AT18059U1

AT18059U1 - Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels

Info

Publication number: AT18059U1
Application number: ATGM76/2018U
Authority: AT
Original assignee: Tridonic Gmbh & Co Kg
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2023-12-15
Also published as: CN210124030U; DE202018100418U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels, umfassend: - eine Wandlerschaltung, welche ausgestaltet ist, elektrische Energie von einem Eingang (101) der Wandlerschaltung zu einem mit dem Leuchtmittel (200) koppelbaren Ausgang (103, 104) derWandlerschaltung zu übertragen, wobei die Wandlerschaltung eine elektrische Energiespeichervorrichtung (107) umfasst, - eine Nulldurchgangserkennungsvorrichtung (110-113), welche ausgestaltet ist, ein Nulldurchgangssignal (115, ZCD) in Abhängigkeit von einem von der Energiespeichervorrichtung (107) abgegebenen Strom zu erzeugen, - eine Zeitgebervorrichtung (150) mit eihem Eingang, wobei dem Eingang das Nulldurchgangssignal (115, ZCD) zugeführt wird, wobei die Zeitgebervorrichtung (150) ausgestaltet ist, ein Zeitgebersignal in Abhängigkeit von einem Pegelwechsel in dem Nulldurchgangssignal (115, ZCD) an dem Eingang zu erzeugen, und - eine Verriegelungsvorrichtung (180), welche ausgestaltet ist, einen Pegelwechsel an dem Eingang der Zeitgebervorrichtung (150) in Abhängigkeit von dem Zeitgebersignal zu verhindern.

Description

Beschreibung

SCHALTUNGSANORDNUNG ZUM BETREIBEN EINES LEUCHTMITTELS

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels, insbesondere eines LED-Leuchtmittels.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0002] Zum Betreiben von Leuchtmitteln, welche beispielsweise auf Leuchtdioden (LED) basieren, werden typischerweise Schaltungsanordnungen verwendet, welche aus einer Netzspannung oder Versorgungsspannung, wie zum Beispiel einer Wechselspannung oder Gleichspannung im Bereich von 120-240 V, eine für den Betrieb der Leuchtmittel geeignete Spannung und/oder einen für den Betrieb der Leuchtmittel geeigneten Strom erzeugen. Im Zusammenhang mit LED-Leuchtmitteln werden derartige Schaltungsanordnungen häufig als LED-Wandler oder LED-Konverter bezeichnet. Beispielsweise können derartige Schaltungsanordnungen Abwärtswandler umfassen, bei welchen eine gewünschte Ausgangsspannung oder ein gewünschter Ausgangsstrom über ein Tastverhältnis eines Schaltmittels in dem Abwärtswandler eingestellt werden kann. Ferner kann es wünschenswert sein, die Helligkeit des LED-Leuchtmittels einzustellen. Eine derartige Einstellung wird auch als "Dimmen" bezeichnet. Ein derartiges Dimmen kann bei Verwendung eines Abwärtswandlers ebenfalls über das Tastverhältnis des Schaltmittels eingestellt werden.

[0003] Insbesondere bei der Verwendung eines Abwärtswandlers in Verbindung mit einem dimmbaren LED-Leuchtmittel kann es erforderlich sein, den Abwärtswandler in einem sogenannten lückenden Betrieb (englisch: Discontinuous Current Mode (DCM)), auch Lückbetrieb genannt, zu betreiben. Im lückenden Betrieb sinkt ein Strom durch einen Energiespeicher des Abwärtswandlers (üblicherweise eine Spule) in jedem Tastzyklus auf Null ab. Die Zeitspanne, während welcher kein Strom durch den Energiespeicher fließt, wird als Totzeit bezeichnet und üblicherweise von einem Zeitgeber eingestellt, welcher gestartet wird, sobald der Strom durch den Energiespeicher auf Null absinkt Dieser Zeitpunkt wird auch als Nulldurchgang bezeichnet. Eine Bestimmung dieses Zeitpunktes wird mit einem sogenannten Nulldurchgangsdetektor erfasst. Durch Schwingungen in der gesamten Schaltungsanordnung kann es jedoch zu Störungen bei der Erfassung des Nulldurchgangs kommen, sodass der Zeitgeber für die Totzeit nicht ordnungsgemäß gestartet oder wiederholt gestartet wird.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Erfassung des Nulldurchgangs zu verbessern bzw. die Steuerung des Zeitgebers für die Totzeit in Abhängigkeit von dem Nulldurchgang zu verbessern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

[0005] Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen der Erfindung.

[0006] Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels eine Wandlerschaltung, eine Nulldurchgangserkennungsvorrichtung, eine Zeitgebervorrichtung und eine Verriegelungsvorrichtung. Die Wandlerschaltung ist ausgestaltet, elektrische Energie von einem Eingang der Wandlerschaltung zu einem mit dem Leuchtmittel koppelbaren Ausgang der Wandlerschaltung zu übertragen. Die Wandlerschaltung umfasst eine elektrische Energiespeichervorrichtung. Die elektrische Energiespeichervorrichtung umfasst beispielsweise eine Induktivität oder Spule. Die Wandlerschaltung kann beispielsweise einen sogenannten Abwärtswandler umfassen. Das Leuchtmittel kann beispielsweise ein LED-Leuchtmittel sein und die Schaltungsanordnung kann zum Betreiben von mindestens einer Leuchtdiode aus-

gestaltet sein. Dazu kann die Schaltungsanordnung beispielsweise derart ausgelegt sein, dass an dem Ausgang der Wandlerschaltung eine Spannung und/oder ein Strom bereitgestellt werden, welche zum Betreiben einer Leuchtdiode oder mehrerer Leuchtdioden geeignet sind.

[0007] Die Nulldurchgangserkennungsvorrichtung ist ausgestaltet, ein Nulldurchgangssignal in Abhängigkeit von einem von der Energiespeichervorrichtung abgegebenen Strom zu erzeugen. Insbesondere kann die Nulldurchgangserkennungsvorrichtung ausgestaltet sein, das Nulldurchgangssignal zu erzeugen, wenn der von der Energiespeichervorrichtung abgegebene Strom auf Null absinkt.

[0008] Die Zeitgebervorrichtung weist einen Eingang auf, welchem das Nulldurchgangssignal zugeführt wird. Die Zeitgebervorrichtung ist ausgestaltet, ein Zeitgebersignal in Abhängigkeit von einem Pegelwechsel in dem Nulldurchgangssignal an dem Eingang zu erzeugen. Anders ausgedrückt ist die Zeitgebervorrichtung ausgestaltet, ein Zeitgebersignal zu erzeugen, sobald ein bestimmter Pegelwechsel an dem Eingang erfasst wird. Das Zeitgebersignal kann beispielsweise eine sogenannte Totzeit für den Abwärtswandler anzeigen und steuern.

[0009] Die Verriegelungsvorrichtung ist ausgestaltet, einen Pegelwechsel an dem Eingang der Zeitgebervorrichtung in Abhängigkeit von dem Zeitgebersignal zu verhindern. Beispielsweise kann die Verriegelungsvorrichtung ausgestaltet sein, einen Pegel an dem Eingang der Zeitgebervorrichtung auf einem konstanten Wert zu halten, solange das Zeitgebersignal von der Zeitgebervorrichtung einen bestimmten Wert aufweist. Beispielsweise kann die Verriegelungsvorrichtung während der Totzeit einen Pegel an dem Eingang der Zeitgebervorrichtung auf einem konstanten Wert halten.

[0010] Die zuvor beschriebene Schaltungsanordnung ermöglicht, dass die Zeitgebervorrichtung ein Zeitgebersignal, beispielsweise von der Länge einer vorgegebenen Totzeit, ausgibt, sobald ein Pegelwechsel von dem Nulldurchgangssignal an dem Eingang der Zeitgebervorrichtung erfasst wird. Durch die Verriegelungsvorrichtung wird sichergestellt, dass die Zeitgebervorrichtung nicht durch nachfolgende Pegelwechsel in dem Nulldurchgangssignal, welche durch Schwingungen in der Schaltungsanordnung auftreten können, gestört wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass nach Erfassen des ersten Nulldurchgangs des Stroms durch die Energiespeichervorrichtung die Totzeit beginnt und nicht durch nachfolgende Pegelwechsel in dem Nulldurchgangssignal gestört wird, insbesondere zusätzlich ausgelöst und somit verlängert wird. Insbesondere beim Dimmen von LED-Leuchtmitteln kann eine zuverlässige Realisierung der Totzeit von großer Wichtigkeit sein, um eine konstante Helligkeit aufrechtzuerhalten und Flackern zu vermeiden.

[0011] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Wandlerschaltung ferner eine Diode, welche über eine Verbindung mit der Energiespeichervorrichtung gekoppelt ist. Wenn die Wandlerschaltung beispielsweise einen Abwärtswandler umfasst, ist die Diode eine sogenannte Freilaufdiode. Während die Energiespeichervorrichtung aufgeladen wird, fließt über die Diode kein Strom. Das Potenzial an der Verbindung zwischen der Diode und der Energiespeichervorrichtung kann in diesem Fall beispielsweise im Wesentlichen einem Potenzial am Ausgang der Wandlerschaltung beispielsweise gegenüber Masse entsprechen. Während die Energiespeichervorrichtung entladen wird, stellt die Energiespeichervorrichtung eine Spannungsquelle dar und ein Strom fließt über die Diode. Das Potenzial an der Verbindung zwischen Diode und Energiespeichervorrichtung sinkt im Wesentlichen auf Null oder Massepotentiale ab. Wenn die Energiespeichervorrichtung entladen ist, steigt das Potenzial an der Verbindung zwischen Diode und Energiespeichervorrichtung wieder an. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem die Totzeit beginnt. Das Ansteigen des Potenzials an der Verbindung zwischen Diode und Energiespeichervorrichtung kann somit als Auslöser zum Starten der Totzeit verwendet werden. Somit kann die Nulldurchgangserkennungsvorrichtung das Nulldurchgangssignal in Abhängigkeit von einem Potenzialvergleich zwischen einem Potenzial an der Verbindung zwischen der Diode und der Energiespeichervorrichtung und einem Referenzpotenzial erzeugen. Das Referenzpotenzial kann beispielsweise eine Spannung zwischen Masse und der gewünschten Ausgangsspannung der Wandlerschaltung sein.

[0012] Zur Erzeugung des Nulldurchgangssignals kann die Nulldurchgangserkennungsvorrichtung eine weitere Diode umfassen, welche beispielsweise auf der einen Seite (z.B. Kathode) mit

der Verbindung zwischen der Diode und der Energiespeichervorrichtung und auf der anderen Seite (z.B. Anode) mit dem Referenzpotenzial, beispielsweise über einen Spannungsteiler, gekoppelt ist. Das Nulldurchgangssignal kann beispielsweise an einer Mittelanzapfung des Spannungsteilers bereitgestellt werden. Auf diese Art und Weise kann mit einfachen kostengünstigen Mitteln ein Nulldurchgangssignal bereitgestellt werden, welches mit einem Potenzialwechsel (beispielsweise einer steigenden Flanke) die Entladung des Energiespeichermittels und somit den Beginn der Totzeit anzeigt.

[0013] Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Wandlerschaltung ein Schaltmittel. Das Schaltmittel wird in Abhängigkeit von dem Zeitgebersignal angesteuert. Das Schaltmittel kann beispielsweise einen Transistor, insbesondere einen MOSFET umfassen.

[0014] Das Schaltmittel kann in einer Schaltbetriebsart angesteuert werden. Die Schaltbetriebsart bedeutet, dass das Schaltmittel im Wesentlichen in nur zwei Betriebszuständen betrieben wird, nämlich entweder in einem gesperrten Zustand oder in einem leitenden Zustand. In dem gesperrten Zustand ist ein Ubergangswiderstand des Schaltmittels maximal, sodass im Wesentlichen kein Strom durch das Schaltmittel fließt. Im leitenden Zustand ist der Ubergangswiderstand des Schaltmittels minimal, sodass ein maximaler Strom fließen kann. Die Zeit, in welcher sich das Schaltmittel im gesperrten Zustand befindet, wird auch als Ausschaltzeit bezeichnet. Die Zeit, in welcher sich das Schaltmittel in dem leitenden Zustand befindet, wird auch als Einschaltzeit bezeichnet. Eine Ausschaltzeit des Schaltmittels wird in Abhängigkeit von dem Zeitgebersignal angesteuert.

[0015] In dem Fall, dass die Wandlerschaltung einen Abwärtswandler umfasst, kann der Abwärtswandler in einer sogenannten Lückbetriebsart betrieben werden, welche auch als lückende Betriebsart oder auf Englisch als Discontinuous Current Mode (DCM) bezeichnet wird. In der Lückbetriebsart können folgende drei Zustände des Abwärtswandlers unterschieden werden:

(1) während einer Einschaltzeit des Schaltmittels wird die Energiespeichervorrichtung aufgeladen; und

(2) während einer Ausschaltzeit des Schaltmittels wird die Energiespeichervorrichtung entladen;

(3) auf die Ausschaltzeit folgt eine Totzeit, in welcher das Schaltmittel im gesperrten Zustand bleibt und die Energiespeichervorrichtung keine weitere Energie abgibt.

[0016] Die Totzeit wird in Abhängigkeit von dem Zeitgebersignal gesteuert. Durch die oben beschriebene Verriegelungsvorrichtung kann die Totzeit zuverlässig realisiert werden.

[0017] Die Zeitgebervorrichtung kann als Teil einer integrierten Steuerung ausgebildet werden. Die integrierte Steuerung kann ferner einen Vergleicher zum Vergleichen einer aktuellen Ausgangsspannung am Ausgang der Wandlerschaltung mit einer Soll-Ausgangsspannung und eine weitere Zeitgebervorrichtung zum Begrenzen einer Einschaltzeit des Schaltmittels umfassen. Beispielsweise kann nach Ablauf der Totzeit das Schaltmittel eingeschaltet werden und gleichzeitig die weitere Zeitgebervorrichtung gestartet werden. Durch das eingeschaltete Schaltmittel wird die Energiespeichervorrichtung aufgeladen und die Spannung am Ausgang der Wandlerschaltung steigt an. Wenn die Spannung am Ausgang der Wandlerschaltung eine vorgegebene Soll-Ausgangsspannung erreicht hat, kann das Schaltmittel ausgeschaltet werden und die Ausschaltzeit beginnt, solange die Energiespeichervorrichtung sich entlädt. Für den Fall, dass die Spannung am Ausgang der Wandlerschaltung die vorgegebene Soll-Ausgangsspannung nicht innerhalb einer durch die weitere Zeitgebervorrichtung vorgegebene Zeit erreicht, kann das Schaltmittel auch vor Erreichen der Soll-Ausgangsspannung ausgeschaltet werden. Dadurch können beispielsweise Uberlastzustände vermieden werden. Indem die beiden Zeitgebervorrichtungen in einer integrierten Schaltung ausgebildet werden, kann die Schaltungsanordnung kompakt und kostengünstig ausgebildet werden. Insbesondere können beispielsweise herkömmliche verfügbare integrierte Schaltkreise verwendet werden, welche die Zeitgebervorrichtung, die weitere Zeitgebervorrichtung sowie den Vergleicher umfassen.

[0018] Die Verriegelungsvorrichtung kann außerhalb der integrierten Schaltung ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Verriegelungsvorrichtung eine Diode umfassen, welche einen Spannungspegel des Zeitgebersignals zu dem Eingang der Zeitgebervorrichtung führt. Sobald der oben beschriebene Pegelwechsel die Zeitgebervorrichtung ansteuert, um die Totzeit zu starten, kann über die Diode ein mit der Totzeit korreliertes Signal der Zeitgebervorrichtung zu dem Eingang der Zeitgebervorrichtung geführt werden. Dieses Signal kann den Eingang der Zeitgebervorrichtung während der Totzeit auf einem bestimmten Pegel halten, sodass Pegeländerungen des Nulldurchgangssignals wirkungslos bleiben und insbesondere die Zeitgebervorrichtung nicht erneut ausgelöst wird, die Totzeit erneut zu starten. Somit kann die Verriegelungsvorrichtung zuverlässig und auf einfache und kostengünstige Art und Weise realisiert werden.

[0019] Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft eine Dimmschaltung für eine Leuchtdiode. Die Dimmschaltung umfasst die zuvor beschriebene Schaltungsanordnung. Insbesondere bei Dimmschaltungen für Leuchtdioden können vorteilhafterweise Abwärtswandler in Lückbetriebsart verwendet werden, um entsprechend geringe Ströme und/oder Spannungen zum Ansteuern der Leuchtdioden über entsprechend lange Totzeiten bereitzustellen. Mithilfe der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung können durch Störungen hervorgerufene unbeabsichtigte Veränderungen, insbesondere Verlängerungen der Totzeit, vermieden werden, sodass ein flackerfreier Betrieb der Leuchtdioden ermöglicht wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0020] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsformen erläutert. In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische Elemente.

[0021] Fig. 1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

[0022] Fig. 2 zeigt schematisch eine Zeitgebervorrichtung und eine Verriegelungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

[0023] Fig. 3 zeigt schematisch verschiedene Signalverläufe in einer Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

[0024] Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

[0025] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen im Detail erläutert werden.

[0026] Gleiche Bezugszeichen in den nachfolgenden Figuren bezeichnen im Wesentlichen gleiche Komponenten.

[0027] Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Schaltungsanordnungen zum Betreiben von LED-Leuchtmitteln, sind jedoch nicht darauf beschränkt, sondern können auch für andere Arten von Leuchtmitteln eingesetzt werden, beispielsweise Halogenleuchtmittel.

[0028] Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 100 zur Versorgung eines LED-Leuchtmittels 200. Die Schaltungsanordnung 100 umfasst einen Eingang 101 zur Aufnahme einer Versorgungsspannung V+. Die Versorgungsspannung V+ kann ein Spannungspotenzial in Bezug auf ein Massepotenzial sein, welches der Schaltungsanordnung 100 über einen Masseanschluss 102 zugeführt wird. Die Schaltungsanordnung 100 weist ferner Ausgangsanschlüsse 103 (X2-a) und 104 (X2-b) auf, an welchen eine Ausgangsspannung zur Versorgung des daran angeschlossenen LED Leuchtmittels bereitgestellt wird. Mithilfe der Schaltungsanordnung 100 kann aus der Versorgungsspannung V+ eine für das LED-Leuchtmittel 200 geeignete Ausgangsspannung sowie

ein für das LED Leuchtmittel 200 geeigneter Ausgangsstrom an den Ausgangsanschlüssen 103 und 104 erzeugt werden.

[0029] Die der Schaltungsanordnung 100 zugeführte Versorgungsspannung V+ kann beispielsweise eine Gleichspannung im Bereich von etwa 10 V bis hin zu einigen 100 V umfassen, beispielsweise 12 V, 24 V oder 60 V. Die Versorgungsspannung V+ kann beispielsweise mithilfe einer nicht gezeigten Eingangsstufe aus einer Netzspannung mit einem landestypischen Effektivwert von 230 V oder 120 V erzeugt werden. Die Ausgangsspannung zur Versorgung des LED Leuchtmittels 200 kann beispielsweise wenige Volt betragen, beispielsweise 2 V oder im Bereich von 10-50 V liegen.

[0030] Zur Erzeugung der Ausgangsspannung an den Ausgangsanschlüssen 103 und 104 aus der Versorgungsspannung V+ kann die Schaltungsanordnung 100 beispielsweise einen Abwärtswandler umfassen. Abwärtswandler werden auch Tiefsetzsteller oder Abwärtsregler genannt. Im Englischen werden Abwärtswandler als Step-down Converter oder Buck Converter bezeichnet.

[0031] Die Schaltungsanordnung 100 umfasst einen Schalter 105, beispielsweise einen Transistor, welcher von einer Steuerung 106 regelmäßig ein- und ausgeschaltet wird. Üblicherweise können einige Hundert bis mehrere Millionen Schaltzyklen je Sekunde durchgeführt werden. Dadurch wird elektrische Energie von dem Eingang 101 zu den Ausgangsanschlüssen 103 und 104 transferiert. Dazu umfasst die Schaltungsanordnung 100 ferner einen induktiven Energiespeicher 107, beispielsweise eine Spule, einen kapazitiven Energiespeicher 108, beispielsweise einen Kondensator, und eine Diode 109, welche auch als Freilaufdiode bezeichnet wird. Die beiden Energiespeicher Spule 107 und Kondensator 108 ermöglichen die Versorgung des Leuchtmittels 200 in den Phasen, in denen der Schalter 105 geöffnet ist. Die Induktivität der Spule 107 hält die höhere Versorgungsspannung V+ von dem Leuchtmittel 200 fern. Die Ausgangsspannung bzw. der Ausgangsstrom an den Ausgangsanschlüssen 103 und 104 kann durch Steuern der Ein- und Ausschaltzeiten des Schalters 105 eingestellt werden.

[0032] Während einer Einschaltzeit, in welcher der Schalter 105 geschlossen ist, fließt ein Strom durch die Spule 107 und durch das LED-Leuchtmittel 200. Während einer Ausschaltzeit, in welcher der Schalter 105 geöffnet ist, wird die in der Spule 107 gespeicherte Energie abgebaut und durch das LED-Leuchtmittel fließt weiterhin ein Strom. Die Diode 109 ist leitend und schließt somit den Stromkreis. Ferner fließt während der Ausschaltzeit ein Strom aus dem Kondensator 108 durch das LED-Leuchtmittel 200.

[0033] Beim Betrieb der Schaltungsanordnung 100 als Abwärtswandler können zwei unterschiedliche Betriebsarten unterschieden werden: ein lückender Betrieb und ein nichtlückender Betrieb.

[0034] Im nichtlückenden Betrieb, welcher auch als kontinuierlicher Betrieb oder im Englischen als Continuous Current Mode (CCM) bezeichnet wird, fließt während des gesamten Zyklus immer Strom durch die Spule 107. Dies wird dadurch erreicht, dass der Schalter 105 bereits erneut geschlossen wird, bevor die gespeicherte Energie aus der Spule 107 vollständig abgebaut ist.

[0035] Im lückenden Betrieb, welcher auch als Lückbetrieb oder im Englischen als Discontinuous Current Mode (DCM) bezeichnet wird, sinkt der Strom durch die Spule 107 auf Null ab. Es ergibt sich somit eine dritte Phase in dem Schaltzyklus: Zusätzlich zu den auch im nichtlückenden Betrieb auftretenden Phasen der Energiespeicherung bei geschlossenem Schalter 105 und der Energiefreisetzung der Energie aus der Spule 107 bei geöffnetem Schalter 105 kommt die sogenannte Lückphase hinzu, in welcher kein Strom durch die Spule 107 fließt und das LED-Leuchtmittel ausschließlich mit Energie aus dem Kondensator 108 versorgt wird. Die Zeit der Lückphase wird auch als Totzeit bezeichnet.

[0036] Um die Totzeit präzise einzustellen, ist es erforderlich, den Zeitpunkt zu erfassen, zu dem der Strom durch die Spule 107 auf Null absinkt. Eine derartige Erfassung wird auch als Nulldurchgangserkennung (englisch Zero Crossing Detection, ZCD) bezeichnet. Die Schaltungsanordnung 100 umfasst eine Nulldurchgangserkennungsvorrichtung, welche eine Diode 110 und drei Widerstände 111-113 umfasst und mit einer Referenzspannung 114 Vref gekoppelt ist. Die Referenz-

spannung 114 kann beispielsweise eine Spannung von wenigen Volt, beispielsweise 3,3 V betragen. Die Nulldurchgangserkennungsvorrichtung erzeugt ein Nulldurchgangssignal 115 (ZCDSignal). Die Nulldurchgangserkennungsvorrichtung misst ein Spannungspotenzial Vmid an einer Verbindung zwischen der Spule 107 und der Freilaufdiode 109. Wenn das Spannungspotenzial Vmid höher als das Potenzial (näherungsweise Vref) an der Anode der Diode 110 ist, ist die Diode 110 nicht leitend und das Nulldurchgangssignal 115 liegt auf dem Pegel der Referenzspannung 114 Vref. Dies ist beispielsweise während der Einschaltzeit des Schalters 105 der Fall. Während der Ausschaltzeit des Schalters 105 verringert sich das Spannungspotenzial Vmid auf näherungsweise Null und daher wird die Diode 110 leitend. Dies führte dazu, dass das Nulldurchgangssignal 115 ebenfalls einen Pegel von näherungsweise 0 V aufweist und die gesamte Spannung der Referenzspannung 114 Vref über den Widerständen 112 und 113 abfällt. Wenn die Spule 107 nach dem Öffnen des Schalters 105 ihre gesamte Energie abgegeben hat, beginnt die Totzeit. Während der Totzeit steigt das Spannungspotenzial Vmid wieder an und schwingt aufgrund von Induktivitäten und Kapazitäten in der Schaltung um die Ausgangsspannung des Abwärtswandlers. Überschreitet das Potenzial Vmid die Referenzspannung Vref, steigt die Spannung am Nulldurchgangssignal 115 an. Diese steigende Flanke des Nulldurchgangssignals 115 kann somit als Auslöser für eine Zeitgebervorrichtung für die Totzeit verwendet werden. Auf der Grundlage der Totzeit kann die Steuerung 106 über einen Steuerausgang 116 (Control) den Schalter 105 ansteuern.

[0037] Fig. 2 zeigt die Steuerung 106 im Detail. Die Steuerung 106 umfasst eine Zeitgebervorrichtung 150, eine weitere Zeitgebervorrichtung 151 und einen Vergleicher 152. Die Steuerung 106 kann als Teil einer integrierten Schaltung (IC) 190 ausgebildet sein. Dem Vergleicher wird über eine Leitung 153 ein Sollwert (soll) für die von der Schaltungsanordnung 100 auszugebende Spannung oder den von der Schaltungsanordnung 100 auszugebenden Strom vorgegeben. Ein Ist-Wert (ist) der von der Schaltungsanordnung 100 ausgegebenen Spannung oder des von der Schaltungsanordnung 100 ausgegebenen Stroms wird dem Vergleicher 152 über eine Leitung 154 zugeführt. Der Ist-Wert des von der Schaltungsanordnung 100 ausgegebenen Stroms kann beispielsweise mithilfe eines sogenannten Shunt- Widerstandes als entsprechender Spannungswert bereitgestellt werden. Der Vergleicher 152 erzeugt ein Vergleichssignal in Abhängigkeit von einem Vergleich von Sollwert und Ist-Wert und stellt dieses Vergleichssignal der weiteren Zeitgebervorrichtung 151 über eine Verbindung 155 bereit. Die Zeitgebervorrichtung 150 erzeugt ein Totzeitsignal vorgegebener zeitlicher Länge, welches der weiteren Zeitgebervorrichtung 151 über eine Verbindung 156 bereitgestellt wird. Ausgelöst wird die Zeitgebervorrichtung 150 von dem der Zeitgebervorrichtung 150 zugeführten Nulldurchgangssignal 115. Die weitere Zeitgebervorrichtung 151 erzeugt in Abhängigkeit von dem Vergleichssignal und dem Totzeitsignal eine Ansteuerung für den Schalter 105 an dem Steuerausgang 116.

[0038] Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung 100 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1-3 in ihrem zeitlichen Ablauf beispielhaft beschrieben. In Fig. 3 sind schematisch mehrere Signalverläufe dargestellt. Von oben nach unten zeigt der erste Signalverlauf (Timeri) das Ausgangssignal der weiteren Zeitgebervorrichtung 151 an dem Steuerausgang 116. Der zweite Signalverlauf (IL) zeigt schematisch einen Strom durch die Spule 107. Der dritte Signalverlauf (Compl out) zeigt das Vergleichssignal des Vergleichers 152 auf der Verbindung 155. Der vierte Signalverlauf (Vmid) zeigt schematisch das Spannungspotenzial zwischen der Freilaufdiode 109 und der Spule 107. Der fünfte Signalverlauf (VZCD) zeigt schematisch das Nulldurchgangssignal 115, wie es von der oben beschriebenen Nulldurchgangserkennungsvorrichtung erzeugt wird. Der sechste Signalverlauf (Timer2) zeigt schematisch den Signalverlauf des Totzeitsignals auf der Verbindung 156.

[0039] Zum Zeitpunkt t1 endet die Totzeit, welche von der Zeitgebervorrichtung 150 vorgegeben wird. Mittels einer fallenden Flanke des Signals auf der Verbindung 156 zeigt die Zeitgebervorrichtung 150 der weiteren Zeitgebervorrichtung 151 dieses Ende der Totzeit an. Die weitere Zeitgebervorrichtung 151 gibt auf dem Steuerausgang 116 ein Signal an den Schalter 105 aus, um diesen zu schließen, d.h., der Schalter 105 leitet. Dadurch steigt der Strom IL durch die Spule 107 an. Zum Zeitpunkt 2 erreicht eine Spannung oder ein Strom am Ausgang der Schaltungsan-

ordnung 100 einen vorgegebenen Sollwert, woraufhin der Vergleicher 152 ein entsprechendes Vergleichssignal (Timeri Break) über die Verbindung 155 an die weitere Zeitgebervorrichtung 151 ausgibt. Die weitere Zeitgebervorrichtung 151 gibt daraufhin auf dem Steuerausgang 116 ein Signal an den Schalter 105 aus, um diesen zu Öffnen, d.h., der Schalter leitet nicht mehr. Die weitere Zeitgebervorrichtung 151 stellt zusätzlich eine maximale Einschaltzeit (ton, max) für den Schalter 105 sicher, sodass der Schalter 105 spätestens nach der maximalen Einschaltzeit ausgeschaltet wird, selbst wenn von dem Vergleicher 152 kein entsprechendes Vergleichssignal empfangen wird. Durch das Offnen des Schalters 105 sinkt der Strom IL durch die Spule 107 kontinuierlich ab. Zusätzlich, wie es zuvor beschrieben wurde, fällt durch das Öffnen des Schalters 105 das Spannungspotenzial Vmid im Wesentlichen auf Null ab. Zum Zeitpunkt t3 hat die Spule 107 ihre gesamte Energie abgegeben und der Strom IL durch die Spule 107 ist im Wesentlichen auf Null abgefallen. Dies wird durch die oben beschriebene Nulldurchgangserkennungsvorrichtung erfasst und der Zeitgebervorrichtung 150 durch eine steigende Flanke (siehe ZCD in Fig. 3) des Nulldurchgangssignals 115 signalisiert. Durch diese steigende Flanke wird die Zeitgebervorrichtung 150 gestartet, um das Totzeitsignal (tdead) zu erzeugen. Das Totzeitsignal wird von der Zeitgebervorrichtung 150 über die Verbindung 156 zu der weiteren Zeitgebervorrichtung 151 übertragen, welche den Schalter 105 erst nach Ablauf der Totzeit zum Zeitpunkt t4 wieder einschaltet. Zum Zeitpunkt t4 beginnt der zuvor beschriebene Zyklus von Neuem.

[0040] Wenn negative Spannungsspitzen, Spannungseinbrüche oder Oszillationen während der Totzeit auf das Spannungspotenzial Vmid einwirken, können von der Nulldurchgangserkennungsvorrichtung irrtümlich weitere steigende Flanken auf dem Nulldurchgangssignal 115 erzeugt werden, wie es in Fig. 3 durch den oszillierenden Signalverlauf des Nulldurchgangssignals 115 dargestellt ist. Dadurch kann die Zeitgebervorrichtung 150 mehrfach nachträglich ausgelöst werden, sodass die Totzeit erheblich verlängert werden kann. Um dies zu vermeiden ist in der Schaltungsanordnung der Fig. 2 eine Diode 180 vorgesehen, welche als eine Verriegelungsvorrichtung arbeitet. Die Diode 180 speist ein Ausgangssignal von der Zeitgebervorrichtung 150 zu dem Eingang der Zeitgebervorrichtung 150 zurück, an welchem das Nulldurchgangssignal 115 empfangen wird. Nach einer ersten Erfassung eines Nulldurchgangs wird die Zeitgebervorrichtung 150 gestartet und während dieser gesamten Totzeit wird über die Diode 180 der Eingang der Zeitgebervorrichtung 150 auf einem konstanten Pegel gehalten, unabhängig davon, ob sich der Pegel auf dem Nulldurchgangssignal 115 ändert (siehe Fig. 3 im fünften Signalverlauf der gestrichelter Teil ZCD latch). Dadurch kann ein nachträgliches Auslösen der Zeitgebervorrichtung 150 vermieden werden und somit ein Totzeitsignal mit der gewünschten Totzeit zuverlässig erzeugt werden.

[0041] Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 300 zum Betreiben eines LED-Leuchtmittels. Die Schaltungsanordnung 300 umfasst die im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebenen Komponenten des Abwärtswandlers und der Nulldurchgangserkennungsvorrichtung. Der Schalter 105 ist in der Ausführungsform der Fig. 4 als ein MOSFET ausgebildet. Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung 300 entspricht im Wesentlichen der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung 100 der Fig. 1. Aus UÜbersichtlichkeitsgründen wurde in der Fig. 4 die Steuerung 106 nicht explizit eingezeichnet. Die Steuerung 106, wie sie beispielsweise in der Fig. 2 dargestellt ist, kann jedoch wie zuvor unter Bezugnahme auf die Figs. 1-3 beschrieben wurde, in gleicher Art und Weise in Verbindung mit der Schaltungsanordnung 300 verwendet werden. Dazu ist die Steuerung 106 beispielsweise an das Nulldurchgangssignal 115 anzuschließen und der Steuerausgang 116 mit dem entsprechenden Eingang (Control) der Fig. 4 zu verbinden. Die in Fig. 4 gezeigten zusätzlichen Komponenten dienen im Wesentlichen einer zuverlässigen Ansteuerung des Schalters 105 mithilfe des integrierten Schaltkreises U200, sowie der Erzeugung von benötigten Hilfsspannungen und einem definierten Hochfahren der gesamten Schaltung nach einem Anlegen an eine Versorgungsspannung.

[0042] Es ist klar, dass bei den vorangegangenen Beispielen vielfältige Modifikationen möglich sind. Beispielsweise können als LED-Leuchtmittel mehrere in Reihe und/oder parallel geschaltete einzelne Leuchtdioden verwendet werden. Weiterhin kann die zuvor beschriebene Schaltungsanordnung auch in Kombination mit mehreren verschiedenen Arten anderer elektrischer Lasten

genutzt werden, zum Beispiel in Verbindung mit einem Lüfter oder einem Elektromotor zur Bewegung des LED-Leuchtmittels. Die Nulldurchgangserkennungsvorrichtung in Kombination mit der Verriegelungsvorrichtung (Diode 180) dient einer zuverlässigen Erkennung von Nulldurchgängen, welche nicht nur in Abwärtswandlern sondern auch bei anderen Wandlerschaltungen, insbesondere Gleichstromwandlern verwendet werden kann. Darüber hinaus versteht es sich, dass die anhand von Fig. 1 und Fig. 2 erläuterte Implementierung eines Abwärtswandlers aus Gründen der Veranschaulichung vereinfachend dargestellt ist und in praktischen Implementierungen auf vielfältige Weise ergänzt oder modifiziert werden kann, wie es beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist. Ferner kann die Schaltungsanordnung zumindest teilweise in das zu versorgende LED-Leuchtmittel integriert sein.

Claims

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels, umfassend:

- eine Wandlerschaltung, welche ausgestaltet ist, elektrische Energie von einem Eingang (101) der Wandlerschaltung zu einem mit dem Leuchtmittel (200) koppelbaren Ausgang (103,104) der Wandlerschaltung zu übertragen, wobei die Wandlerschaltung eine elektrische Energiespeichervorrichtung (107) umfasst,

- eine Nulldurchgangserkennungsvorrichtung (110-113), welche ausgestaltet ist, ein Nulldurchgangssignal (115, ZCD) in Abhängigkeit von einem von der Energiespeichervorrichtung (107) abgegebenen Strom zu erzeugen,

- eine Zeitgebervorrichtung (150) mit einem Eingang, wobei dem Eingang das Nulldurchgangssignal (115, ZCD) zugeführt wird, wobei die Zeitgebervorrichtung (150) ausgestaltet ist, ein Zeitgebersignal in Abhängigkeit von einem Pegelwechsel in dem Nulldurchgangssignal (115, ZCD) an dem Eingang zu erzeugen, und

- eine Verriegelungsvorrichtung (180), welche ausgestaltet ist, einen Pegelwechsel an dem Eingang der Zeitgebervorrichtung (150) in Abhängigkeit von dem Zeitgebersignal zu verhindern.

2, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Wandlerschaltung ferner eine Diode (109) umfasst, welche über eine Verbindung mit der Energiespeichervorrichtung (107) gekoppelt ist, wobei die Nulldurchgangserkennungsvorrichtung (110-113) das Nulldurchgangssignal (115, ZCD) in Abhängigkeit von einem Potenzialvergleich zwischen einem Potenzial (Vmid) an der Verbindung zwischen der Diode (109) und der Energiespeichervorrichtung (107) und einem Referenzpotenzial (114, Vref) erzeugt, wobei die Nulldurchgangserkennungsvorrichtung (110-113) zur Erzeugung des Nulldurchgangssignals (115, ZCD) eine weitere Diode (110) umfasst.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandlerschaltung einen Abwärtswandler umfasst.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandlerschaltung ein Schaltmittel (105) umfasst, wobei das Schaltmittel (105) in Abhängigkeit von dem Zeitgebersignal angesteuert wird.

5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, wobei das Schaltmittel (105) in einer Schaltbetriebsart angesteuert wird, wobei eine Ausschaltzeit des Schaltmittels (105) in Abhängigkeit von dem Zeitgebersignal angesteuert wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die Zeitgebervorrichtung (150) als Teil einer integrierten Schaltung (190) ausgebildet ist, wobei die integrierte Schaltung (190) ferner einen Vergleicher (152) zum Vergleichen einer aktuellen Ausgangspannung (ist) am Ausgang der Wandlerschaltung mit einer Soll-Ausgangsspannung (soll) und eine weitere Zeitgebervorrichtung (151) zum Begrenzen einer Einschaltzeit des Schaltmittels (105) umfasst.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, wobei die Verriegelungsvorrichtung (180) außerhalb der integrierten Schaltung (190) ausgebildet ist.

8. 8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandlerschaltung in einer Lückbetriebsart betrieben wird, wobei eine Totzeit der Lückbetriebsart in Abhängigkeit von dem Zeitgebersignal gesteuert wird.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verriegelungsvorrichtung (180) eine Diode umfasst, welche einen Spannungspegel des Zeitgebersignals zu dem Eingang der Zeitgebervorrichtung (150) führt.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltungsanordnung (100, 300) zum Betreiben mindestens einer Leuchtdiode (200) ausgestaltet ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen