ES3015678T3

ES3015678T3 - A lighting control circuit, lighting installation and method

Info

Publication number: ES3015678T3
Application number: ES18849793T
Authority: ES
Inventors: Donat Majewski; Shane Majewski
Original assignee: TRESTOTO Pty Ltd
Current assignee: TRESTOTO Pty Ltd
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2025-05-07
Anticipated expiration: 2038-08-28
Also published as: AU2018326288B2; JP2020533774A; US20200292161A1; PE20200671A1; KR20200083966A; AU2020201944A1; PL3677096T3; JP7333322B2; CO2020001996A2; BR112020004214A2; EP3677096B1; PH12020500401A1; CA3074242A1; EP3677096A4; KR102914373B1; WO2019040978A1; EP3677096C0; MX2020002129A; CN111096076A; MY202500A

Abstract

La presente invención describe una instalación de iluminación con una lámpara LED (19), normalmente compuesta por una cadena en serie de LED individuales (18), alimentada por un rectificador (20, 200). Un circuito de control (23, 23 y C1) se interpone entre el rectificador y la fuente de alimentación de CA que lo alimenta. Se describen diversos circuitos para filtrado, control del factor de potencia, funcionamiento multifásico y regulación de la intensidad, por ejemplo, mediante conmutación de fase. En particular, el control realizado por el circuito de control se realiza en el lado de CA del rectificador. También se describe el circuito de control propiamente dicho y un método para convertir una instalación de lámpara de descarga de alta intensidad (HID) en una instalación de diodos emisores de luz (LED). El circuito de control puede consistir en un inductor, un inductor y un condensador en serie, un inductor shunt, un transformador de reactancia de fugas, un transformador de corriente constante, un autotransformador, un transformador de aislamiento o un transformador ferroresonante. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Circuito de control de iluminación, instalación de iluminación y método

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la iluminación y, en particular, a la iluminación exterior tal como la iluminación de calles o la iluminación de estadios. La presente invención también se refiere a la iluminación interior (tal como en estancias de techo alto). Hasta ahora, tal iluminación se ha proporcionado por medio de lámparas de descarga de alta intensidad (HID).

Técnica anterior

Las lámparas HID son esencialmente dispositivos de CA y tienen una característica de resistencia negativa. Como consecuencia, se suministra energía mediante una red de alimentación de CA y se conecta un balasto o bobina de choque en serie con la lámpara para evitar daños a la lámpara por corrientes excesivas. Una lámpara HID típica tal como un haluro metálico de 1000 W tiene una tensión de encendido de 750 V de pico, una tensión de funcionamiento de 260 V y una corriente de funcionamiento de 4A que proporciona una potencia de lámpara de aproximadamente 1000 W y una salida de luz de 100.000 lúmenes.

En los últimos años, las lámparas que tienen uno o más diodos emisores de luz (LED) han sustituido a las lámparas de filamento y a las lámparas de descarga de baja intensidad, tales como las lámparas fluorescentes. A medida que ha aumentado la capacidad de alimentación de tales LED, los LED han llegado a usarse en iluminación exterior tal como iluminación de calles e iluminación de estadios donde se requieren potencias considerables (por ejemplo, superiores a 1 kW).

Claramente, como implica la palabra "diodo", los LED son dispositivos de CC (o corriente unidireccional). Además, un LED tiene una característica de resistencia positiva (en donde la resistencia varía con la corriente que fluye a través del LED). Como dispositivos de CC, donde los LED se alimentan desde la red de CA, normalmente hay un rectificador de alguna tipología alimentado por la red y los LED (junto con sus controladores o circuitos de control) son alimentados por la salida del rectificador. Como consecuencia, los circuitos de control de CC para lámparas de LED son completamente diferentes de los circuitos de control de CA para lámparas HID.

Un ejemplo de un LED de alta potencia tiene una tensión nominal de 6 V y requiere una corriente nominal de 2,1 A. Sin embargo, el LED puede tener una corriente de hasta 4,8 A. Un portalámparas LED puede incluir típicamente 24 de tales LED conectados en serie. Tal portalámparas de LED tiene una tensión de funcionamiento de 150 V y una corriente de funcionamiento nominal de 2,1 A que proporciona una potencia de lámpara de aproximadamente 315 W y una salida de luz de 30.000 lúmenes. En algunos casos, los LED adaptados se conectan en paralelo, en cuyo caso se comparte la corriente total.

Otro ejemplo de un LED de alta potencia tiene 36 LED en una cadena, tiene un voltaje nominal de 225 V, una corriente nominal de 2,1 A, una potencia nominal de 475 W y una salida de luz de 45.000 lúmenes.

Normalmente, se requiere un circuito de control en forma de un controlador electrónico de algún tipo (ya sea un circuito de corriente constante y/o un circuito de tensión constante) para mantener la corriente de LED dentro de sus límites nominales. Este circuito de control está conectado entre el rectificador y los LED y en su forma más sencilla comprende una única resistencia. Además, la salida del rectificador puede tener una ondulación inaceptable y, por lo tanto, un se puede conectar filtro que incluye uno o más condensadores entre el rectificador y el LED.

Cuando se requiere alguna función de control adicional, tal como atenuación, entonces esto se lleva a cabo mediante un circuito de control conectado entre el rectificador y los LED. Por ejemplo, la modulación por ancho de pulso (PWM) se utiliza a menudo para controlar la intensidad de luz de los LED. De este modo, un circuito de control en forma de modulador PWM está conectado entre el rectificador y los LED.

Un problema particular con la técnica anterior mencionada anteriormente es que los controladores o circuitos de control incluyen normalmente uno o más condensadores electrolíticos que tienen altos niveles de capacitancia. Esto tiene como consecuencia corrientes transitorias iniciales muy altas al arrancar, ya que el condensador(s) requiere grandes cantidades de carga para alcanzar su tensión de funcionamiento. Se han descrito nuevas búsquedas de la técnica anterior llevadas a cabo después de la concepción de la presente invención en la Patente de Estados Unidos N° 9, 497, 811 (Schijffelen) que es ilustrativa de esta técnica anterior. Todo el control se lleva a cabo entre el rectificador y la cadena de LED.

Además, los semiconductores de alta tensión son muy caros. En consecuencia, los diseñadores a menudo se ven obligados por razones económicas a usar múltiples sistemas de controlador que incorporan semiconductores de menor voltaje y menos caros. Los sistemas de controlador múltiple significan más cables de control y más complejidad con una mayor probabilidad de fallo del circuito en servicio.

El documento D1 US 2005/0030192 de Weaver describe un sistema de suministro de energía para iluminación de aeródromo de LED donde los LED se alimentan con una corriente de CC modulada por ancho de pulso que se controla mediante un circuito de control de CC (reguladores 430A y 430B de corriente de conmutación) para variar la intensidad de los LED. Se usa un circuito de CA que incluye un transformador ferrorresonante 415 para suministrar un voltaje de CA a un rectificador 420 de onda completa. El transformador ferrorresonante actúa como fuente de alimentación para los reguladores de corriente de conmutación. El condensador ferrorresonante 419 no transporta la corriente que fluye a través del circuito rectificador y las fuentes 465A y 465B de luz de LED. La actividad ferrorresonante se produce independientemente de si la corriente fluye a través del rectificador 420.

El circuito de la técnica anterior monitoriza la magnitud de la corriente en un bucle 405 de corriente y un procesador 450 de CPU interpreta la corriente de bucle y usa un algoritmo para cambiar el ciclo de trabajo de los reguladores 430A y 430B de corriente de conmutación para hacer que la intensidad de los LED sea equivalente a la intensidad de una lámpara incandescente conectada al mismo bucle de corriente.

La disposición 415-419 de transformador ferrorresonante es un transformador de tensión constante con un circuito (418-419) "tanque" convencional y suministra una tensión de CA constante al rectificador 420. El rectificador 420 y el condensador 425 de filtrado suministran un voltaje de CC constante a los reguladores 430A y 430B de corriente de conmutación. Los reguladores de corriente de conmutación, y no el transformador ferrorresonante (415), controlan la corriente a los LED

Origen de la invención

La Génesis de la presente invención es un deseo de evitar tales problemas adoptando una disposición de control alternativa para lámparas de LED.

Compendio de la invención

Según un primer aspecto de la presente invención, se describe un circuito de control para suministrar una corriente continua sustancialmente constante a una unidad de lámpara de LED que constituye una carga, comprendiendo dicho circuito de control entradas de CA para la conexión a una fuente de alimentación de CA que está sometida a variaciones que incluyen fluctuaciones y transitorios de tensión de alimentación, un par de salidas de lámpara para la conexión a dicha unidad de lámpara de LED, un circuito rectificador de onda completa que suministra una tensión de CC y dicha corriente continua sustancialmente constante a dicho par de salidas de lámpara, y un circuito de control de CA, en donde dicho circuito de control de CA está conectado entre dichas entradas (A, N) de CA y dicho circuito rectificador para reducir variaciones en la magnitud de una corriente de CA suministrada a dicho circuito rectificador desde dicho circuito de control de CA para reducir de ese modo variaciones correspondientes en dicha corriente continua sustancialmente constante, dicho circuito de control de CA incluye un condensador en serie con un devanado inductivo de un componente magnético que tiene un núcleo magnéticamente permeable que al menos parte del cual en funcionamiento está al menos parcialmente saturado mediante ferroresonancia, en donde dicho condensador, dicho circuito rectificador y dicha unidad de lámpara de LED se pueden conectar eléctricamente en serie para conducir una corriente de carga a través de los mismos que se controla por dicha ferroresonancia, y dicha ferroresonancia se crea por dicha corriente de carga.

Según un segundo aspecto de la presente invención, se describe una instalación de iluminación que comprende el circuito de control anterior y un dispositivo de lámpara de LED alimentado con dicha corriente de CC sustancialmente constante a través de dicha unidad de lámpara de LED.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para convertir una instalación de lámpara de descarga de alta intensidad (HID) alimentada por una red de suministro de CA sometida a variaciones que incluyen variaciones de tensión de alimentación y transitorios, e incluyendo un portalámparas HID, un balasto y un equipo de control asociado, en una instalación de lámpara de LED que incluye un portalámparas de LED suministrado con una corriente de CC sustancialmente constante, comprendiendo dicho método las etapas de:

sustituir dicho portalámparas HID por dicho portalámparas de LED,

sustituir dicho balasto y el equipo de control asociado por un circuito de control tal como se ha descrito anteriormente

conectar las entradas de corriente alterna a dicha alimentación de corriente alterna, y

conectar el par de salidas de lámpara a dicho portalámparas de LED.

Una ventaja particular del método anterior es que permite el uso de cableado existente y carcasas de engranajes de control que se usaron previamente para la instalación de HID, lo que da como resultado un proceso de conversión simple y rentable.

Se describen diversas formas de circuito de control como variantes de lo anterior, en donde la red de alimentación de CA es una red trifásica.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirán las realizaciones preferidas de la invención, a modo de ejemplo solamente, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en donde:

La Fig. 1 es un circuito de la técnica anterior que muestra un controlador electrónico para una lámpara de LED, La Fig. 2 es un diagrama de circuito para el funcionamiento de una lámpara de LED que utiliza un circuito de control de inductor único y un condensador de filtro opcional y un condensador de corrección de factor de potencia opcional, La Fig. 3 es una modificación del diagrama de circuito de la Fig. 2 para mejorar su control de corriente,

La Fig. 4 es un diagrama de circuito que incorpora un transformador de reactancia de fuga alta,

La Fig. 5 es un diagrama de circuito de una realización que incorpora un transformador de corriente constante aislado, La Fig. 6 es un diagrama de circuito de una realización que es una combinación de los circuitos de las Figs. 2 y 3, La Fig. 7 es un diagrama de circuito trifásico,

La Fig. 8 es una modificación del diagrama de circuito de la Fig. 7,

La Fig. 9 es un diagrama de circuito de una realización que incorpora una función de atenuación,

La Fig. 10 es una combinación de los circuitos de las Figs. 7 y 9,

La Fig. 11 es un diagrama de circuito de una realización que es una versión trifásica del circuito de la Fig. 3, La Fig. 12 es un diagrama de circuito de una versión trifásica del circuito de la Fig. 4,

La Fig. 13 es un diagrama de circuito de otra realización trifásica,

La Fig. 14 es un diagrama de circuito que incorpora un ferrorregulador en el circuito de control,

La Fig. 15 es un diagrama de circuito que es una modificación trifásica del circuito de la Fig. 14,

La Fig. 16 es un diagrama de circuito de una realización adicional que es un circuito rectificador doble monofásico, La Fig. 17 es otro circuito monofásico adicional con inductor saturable en derivación,

La Fig. 18 es un diagrama de circuito de otra realización que es una modificación trifásica del circuito de la Fig. 17, Las Figs. 19 y 20 son ejemplos monofásicos de incorporación de un autotransformador,

Las Figs. 19A y 20A ilustran variaciones que pueden hacerse a los circuitos de las Figs. 19 y 20, y hacerse de manera más general,

Las Figs. 21 -24 son circuitos monofásicos que incorporan un transformador aislado de fuga alta con devanados de salida dobles,

La Fig. 25 es un circuito monofásico que incorpora un duplicador de tensión,

La Fig. 26 es un circuito transformador de corriente constante monofásico con un único devanado secundario, y La Fig. 27 es otro circuito transformador de corriente constante monofásico con dos devanados secundarios. Los circuitos ilustrados en las Figs. 2, 4, 7, 8, 12, 14, 15, 19-22 y 25 no forman parte de la invención, pero representan la técnica anterior que es útil para comprender la invención.

Descripción detallada

Como se ve en la Fig. 1, un circuito de lámpara de LED de la técnica anterior adopta la forma de un transformador 11 alimentado por una red de alimentación de CA, y un rectificador 20 de puente de onda completa que suministra la tensión de CC necesaria. El rectificador 20 comprende cuatro diodos 21 regulares. La lámpara 19 de LED adopta la forma de una cadena de diodos 18 emisores de luz.

Para controlar la corriente de la lámpara con fluctuaciones en la tensión de la red, se proporciona un circuito de control en forma de resistencias R1 y R2, un transistor Q1 y una tensión controlada. La tensión controlada en donde no se requiere atenuación puede adoptar la forma de un diodo Zener polarizado inversamente. La tensión controlada es igual a la tensión base-emisor del transistor Q1 y a la tensión a través de la resistencia R1. Como la tensión del emisorbase no varía de ninguna manera significativa con la corriente de colector-emisor que fluye a través del transistor, esto significa que la tensión a través de la resistencia R1 es sustancialmente constante. Esto a su vez hace que la corriente a través de la lámpara 19 sea sustancialmente constante.

Cuando la lámpara 19 ha de ser atenuada, la tensión controlada en sí misma es ajustable por un circuito de ajuste de atenuador adicional que permite ajustar la tensión controlada. Como consecuencia, la lámpara 19 y su circuito asociado que están situados en la parte superior de un poste o torre, están conectados al resto del circuito por cuatro cables.

Volviendo ahora a la Fig. 2, la lámpara 19 es como antes, consistente en una secuencia de diodos 18 emisores de luz conectados en serie. La lámpara 19 está conectada directamente a un rectificador 20 de puente de onda completa (FWB) compuesto por cuatro diodos 21 regulares conectados de la manera tradicional para una rectificación de onda completa. El rectificador 20 es alimentado por una red de alimentación de corriente alterna que tiene un terminal activo A y un terminal neutro N. Un inductor 23 con núcleo de hierro está interpuesto entre la red de alimentación y el rectificador 20, preferiblemente en el conductor activo como se ilustra. El inductor 23 funciona como un circuito de control. La corriente suministrada por el rectificador en puente 20 a la lámpara 19 de LED se mantiene dentro de los límites superior e inferior de conducción de corriente de LED mediante la impedancia del inductor 23.

Además, el inductor 23 proporciona un desplazamiento de fase en la corriente de red, de modo que la corriente de red es continua y de forma esencialmente sinusoidal. En la Fig. 2 se han dibujado dos condensadores Ci y C27 con líneas discontinuas con el fin de indicar que son opcionales y pueden proporcionarse si se desea. La función del condensador C27 es suavizar la tensión de ondulación proporcionada por el rectificador 20 de puente de onda completa. La función del condensador Ci es mejorar el factor de potencia de la corriente de red.

Se observará que, solo se requieren dos cables para alimentar la lámpara 19 de LED. Como consecuencia, la lámpara 19 puede estar situada en la parte superior de una torre o poste (no ilustrado) y la circuitería operativa en forma del inductor 23 y rectificador 20 puede estar situada en la base de la torre o poste. Esto permite una fácil actualización para reemplazar las instalaciones de iluminación HID existentes.

Volviendo ahora a la Fig. 3, en esta realización el rectificador 20 de puente de onda completa y la lámpara 19 de LED y el inductor 23 son como antes, sin embargo, se añade un condensador C1 en serie con el inductor 23 para convertir el circuito de bajo factor de potencia retrasado de la Fig. 2 (sin condensador Ci) en un circuito de bajo factor de potencia adelantado. La inclusión del condensador C1 también reduce la variación en la corriente suministrada a los LED 19 debido a variaciones de tensión de red. Pueden conseguirse reducciones adicionales en la variación de corriente debida a variaciones de tensión de red introduciendo un grado de no linealidad en el inductor 23.

Adicionalmente, si se desea, se puede conectar un inductor 25 de derivación opcional (ilustrado mediante líneas discontinuas en la Fig. 3) a través de los terminales de la red para mejorar el factor de potencia. Otra adición opcional es la conexión de un filtro 27 a través de la salida del rectificador 20. La provisión del filtro 27 atenúa la ondulación de la corriente a través de los LED 19.

Como se ilustra en la Fig.4, un transformador T1 de reactancia de fuga aislada que incorpora derivaciones magnéticas, se puede conectar a través de la red y sustituir el inductor 23. El rectificador 20 en puente y la lámpara de LED 10 son como antes. El filtro opcional 27 es también como antes. Un condensador opcional C2 puede conectarse a través de los terminales de la red para mejorar el factor de potencia. La reactancia de fuga alta del transformador T1 proporciona esencialmente el mismo desplazamiento de fase en la corriente de salida que se proporciona mediante el inductor 23 de la Fig. 2. Como resultado, hay un flujo de corriente continuo y esencialmente sinusoidal en ambos devanados primario y secundario del transformador T1 de reactancia de fuga aislada.

Una realización basada en la Fig. 4 se ilustra en la Fig. 5. Un transformador T2 de reactancia de fuga aislada de la Fig. 5 tiene un condensador C1 conectado en serie con su devanado secundario. El circuito magnético asociado al devanado secundario permite una saturación parcial. Preferiblemente, esto se consigue modificando el circuito magnético. Esta naturaleza no lineal de la inductancia del devanado secundario en combinación con el condensador C1, da como resultado una corriente relativamente constante a través de los LED 19, independientemente de las variaciones en la tensión de alimentación de la red.

La inclusión de un condensador opcional C3 (ilustrado en líneas discontinuas en la Fig. 5) en serie con el condensador C1 y con el devanado secundario del transformador T2, aumenta la reactancia capacitiva en el circuito de salida del transformador T2. Esto reduce por lo tanto la corriente a través de los LED 19 y atenúa la salida de luz. El cierre del conmutador opcional S1 restaura la salida de luz completa.

Una técnica alternativa para conseguir atenuación es sustituir condensadores en paralelo por el condensador C1. La salida de luz completa se logra cuando ambos condensadores están en circuito pero se logra una salida de luz atenuada cuando uno de los dos condensadores paralelos está desconectado del circuito. Se puede lograr más de un nivel de atenuación de la salida de luz usando diversas combinaciones de condensadores conmutados en serie y/o en paralelo.

En la Fig. 6, los circuitos de las Figs. 2 y 3 se combinan para producir un circuito de alto factor de potencia que puede operar dos lámparas 19 en una configuración de avance-retardo. Esto es muy beneficioso para la red de suministro eléctrico.

Para conseguir una corriente de ondulación baja a través de los LED 19 sin necesidad de un filtro 27 o de un condensador C27 de filtro como se muestra en la Figura 2 y la Figura 3, se pueden usar entradas de alimentación de red trifásicas. La Fig. 7 ilustra una simple modificación trifásica del circuito de la Fig. 2. Un rectificador 200 en puente de onda completa trifásico convencional que utiliza seis diodos regulares 21 sustituye al rectificador 20 de la Fig. 2. Se proporciona un inductor 23 para cada una de las 3 fases P1-P3.

La Fig. 8 ilustra una modificación del diagrama de circuito de la Fig. 7 en donde se añade un condensador C2 de derivación de entrada para cada fase. Esto mejora el factor de potencia del circuito de la Fig. 7. Los condensadores C2 en derivación pueden conectarse en configuración en estrella a un terminal neutro N opcional, como se muestra, lo que da como resultado una alimentación de 4 hilos. Alternativamente, en una disposición de alimentación de 3 hilos, los condensadores en derivación pueden estar conectados en configuración de estrella a un punto de estrella flotante. Alternativamente, se puede utilizar una conexión en triángulo entre las fases para estos condensadores correctores del factor de potencia C2, dando lugar de nuevo a un suministro de 3 hilos.

La Fig. 9 ilustra una realización adicional en la que el circuito trifásico de la Fig. 7 se modifica mediante la provisión de un conmutador S1 que permite que se desconecte una única fase. Esto tiene como consecuencia la caída de la corriente suministrada a través del rectificador trifásico 200 a la lámpara 19 de LED. La corriente reducida a través de la lámpara 19 está, sin embargo, todavía dentro del intervalo de corriente especificado de la lámpara 19, pero da como resultado que la lámpara se atenúe. Tal atenuación es particularmente útil para introducir iluminación en accesorios deportivos durante el atardecer. Además de ahorrar energía, se permite que los ojos de los espectadores y jugadores se ajusten al entorno de iluminación artificial. Alternativamente, tal atenuación es un nivel de iluminación inferior aceptable para actividades de entrenamiento, en contraposición a que coincida con la competición. La función de atenuación idéntica está también disponible desconectando la potencia a una de las fases de los circuitos de las Figs.

7 y 8. En la realización particular de la Fig. 9, se proporciona un condensador C1 en serie para cada fase.

De manera análoga a la Fig. 6, la realización de la Fig. 10 es una combinación de los circuitos de las Fig. 7 y 9 que permite que dos lámparas 19 de LED funcionen en una disposición de avance-retardo de alto factor de potencia. El conmutador S1 permite que una de las fases se caiga para atenuar ambas lámparas 19.

De manera similar, la realización de la Fig. 11 representa una versión trifásica del circuito de la Fig. 3 que utiliza inductores 25 de derivación, uno para cada fase. El conmutador S1 puede estar abierto para proporcionar un primer nivel de atenuación de los LED 19. Si se desea, se puede proporcionar un segundo conmutador opcional S2 (ilustrado en líneas discontinuas en la Fig. 11) en otra fase. Si ambos conmutadores S1 y S2 están abiertos, se puede conseguir un segundo nivel de atenuación más bajo (siempre que la tensión disponible sea adecuada para proporcionar la caída de tensión directa de los LED y conducir suficiente corriente a través de los LED).

De manera similar, la realización de la Fig. 12 representa una versión trifásica del circuito de la Fig. 4 que utiliza tres transformadores T1 de reactancia de fuga aislados, de nuevo uno para cada fase. De nuevo, el conmutador S1 permite lograr una función de atenuación. Los tres devanados primarios están conectados en estrella y preferiblemente el punto de estrella está flotando para formar una alimentación de 3 hilos. Alternativamente, el punto de estrella puede estar conectado a un terminal neutro N de red para formar una alimentación de 4 hilos. En cuanto a la Fig. 8, los condensadores C2 de corrección del factor de potencia pueden conectarse a los terminales de la fuente de alimentación en configuraciones triángulo o estrella.

Además, la realización de la Fig. 13 representa una versión trifásica del circuito de la Fig. 5 que utiliza tres transformadores T2 de corriente constante aislados, de nuevo uno para cada fase. Para cada fase está previsto un condensador C1 en serie.

Volviendo ahora a la Fig. 14, en un circuito monofásico un transformador T3 ferroregulador tiene un condensador C3 conectado a través de su devanado secundario para formar un circuito tanque. El devanado secundario se toma para proporcionar la tensión de entrada apropiada al rectificador 20 de puente de onda completa. La lámpara 19 es como antes. Si se desea, un condensador C27 de filtrado opcional se puede conectar a través de la salida del rectificador 20.

La Fig. 15 ilustra una versión trifásica del circuito de la Fig. 14 que utiliza tres transformadores de ferroregulación T3. Los tres devanados primarios están conectados en configuración en estrella y preferiblemente el punto de estrella está flotando para formar una alimentación de 3 hilos. Alternativamente, el punto de estrella puede estar conectado a un terminal neutro N de red para formar una alimentación de 4 hilos.

La Fig. 16 ilustra una realización monofásica adicional que es similar a la Fig. 6. Seis diodos 21 constituyen un rectificador 20 de puente de onda completa doble que se alimenta a través de un inductor 23 por un lado y un inductor 23 conectado en serie y un condensador C1 por otro lado. Como consecuencia, se suministran simultáneamente corrientes tanto de avance como de retardo a los LED 19. La corriente de LED resultante tiene muy poca ondulación (aproximadamente 5%) sin ningún condensador de filtro. Además, el circuito tiene un factor de potencia muy alto (casi la unidad) y una distorsión armónica total baja de la corriente de red.

Volviendo ahora a la realización de la Fig. 17, en este circuito monofásico el inductor L1 es un inductor relativamente lineal mientras que el inductor L2 tiene al menos una saturación parcial de su núcleo, de manera que la tensión a través del inductor L2 permanece relativamente constante. Como consecuencia, hay una corriente sustancialmente constante que fluye a través del condensador C1 y, por lo tanto, una corriente constante que fluye a través de los LED 19 a pesar de las fluctuaciones en la tensión de suministro de la red.

La realización de la Fig. 18 ilustra una versión trifásica de la Fig. 17. El punto de conexión común de los inductores L2 puede ser o bien un punto de estrella flotante con una red de 3 hilos o bien puede estar conectado a un terminal neutro N de una red de 4 hilos.

Las Figs. 19 y 20 muestran, cada una, una disposición con un autotransformador T5 que alimenta al rectificador 20 desde un devanado con toma. Un inductor 23 está conectado en serie con el autotransformador T5. La toma se puede seleccionar para permitir una coincidencia entre la tensión de alimentación y la tensión de carga reflejada X-Y (siendo la tensión a través de los LED 19 reflejada en el circuito de alimentación de red). En la Fig. 19 se incrementa la tensión de LED reflejada. Mientras que en la Fig. 20 la tensión de LED reflejada disminuye. En ambos casos, se puede añadir la corrección del factor de potencia conectando un condensador a través de los terminales de alimentación.

Las Figs. 19A y 20A ilustran variaciones que pueden hacerse al autotransformador T5 con el fin de atenuar los LED 19. En la Fig. 19A un conmutador S5 está conectado entre algunas de las espiras de devanado primario del autotransformador T5. Con el conmutador S5 en la posición 2, se aplica una tensión más baja al inductor 23 y, por lo tanto, los LED 19 se atenúan. Con el conmutador S5 en la posición 1, la tensión de red se aplica a través de un pequeño número de espiras del devanado primario y, por lo tanto, la tensión aplicada al inductor 23 y al rectificador 20 aumenta y, por lo tanto, los LED 19 no se atenúan.

La Fig. 20A ilustra una disposición similar, pero con el conmutador S5 conectado al lado secundario del autotransformador T5. Con el conmutador S5 en la posición 1, se aplica una tensión máxima al inductor 23 y al rectificador 20 y, por tanto, los LED 19 no se atenúan. Sin embargo, cuando el conmutador S5 está en la posición 2, se aplica una tensión más pequeña al inductor 23 y al rectificador 20 y, por lo tanto, los LED se atenúan.

Resultará evidente para los expertos en la técnica que la conmutación mencionada anteriormente en cualquiera del lado primario o el lado secundario para lograr la atenuación es aplicable a transformadores distintos de los autotransformadores y, por lo tanto, es aplicable a, por ejemplo, las disposiciones de transformador ilustradas en las Figs. 5, 12-15 y 21-25.

Además, las Figs. 19A y 20A también ilustran técnicas de atenuación conmutadas aplicables a impedancias situadas en la red de suministro a los rectificadores 20, 200. En la Fig. 19A, el inductor 23 tiene una toma en el devanado. Con el conmutador S8 en la posición 1, hay una impedancia más baja y los LED 19 no están atenuados. Con el conmutador S8 en la posición 2, el inductor 23 tiene una impedancia más alta y los LED 19 están atenuados.

Una disposición similar se ilustra en la Fig. 20A. En una primera disposición, un inductor L8 está conectado en serie con el rectificador 20. Un conmutador S7 conectado en serie con un inductor adicional L9 puede hacerse funcionar para conectar el inductor L9 en paralelo con el inductor L8, aumentando de ese modo la corriente al rectificador 20. Así, con el conmutador S7 abierto, los LED 19 están atenuados y con el conmutador S7 cerrado, los LED 19 no están atenuados.

Alternativa o adicionalmente, el conmutador S8 puede proporcionarse como en la Fig. 19A para cambiar el número efectivo de espiras del inductor 23. Con el conmutador S8 en la posición 1, la impedancia del inductor 23 se reduce, la corriente al rectificador 20 está en un máximo y los LED 19 no están atenuados. Sin embargo, con el conmutador S8 en la posición 2, la impedancia del inductor 23 está en un máximo, y por lo tanto la corriente al rectificador 20 se reduce y los LED se atenúan. Resultará evidente para los expertos en la técnica que en algunas disposiciones de circuito se puede utilizar la conmutación de condensadores como una forma alternativa de cambio de impedancia. Otras formas de interconexiones conmutables en serie y/o en paralelo para alterar el nivel de corriente también resultarán evidentes para los expertos en la técnica.

Las Figs. 21-24 ilustran, cada una, un circuito monofásico con un transformador T10 aislado de fuga alta que tiene devanados de salida dobles. Estos se utilizan para alimentar un par de lámparas 19 de LED a una tensión apropiada y aceptable, especialmente en los casos en los que un circuito de tensión de LED de 2 hilos necesitaría la utilización de tensiones inaceptablemente altas. La atenuación se puede conseguir mediante la inclusión de condensadores en serie o en paralelo adicionales en los devanados de salida dobles que son conectados o desconectados del circuito. La corrección del factor de potencia se puede lograr con un condensador opcional conectado entre los terminales activo y neutro.

En las Figs. 21 y 23, los dos rectificadores 20 de puente de onda completa están completamente aislados entre sí, creando así una alimentación de 4 hilos a los módulos 19 de lámpara de LED. Alternativamente, como se ilustra en las Figs. 22 y 24, los dos rectificadores 20 de puente de onda completa pueden tener una conexión común, creando de ese modo una alimentación de 3 hilos a los módulos 19 de lámpara LED.

En las realizaciones de las Figs. 23 y 24, los devanados de salida dobles del transformador de fuga alta aislado T10 tienen cada uno un condensador C10 conectado en serie. Esta disposición proporciona esencialmente los mismos beneficios que los asociados con la Fig. 5 en la que la corriente a través de los módulos 19 de lámpara de LED será relativamente constante independientemente de los cambios en la tensión de alimentación. Sin embargo, en cuanto a los circuitos de las Figs. 21 y 22, existe el beneficio adicional de una tensión reducida aplicada a los módulos 19 de lámpara de LED individuales.

La Fig. 25 ilustra un circuito monofásico similar al de la Fig. 2 excepto en que el rectificador 20 es reemplazado por un transformador T4 y una unidad duplicadora de tensión formada por un par de diodos regulares 21 y un par de condensadores C4. Una ventaja del circuito de la Fig. 25 es que la tensión a través de la lámpara 19 de LED aumenta mucho y, por lo tanto, puede alojar un número aumentado de diodos LED 18 conectados en serie. Así, la lámpara 19 de la Fig. 25 puede tener una potencia aumentada con relación a las lámparas 19 de los otros circuitos.

Lo anterior describe solo algunas realizaciones de la presente invención y se pueden realizar modificaciones, obvias para los expertos en circuitos de iluminación LED, sin apartarse del alcance de la presente invención. En particular, se apreciará que el control de corriente se logra en la parte de CA del circuito aguas arriba del rectificador que alimenta los LED. Esto representa una desviación significativa respecto a la técnica anterior.

Además, algunas variaciones se pueden clasificar en categorías de la siguiente manera. Un filtro 27 puede estar situado entre el rectificador 20, 200 y el módulo(s) 19 de LED. Este filtro puede adoptar la forma de un condensador C27 de derivación, o un inductor en serie, o una combinación de inductor(es) en serie y un condensador de derivación.

Además, el componente magnético del circuito de control puede adoptar la forma de diversos transformadores, incluyendo transformadores de reactancia de fuga, transformadores ferrorresonantes y transformadores de corriente constante. Estos se pueden realizar mediante un autotransformador o mediante un transformador de aislamiento convencional. El circuito de control puede adoptar también la forma de un transformador de corriente constante, como se ilustra en las Figs. 26 y 27.

En la realización de la Fig. 26, el transformador Tr de corriente constante está dibujado con su circuito magnético primario ilustrado con las laminaciones paralelas al plano del papel y su circuito magnético de fuga está dibujado con las laminaciones perpendiculares al plano del papel. De este modo, un devanado primario WP es alimentado con corriente alterna de la red eléctrica y un devanado secundario WS proporciona una tensión de salida al circuito(s) de carga. Las derivaciones del circuito magnético de fuga proporcionan inductancia de fuga sustancial, desacoplando magnéticamente de este modo la salida del devanado secundario de variaciones en la tensión de red. El circuito magnético asociado con el devanado secundario WS está dispuesto de manera que al menos una parte sustancial del mismo entra en saturación magnética durante el funcionamiento normal. Preferiblemente, esto se consigue modificando el circuito magnético.

La naturaleza no lineal de la inductancia del devanado secundario WS junto con la reactancia del condensador resonante CR, da como resultado que al menos una parte del circuito magnético del devanado secundario se mantenga en un estado magnéticamente saturado debido a la ferroresonancia.

Puesto que el núcleo magnético asociado al devanado secundario WS está saturado, las modificaciones de la tensión de la red no influyen prácticamente en la salida del devanado secundario WS, de manera que su tensión permanece constante. Esto tiene la consecuencia de que la corriente a través de la carga también permanece constante y su magnitud está determinada principalmente por el tamaño del condensador resonante CR.

Preferiblemente, como se indica en la Fig. 26, la carga consiste en 4 diodos regulares que forman un rectificador de puente de onda completa con el módulo 19 de LED que forma la carga. Si se desea, un condensador de filtrado opcional C27 se puede conectar en paralelo con los LED 19.

Además de controlar la corriente de carga para que sea sustancialmente constante, existen otros beneficios de este circuito. Uno de tales beneficios es el muy alto factor de potencia operativo, que es muy cercano a la unidad. Otro beneficio es la muy baja distorsión armónica total en el circuito de red, que típicamente es menor que el 10% de distorsión. Otro beneficio es que el circuito secundario tiene una inmunidad muy alta a las tensiones transitorias en la red de suministro, y esta inmunidad es aplicable tanto a tensiones transitorias de modo transversal como a tensiones transitorias de modo común.

Si se requiere una mejora adicional en la regulación de la línea, entonces un pequeño devanado de reducción (no ilustrado pero convencional) se puede enrollar sobre el devanado primario WP y conectarse en serie con el devanado secundario WS pero en un sentido inductivamente opuesto.

Como se indica mediante las líneas discontinuas en la Fig. 26, múltiples circuitos de carga, cada uno con su propia cadena 19 de LED, se pueden hacer funcionar en paralelo con el transformador Tr de corriente constante. La extensión a 3 fases es como se indica en las Figs. 12-15.

Volviendo ahora a la realización de la Fig. 27, es posible construir un transformador Tr de corriente constante que tenga un único devanado primario WP y dos devanados secundarios WS1 y WS2 totalmente independientes. El único devanado primario WP está situado entre un par de derivaciones magnéticas y da como resultado una saturación sustancial del circuito magnético de cada uno de los devanados secundarios WS1 y WS2. Cada uno de los devanados secundarios es capaz de alimentar un cierto número de circuitos de carga paralelos de la manera mostrada en la Fig. 26.

En general, la red de alimentación de CA puede ser monofásica o polifásica (normalmente trifásica). Cuando se usa un transformador para la disposición trifásica, los devanados primarios del transformador se pueden conectar en configuración en estrella o en configuración en triángulo. Se puede utilizar un circuito de corrección del factor de potencia para mejorar el factor de potencia del circuito total. Un circuito de corrección de factor de potencia típico es un condensador en derivación conectado entre las fases de la alimentación o entre cada fase y un punto de estrella o conexión neutra.

La corrección del factor de potencia también se puede implementar duplicando el circuito total y operando dos conjuntos de módulos 19 de LED en una configuración de avance-retardo.

La atenuación es posible desconectando uno de los circuitos duplicados en una configuración de avance-retardo, o desconectando una o más de las fases de un circuito polifásico. La atenuación también es posible conectando y desconectando impedancia(s) con el circuito de alimentación al rectificador 20, 200. De manera similar, la atenuación también es posible conectando y desconectando las espiras de las disposiciones de transformador que se aplican al rectificador 20, 200.

Para un circuito polifásico, tal como un circuito trifásico, es posible una alimentación de 3 hilos o una alimentación de 4 hilos. La alimentación de 3 hilos puede estar conectada en triángulo o tener un punto de estrella flotante. La alimentación de 4 hilos puede tener el punto de estrella conectado a un terminal neutro.

Lo anterior describe solo algunas realizaciones de la presente invención y se pueden realizar modificaciones, obvias para los expertos en las técnicas electrónicas, sin apartarse del alcance de la presente invención.

La expresión "que comprende" (y sus variaciones gramaticales) como se usa en el presente documento se usa en el sentido inclusivo de "que incluye" o "que tiene" y no en el sentido exclusivo de "que consiste solo en".

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un circuito de control para suministrar una corriente continua sustancialmente constante a una unidad (19) de lámpara de LED que constituye una carga, comprendiendo dicho circuito de control entradas (A, N) de CA para conexión a una fuente de CA que está sometida a variaciones que incluyen fluctuaciones de tensión de alimentación y transitorios, un par de salidas (+, -) de lámpara para la conexión a dicha unidad de lámpara de LED, un circuito (20, 200) rectificador de onda completa configurado para suministrar una tensión de CC y dicha corriente continua es sustancialmente constante a dicho par de salidas de lámpara, y un circuito de control de CA, caracterizado por que dicho circuito de control de CA está conectado entre dichas entradas (A, N) de CA y dicho circuito (20, 200) rectificador para reducir variaciones en la magnitud de una corriente de CA suministrada a dicho circuito rectificador desde dicho circuito de control de CA para reducir así variaciones correspondientes en dicha corriente de CC sustancialmente constante, incluyendo dicho circuito de control de CA un condensador (C1, C10, Cr) en serie con un devanado inductivo (L2, Ws) de un componente magnético (L2, T2, T10, Tr) que tiene un núcleo magnéticamente permeable que al menos parte del cual en funcionamiento está al menos parcialmente saturado mediante ferroresonancia, en donde dicho condensador (C1, C10, Cr), dicho circuito rectificador (20, 200) y dicha unidad (19) de lámpara de LED se pueden conectar eléctricamente en serie para conducir una corriente de carga a través de los mismos que se controla mediante dicha ferroresonancia, y dicha ferroresonancia es creada por dicha corriente de carga.

2. El circuito de control de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho condensador (C1, C10, Cr) comprende tanto una reactancia resonante para dicha ferroresonancia como una impedancia de limitación de corriente para dicha corriente de CC sustancialmente constante.

3. El circuito de control de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde un circuito (C27) de filtro está conectado a la salida de dicho circuito rectificador.

4. El circuito de control de acuerdo con la reivindicación 3, en donde dicho circuito de filtro comprende un condensador (C27) de derivación.

5. El circuito de control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde dicho componente magnético comprende un inductor, un autotransformador o un transformador de aislamiento.

6. El circuito de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde la atenuación de LED se logra conectando y desconectando (S5, S8) espiras de un devanado de dicho componente magnético.

7. El circuito de control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde dicha fuente de CA comprende una fuente trifásica (P1, P2, P3) y dichas entradas de CA son para la conexión a dicha fuente trifásica.

8. El circuito de control de acuerdo con la reivindicación 7 y que incluyen al menos un conmutador (S1) de atenuación configurado para deshabilitar una fase correspondiente de dicha fuente trifásica.

9. El circuito de control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 -8 y que incluye al menos un conmutador (S7) de atenuación configurado para conmutar una o más impedancias dentro o fuera de dicha fuente de CA.

10. El circuito de control de acuerdo con la reivindicación 9, en donde dichas impedancias se seleccionan de la clase formada por inductores y condensadores.

11. El circuito de control de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, en donde dichas impedancias conmutadas están en serie o en paralelo con dicho condensador (C1, C10, Cr).

12. El circuito de control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-11 y que incluye un circuito (C2) de corrección del factor de potencia.

13. El circuito de control de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho circuito rectificador es un circuito rectificador de puente de onda completa (FWB).

14. Una instalación de iluminación que comprende el circuito de control de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores y un dispositivo de lámpara de LED alimentado con dicha corriente CC sustancialmente constante a través de dicha unidad de lámpara.

15. Un método para convertir una instalación de lámpara de descarga de alta intensidad (HID) alimentada por una fuente (A, N) de alimentación de CA sometida a variaciones que incluyen variaciones de tensión de alimentación y transitorios, e incluyendo un portalámparas de HID, un balasto y un equipo de control asociado, en una instalación de lámpara de LED que incluye un portalámparas de LED alimentado con una corriente de CC sustancialmente constante, comprendiendo dicho método las etapas de:

sustituir dicho portalámparas HID por dicho portalámparas de LED (19),

sustituir dicho balasto y el equipo de control asociado por un circuito de control según cualquiera de las reivindicaciones 1-13,

conectar las entradas de corriente alterna a dicha alimentación de corriente alterna, y conectar el par de salidas de lámpara a dicho portalámparas de LED.