MX2010014270A - Circuito electronico para el uso de leds en corriente alterna para sistemas de iluminacion. - Google Patents

Abstract

Circuito electrónico para el uso de LEDs en corriente alterna sin necesidad usar convertidores o rectificadores, aprovechando el transcurso de la onda en ambas polaridades de la fuente de corriente alterna, ahorrando espacio y minimizando el número de componentes en los circuitos. Este circuito esta formado por dos series de LEDs conectados en paralelo pero con sentido de polaridad inversa, pudiendo o no diodos zener de protección. A este tipo de circuito se le pueden agregar arreglos capacitivos para limitar la corriente total del circuito. De esta forma cuando se opera a una frecuencia suficientemente alta, los LEDs dan la percepción óptica de estar encendidos simultáneamente.Al implementar este circuito, en sistemas de iluminación y señalización, se obtienen dispositivos de bajo costo, de bajo consumo energético y de excelentes niveles de iluminación.

Description

CIRCUITO ELECTRÓNICO PARA EL USO DE LEDs EN CORRIENTE ALTERNA PARA SISTEMAS DE ILUMINACIÓN DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un circuito electrónico para el uso de LEDs (alta y baja luminosidad) en corriente alterna para sistemas de iluminación.

Este circuito está conformado por un número mínimo de componentes, sin rectificadores, sin convertidores de AC a DC y de bajo consumo de potencia.

Este circuito permite eliminar el rectificador y minimizar la cantidad de componentes electrónicos. Aprovecha en su totalidad la señal sinusoidal de entrada y pone en estado de operación a los LEDs tomando como base una fuente de entrada de corriente alterna, logrando, de esta forma, sistemas de iluminación de menor costo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Existen diferentes tipos de circuitos para la utilización de LEDs aplicados en dispositivos de iluminación. Estos tipos de circuitos están basados en la utilización de corriente directa, con el fin de mantener los LEDs polarizados directamente durante todo el tiempo que el circuito este alimentado. Los circuitos básicos de este tipo son dos: el primer tipo de circuitos, se refiere a la reducción de la amplitud de la onda de alimentación y convierte la corriente alterna en corriente directa, es decir, transformar la magnitud de la onda de entrada en una señal manejable para los LEDs. El segundo tipo de circuito implica la conversión de la señal alterna en una señal continua a través de la rectificación. La rectificación es el procedimiento a partir del cual a uno de los semiciclos de la señal alterna se le cambia la polaridad para finalmente tener ambos semiciclos en el mismo plano. La rectificación se lleva a cabo con diodos rectificadores, de los cuales se necesitan como mínimo 2 y máximo 4. A esta cantidad se le debe sumar el número de elementos que son utilizados para obtener la componente de directa de la onda rectificada.

Este tipo de circuitos tienen los siguientes inconvenientes: 1. - Requieren de rectificadores o convertidores de AC a DC. 2. - Tienen un número alto de componentes electrónicos para activar los LEDs en condiciones rectificadas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los LEDs son unipolares, es decir: sólo conducen la corriente en una dirección. En la figura 1 la corriente entra por (A) y sale por (K). Si la polaridad está invertida el LED no conduce.

La figura 3 muestra el principio en el que está basado el proceso, al que llamaremos bloque I. Dos LEDs son colocados en paralelo con la polaridad en sentido contrario; si el circuito se alimenta con corriente alterna, cuando se encuentra transcurriendo el ciclo positivo uno de los LEDs estará conduciendo y el opuesto permanecerá sin conducir (apagado), cuando el semiciclo cambia a la polaridad contraria, el LED que se encontraba conduciendo, se apagará y el que se encontraba apagado se encenderá. Cabe aclarar que si la frecuencia de entrada de la fuente de corriente alterna es suficientemente alta, la percepción humana de este efecto equivale a ver ambos LEDs como encendidos.

El circuito descrito anteriormente estará alimentado por un arreglo de capacitores en dos diferentes configuraciones llamado bloque II, al cual nombramos Regulador de Potencia porque funciona limitando la corriente o reduciendo el voltaje.

La figura 4 muestra la primera configuración del bloque ?, que es un Divisor de Voltaje capacitivo. El funcionamiento de este circuito está respaldado por la Ley de Voltajes de Kirchoff. Se puede observar que el lazo principal del circuito (o malla 1) está formado por la fuente de alimentación (1), el capacitor (2) y el capacitor (3), por lo tanto, el voltaje de la fuente (1), es igual a la suma de las caídas de voltaje de los capacitores (2) y (3), ^ - * ci + * C2 y sabemos que las terminales que alimentan al circuito son las del capacitor (2), por tanto el voltaje del capacitor (2) se obtiene ~ ^ ~^C2. La fuente de voltaje es de 125 V AC, la caída de voltaje en (2) es de 83.1 V si C = luF, la caída de voltaje en (3) = (4) es de 41.9 V si C = 1 uF, si se aplica el principio explicado anteriormente, este se cumple.

La figura S muestra la segunda configuración del bloque ?. Es un limitador de corriente capacitivo. En esta configuración el arreglo (2) es un arreglo de capacitores en paralelo entre si, que va desde cero hasta "n" de "x" capacitancia y que está conectado en una de las terminales de (1). La otra terminal del arreglo es una de las que alimenta el circuito de la figura 3. La otra terminal de alimentación al circuito es directamente la segunda terminal de (1). La corriente que entrega el arreglo depende de la capacitancia equivalente del arreglo. Con base en este principio, se realizaron diferentes circuitos que se describen a . continuación.

Modalidad 1 : Con un limitador de corriente, se implemento un arreglo mostrado en la figura 6 conformado por dos seríes (1.3) y (1.4). Ambas seríes están compuestas por 20 LEDs conectados en serie. Es decir de la figura 1 la terminal (k) del primer LED está conectada a la terminal (A) del siguiente LED, y así sucesivamente manteniendo la misma dirección en la polaridad; esto para que no se interrumpa el flujo de la corriente. Al inicio de cada una de las series, hay un diodo Zener (1.2) cuya terminal (k) está conectada a la terminal (A) del primer LED. En la terminal (A) de cada diodo Zener (ejemplificado en la figura 2) se conecta en serie a la terminal (k) del último LED de la otra serie, quedando así conectadas en paralelo, pero el sentido de la polaridad es opuesto (formando los nodos 1.5 y 1.6). Al punto de unión (1.5), se conectan en serie 3 capacitores que están en paralelo entre sí.

El arreglo de capacitores (1.1) funciona según la segunda modalidad del bloque ?. El otro punto de unión está directamente conectado a la fuente de voltaje.

En resumen: las dos series de LEDs (1.3) y (1.4) se estarán alternando según la polaridad del semiciclo que se encuentre transcurriendo. Mientras una señe está prendida, la otra está apagada y en el siguiente semiciclo las condiciones se invierten.

El diodo Zener asegura que no exista una corriente inversa que deteriore a los LEDs. El diodo entra en función cuando la serie a la que pertenece se encuentra polarizada inversamente (se encuentra apagada), el dispositivo limita la corriente inversa.

Modalidad 2.

El esquema que se muestra en la figura 7 está basado en el principio del funcionamiento de LEDs de la figura 3 y está formado por 2 series de 10 LEDs c/u conectados en serie desde el primero hasta el último. La terminal (A) del primer LED de la primera serie está conectado a la terminal (k) del último LED dé la segunda serie (véase figura 1) para formar el nodo (2.4) y el ultimo LED de la primera serie y el primero de la segunda formando el nodo (2.5). Los capacitores que se encuentran en paralelo, funcionan como un limitador de corriente. A este circuito se le omitió el diodo Zener con la finalidad de reducir la cantidad de componentes. Sin este dispositivo el circuito funciona de la misma forma ya que los LEDs son diodos también y sólo conducen en un sentido. Cuando transcurre el equivalente a l 80° de la alimentación de corriente alterna en polaridad opuesta a la de los LEDs, se crea una corriente de polarización inversa. En algunos tipos de LEDs se puede provocar la redución prematuramente de la vida útil de los componentes y aun así el circuito es perfectamente funcional.

Modalidad 3: Véase la figura 8. La sección (3.1) corresponde al reductor de voltaje capacitivo descrito al principio del documento. La sección (3.2) son 4 resistencias en paralelo entre sí y en serie con el nodo de unión (3.5). Este arreglo tiene el objetivo de dividir el calor producido por el paso de la comente y así evitar que una sola resistencia que sería la equivalente, soporte toda la corriente y el calor producido. £1 reductor de voltaje (3.1), que alimenta al circuito, disminuye la amplitud de la onda de entrada y entrega una corriente regulada. Esta corriente es dividida en partes iguales para pasar a través de las resistencias que son de la misma magnitud (3.2), esto implica que cada resistencia soporta una cuarta parte del calor total. Cuando transcurre un semiciclo de la onda, encenderá la serie que coincida con la polaridad que transcurre, mientras la otra serie permanecerá apagada y la corriente inversa de polarización estará limitada por el diodo Zener. Cuando la polaridad cambie, las condiciones de los LEDs se invertirán.

Claims (3)

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente nuestra invención, la consideramos como una novedad y por lo tanto reclamamos como de nuestra exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas:

1. Circuito electrónico para el uso de LEDs (alta y baja luminosidad) caracterizado por el arreglo de diodos emisores de luz (LEDs) útil para ser usado directamente en corriente alterna sin necesidad de rectificar la onda de entrada de AC. El cual está formado por dos series de LEDs (los LEDs de cada serie están conectados en serie uno seguido del otro manteniendo la dirección que indica la flecha que representa el símbolo del componente) que se encuentran conectadas en paralelo entre sí pero el sentido de la polaridad es opuesta en cada serie; cada serie esta formada por "n" numero de LEDs. Se declara que la funcionalidad del circuito depende básicamente de la carga que generan las series de LEDs, con lo que se especifica que se puede prescindir de cualquier otro dispositivo si se hace el cálculo de carga total de acuerdo a la fuente de corriente alterna que se desee utilizar como alimentación. El circuito es funcional si se agrega cualquier componente o dispositivo en alguna de las series, ya sea al inicio, y/o entre LEDs, y/o al final, que limite y/o varíe voltaje y/o corriente o bien proteja y/o ponga en operación los LEDs. El circuito funciona con cualquier entrada de corriente alterna independientemente de su forma y su periodo, siempre y cuando se cumpla que el voltaje de pico sea suficiente para polarizar el arreglo de LEDs de tal forma que entren en operación.

2. Circuito electrónico para el uso de LEDs (alta y baja luminosidad) según la reivindicación 1, caracterizado por el uso de diodo Zener, implementado como una medida de protección para los LEDs cuando estos se encuentren polarizados inversamente.

3. Circuito electrónico para el uso de LEDs (alta y baja luminosidad) según las reivindicaciónes 1 y 2, usando una capacitancia equivalente dada por el arreglo de capacitores que se implemente a la entrada del circuito, pudiendo variar desde cero capacitores de "x" capacitancia, hasta "n" capacitores dependiendo de la carga Los capacitores pueden estar en un arreglo en paralelo y en serie con una de las terminales de la fuente o en forma de un divisor de voltaje capacitivo.