DE102005058484A1

DE102005058484A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben mindestens einer LED

Info

Publication number: DE102005058484A1
Application number: DE102005058484A
Authority: DE
Inventors: Peter Niedermeier; Bernd Rudolph
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-06-14
Also published as: US20090251065A1; JP2009518835A; CN101326859B; CN101326859A; CA2630901A1; KR20080080359A; KR101430572B1; WO2007065815A1; EP1958484A1; TW200740297A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer LED, umfassend: einen ersten und einen zweiten Netzanschluss (J) zum Anschluss einer Netzspannung; einen ersten Gleichrichter (FR), dessen Gleichrichtereingang mit den Netzanschlüssen (J) gekoppelt ist und an dessen Gleichrichterausgang die gleichgerichtete Netzspannung bereitstellbar ist; einen elektronischen Pumpschalter (UNI), der mit dem Gleichrichterausgang gekoppelt ist, wodurch ein Pumpknoten (N1) definiert ist; einen Hauptenergiespeicher (STO), der mit der dem Gleichrichterausgang abgewandten Seite des elektronischen Pumpschalters (UNI) gekoppelt ist; einen Wechselrichter (INV), der zur Versorgung mit Energie aus dem Hauptenergiespeicher (STO) mit diesem gekoppelt ist, wobei der Wechselrichter (INV) ausgelegt ist, an seinem Wechselrichterausgang eine Wechselrichterspannung bereitzustellen, die eine Wechselrichterfrequenz aufweist; ein Pumpnetzwerk (PN), über das der Wechselrichterausgang mit dem Pumpknoten (N1) gekoppelt ist; ein Anpassnetzwerk (MN), über das der Wechselrichterausgang mit den Anschlussklemmen (J) für die mindestens eine LED gekoppelt ist, wobei das Anpassnetzwerk (MN) einen Resonanzkreis mit einer Eigenfrequenz aufweist. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Betriebsverfahren zum Betrieb mindestens einer LED.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer LED (Light Emitting Diode).

Stand der Technik

LEDs dringen in zunehmendem Maße aufgrund ihrer Vorzüge in die Allgemeinbeleuchtung ein. In diesem Zusammenhang sind kostengünstige Betriebsschaltungen erwünscht. Bisher werden so genannte SELV (Safety Extra Low Voltage)-Stromversorgungen verwendet, die eine vom Netz potenzialgetrennte Schutzkleinspannung für die Versorgung der LEDs bereitstellen. Dabei wird im Stand der Technik ein enormer schaltungstechnischer Aufwand betrieben, um die Funktionen der Leistungsfaktorkorrektur, der Potenzialtrennung, der Regelung der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsstroms sowie Schutzmaßnahmen gegen Überlast und Kurzschluss sicherzustellen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer LED bereitzustellen, die eine Umsetzung mehrerer der oben genannten Funktionen bei möglichst geringem schaltungstechnischen Aufwand ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 10.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die obige Aufgabe gelöst werden kann durch eine Schaltungsanordnung, die einen Wechselrichter umfasst, der über ein Anpassnetzwerk mit einem Resonanzkreis die mindestens eine LED betreibt, wobei der Wechselrichter über eine Pumpschaltung bezüglich des Leistungsfaktors und der Netzstromoberschwingungen korrigiert wird.

Würde der Hauptenergiespeicher direkt aus dem ersten Gleichrichter geladen werden, so entstünden Ladestromspitzen, die zu einer Verletzung der einschlägigen Vorschriften, z. B. IEC 1000-3-2, führen würden.

Die Topologie einer Ladungspumpe beinhaltet, dass der Gleichrichter über einen elektronischen Pumpschalter mit dem Hauptenergiespeicher gekoppelt ist. Dadurch entsteht zwischen dem Gleichrichter und dem elektronischen Pumpschalter ein Pumpknoten. Der Pumpknoten ist über ein Pumpnetzwerk mit dem Wechselrichterausgang gekoppelt. Das Pumpnetzwerk kann Bauteile enthalten, die zugleich dem Anpassnetzwerk zugeordnet werden können. Das Prinzip der Ladungspumpe besteht darin, dass während einer Halbperiode der Wechselrichterfrequenz über den Pumpknoten Energie der Netzspannung entnommen und im Pumpnetzwerk zwischengespeichert wird. In der darauf folgenden Halbperiode der Wechselrichterfrequenz wird die zwischengespeicherte Energie über den elektronischen Pumpschalter dem Hauptenergiespeicher zugeführt.

Der Netzspannung wird demnach Energie im Takt der Wechselrichterfrequenz entnommen. Durch Filterschaltungen können die Spektralanteile des Netzstroms unterdrückt werden, die bei der Wechselrichterfrequenz oder darüber liegen. Damit kann die Ladungspumpe so ausgelegt werden, dass die Oberschwingungen des Netzstroms so gering sind, dass besagte Vorschriften eingehalten werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen zweiten Gleichrichter umfasst, insbesondere einen Vollbrückengleichrichter, der zwischen das Anpassnetzwerk und die Anschlussklemmen für die mindestens eine LED gekoppelt ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass die gesamte vom Anpassnetzwerk bereitgestellte Energie der mindestens einen LED in einer Form, d. h. mit einer Stromrichtung, zur Verfügung gestellt wird, in der sie von der LED in Licht umgesetzt werden kann. Diese Maßnahme führt daher zu einem hohen Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Bevorzugt weist die Schaltungsanordnung weiterhin mindestens einen Koppelkondensator auf und das Anpassnetzwerk umfasst einen LC-Serienresonanzkreis, wobei der Gleichrichtereingang des zweiten Gleichrichters einerseits mit dem Hochpunkt des LC-Serienresonanzkreises und andererseits mit dem mindestens einen Koppelkondensator gekoppelt ist. Mindestens ein Koppelkondensator in Serie zur Induktivität des LC-Serienresonanzkreises verhindert einen Gleichstrom durch diese Induktivität und damit deren magnetische Sättigung und Wirksamkeit als strombegrenzendes Element. Der Spannungshub am Eingang des zweiten Gleichrichters in Relation zu der am Wechselrichter anliegenden Spannung bestimmt die Güte der Korrektur der Netzstromoberschwingungen.

Bevorzugt ist zwischen das Anpassnetzwerk und die Anschlussklemmen für die mindestens eine LED ein Transformator gekoppelt. Dadurch lässt sich auf einfache Art und Weise eine Potenzialtrennung zwischen der Schaltungsanordnung und der mindestens einen LED realisieren.

Dabei ist besonders bevorzugt, wenn die Primärseite des Transformators mit dem Anpassnetzwerk gekoppelt ist und die Sekundärseite des Transformators mit den Anschlussklemmen für die mindestens eine LED, wobei zwischen der Sekundärseite des Transformators und den Anschlussklemmen für die mindestens eine LED ein zweiter Gleichrichter, insbesondere ein Vollbrückengleichrichter, gekoppelt ist.

Bei Verwendung eines zweiten Gleichrichters ist bevorzugt, wenn seriell zum Gleichrichterausgang und zu den Anschlussklemmen für die mindestens eine LED eine Induktivität angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird die Welligkeit (ripple) des der mindestens einen LED zugeführten Stroms verringert.

Eine bevorzugte Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung umfasst weiterhin einen Regler, an dessen Reglerausgang ein Stellsignal bereitstellbar ist, wobei der Reglerausgang derart mit dem Wechselrichter gekoppelt ist, dass das Stellsignal die Wechselrichterfrequenz beeinflusst. Bevorzugt ist dabei der Reglereingang mit einer Vorrichtung zur Messung einer Größe gekoppelt, die dem Strom durch die mindestens eine LED proportional ist. Damit lässt sich in besonders vorteilhafter Weise der LED-Strom auf einen vorgebbaren Wert regeln, unter Berücksichtigung der Last, d. h. der Anzahl der verwendeten LEDs, der Netzspannung und der Bauteiletoleranzen der gesamten Schaltung.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erwähnten bevorzugten Ausführungsformen und ihre Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren.

Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer LED;
2 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer LED; und
3 den zeitlichen Verlauf des dem Netz entnommenen Stroms I_Netz sowie des Stroms I_LED durch die eine LED in der Schaltungsanordnung gemäß 2.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 ist ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer LED dargestellt. An Anschlussklemmen J kann eine Netzspannung aus einer Netzspannungsquelle der Schaltungsanordnung zugeführt werden. Die Netzspannung wird zunächst in einen Block FR eingespeist. Zum einen enthält dieser Block bekannte Mittel zum Filtern von Störungen und zum anderen enthält dieser Block einen Gleichrichter, der die Netzspannung, die üblicherweise eine Wechselspannung ist, aber auch eine Gleichspannung sein kann, gleichrichtet. Üblicherweise wird dafür ein Vollweggleichrichter in Brückenschaltung verwendet. Wichtig für die Funktion einer in der Schaltungsanordnung realisierten Ladungspumpe ist die Eigenschaft des Gleichrichters, dass er keinen Strom zulässt, der einen Energiefluss von der Schaltungsanordnung zur Netzspannungsquelle bedeuten würde.
Die gleichgerichtete Netzspannung wird einem elektronischen Pumpschalter UNI zugeführt, wobei an der Verbindungsstelle zwischen Gleichrichter FR und elektronischem Pumpschalter UNI ein Pumpknoten N1 entsteht. Im einfachsten Fall besteht der elektronische Pumpschalter UNI aus einer Pumpdiode, die nur einen Stromfluss erlaubt, der vom Pumpknoten N1 zur Pumpdiode fließt. Es ist aber auch möglich, einen beliebigen elektronischen Schalter, wie zum Beispiel einen MOSFET, für den elektronischen Pumpschalter UNI einzusetzen, der die Funktion der Pumpdiode erfüllt. Der Strom, den der elektronische Pumpschalter UNI durchlässt, speist einen Hauptenergiespeicher STO. Meist ist der Hauptenergiespeicher STO als Elektrolytkondensator ausgeführt. Es sind jedoch auch andere Arten von Kondensatoren möglich. Prinzipiell ist auch die zum Kondensator duale Form der Energiespeicherung möglich. Im dualen Fall ist der Hauptenergiespeicher STO als Spule ausgeführt. Wegen der geringeren Kosten und des besseren Wirkungsgrads wird ein Kondensator als Hauptenergiespeicher STO bevorzugt.
Es gibt auch Ausführungen von Ladungspumpen mit mehreren so genannten Pumpzweigen. Dabei werden mehrere elektronische Pumpschalter UNI parallel geschaltet. Dadurch entstehen mehrere Pumpknoten N1. Zur gegenseitigen Entkopplung der Pumpknoten ist jeweils zwischen Gleichrichter und Pumpknoten eine Diode geschaltet.
Der Hauptenergiespeicher STO stellt seine Energie einem Wechselrichter INV zur Verfügung. Der Wechselrichter INV erzeugt eine Wechselgröße, meist eine Wechselspannung, die einem Block zugeführt wird, der mit MN und PN bezeichnet ist. MN bezeichnet die Funktion des Blocks als Anpassnetzwerk. Bezüglich dieser Funktion ist der Block MN/PN über einen weiteren Gleichrichter GR und eine Induktivität L mit mindestens einer LED verbindbar. Der Gleichrichter GR stellt hierbei sicher, dass der mindestens einen LED Strom nur in der Richtung zur Verfügung gestellt wird, in der dieser von der LED in Licht umgesetzt werden kann. Die Induktivität L, die auch durch einen Transformator realisiert sein kann, dient der Verringerung der Welligkeit des die mindestens eine LED durchfließenden Stroms I_LED. PN bezeichnet die Funktion des Blocks als Pumpnetzwerk. Bezüglich dieser Funktion ist der Block MN/PN mit dem Pumpknoten N1 verbunden. Die Verbindungslinie zwischen dem Pumpknoten N1 und dem Block MN/PN ist in 1 an beiden Enden mit einem Pfeil versehen. Dadurch soll angedeutet werden, dass Energie abwechselnd vom Pumpknoten N1 zum Block MN/PN und zurück fließt. Die Funktion des Anpassnetzwerks und des Pumpnetzwerks sind im Block MN/PN zusammengefasst, weil Ausführungsformen der Erfindung möglich sind, bei denen einzelne Bauteile sowohl der einen als auch der anderen Funktion zugeordnet werden können.
Zur Regelung einer gewünschten Betriebsgröße ist ein Regler CONT vorgesehen, der über eine Stellgröße auf den Wechselrichter INV einwirkt. Damit wird ein Parameter der vom Wechselrichter abgegebenen Wechselgröße, zum Beispiel die Betriebsfrequenz und/oder die Pulsweite, so verändert, dass einer Veränderung der Betriebsgröße entgegengewirkt wird. Die Betriebsgröße wird einem Eingang des Reglers CONT über die Verbindung B1 zugeführt. Bei der Betriebsgröße handelt es sich um eine Größe, die den Betrieb der LED bestimmt, beispielsweise den Strom I_LED durch die LED. Deshalb entspringt in 1 die Verbindung B1 dem Block für die LED. Anstelle des Stroms I_LED durch die LED kann beispielsweise auch die in der LED umgesetzte Leistung die Betriebsgröße bilden. Diese Größen müssen nicht direkt an der LED erfasst werden, sondern können auch dem Block MN/PN entnommen werden.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer LED dargestellt.
An den Anschlüssen J1 und J2 ist eine Netzspannung anschließbar. Über ein Filter, bestehend aus zwei Kondensatoren C1, C2 und zwei Spulen L1, L2 wird die Netzspannung einem Vollbrückengleichrichter, bestehend aus den Dioden D1, D2, D3, D4, zugeführt. Der Vollbrückengleichrichter stellt an seinem positiven Ausgang einem Knoten N21, bezüglich einem Bezugsknoten N0, die gleichgerichtete Netzspannung bereit. Der Knoten N21 ist gleichzeitig Pumpknoten. Dabei ist zu beachten, dass die im Gleichrichter verwendeten Dioden D1 bis D4 schnell genug schalten können müssen, um der Wechselrichterfrequenz zu folgen. Falls dies nicht der Fall ist, kann eine schnelle Diode zwischen Gleichrichterausgang und Pumpknoten geschaltet werden.
Vom Pumpknoten N21 führt ein elektronischer Pumpschalter, der als Diode D5 ausgeführt ist, zum Knoten N22. Zwischen N22 und N0 ist der Hauptenergiespeicher, der als Elektrolytkondensator C6 ausgeführt ist, geschaltet. Der Kondensator C6 speist den Wechselrichter, der vorliegend als Halbbrücke ausgeführt ist. Es sind jedoch auch andere Wandlertopologien, wie zum Beispiel Sperrwandler oder Vollbrücke, einsetzbar.
Die in dem Ausführungsbeispiel in 2 dargestellte Halbbrücke umfasst die Serienschaltung zweier Halbbrückentransistoren T1 und T2 und die Serienschaltung zweier Koppelkondensatoren C15 und C16. Beide Serienschaltungen sind parallel zu C6 geschaltet. Ein Verbindungsknoten N23 der Halbbrückentransistoren und ein Verbindungsknoten N24 der Koppelkondensatoren C15, C16 bilden den Wechselrichter aus, an dem eine trapezförmige Wechselrichterspannung mit einer Wechselrichterfrequenz anliegt. Zwischen den Knoten N23 und einen Knoten N25 ist eine Induktivität L3 geschaltet. Ein Kondensator C8 wirkt als Trapezkondensator. Über einen Kondensator C7 wird Energie zur Versorgung einer integrierten Schaltung IC1 abgezweigt, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird. Da im Betrieb des Wechselrichters am Knoten N23 eine trapezförmige Spannung anliegt, ergibt sich durch den Kondensator C7 während dieser Zeiten ein Stromfluss. Dabei wird die positive Halbwelle über die Diode D17 zur Stromversorgung der Schaltung IC1 verwendet, während die negative Halbwelle über die Diode D18 zum Bezugspotential N0 abgeleitet wird. Der Knoten N25 ist über einen ersten Resonanzkondensator C9 mit dem Pumpknoten N21 verbunden. Zwischen N21 und N0 ist ein zweiter Resonanzkondensator C5 geschaltet. C9 und C5 bilden mit der Drossel L3 einen Resonanzkreis. Die Drossel L3 wirkt zusammen mit C9 und C5 als Anpassnetzwerk, das eine Ausgangsimpedanz des Wechselrichters in eine zum Betrieb der mindestens einen LED nötige Impedanz transformiert. Durch die Verbindung von C9 und C5 mit dem Pumpknoten N21 wirkt die Kombination von L3, C9 und C5 jedoch nicht nur als Resonanzkreis und Anpassnetzwerk, sondern gleichzeitig als Pumpnetzwerk. Ist das Potenzial an N21 niedriger als die momentane Netzspannung, so bezieht das Pumpnetzwerk L3, C9, C5 Energie aus der Netzspannung. Übersteigt das Potenzial an N21 die Spannung am Hauptenergiespeicher C6, so wird die von der Netzspannung aufgenommene Energie an C6 abgegeben. Durch die Wahl des Verhältnisses der Kapazitätswerte von C9 und C5 kann die Wirkung des Netzwerks L3, C9, C5 als Pumpnetzwerk abgeglichen werden. Je größer der Kapazitätswert von C5 gewählt wird, desto geringer ist die Wirkung des Netzwerks L3; C5, C9 als Pumpnetzwerk. Eine weitere Pumpwirkung geht von dem Kondensator C8 aus, der zwischen N23 und N21 geschaltet ist. Auch C8 wirkt nicht nur als Pumpnetzwerk, sondern erfüllt, wie erwähnt, die Aufgabe eines Trapezkondensators. Trapezkondensatoren sind allgemein als Maßnahme zur Schalterentlastung in Wechselrichtern bekannt.
Auf das Anpassnetzwerk folgt ein zweiter Vollbrückengleichrichter, der von den Dioden D7, D8, D9 und D10 gebildet wird. Diese stellen sicher, dass die LED einen Strom nur einer Richtung zugeführt bekommt. Zwischen den Gleichrichterausgang und die Anschlüsse J3, J4 für die mindestens eine LED ist eine Konstantstromdrossel L2 angeordnet, die für eine Verringerung der Welligkeit des der mindestens einen LED zugeführten Stroms I_LED sorgt. Im Falle einer gewünschten Potenzialtrennung zwischen einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und der mindestens einen LED kann die Konstantstromdrossel L2 durch einen Transformator realisiert sein, wobei der zweite Gleichrichter D7 bis D10 dann auf der Sekundärseite des Transformators angeordnet wird.
Neben der dargestellten Variante mit einem Pumpzweig sind ohne weiteres Ausführungsbeispiele mit zwei oder mehr Pumpzweigen denkbar, bei denen sich die gepumpte Energie auf mehrere Bauteile aufteilt. Damit ist eine kostengünstigere Dimensionierung der Bauteile möglich. Auch erhält man dadurch einen Freiheitsgrad bei der Auslegung der Abhängigkeit der gepumpten Energie von Betriebsparametern der mindestens einen LED.
Die Halbbrückentransistoren T1, T2 sind als MOSFET ausgelegt. Auch andere elektronische Schalter können dafür eingesetzt werden. Zur Ansteuerung der Gates der Transistoren T1 und T2 über die Widerstände R5 und R6 ist im Ausführungsbeispiel ein integrierter Schaltkreis IC1 vorgesehen. IC1 ist im vorliegenden Beispiel ein Schaltkreis der Firma International Rectifier vom Typ IR2153. Es sind auch alternative Schaltkreise zu diesem Typ auf dem Markt erhältlich, zum Beispiel ein L6571 der Firma STM. Der Schaltkreis IR2153 enthält einen so genannten High-Side-Treiber, mit dem auch der Halbbrückentransistor T1 angesteuert werden kann, obwohl er keinen Anschluss am Bezugspotenzial N0 hat. Dazu sind eine Diode D6 und ein Kondensator C4 nötig. Die Betriebsspannungsversorgung des IC1 erfolgt über den Anschluss 1 des IC1. In 2 ist dazu der Anschluss 1 mit einem Knoten N26 verbunden, der über einen Widerstand R18 an den Knoten N22 gekoppelt ist. Die Spannung am Knoten N26 wird durch eine Zenerdiode D12 auf einem vorgebbaren Wert gehalten und über einen Kondensator C18 dem IC1 bereitgestellt. Alternativ könnte beispielsweise der Baustein IC1 über einen Widerstand von der gleichgerichteten Netzspannung versorgt werden.
Außer den Treiberschaltungen für die Halbbrückentransistoren T1, T2 umfasst das IC1 einen Oszillator, dessen Schwingfrequenz über die Anschlüsse 2 und 3 eingestellt werden kann. Die Schwingfrequenz des Oszillators entspricht der Wechselrichterfrequenz. Zwischen den Anschlüssen 2 und 3 ist ein frequenzbestimmender Widerstand R12 geschaltet. Zwischen den Anschluss 3 und N0 ist die Serienschaltung eines frequenzbestimmenden Kondensators C12 und der Emitter-Kollektor-Strecke eines Bipolartransistors T3 geschaltet. Parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke von T3 ist eine Diode D13 geschaltet, damit der Kondensator C12 ge- und entladen werden kann. Durch eine Spannung zwischen dem Basisanschluss von T3 und N0 kann die Wechselrichterfrequenz eingestellt werden und bildet somit eine Stellgröße für einen Regelkreis. Der Basisanschluss von T3 ist mit einem Stellgrößenknoten N24 verbunden. T3, IC1 und deren Beschaltung kann somit als Regler aufgefasst werden.
Die Funktionen des IC1 und dessen Beschaltung können auch realisiert werden durch einen beliebigen spannungs- oder stromgesteuerten Oszillator, der über Treiberschaltungen die Ansteuerung der Halbbrückentransistoren bewerkstelligt.
Der Regelkreis im Ausführungsbeispiel erfasst als Regelgröße den Strom I_LED durch die LED. Dazu wird eine dem Strom I_LED proportionale Größe über den Kondensator C17 und die Dioden D14 und D15 einem niederohmigen Messwiderstand R7 zugeführt. Der Spannungsabfall an R7 ist somit ein Maß für den Strom durch die mindestens eine LED. Über einen Tiefpass zur Mittelwertbildung, der durch einen Widerstand R8 und einen Kondensator C19 gebildet wird, gelangt der Spannungsabfall an den Eingang eines nicht invertierenden Messverstärkers. Der Messverstärker wird in einer bekannten Weise durch einen Operationsverstärker AMP und die Widerstände R9, R10 und R11 realisiert. Im Ausführungsbeispiel ist eine Verstärkung des Messverstärkers von ca. 10 eingestellt. Für den Fall, dass der Spannungsabfall an R7 Werte aufweist, die direkt als Stellgröße verwendet werden können, kann der Messverstärker entfallen oder durch einen Impedanzwandler, wie zum Beispiel einen Emitterfolger, ersetzt werden.
Der Ausgang des Messverstärkers ist dem Knoten N27 verbunden. Damit ist der Regelkreis zur Regelung des Stroms durch die LED geschlossen. Durch ein Anheben der Oszillatorfrequenz wird infolge eines induktiven Lastkreises eine Reduktion des die mindestens eine LED durchfließenden Stroms I_LED erzielt.
3 zeigt in schematischer Anordnung den zeitlichen Verlauf des Netzstroms I_Netz sowie des Stroms I_LED durch die mindestens eine LED in einer Schaltungsanordnung gemäß 2. Die in 3 noch erkennbare Modulation des die mindestens eine LED durchfließenden Stroms I_LED – vorliegend handelt es sich um eine 100 Hz-Modulation, die von einem hochfrequenten Signal überlagert ist – kann durch eine Optimierung der oben erwähnten Regelung weiter reduziert werden, während die HF-Welligkeit durch eine Vergrößerung der Konstantstromdrossel L2 reduziert werden kann.

Claims

Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer LED, umfassend: – einen ersten und einen zweiten Netzanschluss (J) zum Anschluss einer Netzspannung; – einen ersten Gleichrichter (FR), dessen Gleichrichtereingang mit den Netzanschlüssen (J) gekoppelt ist und an dessen Gleichrichterausgang die gleichgerichtete Netzspannung bereitstellbar ist; – einen elektronischen Pumpschalter (UNI), der mit dem Gleichrichterausgang gekoppelt ist, wodurch ein Pumpknoten (N1) definiert ist; – einen Hauptenergiespeicher (STO), der mit der dem Gleichrichterausgang, abgewandten Seite des elektronischen Pumpschalters (UNI) gekoppelt ist; – einen Wechselrichter (INV), der zur Versorgung mit Energie aus dem Hauptenergiespeicher (STO) mit diesem gekoppelt ist, wobei der Wechselrichter (INV) ausgelegt ist, an seinem Wechselrichterausgang eine Wechselrichterspannung bereitzustellen, die eine Wechselrichterfrequenz aufweist; – ein Pumpnetzwerk (PN), über das der Wechselrichterausgang mit dem Pumpknoten (N1) gekoppelt ist; – ein Anpassnetzwerk (MN), über das der Wechselrichterausgang mit den Anschlussklemmen (J) für die mindestens eine LED gekoppelt ist, wobei das Anpassnetzwerk (MN) einen Resonanzkreis mit einer Eigenfrequenz aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin umfasst: einen zweiten Gleichrichter (GR), insbesondere einen Vollbrückengleichrichter (D7, D8, D9, D10), der zwischen das Anpassnetzwerk (L3, C9) und die Anschlussklemmen (J3, J4) für die mindestens eine LED gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung weiterhin mindestens einen Koppelkondensator (C15; C16) aufweist und dass das Anpassnetzwerk (MN) einen LC-Serienresonanzkreis (L3, C9) umfasst, wobei der Gleichrichtereingang des zweiten Gleichrichters (D7, D8, D9, D10) einerseits mit dem Hochpunkt des LC-Serienresonanzkreises und andererseits mit dem mindestens einen Koppelkondensator (C15; C16) gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen das Anpassnetzwerk und die Anschlussklemmen für die mindestens eine LED ein Transformator gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärseite des Transformators mit dem Anpassnetzwerk gekoppelt ist und die Sekundärseite des Transformators mit den Anschlussklemmen für die mindestens eine LED, wobei zwischen der Sekundärseite des Transformators und den Anschlussklemmen für die mindestens eine LED ein zweiter Gleichrichter, insbesondere ein Vollbrückengleichrichter, gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass seriell zum Gleichrichterausgang des zweiten Gleichrichters (D7, D8, D9, D10) und zu den Anschlussklemmen (J3, J4) für die mindestens eine LED eine Induktivität (L2) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin umfasst: einen Regler (CONT), an dessen Reglerausgang ein Stellsignal bereitstellbar ist, wobei der Reglerausgang derart mit dem Wechselrichter (INV) gekoppelt ist, dass das Stellsignal die Wechselrichterfrequenz beeinflusst.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reglereingang mit einer Vorrichtung (B1) zur Messung einer Größe, die dem Strom durch die mindestens eine LED proportional ist, gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ausgelegt ist, mehrere zwischen die Ausgangsklemmen (J3, J4) der Schaltungsanordnung in Serie geschaltete LEDs zu betreiben.
Betriebsverfahren zum Betrieb mindestens einer LED an einer Schaltungsanordnung mit einem ersten und einem zweiten Netzanschluss (J) zum Anschluss einer Netzspannung, einem ersten Gleichrichter (FR), dessen Gleichrichtereingang mit den Netzanschlüssen (J) gekoppelt ist und an dessen Gleichrichterausgang die gleichgerichtete Netzspannung bereitgestellt wird, einem elektronischen Pumpschalter (UNI), der mit dem Gleichrichterausgang gekoppelt ist, wodurch ein Pumpknoten (N1) definiert wird, einem Hauptenergiespeicher (STO), der mit der dem Gleichrichterausgang abgewandten Seite des elektronischen Pumpschalters (UNI) gekoppelt ist, einem Wechselrichter (INV), der zur Versorgung mit Energie aus dem Hauptenergiespeicher (STO) mit diesem gekoppelt ist, wobei der Wechselrichter (INV) an seinem Wechselrichterausgang eine Wechselrichterspannung bereitstellt, die eine Wechselrichterfrequenz aufweist, einem Pumpnetzwerk (PN), über das der Wechselrichterausgang mit dem Pumpknoten (N1) gekoppelt ist, und einem Anpassnetzwerk (MN), über das der Wechselrichterausgang mit den Anschlussklemmen (J) für die mindestens eine LED gekoppelt ist, wobei das Anpassnetzwerk (MN) einen Resonanzkreis mit einer Eigenfrequenz aufweist.