realimenta al bloque
regulador. En una realización aún más específica, se ejecuta dimming
en serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la
frecuencia de conmutación del convertidor, de forma que el regulador
actúa sobre el valor medio de la corriente pulsada modificable
mediante el ciclo de trabajo del dimming.
En otra realización más preferida, el bloque de
medida de corriente transmite fielmente la corriente de salida al
bloque regulador. En una realización aún más preferida, se ejecuta
dimming en serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la
frecuencia de conmutación del convertidor, de forma que la corriente
pulsante es interpretada como perturbaciones de alta frecuencia y
filtrada por el lazo de regulación en cadena cerrada.
En una realización específica, el sistema además
comprende un bloque selector de corriente mediante el cual el
usuario selecciona el nivel de corriente continua en modo de
funcionamiento normal, y el nivel de pico en modo de funcionamiento
dimming. La señal de nivel de dimming proveniente del bloque de
medida de dimming se aplica al bloque generador de referencia de
corriente junto con la señal proveniente del bloque selector de
corriente, que es el encargado de fijar el nivel de corriente
continua en caso de funcionamiento sin dimming, y el nivel de pico
de corriente de salida en caso de funcionamiento en modo
dimming.
En una realización más específica, el bloque
selector de nivel de dimming está implementado con componentes
analógicos, digitales, y/o mediante bloques funcionales de programa
o programas de software. En otra realización más específica, el
usuario accede al bloque selector de nivel de dimming manualmente o
mediante comandos emitidos a través de redes de comunicaciones. En
otra realización más específica, el sistema alimenta la lámpara de
estado sólido mediante una onda de corriente cuadrada con ancho de
pulso modificable, cuyo valor mínimo es nulo y cuyo valor de pico
es seleccionable por el usuario. En otra realización más específica,
el bloque generador de referencia de corriente genera la referencia
de corriente para el lazo de regulación en cadena cerrada a partir
de las señales provenientes del bloque de medida de dimming y del
bloque selector de corriente.
En otra realización más específica, el
convertidor de potencia conmutado funciona en modo tensión o en modo
corriente, conectado a la red de energía alterna o a buses de
alimentación de corriente continua, en cualquiera de los siguientes
modos de conducción: Modo de Conducción Continuo, Modo de Conducción
Discontinuo o en Modo de Conducción Frontera, a frecuencia fija o
variable. En una realización aún más específica, el convertidor de
potencia conmutado funciona en modo corriente e incorpora un control
por corriente media con un solo lazo de regulación. En una
realización aún todavía más específica, la señal de control
proveniente del bloque regulador es empleada para generar los pulsos
de gobierno del transistor principal del convertidor de potencia
conmutado, implementando de esta forma un sistema de control en lazo
cerrado en modo corriente media. En otra realización aún más
específica, el convertidor de potencia conmutado funciona en modo
corriente e incorpora un control por corriente de pico con un lazo
de regulación externo y un lazo de regulación interno. En otra
realización todavía aún más específica, la señal de control
proveniente del bloque regulador es empleada para generar una señal
de control que es complementada con la lectura de la corriente de
pico del transistor principal del convertidor de potencia
conmutado, implementando así un esquema de control por corriente de
pico, donde el bloque regulador representa el regulador del lazo
externo de control, considerando el lazo interno de control como
interno al convertidor de potencia conmutado.
En una realización más preferida, la lámpara de
estado sólido es al menos un LED, un OLED, o un PLED. En una
realización aún más preferida, la lámpara de estado sólido
comprende unos medios de disipación de calor por convección natural
o forzada.
En otra realización más preferida, el bloque de
medida de corriente realiza el filtrado de las componentes de alta
frecuencia de la corriente de salida que se realimenta al bloque
regulador. En una realización aún más preferida, se ejecuta dimming
en serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la
frecuencia de conmutación del convertidor, de forma que el
regulador actúa sobre el valor medio de la corriente pulsada
modificable mediante el ciclo de trabajo del dimming.
En otra realización más preferida, el bloque de
medida de corriente transmite fielmente la corriente de salida al
bloque regulador. En una realización aún más preferida, se ejecuta
dimming en serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la
frecuencia de conmutación del convertidor, de forma que la corriente
pulsante es interpretada como perturbaciones de alta frecuencia y
filtrada por el lazo de regulación en cadena cerrada.
En una realización específica del sistema, tanto
con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el interruptor auxiliar es un transistor
bipolar, MOSFET o IGBT, con su terminal activo de entrada conectado
al cátodo del último diodo de la lámpara de estado sólido, con su
terminal activo de salida conectado al terminal de entrada del
bloque de medida de corriente, y cuyo terminal de control recibe, a
través de un driver, la señal de dimming generada en el bloque
generador de pulsos PWM para dimming.
\newpage
En una realización preferida del sistema, tanto
con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el bloque de medida de corriente está
implementado con componentes analógicos, digitales y/o mediante
bloques funcionales de programa o programas de software.
En una realización específica del sistema, tanto
con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el bloque oscilador principal está
implementado con componentes analógicos, digitales y/o mediante
bloques funcionales de programa o programas de software.
En otra realización específica del sistema,
tanto con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como si ellos, el bloque generador de pulsos PWM para
dimming está implementado con componentes analógicos, digitales y/o
mediante bloques funcionales de programa o programas de
software.
En otra realización específica del sistema,
tanto con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el driver de gobierno del interruptor
auxiliar está constituido por componentes discretos o circuitos
integrados específicos.
En una realización preferida del sistema, tanto
con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el bloque de medida de dimming está
implementado con componentes analógicos, digitales y/o mediante
bloques funcionales de programa o programas de software.
En otra realización preferida del sistema, tanto
con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el bloque selector de corriente está
implementado con componentes analógicos, digitales y/o mediante
bloques funcionales de programa o programas de software.
En otra realización preferida del sistema, tanto
con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el usuario accede al bloque selector de
corriente manualmente o mediante comandos emitidos a través de redes
de comunicaciones.
En una realización específica del sistema, tanto
con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el bloque generador de referencia de
corriente está implementado con componentes analógicos, circuitos
integrados específicos, componentes digitales y/o mediante bloques
funcionales de programa o programas de software.
En otra realización específica del sistema,
tanto con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el bloque regulador que implementa el lazo
de control en cadena cerrada es analógico.
En otra realización específica del sistema,
tanto con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el bloque regulador que implementa el lazo
de control en cadena cerrada es digital.
En otra realización específica del sistema,
tanto con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, la lámpara de estado sólido se alimenta
mediante una onda de corriente cuadrada con ancho de pulso
modificable, cuyo valor mínimo es nulo y cuyo valor de pico es un
parámetro de diseño del sistema no seleccionable por el
usuario.
En una realización preferida del sistema, tanto
con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el valor medio de la onda de corriente que
alimenta la lámpara de estado sólido es proporcional al tiempo en el
que su valor no es nulo en relación con el periodo de conmutación de
dimming.
En otra realización preferida del sistema, tanto
con el bloque divisor de frecuencia o el bloque selector de
corriente como sin ellos, el valor de pico de la corriente de salida
se mantiene constante independientemente del ciclo de trabajo de
dimming empleado, mediante la compensación del valor de pico de
corriente de salida modificando, por medio del bloque generador de
referencia de corriente, la referencia de corriente del convertidor
de potencia conmutado.
La onda de corriente demandada de la red
eléctrica por el convertidor cuando se halla operando en modo de
atenuación de flujo luminoso o dimming conserva la forma de la onda
de corriente de alterna del funcionamiento normal, aunque con un
valor eficaz proporcional a la atenuación de flujo luminoso
realizada. Este sistema se aprovecha de la lentitud de los
convertidores conmutando la lámpara, es decir, abriendo y cerrando
el circuito de la carga, a una frecuencia tal que el sistema en lazo
cerrado no es capaz de responder a tales perturbaciones,
percibiendo únicamente una disminución del valor medio de la
corriente de salida que se trata de compensar aumentando el valor de
pico, motivo por el cual la referencia de corriente debe ser
modificada. La frecuencia de conmutación de dimming debe ser muy
superior a la frecuencia de cruce de ganancia en lazo abierto,
ofreciendo un funcionamiento óptimo en cuanto a forma de onda cuando
la frecuencia de conmutación y la de dimming son coincidentes y
además, están sincronizadas. De esta forma, se solventa el principal
problema de los convertidores de corrección de factor de potencia y
de convertidores de dinámica lenta en general, que no es otro que su
lenta dinámica, o pequeño ancho de banda, que impiden la aplicación
de las tres técnicas de dimming habitualmente empleadas y recogidas
en el estado del arte, como son el dimming por Enable, dimming en
serie y dimming en paralelo. Sin la aplicación del sistema
propuesto por la invención, el dimming por Enable debería realizarse
a frecuencias inferiores a 200 Hz, con lo que el ojo percibiría el
parpadeo de la lámpara; en caso de aplicar dimming en serie, se
generaría la circulación de picos elevados de corriente por los
diodos emisores de luz integrantes de la lámpara, además de provocar
la oscilación del regulador conllevando un gran riesgo de
destrucción de las distintas partes de la luminaria; y en el caso
del dimming en paralelo, se provocarían grandes fluctuaciones de
tensión en la carga y la circulación de corrientes elevadas en el
transistor de dimming debido a dicho efecto, conllevando también un
serio riesgo de destrucción de las distintas partes de la
luminaria.
El sistema de regulación de flujo luminoso
propuesto debe realizar varias funciones debido a las singulares
características de funcionamiento derivadas de la actuación sobre la
carga a una frecuencia muy superior a la que el convertidor es capaz
de responder. De esta forma, el sistema de control realiza las
siguientes funciones: a) efectuar el encendido y apagado de la
lámpara de estado sólido; b) medir la corriente circulante por la
lámpara de estado sólido; c) generar los pulsos de gobierno del
dispositivo de dimming; d) seleccionar y medir el nivel de dimming
de funcionamiento; e) seleccionar el nivel de corriente de pico de
funcionamiento; f) generar una señal de referencia que compense la
disminución del valor medio de corriente medido en funcionamiento de
dimming; g) generar una señal de error que se aplique a un lazo de
regulación tradicional en modo de corriente media o cualquier otro
sistema de control en corriente, tal como el control por corriente
de pico o incluso sistemas de regulación en corriente con frecuencia
variable.
El funcionamiento del sistema de dimming PWM en
serie propuesto en la invención es como sigue para la versión que
permite la selección del nivel de corriente de salida, descrita
anteriormente, tanto con control en modo tensión o corriente media,
como para control por corriente de pico. En el supuesto de
funcionamiento en modo dimming, el interruptor auxiliar conmuta la
lámpara de estado sólido a alta frecuencia, realizando dimming PWM,
es decir, forzando a que la corriente que circula a través de la
lámpara de estado sólido consista en una onda cuadrada cuyo valor
mínimo sea nulo, su valor de pico sea seleccionable y modificable
por el usuario, y su valor medio dependa del ancho de pulso, es
decir, de la proporción en la que la corriente es no nula frente al
periodo total de conmutación de dimming, parámetro seleccionable y
modificable por el usuario. El bloque de medida de corriente procesa
la corriente de salida para enviar la información obtenida al bloque
regulador.
Por su parte, en cuanto a la versión con nivel
de corriente de pico fijo, como la mostrada en la Fig. 1B donde el
sistema no comprende el bloque selector de corriente, el
funcionamiento es similar a lo anteriormente descrito para la
versión con valor de pico modificable para ambos sistemas de control
contemplados: por teoría clásica de control y para control por
corriente de pico. En funcionamiento con dimming, el interruptor
auxiliar conmuta la lámpara de estado sólido a alta frecuencia,
realizando dimming PWM, es decir, forzando a que la corriente que
circula a través de la lámpara de estado sólido consista en una onda
cuadrada cuyo valor mínimo sea nulo, su valor de pico se mantenga
constante e igual a las especificaciones de diseño y su valor medio
dependa del ancho de pulso, es decir, de la proporción en la que la
corriente es no nula frente al periodo total de conmutación de
dimming, parámetro seleccionable y modificable por el usuario. El
bloque de medida de corriente procesa la corriente de salida para
enviar la información obtenida al bloque regulador.
Se da el hecho de que debido a la alta
frecuencia a la que se realiza el dimming, aplicado a un convertidor
de dinámica lenta, el bloque regulador solamente puede actuar sobre
el valor medio de la señal realimentada por el bloque de medida, que
se corresponde con el valor medio de la corriente de salida.
Existen dos supuestos casos en función de la configuración del
sistema de regulación de flujo luminoso:
- a)
- Si el bloque de medida de corriente incorpora dinámica, es decir, realiza un filtrado de la corriente de salida, se realimenta el valor medio de ésta al bloque regulador.
- b)
- Si el bloque de medida de corriente no incorpora dinámica, es decir, si transmite la información al bloque regulador fielmente a como la recibe, la disposición de polos y ceros del bloque regulador, que conlleva una dinámica extremadamente lenta -tanto en el caso de control por corriente promediada, como en el caso de control por corriente de pico, en cuyo caso el lazo de regulación externo es el contemplado en esta invención- provoca la imposibilidad del bloque regulador a actuar a la frecuencia de dimming, actuando únicamente ante las variaciones en el nivel medio de la corriente de salida.
En caso de incorporarse un bloque de medida de
corriente con dinámica, la frecuencia de dimming puede ser inferior
al caso de no disponer dinámica en dicho bloque, ya que se
realimenta el valor medio de corriente por la carga, actuando sobre
él, en lugar de realizar el dimming a una frecuencia a la que el
lazo de regulación no es capaz de responder. Sin embargo, la lenta
dinámica necesaria para el primer caso puede conllevar a
inestabilidades en lazo cerrado o complicaciones añadidas en el
diseño del regulador.
En ambos casos, el bloque regulador actúa
aumentando la corriente de salida con el objetivo de igualar el
valor de corriente media medido por el bloque de medida de corriente
con la referencia original, siendo el resultado un aumento del valor
de pico que deberá ser compensado en etapas posteriores del lazo de
regulación de dimming mediante una disminución de la referencia de
nivel de corriente de pico de salida.
En la versión de la invención que permite la
modificación del nivel de pico de corriente, como la mostrada en la
Fig. 1A, dicha compensación se realiza mediante el bloque generador
de referencia de corriente, multiplicando el valor de referencia de
corriente y el nivel de dimming seleccionados por el usuario,
generando de esta forma la interna de corriente que se aplicará al
bloque regulador.
Por su parte, en la versión con nivel de pico de
corriente fijo, como la mostrada en la Fig. 1B, dicha compensación
se realiza mediante el bloque generador de referencia de corriente,
multiplicando el nivel de dimming seleccionado por el usuario por
una ganancia predefinida en el diseño, de forma que la referencia
de corriente generada se corresponda con el valor de corriente de
pico de salida deseado.
En ambas versiones de la invención, el nivel de
dimming es seleccionado por el usuario mediante el bloque selector
de nivel de dimming. La frecuencia de dimming está definida por el
bloque generador de pulsos para dimming, que actúa como divisor de
frecuencia de la señal de alta frecuencia generada por el bloque
oscilador principal, siendo la frecuencia de dimming muy superior a
la frecuencia de cruce de ganancia del convertidor en lazo abierto.
Posteriormente, la señal de dimming PWM es aplicada al driver del
interruptor auxiliar para que éste conmute la lámpara de estado
sólido. Dicho driver es prescindible en caso de emplear los
componentes adecuados. La señal de gobierno del interruptor auxiliar
se caracteriza por el ancho de pulso variable, que determina el
nivel de atenuación de la luminosidad de la lámpara de estado sólido
según el nivel de atenuación introducido por el usuario.
Esta invención resulta aplicable tanto a
convertidores controlados por corriente promediada, donde el propio
lazo de control es modificado según lo expuesto, como a
convertidores controlados por corriente de pico, en donde es el lazo
de regulación externo el modificado según lo contemplado en la
presente invención, considerándose el lazo de regulación interno
como un aspecto interno del convertidor, considerados el mismo
bloque genérico.
La invención presenta importantes ventajas
respecto a las técnicas de dimming más habituales comentadas en el
estado del arte. En primer lugar, la posibilidad de aplicar la
invención a convertidores con corrección de factor de potencia de
una sola etapa permite construir balastos electrónicos, o
convertidores de potencia, con un reducido número de componentes,
pues es posible procesar potencia para realizar corrección de factor
de potencia con tan sólo un interruptor activo, un transformador, un
diodo y un condensador electrolítico, que se correspondería con un
convertidor Flyback, apenas complicando el circuito de control. De
esta forma se evita el desarrollo de convertidores de dos etapas, en
las cuales una de ellas realiza la corrección del factor de
potencia y la etapa subsiguiente, dispuesta en cascada, procesa la
potencia y realiza el dimming, que son mucho más voluminosos,
pesados y caros que los convertidores de una sola etapa, y presentan
peor rendimiento al procesar la energía dos veces por cada ciclo de
conmutación.
Otra de las ventajas de la atenuación o dimming
a alta frecuencia consiste en la eliminación del parpadeo visible,
o flickering, perceptible con ciertas técnicas de dimming a baja
frecuencia y que puede resultar especialmente molesto para un
determinado porcentaje de la población o puede plantear problemas
con sistemas de captación de imágenes, tales como cámaras de
televisión o vídeo.
Se añade a su vez la eliminación de emisiones en
el espectro audible por el ser humano (entre 20 Hz y 20 kHz) en caso
de seleccionar frecuencias de dimming superiores al límite superior
audible.
El campo de aplicación de la presente invención
es el correspondiente a todo tipo de sistemas de regulación de la
iluminación artificial basada en lámparas de diodos emisores de luz,
ya sean diodos LED, OLED o PLED.
El sistema de dimming propuesto puede emplearse
para la alimentación desde cualquier red eléctrica de lámparas para
sistemas de iluminación general, tanto de interior como de exterior,
iluminación industrial, ambiental, alumbrado público, estudios
fotográficos, de televisión, instalaciones deportivas, aplicaciones
domésticas, etc. También puede emplearse con alimentación desde
redes de corriente continua.
Por su aplicabilidad a convertidores de una sola
etapa, resulta muy indicado para incorporarse en luminarias de
reducido tamaño en las que sea necesario regular la emisión de flujo
luminoso, o en aquellas en las que las restricciones estéticas o de
diseño impongan el pequeño tamaño del balasto.
Por otra parte, y puesto que se puede adaptar a
cualquier convertidor electrónico, resulta aplicable a todo el rango
de potencias que se maneja en iluminación de estado sólido.
La Fig. 1 representa el esquema, en diagrama de
bloques, del sistema de dimming objeto de la invención. La Fig. 1A
representa una de las versiones propuestas, en la que se permite
seleccionar el nivel de corriente de pico, mientras que la Fig. 1B
representa la versión en la que el nivel de corriente de pico se
encuentra predefinido y no es modificable.
En la Fig. 1A se representa, a nivel de bloques,
el circuito necesario para realizar dimming PWM con la posibilidad
de seleccionar el nivel de corriente de pico de salida, integrado
por el interruptor auxiliar (11) y su driver (17); el convertidor de
potencia conmutado (1), considerando también el condensador de bus
o salida (9); la lámpara de estado sólido (10); el conexionado
principal del convertidor a la red eléctrica, constituida por fase
(F) y neutro (N) para la red de alterna, y alimentación positiva (+)
y negativa (-) para buses de continua, consistente en el filtro EMI
constituido por los condensadores (2) y (4) y la bobina (3), y los
diodos (5), (6), (7) y (8) en los que consiste el puente
rectificador de onda completa; los bloques necesarios para la
regulación del convertidor, consistentes en el bloque de medida de
corriente (12), el bloque oscilador principal (13) y el bloque
regulador (19); y los bloques correspondientes al sistema de control
necesario para realizar el dimming y la compensación, constituido
por el bloque divisor de frecuencia (14), el bloque selector de
nivel de dimming (15) que permite la selección del nivel de dimming,
V_{REF-DIM}, el bloque generador de pulsos PWM
para dimming (16), el bloque de medida de dimming (18), el bloque
selector de corriente (21) que permite la selección del nivel de
corriente, V_{REF-PK} y el bloque generador de
referencia de corriente (20) que genera la referencia de corriente
en forma de nivel de tensión V_{REF} multiplicando el nivel de
referencia de dimming y el nivel de referencia de corriente de pico
deseados. En esta figura, en el interruptor auxiliar (11), G, D y S
representan el terminal de control, el terminal activo de entrada de
corriente y el terminal activo de salida de corriente,
respectivamente, coincidentes con la puerta, el drenador y la fuente
de un transistor MOSFET.
En la Figura 1B, por su parte, se representa a
nivel de bloques el circuito necesario para realizar dimming con el
valor de corriente de pico predefinido en el diseño, integrado por
el interruptor auxiliar (11) y su driver (17); el convertidor de
potencia conmutado (1), considerando también el condensador de bus o
salida (9); la lámpara de estado sólido (10); el conexionado
principal del convertidor a la red eléctrica, constituida por fase
(F) y neutro (N) para la red de alterna, y alimentación positiva (+)
y negativa (-) para buses de continua, consistente en el filtro EMI
constituido por los condensadores (2) y (4) y la bobina (3), y los
diodos (5), (6), (7) y (8) en los que consiste el puente
rectificador de onda completa; los bloques necesarios para la
regulación del convertidor, consistentes en el bloque de medida de
corriente (12), el bloque oscilador principal (13) y el bloque
regulador (19); y los bloques correspondientes al sistema de
control necesario para realizar el dimming y la compensación,
constituido por el bloque divisor de frecuencia (14), el bloque
selector de nivel de dimming (15) que permite la selección del
nivel de dimming, V_{REF-DIM}, el bloque
generador de pulsos PWM para dimming (16), el bloque de medida de
dimming (18) y el bloque generador de referencia de corriente (20)
que genera la referencia de corriente en forma de nivel de tensión
V_{REF} aplicando una ganancia al nivel de referencia de dimming
deseado. En esta figura, en el interruptor auxiliar (11), G, D y S
representan el terminal de control, el terminal activo de entrada de
corriente y el terminal activo de salida de corriente,
respectivamente, coincidentes con la puerta, el drenador y la fuente
de un transistor MOSFET.
La Fig. 2 muestra las formas de onda de la
corriente de alimentación de la lámpara de estado sólido (10), tanto
en modo de operación nominal como en modo de operación dimming,
donde I_{PK} corresponde al nivel de pico de la corriente operando
en modo dimming, e I_{AVG} corresponde al nivel medio de la
corriente pulsada que circula a través de la lámpara de estado
sólido. En caso de funcionamiento en modo normal, es decir, sin
dimming, los valores de I_{PK} e I_{AVG} son coincidentes.
La Fig. 3 muestra un ejemplo de aplicación (no
limitativo) del sistema de dimming asociado a un convertidor Flyback
operando en Modo de Conducción Discontinuo para alimentar una carga
LED desde la red de energía alterna realizando corrección de factor
de potencia. Se muestra un convertidor Flyback (1) con un
transformador integrado por las bobinas acopladas primaria (22) y
secundaria (23), el condensador de bus (9), el transistor MOSFET
(24) y el diodo de secundario (25). Se muestra la conexión a la red
a través del filtro EMI, constituido por los condensadores (2) y (4)
y la bobina (3), y del rectificador de onda completa que comprende
los diodos (5), (6), (7) y (8). Se muestra asimismo la lámpara de
estado sólido (10), integrada por 60 diodos LED y un transistor
MOSFET como interruptor auxiliar (11) de dimming. Se muestra el
bloque de medida de corriente (12), integrado por la resistencia
sensora de corriente (26), en serie con la carga, y el montaje
amplificador constituido por el amplificador operacional (27) y las
resistencias (28), (29) y (30). Se muestra el bloque oscilador
principal (13), integrado en el circuito de control LM3524 (31)
empleado para el control de la topología, que presenta un oscilador
interno que fija la frecuencia de funcionamiento mediante la
resistencia (32) y el condensador (33). En este ejemplo de
aplicación se realiza el dimming a la misma frecuencia que la
conmutación del transistor MOSFET (24) del convertidor Flyback, por
lo que se muestra el bloque divisor de frecuencia (14) como un
bloque 1:1, siendo en la implementación práctica inexistente. Se
muestra el bloque selector de nivel de dimming (15), implementado
mediante un potenciómetro conectado entre alimentación y masa cuyo
terminal regulable proporciona una tensión de referencia,
V_{REF-DIM}. Se muestra el bloque generador de
pulsos PWM para dimming (16), consistente en un comparador. Se
muestra el driver (17) del interruptor auxiliar, consistente en las
resistencias (34), (35) y (36), el optoacoplador (37), el transistor
NPN (38) y el transistor PNP (39). Se muestra el bloque de medida de
nivel de dimming (18), implementado por el amplificador operacional
(40), las resistencias (41), (42) y (43) y el condensador (44). Se
muestra el bloque generador de referencia de corriente (20),
consistente en un multiplicador analógico AD633. Se muestra el
bloque selector de comente (21), implementado mediante un
potenciómetro conectado entre alimentación y masa, cuyo terminal
regulable proporciona una tensión de referencia,
V_{REF-PK}. Se muestra el bloque regulador (19),
integrado por el circuito integrado (31), la resistencia (45) y los
condensadores (46) y (47). Finalmente, considerado como parte
integrada en el convertidor Flyback (1), se muestra el driver de
gobierno del transistor MOSFET (24) del convertidor Flyback (1),
constituido por las resistencias (48) y (49), el transistor NPN (50)
y el transistor PNP (51).
Con el fin de facilitar la comprensión de la
presente invención, se expone un ejemplo práctico de aplicación
descrito en detalle, sin que tenga que entenderse con carácter
limitativo del alcance de la invención.
El ejemplo de aplicación se basa en el empleo de
un convertidor Flyback para alimentar una lámpara LED. Dicho
convertidor se conectó a la red de energía alterna, por lo que se
debía efectuar corrección del factor de potencia. Esto quiere decir
que la onda de corriente de entrada, es decir, la onda de corriente
que el balasto demanda de la red eléctrica debía satisfacer la norma
EN61000-3-2 en cuanto a componentes
armónicas. Por este motivo, el Flyback estaba planteado para
funcionar en Modo de Conducción Discontinuo (MCD) y, puesto que los
diodos LED son dispositivos controlados por corriente, el método de
control empleado fue el de corriente promediada, por su sencillez de
diseño, empleando un regulador PI con un polo adicional para
asegurar un comportamiento estable del convertidor sin error en
continua. Puesto que los convertidores correctores de factor de
potencia presentan componentes armónicas en la salida del doble de
frecuencia de red, se debe diseñar el condensador de salida, filtro
o bus para baja frecuencia, presentando por ello una dinámica lenta
en lazo abierto. Por este motivo, el regulador también debe
presentar un ancho de banda inferior al doble de la frecuencia de
red para evitar inestabilidades.
La lámpara LED estaba alimentada en un primer
lugar con corriente continua para a continuación ensayar el dimming
hasta una atenuación de 10 a 1. Esta aplicación práctica se
representa en la Fig. 3.
El convertidor Flyback (1), integrado por el
transistor MOSFET (24), el diodo de secundario (25), la bobinas
acopladas primaria (22) y secundaria (23) y el condensador de bus
(9), se alimentó desde la red de alterna, estando conectado a fase y
neutro por medio de un filtro EMI constituido por dos condensadores
(2) y (4) y una bobina (3), que actuaba como supresor de
interferencias de alta frecuencia cumpliendo con las
especificaciones de la norma EN55015 que se refiere a la
perturbación radioeléctrica de equipos de iluminación y similares, o
normativa equivalente en otros países. A continuación se dispuso un
rectificador formado por los diodos (5), (6), (7) y (8) con el fin
de obtener una tensión continua equivalente a la tensión alterna
rectificada sin regular. Los cátodos de los diodos (5) y (6) se
conectaron a uno de los terminales de la bobina primaria (22) del
Flyback, mientras que el ánodo de los diodos (7) y (8) estaba
conectado a la fuente del transistor MOSFET de canal N (24) del
convertidor Flyback (1). Por su parte, el drenador del transistor
MOSFET (24) se hallaba conectado al otro terminal de la bobina
primaria (22) del Flyback. La parte de salida del convertidor
Flyback estaba formada por la bobina secundaria (23). El terminal
de esta bobina secundaria correspondiente con el terminal de la
bobina primaria (22) conectado al cátodo de los diodos (5) y (6) se
conectaba a su vez al terminal negativo del condensador de salida
(9), cuyo terminal positivo estaba conectado al cátodo del diodo
(25), conectado al otro terminal activo de la bobina secundaria
(23) mediante el ánodo. Conectado al terminal positivo del
condensador de salida (9) y al cátodo del diodo (25) se hallaba el
terminal positivo de la lámpara LED (10), es decir, el ánodo del
primer LED de la lámpara. A su vez, el terminal negativo de la
lámpara LED (10), es decir, el cátodo del último diodo LED, se
conectó al drenador del interruptor auxiliar (11) MOSFET de dimming,
cuya fuente S estaba conectada a un terminal de la resistencia
sensora de corriente (26), representado como punto A en la Figura 3.
El otro terminal de la resistencia sensora de corriente (26) estaba
conectado con el terminal negativo del condensador de salida (9) y
con el terminal de la bobina secundaria (23) correspondiente al
terminal de la bobina primaria (22) conectado a los cátodos de los
diodos (5) y (6). En cuanto al sistema de control considerado
interno al convertidor Flyback (1), empleado, se tiene el generador
PWM incluido en el circuito de control LM3524 (31) y el driver del
transistor MOSFET (24) del convertidor Flyback (1) constituido por
las resistencias (48) y (49), el transistor NPN (50) y el transistor
PNP (51). Dicho driver de control del transistor MOSFET (24) del
convertidor Flyback (1) se hallaba configurado de la siguiente
forma: el terminal de salida de pulsos de control del circuito
regulador LM3524 (31) se hallaba conectado a un driver constituido
por las resistencias (48), (49), el transistor NPN (50) y el
transistor PNP (51) mencionados anteriormente, de modo que la
resistencia (48) se conectaba mediante un terminal a la
alimentación, mientras que el otro terminal estaba conectado a un
terminal de la resistencia (49). El otro terminal de dicha
resistencia (49) se conectó a la masa común del circuito de control.
El colector del transistor NPN (50) estaba conectado también a la
alimentación, mientras que su base y la base del transistor PNP
(514) se dispusieron conectadas al terminal intermedio del divisor
resistivo formado por las resistencias (48) y (49) y al terminal de
salida de pulsos de control del circuito de control LM3524 (31). El
emisor del transistor NPN (50) se conectó al emisor del transistor
PNP (51), cuyo colector estaba a su vez conectado a la masa común
del circuito de control. El emisor de ambos transistores se dispuso
conectado a la puerta del transistor MOSFET (24) del convertidor
Flyback (1), señalado en la Fig. 3 como punto G.
Con respecto al circuito de control, se dispuso
un bloque de medida de corriente (12) que consta de un sistema de
acondicionamiento y amplificación de la señal medida en la
resistencia sensora (26) integrado por el amplificador operacional
(27) en configuración no inversora y las resistencias (28), (29) y
(30), de las cuales la resistencia (28) es empleada para reducir el
error de desviación de continua. Este circuito de acondicionamiento
se conectó al terminal compartido por la fuente del interruptor
auxiliar (11) MOSFET de canal N de dimming y la resistencia sensora
de corriente (26), es decir, el punto A, mediante la resistencia
(28). A su vez, la salida del circuito de amplificación de la señal
medida en la resistencia sensora (26) se hallaba conectada a la
entrada inversora del comparador del circuito de control LM3524
(31). Dicho circuito de control LM3524 (31) estaba alimentado entre
la alimentación de control y masa. El bloque oscilador principal
(13) está constituido por el oscilador interno del circuito de
control LM3524 (31), la resistencia (32) y el condensador (3),
conectados entre masa y su respectiva entrada del circuito de
control LM3524 (31), y proporciona una señal triangular de alta
frecuencia. Por motivos de simplicidad, se empleó ésa misma señal
para realizar el dimming, prescindiendo por ello del bloque divisor
de frecuencia (14) en el prototipo, aunque para mejorar la
comprensión y mantener la coherencia con la numeración, se muestra
en la figura como un bloque con ganancia 1:1. Para realizar el
dimming se extrajo dicha señal de alta frecuencia del terminal del
condensador (33) que se hallaba conectado al circuito de control
LM3524 (31), llamado punto A, en la Figura 3. En consecuencia, la
frecuencia de conmutación y la de dimming en este ejemplo de
aplicación eran idénticas. El diseño del bloque regulador (19) se
correspondía con una estructura PI con un polo adicional para
asegurar una disposición de polos y ceros que permitiese el máximo
ancho de ] banda posible (cercano al doble de la frecuencia de red),
a la vez que mantuviese el margen de fase en valores elevados. Dicho
bloque regulador (19) estaba formado por la resistencia (45) y los
condensadores (46) y (47), estando la resistencia (45) y el
condensador (46) conectados en serie y a su vez, en paralelo con el
condensador (47). Dicha impedancia en paralelo estaba conectada
entre el terminal correspondiente del circuito de control LM3524
(31) y masa. El bloque generador de pulsos PWM para dimming (16)
estaba a su vez formado por un comparador LM393 que comparaba la
señal triangular de alta frecuencia extraída del punto A, conectada
a la entrada inversora del comparador LM393, con un nivel de
continua de referencia para el dimming,
V_{REF-DIM}, generado por el bloque selector de
nivel de dimming (15), constituido por un potenciómetro, uno de
cuyos terminales estaba conectado a alimentación, el otro terminal
a masa, y el terminal intermedio se conectaba a la entrada no
inversora del comparador LM393 para de esta forma generar el tren de
pulsos de gobierno del interruptor auxiliar (11) MOSFET de dimming,
G_{DIM}. Conectado con la salida del comparador LM393 se hallaba
el driver (17) del interruptor auxiliar (11) MOSFET de dimming,
consistente en una resistencia limitadora de corriente (34). Uno de
sus terminales estaba conectado a la salida del comparador LM393,
mientras que el otro terminal se hallaba conectado al ánodo del
diodo LED interno del optoacoplador (37) para aislar el gobierno del
interruptor auxiliar (11) MOSFET de dimming. El cátodo del diodo LED
interno del optoacoplador (37) se encontraba conectado a la masa
común del circuito de control.
Por la parte de salida, el emisor del
fototransistor interno del optoacoplador (37) se dispuso conectado a
una masa aislada, conectada a su vez con la fuente del interruptor
auxiliar (11) MOSFET de dimming, S, para aislar los pulsos de
gobierno de dicho componente y así evitar interferencias y
recirculaciones de corriente indeseadas a través de la resistencia
sensora de corriente (26). A su vez, el colector de dicho
fototransistor se encontraba conectado al punto medio de un divisor
resistivo formado por las resistencias (35) y (36) para polarizar
correctamente los transistores NPN (38) y PNP (39), constituyendo
todos estos componentes el driver (17) de gobierno del interruptor
auxiliar (11) MOSFET de dimming. Los restantes componentes del
driver (17) se hallaban configurados de la siguiente manera: las
bases de ambos transistores (38) y (39) se conectaron entre sí y a
su vez al punto medio del divisor resistivo formado por las
resistencias (35) y (36) y al colector del fototransistor interno
del optoacoplador (37). El colector del transistor NPN (38) se
hallaba conectado al terminal positivo de una fuente de alimentación
independiente y su emisor se encontraba conectado al emisor del
transistor PNP (39), cuyo colector estaba conectado a la masa
independiente. Los emisores de ambos transistores bipolares estaban
conectados a la puerta del interruptor auxiliar (11) MOSFET de
dimming, punto señalado como G_{D} en la Fig. 3.
En cuanto a la señal de referencia variable,
V_{REF}, ésta se generaba mediante el bloque generador de
referencia de corriente (20) de la siguiente manera: la salida del
comparador LM393 que configura el bloque generador de pulsos PWM
para dimming (16) se encontraba conectada también al bloque de
medida de dimming (18), consistente en un filtro en configuración
paso-bajo cuya función era extraer el valor medio
del tren de pulsos de gobierno del interruptor auxiliar (11) MOSFET
de dimming, G_{DIM}. Dicho bloque de medida de dimming (18) estaba
integrado por el amplificador operacional (40), las resistencias
(41), (42) y (43) y el condensador (44). La salida del bloque de
medida de nivel de dimming (18), señal DIM, se dispuso conectada a
uno de los terminales de entrada del bloque generador de referencia
de corriente (20), integrado por un multiplicador analógico AD633,
tal y como se muestra en la Fig. 3, mientras que el otro terminal de
entrada de dicho multiplicador analógico AD633 estaba conectado al
terminal intermedio del potenciómetro que constituía el bloque
selector de corriente (21), uno de cuyos terminales se conectó a
alimentación y el otro a masa. Este potenciómetro era el encargado
de seleccionar el nivel de corriente de pico mediante el nivel de
tensión en su terminal intermedio, V_{REF-PK}. El
terminal de salida del multiplicador analógico AD633 que constituía
el bloque generador de referencia de corriente (20) estaba conectado
a la entrada no inversora del comparador interno del circuito de
control LM3524 (31) empleado.
Claims (61)
1. Sistema de dimming PWM en serie para lámparas
de estado sólido, que comprende:
- -
- un convertidor de potencia conmutado (1), y un filtro EMI de entrada que a su vez comprende dos condensadores (2) y (4), una bobina (3), cuatro diodos del rectificador (5), (6), (7) y (8), y un condensador de bus o salida (9);
- -
- una lámpara de estado sólido (10);
- -
- un interruptor auxiliar (11) dispuesto en serie con la lámpara de estado sólido (10) mediante el que se realiza la función dimming;
- -
- un bloque de medida de corriente (12) para realizar la medida de la corriente que circula a través de la lámpara de estado sólido (10);
- -
- un bloque oscilador principal (13) que genera la señal de alta frecuencia que se emplea para el gobierno del transistor o transistores del convertidor de potencia conmutado (1);
- -
- un bloque divisor de frecuencia (14) que recibe la señal de alta frecuencia generada por el bloque oscilador principal (13) y divide la frecuencia de dicha señal para generar una nueva señal que, tras aplicarla al bloque generador de pulsos PWM para dimming (16), es empleada para realizar el dimming de la lámpara de estado sólido (10);
- -
- un bloque selector de nivel de dimming (15) que permite seleccionar el nivel de dimming;
- -
- un bloque generador de pulsos PWM para dimming (16) que genera la señal de dimming a partir de las señales provenientes del bloque selector de nivel de dimming (15) y del bloque oscilador principal (13);
- -
- un driver (17) del interruptor auxiliar (11) que transmite al interruptor auxiliar (11) la señal de dimming generada por el bloque generador de pulsos PWM para dimming (16);
- -
- un bloque de medida de dimming (18) que realiza la medida del nivel de dimming seleccionado por el usuario;
- -
- un bloque generador de referencia de corriente (20) que genera la referencia de corriente para el lazo de regulación de la luminaria en cadena cerrada a partir de la señal proveniente del bloque de medida de dimming (18);
- -
- un bloque regulador (19) que genera una señal de control a partir de la señal de error obtenida de restar la señal proveniente del bloque de medida de corriente (12) de la señal proveniente del bloque generador de referencia de corriente (20);
caracterizado porque la conmutación del
interruptor auxiliar (11), y en consecuencia, el dimming PWM, se
realiza a alta frecuencia y porque el convertidor de potencia
conmutado (1) es de dinámica lenta.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, caracterizado porque el convertidor de
potencia conmutado (1) es un convertidor AC/CC de una sola etapa con
un ancho de banda inferior a dos veces la frecuencia de red, o un
convertidor AC/CC integrado cuyo ancho de banda es al menos dos
décadas inferior a la frecuencia de conmutación, o un convertidor
AC/CC de dos etapas cuyo ancho de banda es al menos dos décadas
inferior a la frecuencia de conmutación, o un convertidor CC/CC cuyo
ancho de banda es al menos dos décadas inferior a la frecuencia de
conmutación.
3. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, caracterizado porque el convertidor de
potencia conmutado (1) funciona en modo tensión o en modo corriente,
conectado a la red de energía alterna o a buses de alimentación de
corriente continua, en cualquiera de los siguientes modos de
conducción: Modo de Conducción Continuo, Modo de Conducción
Discontinuo o en Modo de Conducción Frontera, a frecuencia fija o
variable.
4. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 3, caracterizado porque el convertidor de
potencia conmutado (1) funciona en modo corriente, e incorpora un
control por corriente media, con un solo lazo de regulación.
5. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 4, caracterizado porque la señal de control
proveniente del bloque regulador (19) es empleada para generar los
pulsos de gobierno del transistor principal del convertidor de
potencia conmutado (1), implementando de esta forma un sistema de
control en lazo cerrado en modo corriente media.
6. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 3, caracterizado porque el convertidor de
potencia conmutado (1) funciona en modo corriente e incorpora un
control por corriente de pico con un lazo de regulación externo y un
lazo de regulación interno.
7. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 6, caracterizado porque la señal de control
proveniente del bloque regulador (19) es empleada para generar una
señal de control que es complementada con la lectura de la corriente
de pico del transistor principal del convertidor de potencia
conmutado (1), implementando así un esquema de control por corriente
de pico, donde el bloque regulador (19) representa el regulador del
lazo externo de control, considerando el lazo interno de control
como interno al convertidor de potencia conmutado (1).
8. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, caracterizado porque la lámpara de estado
sólido (10) es al menos un LED, un OLED o un PLED.
9. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 8, caracterizado porque la lámpara de estado
sólido (10) comprende unos medios de disipación de calor por
convección natural o forzada.
10. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, caracterizado porque el bloque de medida de
corriente (12) realiza el filtrado de las componentes de alta
frecuencia de la corriente de salida que se realimenta al bloque
regulador (19).
11. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 10, caracterizado porque ejecuta dimming en
serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la frecuencia
de conmutación del convertidor de potencia conmutado (1), de forma
que el bloque regulador (19) actúa sobre el valor medio de la
corriente pulsada modificable mediante el ciclo de trabajo del
dimming.
12. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, en el que el bloque de medida de corriente (12)
transmite fielmente la corriente de salida al bloque regulador.
13. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 12, caracterizado porque ejecuta dimming en
serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la frecuencia
de conmutación del convertidor de potencia conmutado (1), de forma
que la corriente pulsante es interpretada como perturbaciones de
alta frecuencia y filtrada por el lazo de regulación en cadena
cerrada.
14. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, caracterizado porque el bloque divisor de
frecuencia (14) divide por la unidad para realizar el dimming de la
lámpara de estado sólido (10) a la misma frecuencia que la
frecuencia de conmutación del transistor o transistores principales
del convertidor de potencia conmutado (1), o divide por valores
mayores a la unidad para realizar el dimming de la lámpara de estado
sólido (10) a frecuencias inferiores a la frecuencia de conmutación
del transistor o transistores principales del convertidor de
potencia conmutado (1).
15. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 14, caracterizado porque el bloque divisor de
frecuencia (14) está implementado con componentes analógicos,
digitales y/o mediante bloques funcionales de programa o programas
de software.
16. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 14, que además comprende un bloque selector de
corriente (21) mediante el cual el usuario selecciona el nivel de
corriente continua en modo de funcionamiento normal, y el nivel de
pico en modo de funcionamiento dimming.
17. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 16, caracterizado porque el bloque selector de
nivel de dimming (15) está implementado con componentes analógicos,
digitales y/o mediante bloques funcionales de programa o programas
de software.
18. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 16, caracterizado porque el usuario accede al
bloque selector de nivel de dimming (15) manualmente o mediante
comandos emitidos a través de redes de comunicaciones.
19. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 16, caracterizado porque alimenta la lámpara
de estado sólido mediante una onda de corriente cuadrada con ancho
de pulso modificable, cuyo valor mínimo es nulo y cuyo valor de pico
es seleccionable por el usuario.
20. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 16, caracterizado porque el bloque generador
de referencia de corriente (20) genera la referencia de corriente
para el lazo de regulación en cadena cerrada a partir de las señales
provenientes del bloque de medida de dimming (18) y del bloque
selector de corriente (21).
21. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 14, caracterizado porque el convertidor de
potencia conmutado (1) funciona en modo tensión o en modo corriente,
conectado a la red de energía alterna o a buses de alimentación de
corriente continua, en cualquiera de los siguientes modos de
conducción: Modo de Conducción Continuo, Modo de Conducción
Discontinuo o en Modo de Conducción Frontera, a frecuencia fija o
variable.
22. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 21, caracterizado porque el convertidor de
potencia conmutado (1) funciona en modo corriente e incorpora un
control por corriente media, con un solo lazo de regulación.
23. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 22, caracterizado porque la señal de control
proveniente del bloque regulador (19) es empleada para generar los
pulsos de gobierno del transistor principal del convertidor de
potencia conmutado (1), implementando de esta forma un sistema de
control en lazo cerrado en modo corriente media.
24. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 21, caracterizado porque el convertidor de
potencia conmutado (1) funciona en modo corriente e incorpora un
control por corriente de pico con un lazo de regulación externo y un
lazo de regulación interno.
25. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 24, caracterizado porque la señal de control
proveniente del bloque regulador (19) es empleada para generar una
señal de control que es complementada con la lectura de la corriente
de pico del transistor principal del convertidor de potencia
conmutado (1), implementando así un esquema de control por corriente
de pico, donde el bloque regulador (19) representa el regulador del
lazo externo de control, considerando el lazo interno de control
como interno al convertidor de potencia conmutado (1).
26. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 14, caracterizado porque la lámpara de estado
sólido (10) es al menos un LED, un OLED o un PLED.
27. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 26, caracterizado porque la lámpara de estado
sólido (10) comprende unos medios de disipación de calor por
convección natural o forzada.
28. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 14, caracterizado porque el bloque de medida
de corriente (12) realiza el filtrado de las componentes de alta
frecuencia de la corriente de salida que se realimenta al bloque
regulador (19).
29. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 28 caracterizado porque ejecuta dimming en
serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la frecuencia
de conmutación del convertidor de potencia conmutado (1), de forma
que el bloque regulador (19) actúa sobre el valor medio de la
corriente pulsada modificable mediante el ciclo de trabajo del
dimming.
30. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 14 en el que el bloque de medida de corriente (12)
transmite fielmente la corriente de salida al bloque regulador.
31. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 30, caracterizado porque ejecuta dimming en
serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la frecuencia
de conmutación del convertidor de potencia conmutado (1), de forma
que la corriente pulsante es interpretada como perturbaciones de
alta frecuencia y filtrada por el lazo de regulación en cadena
cerrada.
32. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, que además comprende un bloque selector de
corriente (21) mediante el cual el usuario selecciona el nivel de
corriente continua en modo de funcionamiento normal y el nivel de
pico en modo de funcionamiento dimming.
33. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 32, caracterizado porque el bloque selector de
nivel de dimming (15) está implementado con componentes analógicos,
digitales y/o mediante bloques funcionales de programa o programas
de software.
34. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 32, caracterizado porque el usuario accede al
bloque selector de nivel de dimming (15) manualmente o mediante
comandos emitidos a través de redes de comunicaciones.
35. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 32, caracterizado porque alimenta la lámpara
de estado sólido mediante una onda de corriente cuadrada con ancho
de pulso modificable, cuyo valor mínimo es nulo y cuyo valor de pico
es seleccionable por el usuario.
36. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 32, caracterizado porque el bloque generador
de referencia de corriente (20) genera la referencia de corriente
para el lazo de regulación en cadena cerrada a partir de las señales
provenientes del bloque de medida de dimming (18) y del bloque
selector de corriente (21).
37. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 32, caracterizado porque el convertidor de
potencia conmutado (1) funciona en modo tensión o en modo corriente,
conectado a la red de energía alterna o a buses de alimentación de
corriente continua, en cualquiera de los siguientes modos de
conducción: Modo de Conducción Continuo, Modo de Conducción
Discontinuo o en Modo de Conducción Frontera, a frecuencia fija o
variable.
\newpage
38. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 37, caracterizado porque el convertidor de
potencia conmutado (1) funciona en modo corriente e incorpora un
control por corriente media, con un solo lazo de regulación.
39. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 38, caracterizado porque la señal de control
proveniente del bloque regulador (19) es empleada para generar los
pulsos de gobierno del transistor principal del convertidor de
potencia conmutado (1), implementando de esta forma un sistema de
control en lazo cerrado en modo corriente media.
40. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 37, caracterizado porque el convertidor de
potencia conmutado (1) funciona en modo corriente e incorpora un
control por corriente de pico con un lazo de regulación externo y un
lazo de regulación interno.
41. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 40, caracterizado porque la señal de control
proveniente del bloque regulador (19) es empleada para generar una
señal de control que es complementada con la lectura de la corriente
de pico del transistor principal del convertidor de potencia
conmutado (1), implementando así un esquema de control por corriente
de pico, donde el bloque regulador (19) representa el regulador del
lazo externo de control, considerando el lazo interno de control
como interno al convertidor de potencia conmutado (1).
42. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 32, caracterizado porque la lámpara de estado
sólido (10) es al menos un LED, un OLED o un PLED.
43. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 42, caracterizado porque la lámpara de estado
sólido (10) comprende unos medios de disipación de calor por
convección natural o forzada.
44. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 32 caracterizado porque el bloque de medida de
corriente (12) realiza el filtrado de las componentes de alta
frecuencia de la corriente de salida que se realimenta al bloque
regulador (19).
45. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 44, caracterizado porque ejecuta dimming en
serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la frecuencia
de conmutación del convertidor de potencia conmutado (1), de forma
que el bloque regulador (19) actúa sobre el valor medio de la
corriente pulsada modificable mediante el ciclo de trabajo del
dimming.
46. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 32 en el que el bloque de medida de corriente (12)
transmite fielmente la corriente de salida al bloque regulador.
47. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 46, caracterizado porque ejecuta dimming en
serie a una frecuencia del mismo orden de magnitud que la frecuencia
de conmutación del convertidor de potencia conmutado (1), de forma
que la corriente pulsante es interpretada como perturbaciones de
alta frecuencia y filtrada por el lazo de regulación en cadena
cerrada.
48. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el
interruptor auxiliar (11) es un transistor bipolar, MOSFET o IGBT,
con su terminal activo de entrada conectado al cátodo del último
diodo de la lámpara de estado sólido (10), con su terminal activo de
salida conectado al terminal de entrada del bloque de medida de
corriente (12), y cuyo terminal de control recibe, a través de un
driver (17), la señal de dimming generada en el bloque generador de
pulsos PWM para dimming (16).
49. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el bloque de
medida de corriente (12) está implementado con componentes
analógicos, digitales y/o mediante bloques funcionales de programa o
programas de software.
50. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el bloque
oscilador principal (13) está implementado con componentes
analógicos, digitales y/o mediante bloques funcionales de programa o
programas de software.
51. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el bloque
generador de pulsos PWM para dimming (16) está implementado con
componentes analógicos, digitales y/o mediante bloques funcionales
de programa o programas de software.
52. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el driver
(17) de gobierno del interruptor auxiliar (11) está constituido por
componentes discretos o circuitos integrados específicos.
53. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el bloque de
medida de dimming (18) está implementado con componentes analógicos,
digitales y/o mediante bloques funcionales de programa o programas
de software.
\newpage
54. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, en el que el bloque selector de corriente
(21) está implementado con componentes analógicos, digitales y/o
mediante bloques funcionales de programa o programas de
software.
55. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque que el
usuario accede al bloque selector de corriente (21) manualmente o
mediante comandos emitidos a través de redes de comunicaciones.
56. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el bloque
generador de referencia de corriente (20) está implementado con
componentes analógicos, circuitos integrados específicos,
componentes digitales y/o mediante bloques funcionales de programa o
programas de software.
57. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el bloque
regulador (19) que implementa el lazo de control en cadena cerrada
es analógico.
58. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el bloque
regulador (19) que implementa el lazo de control en cadena cerrada
es digital.
59. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque la lámpara de
estado sólido (10) se alimenta mediante una onda de corriente
cuadrada con ancho de pulso modificable, cuyo valor mínimo es nulo y
cuyo valor de pico es un parámetro de diseño del sistema no
seleccionable por el usuario.
60. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el valor
medio de la onda de corriente que alimenta la lámpara de estado
sólido (10) es proporcional al tiempo en el que su valor no es nulo
en relación con el periodo de conmutación de dimming.
61. Un sistema de dimming PWM en serie según la
reivindicación 1, 14 ó 32, caracterizado porque el valor de
pico de la corriente de salida se mantiene constante
independientemente del ciclo de trabajo de dimming empleado mediante
la compensación del valor de pico de corriente de salida
modificando, por medio del bloque generador de referencia de
corriente (20), la referencia de corriente del convertidor de
potencia conmutado (1).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES201000223A ES2364308B2 (es) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Sistema de dimming pwm en serie a alta frefuencia para aplicación en convertidores de din�?mica lenta para l�?mparas de estado sólido. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201000223A ES2364308B2 (es) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Sistema de dimming pwm en serie a alta frefuencia para aplicación en convertidores de din�?mica lenta para l�?mparas de estado sólido. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| ES2364308B2 ES2364308B2 (es) | 2012-03-13 |
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ID=44454528
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| ES201000223A Active ES2364308B2 (es) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Sistema de dimming pwm en serie a alta frefuencia para aplicación en convertidores de din�?mica lenta para l�?mparas de estado sólido. |
Country Status (1)
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|---|---|
| ES (1) | ES2364308B2 (es) |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3017663B1 (en) * | 2013-07-01 | 2021-03-31 | Ideal Industries Lighting LLC | Led driver with linearly controlled driving current |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2364308B2 (es) | 2012-03-13 |
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Legal Events
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