Brevet FR3126084A1 — publié le 20230210

Dispositif de polarisation par générateur d’étincelles pour des modules de LED. L’invention permet de polariser avec un minimum de composants et avec une consommation d’énergie réduite un ou plusieurs modules de LED. L’invention ne nécessite pas d’étage redresseur, et de plus fonctionne indépendamment du sens de connexion des modules de LED. Une polarisation correcte est maintenue indépendamment du nombre de modules connectés. L’invention peut également fonctionner avec une seule borne connectée aux modules de LED. Il est constitué d’un générateur d’étincelles (1) de type électrotechnique, électromécanique ou électrostatique connecté à un ou plusieurs modules de LED (2) branchés en série. Le dispositif selon l’invention est particulièrement adapté à des applications d’éclairage industrielles et commerciales. Figure pour l’abrégé : Figure 1. Dispositif de polarisation par générateur d’étincelles pour des modules de LED La présente invention concerne un dispositif de polarisation par générateur d’étincelles pour des modules de LED. La polarisation correcte de tels modules nécessite habituellement un dispositif comme une alimentation externe nécessitant de nombreux composants et dont les caractéristiques dépendent fortement des paramètres du module à alimenter ainsi qu’un branchement correct du côté cathode et anode du module de LED. En outre ces alimentations génèrent une perte importante d’énergie par effet Joule. Le dispositif selon l’invention permet de remédier à ces inconvénients. Il comporte un générateur d’étincelles qui est de type électrotechnique, électromécanique ou une machine électrostatique, avec un ou plusieurs modules de LED à polariser. La réalisation minimale de ce dispositif ne nécessite qu’un nombre très réduit de composants, qui peut fonctionner sans étage de redressement en sortie et dans ce cas permet une polarisation correcte des diodes quel que soit le sens de branchement de celles-ci. Les modules de LED sont connectés en série directement aux deux bornes du bobinage secondaire du transformateur, mais peuvent également être connectés sur une seule de ses bornes. Grâce à la haute tension générée à la sortie du générateur d’étincelles, les diodes se polarisent correctement avec une faible dépendance au nombre de modules connectés. De plus, la périodicité des étincelles et donc du fonctionnement des LED, couplée au haut rendement du transformateur élévateur de tension conduisent à une utilisation optimisée de l’énergie. Les figures annexées illustrent l’invention : La représente le dispositif fonctionnel de l’invention. La représente le dispositif fonctionnel de l’invention pour un générateur d’étincelles électrotechnique. La représente une réalisation de l’invention avec une connexion aux deux bornes du générateur d’étincelles électrotechnique. La représente une réalisation de l’invention avec une connexion à une seule borne du générateur d’étincelles électrotechnique à Timer La représente une réalisation de l’invention avec un générateur d’étincelles de type piézo-électrique. La montre les connexions entre modules de LED aux bornes (ou à la borne) du générateur d’étincelles. La présente invention présente le système, les méthodes et les éléments qui permettent une polarisation des modules de LED automatique sans avoir besoin de redresser la tension de sortie. Chaque module de LED sera alimenté et polarisé par un générateur d’étincelles dimensionné correctement pour ce module. Ce générateur d’étincelles peut être soit électrotechnique, électromécanique ou électrostatique. Dans le premier cas, il sera composé d’un système élévateur de tension à base de cellules diodes-capacités comme dans le générateur de Marx, ou bien plus classiquement sur la base d’un transformateur élévateur de tension. Il devra être lui-même alimenté par une source continue. Dans le deuxième cas, le composant générateur de l’étincelle sera une céramique ou un cristal piézo-électrique. Il nécessitera une action mécanique pour fonctionner. Dans le dernier cas, les machines électrostatiques seront du type Van de Graaff avec convoyage manuel des charges sur un terminal conducteur, ou encore du type Wimshurst pour laquelle il y a accumulation par amplification des charges de nature différente sur chaque électrode. Ces machines auront besoin d’énergie mécanique pour fonctionner. L’extension du nombre de modules de LED à polariser pourra se faire en série, et les limites d’extension seront liées aux contraintes thermiques et au dimensionnement des composants de puissance du système. La réalisation d’un tel système requière a minima qu’un nombre de composants très restreint, réduisant le coût global de l’installation. De plus, la polarisation des LED par intermittence qui est intrinsèque au fonctionnement du générateur d’étincelles permettra également de faire des économies d’énergie. Dans certaines configurations du générateur d’étincelle avec les modules de LED, il sera même possible de polariser correctement les modules de LED en n’utilisant qu’une des deux bornes prévues (anode ou cathode). Cette invention, comme le montre la , est basée sur la connexion directe d’un ou plusieurs module(s) de LED en série (2) à un générateur d’étincelles générique (1). Ce générateur d’étincelles (1) peut être de type électrotechnique, dont l’alimentation sera une source continue. Dans ce cas l’élément élévateur de tension pourra soit être un transformateur élévateur de tension par commutation du primaire par un système oscillatoire, soit une succession de cellules diodes-condensateurs du type générateur de Marx. Le générateur d’étincelles (1) peut aussi être de type électromécanique, nécessitant une énergie de type mécanique pour mettre en mouvement un percuteur sur l’élément élévateur de tension qui sera soit un quartz ou une céramique piézo-électrique. Le générateur d’étincelles (1) pourra aussi être une machine électrostatique, élevant la tension soit par convoyage de charges comme le générateur de Van de Graaff, ou bien par amplification et accumulation de charges opposées comme la machine de Wimshurst. La donne une représentation fonctionnelle de l’invention dans le cas d’un générateur d’étincelles électrotechnique à base de composants de puissance : une alimentation continue (11), un générateur d’étincelles de type électrotechnique (15) et un ou plusieurs modules de LED en série (16). Le générateur d’étincelles (15) peut se décomposer en 2 ou 3 sous blocs qui sont respectivement un oscillateur (12), un transformateur élévateur de tension (13) avec éventuellement un retour ou feedback (14) sur l’oscillateur. L’alimentation continue (11) peut-être une alimentation quelconque, régulée ou non, éventuellement autonome comme des batteries d’accumulateurs dimensionnés correctement par rapport à l’application souhaitée. Le générateur d’étincelles électrotechnique (15) est décliné en de multiples variantes et les tensions générées en sortie peuvent atteindre, à vide, plusieurs milliers de Volts. Il peut comprendre un oscillateur basé sur un circuit de type Timer, ou encore sur un microcontrôleur qui pilote un ou plusieurs transistors de puissance dont le rôle est d’ouvrir et fermer le circuit de l’enroulement primaire du transformateur élévateur de tension. La montre un dispositif complet selon l’invention, avec l’alimentation continue (21), connecté à un générateur d’étincelles électrotechnique comprenant un oscillateur simple (22), un transformateur élévateur de tension (23). L’oscillation est produite par allumage et extinction successive du transistor par application sur sa base d’un courant de retour en rapport avec l’enroulement primaire du transformateur (24). Les deux bornes du secondaire de ce dernier sont connectées directement à un module de LED (25), ici représenté pour une question de lisibilité à 2 rangées de 7 diodes. La seule contrainte sur le nombre et la nature des modules de LED connectées est qu’elles seront positionnées en série, leur connexion devant respecter la polarité des LED (anode sur cathode ou cathode sur anode). La montre un dispositif complet selon l’invention, avec l’alimentation continue (31), connecté à un générateur d’étincelles électrotechnique comprenant un oscillateur (32) à Timer (33), un transformateur élévateur de tension (34). L’oscillation est produite par allumage et extinction successive du transistor à effet de champ par polarisation de la grille par le Timer. Une seule borne du secondaire est connectée directement à un module de LED (35), l’autre restant en l’air (36). Le fonctionnement est indépendant des bornes choisies, c’est-à-dire que l’on peut connecter indifféremment une des deux bornes du secondaire, et il en est de même au niveau des modules de LED pour lesquels une borne restera flottante (37). La montre un dispositif complet selon l’invention avec un générateur à étincelle de type électromécanique. Il consiste en un percuteur mécanique (41) représenté comme un ressort dont une extrémité est liée à un support fixe et l’autre à une tête mobile destinée à impacter un composant piézo-électrique (42), générant ainsi une étincelle et alimentant le module de LED (43) connecté à ses bornes. La montre le sens de branchement des modules de LED lorsqu’ils sont montés en série. Le branchement cathode sur anode (51) montre le premier module (53) ainsi que le dernier et Nième module (54). Il en est de même pour le branchement anode sur cathode (52). Une borne ou les deux parmi les bornes (55) et (56) de cet assemblage de modules sera ou seront connectées au générateur d’étincelles. Le dispositif selon l’invention a une application évidente dans la mise en œuvre d’éclairage industriel et commercial à moindre coût, éventuellement autonome, avec une mise en œuvre indépendante des valeurs de polarisation requises par les modules de LED et du sens de branchement de ces modules. Dispositif de polarisation par générateur d’étincelles (1) pour des modules de LED (2) caractérisé en ce qu’il comporte un générateur d’étincelles (1) connecté directement à un ou plusieurs modules de LED (2) montés en série. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le générateur d’étincelles (1) est de type électrotechnique, électromécanique ou du type machine électrostatique. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le branchement des modules de LED (2) peut se faire sur deux bornes du générateur (1). Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le branchement des modules de LED (2) peut se faire sur une seule borne du générateur (1).