DE102005030114A1

DE102005030114A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe und mindestens einer LED

Info

Publication number: DE102005030114A1
Application number: DE102005030114A
Authority: DE
Inventors: Olaf Busse; Reinhard Lecheler; Markus Heckmann; Alfons Lechner; Siegfried Mayer; Thomas Pollischansky; Bernd Rudolph; Bernhard Schemmel; Kay Dr. Schmidtmann; Harald Schmitt; Thomas Dr. Siegmund; Arwed Storm; Horst Werni
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-01-18
Also published as: EP1755363A1; CN1893754A; CA2550940A1; EP1755363B1; ATE417489T1; US7786683B2; US20070210719A1; CN1893754B; DE502006002311D1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe (LP) und mindestens einer LED, umfassend: einen Wechselrichter mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten (S1) und einem zweiten (S2) in Serie zueinander angeordneten Brückentransistor, wobei zwischen dem ersten (S1) und dem zweiten (S2) Brückentransistor ein Mittelpunkt (M) der Brückenschaltung definiert ist; einer Lampen-Versorgungseinheit (10) zur Versorgung der elektrischen Lampe (LP) mit Energie aus der Brückenschaltung, die eine Versorgungsleitung mit einer Induktivität (L1) umfasst, über die der Mittelpunkt (M) der Brückenschaltung mit einem ersten Anschluss für die elektrische Lampe (LP) gekoppelt ist; wobei die Lampen-Versorgungseinheit (10) eine LED-Versorgungseinheit (12) umfasst, die ausgelegt ist, die mindestens eine LED mit Energie zu versorgen. Sie betrifft überdies ein Betriebsverfahren für mindestens eine elektrische Lampe und mindestens eine LED an einer derartigen Schaltungsanordnung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe und mindestens einer LED (Light-Emitting Diode), umfassend einen Wechselrichter mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten und einem zweiten in Serie zueinander angeordneten Brückentransistor, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Brückentransistor ein Mittelpunkt der Brückenschaltung definiert ist, und einer Lampen-Versorgungseinheit zur Versorgung der elektrischen Lampe mit Energie aus der Brückenschaltung, die eine Versorgungsleitung mit einer Induktivität umfasst, über die der Mittelpunkt der Brückenschaltung mit einem ersten Anschluss für die elektrische Lampe gekoppelt ist. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Betriebsverfahren für mindestens eine elektrische Lampe und mindestens eine LED an einer derartigen Schaltungsanordnung.

Die grundsätzlich der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problematik besteht darin, dass zur Erzielung besonderer optischer Effekte, beispielsweise zur Realisierung einer Notlicht- oder Nachtlichtfunktion einer Beleuchtungseinheit oder zur Variation der Farbtemperatur, in einer Beleuchtungseinheit sowohl elektrische Lampen, beispielsweise Leuchtstofflampen, als auch LEDs betrieben werden. Hierzu werden im Stand der Technik zwei Vorschaltgeräte verwendet, und zwar ein Vorschaltgerät für die Leuchtdioden und ein zweites für die Leuchtstofflampen. Dabei werden vom Hersteller einer derartigen Beleuchtungseinheit beide Vorschaltgeräte über entsprechende Leitungen mit dem Netzanschluss der Beleuchtungseinheit verbunden. Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist der beim Hersteller einer derartigen Beleuchtungseinheit anfallende Verkabelungsaufwand sowie der durch die zwei Vorschaltgeräte in einer derartigen Beleuchtungseinheit anfallende Platzbedarf.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die eingangs genannte Schaltungsanordnung bzw. das eingangs genannte Betriebsverfahren derart weiterzubilden, dass eine Reduktion des Verkabelungsaufwands sowie eine Reduktion des Platzbedarfs der zur Ansteuerung der elektrischen Lampen bzw. der LEDs verwendeten Einheiten) ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 8.

Die vorliegende Erfindung basiert grundsätzlich auf der Erkenntnis, dass die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden können, wenn die mindestens eine elektrische Lampe und die mindestens eine LED mit ein und demselben Vorschaltgerät betrieben werden. Denn dadurch braucht zum einen nur dieses eine Vorschaltgerät mit dem Netzanschluss verkabelt werden. Zum anderen benötigt ein derartiges Vorschaltgerät weniger Raum als die zwei Vorschaltgeräte, die bei der Vorgehensweise nach dem Stand der Technik nötig waren, insbesondere wenn bestimmte Baugruppen sowohl für den Betrieb der mindestens einen elektrischen Lampe als auch für den Betrieb der mindestens einen LED genutzt werden. Zur Realisierung der Nachtlichtfunktion, bei der nur die mindestens eine LED leuchten soll, kann die Brückenschaltung bei einer Frequenz betrieben werden, die höher ist als die Frequenz im Normalbetrieb, bei der jedoch die Zündbedingung für die elektrische Lampe noch nicht erfüllt wird. Dabei sollte eine für die Wendeln optionale Vorheizung deaktiviert sein.

Zur Begrenzung des Stroms durch die mindestens eine LED kann ein ohmscher Widerstand und/oder eine Induktivität in Reihe zur mindestens einen LED geschaltet werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die LED-Versorgungseinheit einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Eingang und der Ausgang hinsichtlich ihrer Potentiale voneinander galvanisch getrennt sind. Durch die Potentialtrennung wird sichergestellt, dass kein Gleichstrom vom Eingang der LED-Versorgungseinheit an den Ausgang der LED-Versorgungseinheit übertragen wird. Durch diese Maßnahme lassen sich auf einfache Weise die für manche Anwendungen bzw. in diversen Ländern vorgesehenen Sicherheitsvorschriften für den Betrieb von LEDs einhalten.

Besonders bevorzugt umfasst die LED-Versorgungseinheit einen Übertrager, der mir der Versorgungsleitung, insbesondere mit dem Mittelpunkt der Brückenschaltung, gekoppelt ist.

Im Betrieb liegt damit auf der Primärseite des Übertragers eine Wechselspannung mit konstanter Amplitude an und folglich auch auf der Sekundärseite des Übertragers. Durch die Wahl des Windungsverhältnisses kann die Amplitude der Wechselspannung auf der Sekundärseite festgelegt werden. Infolge der Spannung auf der Sekundärseite des Übertragers ergibt sich über die Kennlinie der mindestens einen LED ein typischer Strom durch die LED und damit eine bestimmte Farbtemperatur.

Eine besonders Raum sparende Realisierung lässt sich erzielen, wenn die Induktivität in der Versorgungsleitung der elektrischen Lampe die Primärwicklung dieses Übertragers darstellt.

Die LED-Versorgungseinheit kann auch einen kapazitiven Spannungsteiler umfassen, der mit der Versorgungsleitung, insbesondere mit dem Mittelpunkt der Brückenschaltung verbunden ist. Dabei ersetzt der kapazitive Spannungsteiler den oben erwähnten Übertrager und stellt ebenfalls sicher, dass kein Gleichstrom vom Eingang zum Ausgang der LED-Versorgungseinheit übertragen wird. Für den kapazitiven Spannungsteiler kommen im Hinblick auf gute Isolationseigenschaften insbesondere so genannte X- oder Y-Kondensatoren in Betracht.

Bevorzugt ist weiterhin parallel zu der mindestens einen LED eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung, insbesondere eine Zener-Diode, geschaltet. Insbesondere bei der oben bereits erwähnten Ausführungsform, bei der die Induktivität in der Versorgungsleitung der elektrischen Lampe die Primärwicklung des Übertragers darstellt, wird durch eine derartige Spannungsbegrenzungsvorrichtung sichergestellt, dass die mindestens eine LED vor Überlastung durch zu hohe Spannungen im Zündbetrieb der elektrischen Lampe gesichert wird.

Bevorzugt umfasst die LED-Versorgungseinheit weiterhin einen Gleichrichter, der ausgelegt ist, am Ausgang der LED-Versorgungseinheit, d. h. an dem Anschluss, an dem die mindestens eine LED an die LED-Versorgungseinheit angeschlossen wird, ein gleichgerichtetes Signal bereitzustellen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die im Vorhergehenden mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden nunmehr zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die im Hinblick auf die Erfindung relevanten Bauelemente dargestellt sind. So wird an die Serienschaltung eines ersten Schalters S1, realisiert durch einen ersten Brückentransistor, und eines zweiten Schalters S2, realisiert durch einen zweiten Brückentransistor, eine so genannte Zwischenkreisspannung U_ZW angelegt, die, wie allgemein bekannt ist, aus der Netzspannung erzeugt wird und üblicherweise in der Größenordnung von 400 V liegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Brückenschaltung eine Halbbrückenschaltung verwendet. Wie für den Fachmann jedoch offensichtlich, kann die Erfindung auch unter Verwendung einer Vollbrückenschaltung realisiert werden. Die Schalter S1 und S2 werden in bekannter Weise zur Realisierung eines Wechselrichters angesteuert. Zwischen den beiden Schalten S1, S2 ist ein Mittelpunkt M der Brückenschaltung definiert. Mit dem Brückenmittelpunkt M ist eine Lampen-Versorgungseinheit 10 verbunden, die zur Versorgung einer elektrischen Lampe LP dient. Sie umfasst einen Koppelkondensator C1, eine Induktivität L1 und einen Resonanzkondensator C2. Erfindungsgemäß umfasst sie überdies eine LED-Versorgungseinheit 12, die ausgelegt ist, die LED mit Energie zu versorgen. Die LED-Versorgungseinheit 12 umfasst einen Übertrager Tr mit einem Übersetzungsverhältnis Ü, dessen Primärseite an den Mittelpunkt M der Brückenschaltung gekoppelt ist und dessen Sekundärseite an einen Gleichrichter gekoppelt ist, der die Dioden D1 bis D4 umfasst, wobei der Ausgang des Gleichrichters an die LED gekoppelt ist. Durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses Ü des Übertragers Tr können die Eigenschaften des von der LED abgegebenen Lichts, insbesondere die Farbtemperatur und die Helligkeit, eingestellt werden.
2 zeigt in schematischer Darstellung die relevanten Bauelemente eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei für Bauelemente, die denen von 1 entsprechen, dieselben, bereits mit Bezug auf 1 eingeführten Bezugszeichen verwendet werden. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel stellt die Induktivität L1 in der Versorgungsleitung der elektrischen Lampe LP die Primärwicklung des Übertragers Tr dar. Zur Realisierung des Übertragers Tr wird dabei die sekundäre Übertragerwicklung auf die Induktivität L1 aufgebracht. Da damit die LED im Vorheiz- und im Zündbetrieb der elektrischen Lampe LP mit einem anderen Strom, im Zündbetrieb insbesondere mit einem höheren Strom, betrieben würde als wie für den laufenden Betrieb vorgesehen, wird zur Absicherung der LED gegen Überlastung durch zu hohe Spannungen, insbesondere im Zündbetrieb, parallel zur LED eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung, vorliegend eine Zener-Diode Z1, angeordnet.

Claims

Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe (LP) und mindestens einer LED umfassend: – einen Wechselrichter mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten (S1) und einem zweiten (S2) in Serie zueinander angeordneten Brückentransistor, wobei zwischen dem ersten (S1) und dem zweiten (S2) Brückentransistor ein Mittelpunkt (M) der Brückenschaltung definiert ist; – einer Lampen-Versorgungseinheit (10) zur Versorgung der elektrischen Lampe (LP) mit Energie aus der Brückenschaltung, die eine Versorgungsleitung mit einer Induktivität (L1) umfasst, über die der Mittelpunkt (M) der Brückenschaltung mit einem ersten Anschluss für die elektrische Lampe (LP) gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Lampen-Versorgungseinheit (10) eine LED-Versorgungseinheit (12) umfasst, die ausgelegt ist, die mindestens eine LED mit Energie zu versorgen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Versorgungseinheit (12) einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Eingang und der Ausgang hinsichtlich ihrer Potentiale voneinander galvanisch getrennt sind.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Versorgungseinheit (12) einen Übertrager (Tr) umfasst, der mit der Versorgungsleitung, insbesondere mit dem Mittelpunkt (M) der Brückenschaltung, gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (L1) in der Versorgungsleitung der elektrischen Lampe (LP) die Primärwicklung dieses Übertragers (Tr) darstellt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Versorgungseinheit (12) einen kapazitiven Spannungsteiler umfasst, der mit der Versorgungsleitung, insbesondere mit dem Mittelpunkt (M) der Brückenschaltung, verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der mindestens einen LED eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung, insbesondere eine Zener-Diode (Z1), geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Versorgungseinheit (12) einen Gleichrichter (D1, D2, D3, D4) umfasst, der ausgelegt ist, am Ausgang der LED-Versorgungseinheit ein gleichgerichtetes Signal bereitzustellen.
Betriebsverfahren für mindestens eine elektrische Lampe (LP) und mindestens eine LED an einer Schaltungsanordnung mit einem Wechselrichter mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten (S1) und einem zweiten (S2) in Serie zueinander angeordneten Brückentransistor, wobei zwischen dem ersten (S1) und dem zweiten (S2) Brückentransistor ein Mittelpunkt (M) der Brückenschaltung definiert ist und einer Lampen-Versorgungseinheit (10) zur Versorgung der elektrischen Lampe (LP) mit Energie aus der Brückenschaltung, die eine Versorgungsleitung mit einer Induktivität (L1) umfasst, über die der Mittelpunkt (M) der Brückenschaltung mit einem ersten Anschluss für die elektrische Lampe (LP) gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Lampen-Versorgungseinheit (10) eine LED-Versorgungseinheit (12) umfasst, die die mindestens eine LED mit Energie versorgt.