Brevet FR3025395A1 — publié le 20160304

Dispositif d'éclairage à LED L'invention concerne un dispositif d'éclairage ou d'affichage à basse tension, notamment une diode électroluminescente. Elle concerne aussi un procédé de gestion d'un tel dispositif. L'éclairage à diodes électroluminescentes (LED) devient de plus en plus courant. Pour obtenir un niveau d'éclairage satisfaisant, un dispositif d'éclairage à LED de l'état de la technique repose sur un grand nombre de LED élémentaires. Un tel dispositif nécessite une alimentation électrique particulière, qui veille à ne pas dépasser le courant maximal admissible par chaque LED. Pour cela, il existe aujourd'hui des circuits qui permettent d'assurer cette alimentation, par exemple par une alimentation à découpage, à partir d'une source de tension continue et relativement basse ( Pour répondre aux contraintes mentionnées ci-dessus, le document US20100134018 décrit une solution dans laquelle il est possible de mettre en série un nombre de LED plus ou moins important, pour que chaque LED reçoive à ses bornes une tension optimale pour son fonctionnement. Ce dispositif présente toutefois l'inconvénient que chaque LED reste shuntée un temps important, ce qui réduit l'efficacité de l'éclairage. Ainsi, il existe un besoin d'une solution améliorée de dispositif d'éclairage ou d'affichage à base de composants d'éclairage élémentaires basse tension, comme des LED. 3025395 2 A cet effet, l'invention repose sur un dispositif d'éclairage et/ou d'affichage à composants d'éclairage élémentaires basse tension comme une diode électroluminescente, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs modules élémentaires électriquement connectés entre eux de sorte à pouvoir être 5 disposés en série, au moins un module comprenant une borne inférieure et une borne supérieure, entre lesquelles sont agencés au moins deux composants d'éclairage élémentaires et plusieurs interrupteurs, de sorte à pouvoir disposer deux composants d'éclairage élémentaires en série ou en parallèle entre les deux bornes inférieure et supérieure. 10 Les composants élémentaires basse tension peuvent être des diodes électroluminescentes, notamment LED et/ou OLED et/ou PLED, et/ou PHLED. 15 Le au moins un module élémentaire peut comprendre une première branche s'étendant entre ses bornes inférieure et supérieure et comprenant dans l'ordre au moins une LED et un interrupteur, une seconde branche parallèle à la première branche entre ses bornes inférieure et supérieure comprenant dans l'ordre un interrupteur et au 20 moins une LED, et une branche intermédiaire comprenant un interrupteur intermédiaire et reliant respectivement les bornes intermédiaires disposées entre la au moins une LED et l'interrupteur de chacune des deux branches parallèles. 25 Le au moins un module élémentaire peut comprendre un circuit de commande d'interrupteurs dudit module élémentaire. Le circuit de commande d'interrupteurs peut être connecté au dispositif de sorte à avoir à ses bornes une différence de potentiel basse tension 30 correspondant à la différence de potentiel entre la borne inférieure et la 3025395 3 borne supérieure dudit module élémentaire ou la différence de potentiel entre une borne dudit module et une borne d'un module voisin. Le au moins un module élémentaire peut comprendre au moins un 5 capteur de mesure d'une grandeur caractéristique de l'état du module élémentaire, comme le courant, l'intensité lumineuse générée, la tension, la température, et le circuit de commande des interrupteurs du module élémentaire peut les commander en fonction de la grandeur caractéristique mesurée. 10 Le dispositif d'éclairage et/ou d'affichage peut comprendre un circuit pour la transmission d'une consigne de courant audit au moins un module élémentaire. 15 Le circuit de commande d'interrupteurs peut comprendre un comparateur et une porte inverseuse. Le au moins un module élémentaire peut comprendre au moins un composant de stockage qui permet de restituer de l'énergie à au moins un 20 composant d'éclairage élémentaire quand sa tension d'alimentation est insuffisante pour son éclairage. Tous les modules élémentaires peuvent être connectés en série et comprendre au moins deux LED et plusieurs interrupteurs, de sorte à 25 pouvoir disposer deux LED en série ou en parallèle. Le dispositif d'éclairage et/ou d'affichage peut comprendre des interrupteurs agencés sur trois branches de liaison entre deux modules voisins pour permettre la liaison en série ou en parallèle des deux 30 modules voisins et/ou peut comprendre des interrupteurs agencés sur 3025395 4 trois branches de liaison entre deux sous-ensembles voisins du dispositif, chaque sous-ensemble comprenant plusieurs modules élémentaires, pour permettre la liaison en série ou en parallèle des deux sous-ensembles voisins. 5 Le dispositif d'éclairage et/ou d'affichage peut comprendre un pont redresseur ou plusieurs ponts redresseurs associés chacun à un sous-ensemble de modules élémentaires pour redresser la tension d'alimentation, et/ou peut comprendre un ou plusieurs pont(s) en H 10 permettant de shunter au moins un module élémentaire en cas de tension d'alimentation insuffisante. Le dispositif d'éclairage et/ou d'affichage peut comprendre un ASIC pour chaque module élémentaire. 15 Le dispositif d'éclairage et/ou d'affichage peut comprendre des interrupteurs aptes à occuper une position semi-ouverte pour remplir une fonction de régulateur/limiteur de courant. 20 Les interrupteurs peuvent être des interrupteurs commandés, comme des transistors bipolaires ou des transistors MOS. L'invention porte aussi sur un procédé de gestion d'un dispositif d'éclairage et/ou d'affichage, caractérisé en ce qu'il comprend une étape 25 de détermination de la position des interrupteurs d'un module élémentaire pour disposer deux composants d'éclairage élémentaires en série ou en parallèle. Le procédé de gestion d'un dispositif d'éclairage et/ou d'affichage peut 30 comprendre les étapes suivantes : 3025395 5 - mesure d'au moins une grandeur au niveau d'un module, comme le courant, une tension, la température, une intensité lumineuse ; - transmission de ladite grandeur mesurée à au moins un circuit 5 de commande ou un calculateur ; - détermination de la position d'un interrupteur d'un module ou d'un sous-ensemble de modules et commande de l'ouverture ou fermeture du au moins un interrupteur, en prenant en compte ladite grandeur mesurée. 10 Le procédé de gestion d'un dispositif d'éclairage et/ou d'affichage peut comprendre une étape de régulation par hystérésis de la configuration du dispositif d'éclairage et/ou d'affichage. 15 Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : 20 La figure 1 représente schématiquement la structure d'un module d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 représente schématiquement l'évolution du courant aux bornes 25 du module du dispositif d'éclairage ou d'affichage en fonction de son mode de fonctionnement selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 3 représente un premier circuit permettant la mise en oeuvre de l'évolution du courant selon la figure 2 selon un mode de réalisation de 30 l'invention. 3025395 6 La figure 4 représente un second circuit permettant la mise en oeuvre de l'évolution du courant selon la figure 2 selon un mode de réalisation de l'invention. 5 La figure 5 représente un troisième circuit permettant la mise en oeuvre de l'évolution du courant selon la figure 2 selon un mode de réalisation de l'invention. 10 La figure 6 représente schématiquement la structure d'un sous-ensemble de deux modules d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 7 représente schématiquement la structure d'un sous-ensemble 15 de quatre modules d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage selon un mode de réalisation de l'invention. Les figures 8 à 10 représentent schématiquement des dispositifs d'éclairage ou d'affichage selon des modes de réalisation de l'invention. 20 Les figures 11 et 12 représentent schématiquement des connexions au secteur de dispositifs d'éclairage ou d'affichage selon des modes de réalisation de l'invention. 25 La figure 13 représente la structure d'un module d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage avec un circuit de commande de ses interrupteurs selon un mode de réalisation de l'invention. 3025395 7 La figure 14 représente la structure d'un sous-ensemble de deux modules d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage avec un circuit de commande de ses interrupteurs selon un mode de réalisation de l'invention. 5 Les figures 15a à 15c représentent des comparateurs du circuit de commande d'interrupteurs d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage selon un mode de réalisation de l'invention. Les figures 16 à 18 représentent schématiquement des connexions au 10 secteur de dispositifs d'éclairage ou d'affichage avec un circuit de transmission d'un courant de consigne selon des modes de réalisation de l'invention. La figure 19 représente la structure d'un module d'un dispositif d'éclairage 15 ou d'affichage avec un circuit de commande de ses interrupteurs par intensité lumineuse selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 20 représente l'intensité lumineuse en fonction du temps fournie par plusieurs dispositifs d'éclairage ou d'affichage à partir d'une 20 alimentation alternative redressée selon des modes de réalisation de l'invention. La figure 21 représente schématiquement la structure d'un module d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage selon un mode de réalisation de 25 l'invention. La figure 22 représente schématiquement la structure d'un sous-ensemble de deux modules d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage selon un mode de réalisation de l'invention. 30 3025395 8 La figure 23 représente schématiquement la structure d'une solution pour l'alimentation électrique d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage selon un mode de réalisation de l'invention. 5 La figure 24 représente schématiquement la structure d'un sous-ensemble de deux modules d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 25 représente schématiquement la structure d'un dispositif 10 d'éclairage ou d'affichage selon un mode de réalisation de l'invention. Dans les figures suivantes, les mêmes références seront utilisées pour des éléments identiques ou similaires dans chaque mode de réalisation de l'invention, pour une raison de simplification de la description. Par 15 convention, nous utiliserons les qualificatifs « supérieur » et « inférieur » pour désigner les éléments du dispositif dans la direction de leur assemblage en série. Dans les modes de réalisation de l'invention, un dispositif d'éclairage ou 20 d'affichage à LED est agencé avec une structure composée de modules élémentaires disposés en série, et dotés d'interrupteurs permettant de modifier l'agencement entre les LED à l'intérieur de chaque module, permettant notamment modifier le nombre de LED disposées en série ou en parallèle. 25 L'avantage d'une telle architecture provient du fait que chaque module élémentaire présente une différence de potentiel entre ses bornes supérieure et inférieure, qui peut être choisie à toute valeur avantageuse, plus faible que la tension d'alimentation globale, ce qui permet de 3025395 9 simplifier les composants utilisés, tout en simplifiant leur commande, comme cela va être illustré. A titre d'exemple, la figure 1 représente un module 1 élémentaire selon un 5 mode de réalisation de l'invention. Ce module 1 comprend une première borne, que nous appellerons par convention borne inférieure 2, qui est destinée à une liaison électrique avec un module voisin inférieur, et une seconde borne que nous appellerons par convention borne supérieure 3, destinée à une liaison série avec un module voisin supérieur. Entre ces 10 deux bornes 2, 3, de potentiels respectifs V1 et V2, le module 1 comprend deux branches parallèles, sur lesquelles sont respectivement disposés dans l'ordre suivant de bas en haut : une LED 4 et un interrupteur 5 disposés en série sur la première branche, et un interrupteur 7 et une LED 6 disposés en série sur la seconde branche parallèle. De plus, une 15 branche intermédiaire comprenant un troisième interrupteur intermédiaire 8 relie les deux bornes intermédiaires 9 disposées sur chacune des deux branches parallèles entre la LED 4, 6 et l'interrupteur 5, 7. Nous appellerons « interrupteurs série » ces interrupteurs 5, 7. Enfin, le module 1 est avantageusement doté d'un capteur de courant 10 qui mesure le 20 courant i traversant le module. L'invention porte aussi sur un procédé de gestion d'un dispositif d'éclairage ou d'affichage comprenant plusieurs modules tels que décrits ci-dessus, liés en série. Un tel procédé comprend notamment les étapes 25 suivantes : - Si i > iref, alors les deux premiers interrupteurs 5, 7 sont ouverts et l'interrupteur intermédiaire 8 est fermé, pour positionner les deux LED 4, 6 en série ; 3025395 10 - Si i REVENDICATIONS1. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage à composants d'éclairage élémentaires basse tension comme une diode électroluminescente, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs modules (1) élémentaires électriquement connectés entre eux de sorte à pouvoir être disposés en série, au moins un module comprenant une borne inférieure (2) et une borne supérieure (3), entre lesquelles sont agencés au moins deux composants d'éclairage élémentaires et plusieurs interrupteurs (5, 7, 8), de sorte à pouvoir disposer deux composants d'éclairage élémentaires en série ou en parallèle entre les deux bornes inférieure (2) et supérieure (3). 2. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les composants élémentaires basse tension sont des diodes électroluminescentes, notamment LED et/ou OLED et/ou PLED, et/ou PHLED. 3. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le au moins un module (1) élémentaire comprend une première branche s'étendant entre ses bornes inférieure (2) et supérieure (3) et comprenant dans l'ordre au moins une LED (4) et un interrupteur (5), une seconde branche parallèle à la première branche entre ses bornes inférieure (2) et supérieure (3) comprenant dans l'ordre un interrupteur (7) et au moins une LED (6), et une branche intermédiaire comprenant un interrupteur intermédiaire (8) et reliant respectivement les bornes intermédiaires (9) disposées entre la au moins une LED (4, 6) et l'interrupteur (5, 7) de chacune des deux branches parallèles. 4. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le au moins un module (1) élémentaire 302 53 95 31 comprend un circuit de commande (11, 12) d'interrupteurs (5, 7, 8) dudit module élémentaire. 5. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon la revendication 5 précédente, caractérisé en ce que le circuit de commande (11, 12) d'interrupteurs (5, 7, 8) est connecté au dispositif de sorte à avoir à ses bornes une différence de potentiel basse tension correspondant à la différence de potentiel (V2-V1) entre la borne inférieure (2) et la borne supérieure (3) dudit module élémentaire ou la différence de potentiel (V2'- 10 V1) entre une borne dudit module et une borne d'un module voisin. 6. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le au moins un module (1) élémentaire comprend au moins un capteur de mesure (10) d'une grandeur 15 caractéristique de l'état du module élémentaire, comme le courant, l'intensité lumineuse générée, la tension, la température, et en ce que le circuit de commande (11, 12) des interrupteurs (5, 7, 8) du module élémentaire les commande en fonction de la grandeur caractéristique mesurée. 20 7. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit pour la transmission d'une consigne de courant audit au moins un module (1) élémentaire. 25 8. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le circuit de commande d'interrupteurs comprend un comparateur (11) et une porte inverseuse (12). 3025395 32 9. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le au moins un module (1) élémentaire comprend au moins un composant de stockage (14) qui permet de restituer de l'énergie à au moins un composant d'éclairage élémentaire 5 quand sa tension d'alimentation est insuffisante pour son éclairage. 10. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que tous les modules (1) élémentaires peuvent être connectés en série et comprennent au moins deux LED (4, 10 6) et plusieurs interrupteurs (5, 7, 8), de sorte à pouvoir disposer deux LED (4, 6) en série ou en parallèle. 11. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des interrupteurs (15, 17, 15 18) agencés sur trois branches de liaison entre deux modules voisins pour permettre la liaison en série ou en parallèle des deux modules voisins et/ou en ce qu'il comprend des interrupteurs (25, 27, 28) agencés sur trois branches de liaison entre deux sous-ensembles voisins du dispositif, chaque sous-ensemble comprenant plusieurs modules (1) élémentaires, 20 pour permettre la liaison en série ou en parallèle des deux sous- ensembles voisins. 12. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un pont redresseur (31) ou 25 plusieurs ponts redresseurs (32) associés chacun à un sous-ensemble de modules (1) élémentaires pour redresser la tension d'alimentation, et/ou en ce qu'il comprend un ou plusieurs pont(s) en H permettant de shunter au moins un module (1) élémentaire en cas de tension d'alimentation insuffisante. 30 3025395 33 13. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un ASIC pour chaque module (1) élémentaire. 5 14. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des interrupteurs (5, 7, 8, 15, 17, 18, 25, 27, 28) apte à occuper une position semi-ouverte pour remplir une fonction de régulateur/limiteur de courant. 10 15. Dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les interrupteurs (5, 7, 8, 15, 17, 18, 25, 27, 28) sont des interrupteurs commandés, comme des transistors bipolaires ou des transistors MOS. 15 16. Procédé de gestion d'un dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination de la position des interrupteurs (5, 7, 8) d'un module (1) élémentaire pour disposer deux composants d'éclairage élémentaires en série ou en parallèle. 20 17. Procédé de gestion d'un dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mesure d'au moins une grandeur au niveau d'un module, 25 comme le courant, une tension, la température, une intensité lumineuse ; - transmission de ladite grandeur mesurée à au moins un circuit de commande ou un calculateur ; - détermination de la position d'un interrupteur d'un module ou 30 d'un sous-ensemble de modules et commande de l'ouverture ou 3025395 34 fermeture du au moins un interrupteur, en prenant en compte ladite grandeur mesurée. 18. Procédé de gestion d'un dispositif d'éclairage et/ou d'affichage selon 5 la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de régulation par hystérésis de la configuration du dispositif d'éclairage et/ou d'affichage. 10