Brevet FR2937492A1 — publié le 20100423

DISPOSITIF DE GENERATION DE LUMIERE ET SYSTEME A FEUX DE SIGNALISATION UTILISANT UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif de génération de lumière ainsi qu'un système à feux de signalisation utilisant un tel dispositif. Les diodes électroluminescentes, couramment appelées DEL ou LED selon l'acronyme anglo-saxon � Light Emitting Diode �, sont de plus en plus utilisées pour les applications d'éclairage. Elles permettent notamment la mise en oeuvre d'affichages dynamiques utilisés par exemples dans des feux de signalisation ou des dispositifs d'affichage luminescents dynamiques et 1 o plus généralement pour tous systèmes de signalisations lumineuses. Le choix des LED dans les applications est dû essentiellement à des avantages techniques, tels que : - facilité de montage sur un circuit imprimé, traditionnel ou du type à 15 montage de surface CMS. - très bonne résistance mécanique, notamment contre les chocs mécaniques, les écrasements ou les vibrations ; - faible, voire très faible consommation électrique, de l'ordre de quelques dizaines de milliwatts, due à un très bon rendement ; 20 - durée de vie beaucoup plus longue qu'une lampe à incandescence ou même qu'une lampe fluorescente, à titre d'exemple 50 000 à 100 000 heures contre 6000 à 15 000 heures pour les lampes fluorescentes et environ 1000 heures pour les lampes à incandescence ; - taille beaucoup plus petite que celle des lampes classiques ; 25 - grande diversité des formes d'éclairage, en assemblant plusieurs LED, on peut réaliser des éclairages avec des formes diverses ; - fonctionnement en très basse tension ; - grande dynamique d'éclairage due au fait qu'il n'y a pas d'inertie lumineuse, les LED s'allument et s'éteignent en un temps très court, 30 de façon quasiment instantanée en comparaison de lampes classiques ; - absence de dégagement de chaleur excessif. En ce qui concerne l'éclairage proprement dit, tel que l'éclairage de bâtiments de toutes natures, il est nécessaire que les LED utilisées aient des performances en puissance lumineuse suffisante. Cela nécessite une maîtrise de l'alimentation électrique, de la puissance thermique et de l'optique des dispositifs à LED utilisés. En particulier, les LED pourront remplacer à grande échelle les lampes à incandescence qui sont actuellement utilisées pour l'éclairage, tant domestique qu'industriel ou commercial. Cependant, les LED prises individuellement présentent une faible luminosité. En particulier, les LED les plus puissantes génèrent moins de 200 lumens. Le manque de luminosité peut être compensé par une multiplication des points lumineux. Cependant, pour obtenir un nombre important de points lumineux, les solutions actuelles proposent de connecter les LED en série réparties sur plusieurs branches par exemple. Chaque branche comporte alors une chaîne de LED en série, les branches étant elles-mêmes connectées en parallèle. Une telle architecture comporte une faille importante. En effet, en cas de défaillance d'une LED d'une branche, l'ensemble de la branche est hors service. Un but de l'invention est notamment de pallier cet inconvénient. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de génération de lumière comportant au moins un ensemble de diodes électroluminescentes connectées en série, lesdites diodes étant alimentées par une source de courant, une diode Zéner étant connectée en antiparallèle sur chaque diode électroluminescente. Les diodes électroluminescentes sont par exemple réparties dans des branches connectées en parallèle entre une tension Vcc et une tension de référence, chaque branche comportant un ensemble de diodes électroluminescentes connectées en série. Un dispositif de mesure de tension est par exemple connecté aux bornes d'un ensemble de diodes zéner, une chute de tension mesurée indiquant l'apparition d'une défaillance sur une diode électroluminescente parmi les diodes électroluminescentes connectées en antiparallèle sur ces diodes Zéner. Avantageusement, le dispositif peut comporter des moyens de commande du courant I traversant un ensemble de diodes électroluminescentes. Les diodes sont par exemple implantées sur un circuit imprimé ou sur un support métallique, pour des circuits de type à montage de surface CMS. Avantageusement, un dispositif selon l'invention a une fonction d'éclairage. L'invention concerne également un système à feux de signalisation, comportant un dispositif de génération de lumière tel que décrit précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - la figure 1, une illustration des grandeurs physiques en jeu dans le bilan énergétique d'une LED ; - la figure 2, un exemple d'architecture d'un dispositif d'éclairage à LED selon l'art antérieur ; - la figure 3, un exemple d'architecture d'un dispositif d'éclairage à LED selon l'invention. La figure 1 illustre donc les grandeurs physiques en jeu dans le bilan énergétique d'une LED. Une LED 1 est un composant électronique capable d'émettre de la lumière, un flux lumineux 2, lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique. Elle nécessite à cet effet une alimentation 3 adaptée et de qualité, notamment en ce qui concerne le niveau de bruit et/ou la stabilité en tension. Dans le cas contraire, les performances de la LED sont fortement dégradées. La durée de vie, l'intensité du flux lumineux ou encore le rendement sont alors dégradés. Une LED est commandée en courant, c'est-à-dire qu'elle est alimentée en énergie électrique par une source de courant 4. Comme tout composant alimenté en courant électrique, la LED dissipe un flux de chaleur 5. En règle générale, le rapport du flux lumineux émis FLe sur la puissance électrique consommée Pc, exprimée en lumen/watts, correspond à l'efficacité lumineuse d'une source. Pour obtenir un éclairage suffisant, un dispositif d'éclairage à LED comporte un nombre important de LED réparties en plusieurs branches par exemple, chaque branche comportant plusieurs LED connectées en série. Les LED peuvent être montées sur des circuits imprimés classiques ou de type CMS, avec un conditionnement adapté notamment à l'évacuation du flux thermique. Le montage en série est bien adapté pour une architecture d'un dispositif à LED dans la mesure où celles-ci sont alimentées en courant. 1 o La figure 2 présente à titre d'exemple, une branche d'un dispositif d'éclairage à LED selon l'art antérieur. Dans cet exemple, la branche comporte cinq LED 1 Les LED 1 sont connectées en série entre une tension Vcc et un potentiel de référence 21, par exemple la masse mécanique. L'anode de la première LED 15 est connectée à la tension Vcc. Une source de courant 4 est connectée en série avec les LED pour alimenter ces dernières en courant I. Dans le montage de la figure 2, la source de courant est connectée entre la cathode de la dernière LED 1 et le potentiel de référence 21. 20 En cas de défaillance d'une LED, toute la branche est hors service. En effet, en cas de défaillance d'une LED, celle-ci se met généralement en circuit ouvert empêchant alors le passage du courant I au travers des autres LED qui deviennent alors à leur tour hors service. 25 La figure 3 illustre un exemple de réalisation d'un dispositif de génération de lumière selon l'invention, appliqué par exemple à l'éclairage. Plus particulièrement, la figure 3 montre une branche comportant des LED 1 en série connectées comme dans l'exemple de la branche présentée en figure 2. 30 Une diode Zéner 31 est connectée en antiparallèle sur chaque LED 1, c'est-à-dire que l'anode de la diode Zéner 31 est reliée à la cathode de la LED et que la cathode de la diode Zéner est reliée à l'anode de la LED. En fonctionnement normal, lorsque les LED fonctionnent bien et sont parcourues par le courant I, la tension VF aux bornes des LED est 35 supérieure à la tension d'amorçage VZ des diodes Zéner. Le courant 1 passe ainsi exclusivement dans les LED et les diodes Zéner 31 sont au repos, aucun courant ne passe au travers de ces diodes 31. En cas de défaillance d'une LED, celle-ci passe en circuit ouvert et la tension à ses bornes tend à croître instantanément vers la tension Vcc qui est supérieure à la tension Vz. Le courant I est alors dérivé dans la diode Zéner 31 connectée en antiparallèle, ce qui permet d'assurer la continuité du passage du courant I dans toutes les autres LED. Le fonctionnement global de l'ensemble des LED est donc maintenu. 1 o Un dispositif selon l'invention peut comporter plusieurs branches du type de celle illustrée par la figure 3. Chaque branche peut comporter plusieurs dizaines de LED. En cas de défaillance d'une LED, l'éclairage global n'est pas affecté car une seule LED contribue de façon infime à la luminosité globale du dispositif d'éclairage. 15 Un dispositif de mesure de tension aux bornes 32, 33 du groupement de diodes Zéner 31 en série permet de détecter une défaillance sur une LED. En effet en cas de défaillance d'une LED, sa diode Zéner en antiparallèle associée dérive le courant, la tension aux bornes de la diode Zéner chute donc à la tension de jonction Vbe qui est de l'ordre de 0,7 volts. En 20 conséquence, la tension globale aux bornes 32, 33 de l'ensemble des diodes Zéner 31 chute. La détection d'une chute de tension à ces bornes 32, 33 permet donc de détecter la défaillance d'une LED sur la branche correspondante. La mesure de chute de tension peut être mémorisée par un circuit adapté, par exemple un échantillonneur bloqueur et un convertisseur 25 analogique couplés à une mémoire. Un dispositif selon l'invention peut par ailleurs comporter des moyens de commande de la source de courant 4 alimentant un ensemble de LED, permettant ainsi de commander celles-ci. Ces moyens de commande 30 peuvent notamment être avantageusement être utilisés pour des éclairages dynamiques, par exemple pour des enseignes ou des feux de signalisation. REVENDICATIONS1. Dispositif de génération de lumière comportant au moins un ensemble de diodes électroluminescentes (1) connectées en série, lesdites diodes (1) étant alimentées par une source de courant (4), caractérisé en ce qu'une diode Zéner (31) est connectée en antiparallèle sur chaque diode électroluminescente (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diodes électroluminescentes (1) sont réparties dans des branches connectées en parallèle entre une tension Vcc et une tension de référence (21), chaque branche comportant un ensemble de diodes électroluminescentes connectées en série. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif de mesure de tension est connecté aux bornes (32, 33) d'un ensemble de diodes zéner (31), une chute de tension mesurée indiquant l'apparition d'une défaillance sur une diode électroluminescente parmi les diodes électroluminescentes (1) connectées en antiparallèle sur ces diodes Zéner. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande du courant I traversant un ensemble de diodes électroluminescentes. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que les diodes (1, 31) sont implantées sur un circuit imprimé. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diodes (1, 31) sont implantées sur un support 30 métallique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a une fonction d'éclairage. 8. Système à feux de signalisation, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de génération de lumière selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10 15 20