DE102010034079A1 - Electrical control device for controlling power supply to LEDs of lighting device that is utilized for general lighting purposes, has switching converter comprising set of inductors that comprises common magnetic core - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Steuerungsvorrichtung, und insbesondere eine elektrische Steuerungsvorrichtung zur Steuerung von Beleuchtungseinrichtungen.The present invention relates to an electric control device, and more particularly to an electric control device for controlling lighting devices.
Mit dem Fortschreiten der technischen Entwicklung bei der Herstellung von Leuchtdioden (LED) sowie der damit verbundenen ständig steigenden Lichtausbeute und Lebensdauer werden Beleuchtungseinrichtungen unter Verwendung von Leuchtdioden zunehmend für allgemeine und spezielle Beleuchtungszwecke eingesetzt. Für eine größere Lichtstärke oder eine Beleuchtungseinrichtung zur Abgabe eines verteilten Lichts und größerer Lichtintensität sind in Folge der beschränkten Lichtstärke einer einzelnen Leuchtdiode im Allgemeinen mehrere Leuchtdioden gleichzeitig aktiv, wobei vorzugsweise eine Vielzahl von Leuchtdioden vorgesehen und in entsprechenden geometrischen Anordnungen ausgebildet sein kann. Hierbei können die mehreren Leuchtdioden in unterschiedlichen Gruppen parallel und in Reihe geschaltet werden.As technology advances in the manufacture of light-emitting diodes (LEDs) and the associated ever-increasing light output and lifetime, lighting devices using light-emitting diodes are increasingly used for general and special lighting purposes. For a greater light intensity or a lighting device for emitting a distributed light and greater light intensity, a plurality of light-emitting diodes are generally active simultaneously as a result of the limited light intensity of a single light-emitting diode, wherein preferably a plurality of light-emitting diodes can be provided and formed in corresponding geometric arrangements. In this case, the plurality of light-emitting diodes can be connected in different groups in parallel and in series.
Bei Anwendungen werden für Beleuchtungseinrichtungen auf der Basis von Leuchtdioden die einzelnen Leuchtdioden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit (Lichtabgabe) sowie ihrer Lichtfarbe (Farbtemperatur) ausgewählt. Es sind verschiedene Lichtfarben sowie Infrarotstrahlung oder Ultraviolettstrahlung möglich, wobei im Allgemeinen das abgegebene Licht innerhalb eines begrenzten Spektralbereichs liegt.In applications for lighting devices based on light emitting diodes, the individual LEDs with regard to their performance (light output) and their light color (color temperature) is selected. Various light colors as well as infrared radiation or ultraviolet radiation are possible, wherein generally the emitted light is within a limited spectral range.
Bei Leuchtdioden ist die Lichtabgabe annähernd proportional zum Betriebsstrom (d. h. zur Stromaufnahme der Leuchtdiode in Durchlassrichtung), wobei eine auch von der Temperatur abhängige exponentiell ansteigende Strom-Spannungs-Kennlinie vorliegt. Es wird ein Betrieb der Leuchtdioden mittels eines Konstantstroms bevorzugt, wobei sich die Betriebsspannung einstellt. Wie es bei Halbleiterbauelementen üblich ist besitzen Leuchtdioden eine entsprechende Exemplarstreuung, sodass dies bei der Beschaltung der Leuchtdioden in verschiedenen Gruppen in Reihe und parallel berücksichtigt werden muss.In the case of light-emitting diodes, the light output is approximately proportional to the operating current (that is to say to the current consumption of the light-emitting diode in the forward direction), with an exponentially increasing current-voltage characteristic also dependent on the temperature. An operation of the light-emitting diodes by means of a constant current is preferred, with the operating voltage setting. As is customary in semiconductor components, light-emitting diodes have a corresponding specimen scattering, so that this must be taken into account in the wiring of the light-emitting diodes in different groups in series and in parallel.
Im Betrieb kann eine entsprechende Helligkeitseinstellung oder Leistungssteuerung und Regelung mittels einer entsprechenden Pulsbreitenmodulation (engl.: pulse width modulation, PWM) der Betriebsgrößen erreicht werden.In operation, a corresponding brightness adjustment or power control and regulation can be achieved by means of a corresponding pulse width modulation (PWM) of the operating variables.
Zur Beschaltung von Leuchtdioden an einer Leistungsquelle, die im Allgemeinen einen Betrieb mit einem im Wesentlichen konstant gehaltenen Strom durchführen, kann ein jeweils entsprechend dimensionierter Vorwiderstand verwendet werden, oder es können die Leuchtdioden aus einem Netzteil mit einem Transformator und einem Gleichrichter sowie einem entsprechenden Kondensator betrieben werden. Ebenfalls ist ein Betrieb mit einer entsprechend dimensionierten Elektronikschaltung in Form einer Konstantstromquelle sinnvoll. Diese beiden Fälle bilden jedoch verlustbehaftete Betriebs- oder Steuerungsmöglichkeiten.For the connection of light-emitting diodes to a power source, which generally carry out an operation with a substantially constant current, a correspondingly dimensioned series resistor can be used, or the light-emitting diodes can be operated from a power supply unit with a transformer and a rectifier and a corresponding capacitor become. Likewise, operation with a correspondingly dimensioned electronic circuit in the form of a constant current source makes sense. These two cases, however, form lossy operating or control options.
Als weitere Möglichkeit bietet sich die Verwendung eines Schaltreglers an, wobei im Betrieb entsprechend hohe Frequenzen verwendet werden, sodass ein Flimmern der Leuchtdioden für das menschliche Auge kaum wahrnehmbar ist. Hierbei hat der Schaltregler im Wesentlichen ein Konstantstromquellen-Verhalten.Another possibility is the use of a switching regulator, which in operation correspondingly high frequencies are used, so that a flicker of the LEDs is barely perceptible to the human eye. Here, the switching regulator essentially has a constant current source behavior.
Durch die geringe Lichtstärke einzelner Leuchtdioden wird, wie es vorstehend angegeben ist, eine Vielzahl von Leuchtdioden eingesetzt, die wechselweise in Gruppen in Reihe, und mehrere Gruppen zueinander jeweils parallel geschaltet werden können.Due to the low light intensity of individual light-emitting diodes, as stated above, a multiplicity of light-emitting diodes are used which can alternately be connected in series in groups and several groups in each case in parallel.
Gemäß
Jeder der Stränge ST1 bis ST4 umfasst eine gleiche Anzahl von bis auf jeweilige Exemplarstreuungen gleichen Leuchtdioden D, die innerhalb eines der Stränge oder Zweige ST1 bis ST4 zueinander in Reihe geschaltet sind.Each of the strands ST1 to ST4 comprises an equal number of identical light-emitting diodes D, which are connected in series to one another within one of the strands or branches ST1 to ST4.
Gemäß
In allgemeiner Form umfasst jeder der Stränge ST1 jeweils einen Schalter S1 bis S4, mit denen auch einzelne Stränge ein- oder ausgeschaltet werden können.In a general form, each of the strands ST1 in each case comprises a switch S1 to S4 with which individual strands can also be switched on or off.
Im Betrieb der Vielzahl der Leuchtdioden gemäß
Im Idealfall, d. h. bei der Annahme idealer und völlig identischer Bauelemente fließt in jedem der Stränge ST1 bis ST4 der gleiche Strom. Bei einer tatsächlichen Ausführung der Leuchtdiodenanordnung gemäß
Bei der Reihenschaltung der jeweiligen Leuchtdioden, beispielsweise der Leuchtdioden D11 bis D1n des ersten Stranges ST1 gemäß
Zur Vermeidung einer Überlast oder einer zu kleinen Belastung der einzelnen Stränge ST1 bis ST4 der Leuchtdioden sind die Ströme in jedem Zweig gleich (paritätisch) aufzuteilen. Dies kann im vorliegenden Beispiel einer Anordnung (Schaltung) gemäß
Dies erhöht jedoch zum einen erheblich die Kosten und macht zum anderen für annähernd gleiche Lichtverhältnisse in den einzelnen Strängen (mit dem eigenen Schaltwandler) eine jeweilige Überwachung und möglicherweise Steuerung oder Regelung der Schaltwandler erforderlich. Hierbei kann ebenfalls eine gleichmäßige Stromaufteilung und damit auch eine gleichmäßige Lichtabgabe der einzelnen Stränge nicht gewährleistet werden.However, this considerably increases the costs and makes it necessary to monitor and possibly control or regulate the switching converters for approximately the same lighting conditions in the individual strings (with their own switching converter). In this case, a uniform current distribution and thus a uniform light output of the individual strands can not be guaranteed.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Steuerungsvorrichtung derart auszugestalten, dass bei der Ansteuerung einer Mehrzahl von Strängen von Leuchtdioden mit einfachen Maßnahmen eine gleichmäßige Stromaufteilung und damit eine gleichmäßige Lichtabgabe gewährleistet sind.The present invention is therefore based on the object to design an electrical control device such that in the control of a plurality of strands of LEDs with simple measures a uniform current distribution and thus a uniform light output are guaranteed.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die elektrische Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the electrical control device having the features of
Diese Aufgabe wird ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.This object is likewise achieved according to the present invention by a lighting device having the features of patent claim 11.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine elektrische Steuerungsvorrichtung, die mit einer Vielzahl von Verbrauchern verbindbar ist, zur Steuerung der Leistungszufuhr zu den Verbrauchern, wobei die Vielzahl der Verbraucher in zumindest zwei Strängen mit jeweils gleicher Anzahl von in Reihe geschalteten Verbrauchern aufgeteilt ist, mit einem Schaltwandler mit einer Anzahl von Induktivitäten, wobei in jedem Strang eine Induktivität in Reihe zu den jeweiligen Verbrauchern geschaltet ist, und die Induktivitäten einen gemeinsamen Magnetkern aufweisen.The present invention thus relates to an electrical control device which is connectable to a plurality of consumers, for controlling the power supply to the consumers, wherein the plurality of consumers is divided into at least two strands each having the same number of consumers connected in series, with a switching converter with a number of inductances, wherein in each strand an inductance is connected in series with the respective consumers, and the inductances have a common magnetic core.
Die elektrische Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, d. h. die entsprechende Schaltungsanordnung, umfasst somit in Verbindung mit einem Schaltwandler eine Anordnung von mehreren Induktivitäten oder Spulen, wobei jedem Strang aus einer Mehrzahl von Strängen mit zueinander in Reihe geschalteten Leuchtdioden eine Induktivität oder Spule (Wicklung) zugeordnet ist. Die Vielzahl der Spulen ist in der Weise angeordnet, dass diese auf einem gemeinsamen Magnetkern (beispielsweise einem Eisenkern) angeordnet sind, sodass über das zugehörige Magnetfeld jede Spule mit jeder weiteren Spule gekoppelt ist, ungeachtet dessen, dass die Spulen auch über die Schaltungsanordnung und die weiteren Bauelemente miteinander galvanisch verbunden sind.The electric control device according to the present invention, i. H. the corresponding circuit arrangement thus comprises, in conjunction with a switching converter, an arrangement of a plurality of inductors or coils, wherein each strand of a plurality of strings with light-emitting diodes connected in series with one another is assigned an inductance or coil (winding). The plurality of coils are arranged in such a way that they are arranged on a common magnetic core (for example, an iron core), so that via the associated magnetic field each coil is coupled to each further coil, notwithstanding that the coils are also connected via the circuit arrangement and the other components are galvanically connected to each other.
Mittels der über das Magnetfeld bestehenden Kopplung oder Verkettung besteht die Möglichkeit, einen entsprechenden Ausgleich innerhalb der gesamten Schaltungsanordnung zu erzielen. Es kann ein Ausgleich dahingehend erreicht werden, dass in Folge beispielsweise von Exemplarstreuungen oder auch durch Temperaturunterschiede einzelner Leuchtdioden in jeweiligen Strängen oder ganzer Strängen auftretende kleinere oder größere Ströme (und damit einer kleineren oder größeren Lichtabgabe der jeweiligen Leuchtdioden) die Ströme ausgeglichen werden, sodass annähernd eine gleichmäßige Stromverteilung und damit auch im Wesentlichen eine gleichmäßige Lichtabgabe der einzelnen Leuchtdioden bzw. der einzelnen Stränge in Reihe geschalteter Leuchtdioden erreicht wird. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn Exemplarstreuungen oder Temperaturunterschiede in den Strängen kumulieren.By means of the coupling or interlinking existing via the magnetic field, it is possible to achieve a corresponding compensation within the entire circuit arrangement. It compensation can be achieved to the effect that, for example, by example scattering or by temperature differences of individual LEDs in respective strands or whole strands occurring smaller or larger currents (and thus a smaller or larger light output of the respective light-emitting diodes) the currents are compensated, so approximately one uniform current distribution and thus also a substantially uniform light output of the individual light-emitting diodes or of the individual strands in series connected light-emitting diodes is achieved. This occurs especially when specimen scatters or temperature differences accumulate in the strands.
Die Gleichmäßigkeit der Stromverteilung innerhalb der Vielzahl der beteiligten Stränge in Reihe geschalteter Leuchtdioden kann durch den gemeinsamen Magnetkern erreicht werden, auf dem sämtliche beteiligten Induktivitäten oder Spulen (Wicklungen) angeordnet sind und einen Teil des die Leuchtdioden ansteuernden Schaltwandlers bilden. Die Magnetisierungsenergie in dem gemeinsamen Magnetkern teilt sich bei gleicher Ausgestaltung der Wicklung annähernd paritätisch auf, sodass dies auch zu annähernd gleichen Strömen in den einzelnen Spulen (Wicklungen) und damit in den jeweiligen Strängen mit den in Reihe geschalteten Leuchtdioden führt. Hierbei kann ebenfalls eine kapazitive Komponente der elektrischen Eigenschaften der Leuchtdioden genutzt werden.The uniformity of the current distribution within the plurality of strings involved in series connected light-emitting diodes can be achieved by the common magnetic core on which all participating inductors or coils (windings) are arranged and form part of the light emitting diode driving switching converter. The magnetization energy in the common magnetic core is divided approximately equally with the same design of the winding, so that this leads to approximately the same currents in the individual coils (windings) and thus in the respective strands with the light-emitting diodes connected in series. In this case, a capacitive component of the electrical properties of the LEDs can also be used.
Da sich von den angeschlossenen Lasten in Form der Vielzahl der Leuchtdioden abgesehen keine relevanten ohmschen Komponenten (wie beispielsweise Vorwiderstände) in den angeschlossenen Strängen der elektrischen Steuerungsvorrichtung befinden, ist die vorstehend angegebene Lösung in Verbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 von der Effizienz und den entstehenden Kosten den bisherigen technischen Lösungen deutlich überlegen.As apart from the connected loads in the form of the plurality of light-emitting diodes no relevant ohmic components (such as series resistors) are in the connected strands of the electrical control device, the above solution in conjunction with the features of
Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls eine Beleuchtungsvorrichtung betreffen mit: einer Vielzahl von Leuchtdioden, die in zumindest zwei Strängen mit einer gleichen Anzahl in jedem Strang zueinander in Reihe geschaltet sind, und der mit der Vielzahl der Leuchtdioden verbindbaren und vorstehend angegebenen elektrischen Steuerungsvorrichtung. Die Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung mit der Steuerungsvorrichtung ergibt durch den erreichten Stromausgleich zwischen den Strängen oder Zweigen eine gleichmäßige Lichtabgabe und eine gleichmäßige Leistungs- und damit Lichtverteilung innerhalb der Beleuchtungsvorrichtung, wobei auch während des Betriebs nachteilige Einflüsse von sich ergebenden Temperaturänderungen ausgeglichen werden können.The present invention may also relate to a lighting device comprising: a plurality of light-emitting diodes serially connected to each other in at least two strands having an equal number in each strand, and the electric control device connectable to the plurality of light-emitting diodes and mentioned above. The design of the lighting device with the control device results from the achieved current balance between the strands or branches a uniform light output and a uniform power and thus light distribution within the lighting device, which can be compensated even during operation adverse effects of resulting temperature changes.
Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Further embodiments of the present invention are specified in the dependent claims.
Jeweilige Wicklungen der Induktivitäten können im gleichen Wicklungssinn auf den gemeinsamen Magnetkern aufgebracht sein, und es können die Wicklungen der Induktivtäten gleiche Windungszahl aufweisen.Respective windings of the inductors can be applied to the common magnetic core in the same winding sense, and the windings of the inductors can have the same number of turns.
Die Wicklungen der Induktivitäten können gestapelt oder geschichtet auf den gemeinsamen Magnetkern aufgebracht sein. Hierbei können die Wicklungen der Induktivtäten multifilar gebildet sein.The windings of the inductors may be stacked or stacked on the common magnetic core. Here, the windings of Induktivtäten be formed multifilar.
Bei der Vorrichtung kann der gemeinsame Magnetkern ein geschlossener Magnetkern sein.In the apparatus, the common magnetic core may be a closed magnetic core.
Es kann der Schaltwandler eine Schalteinrichtung aufweisen zum Steuern der Leistungszufuhr zu den Verbrauchern. Hierbei kann die Schalteinrichtung einen Steueranschluss aufweisen und es kann das Eingangssignal an dem Steueranschluss ein PWM-Signal sein.The switching converter may have a switching device for controlling the power supply to the consumers. In this case, the switching device can have a control connection and the input signal at the control connection can be a PWM signal.
Bei der Vorrichtung kann parallel zu den zumindest zwei Strängen ein Freilaufelement geschaltet sein. Es können die Verbraucher Leuchtdioden sein.In the apparatus, a freewheeling element may be connected in parallel with the at least two strands. The consumers can be light-emitting diodes.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:The present invention will be described in more detail below by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:
Nachstehend wird im Einzelnen unter Bezugnahme auf
In jedem Strang
Jeder Strang umfasst des Weiteren jeweils einen Schalter, beispielsweise die Schalter S1, S2 und S3, mit denen ein einzelner Strang
Die Anzahl n der in jedem Strang enthaltenen Leuchtdioden D ist in der Weise bestimmt, dass sie annähernd einer Versorgungsspannung Vcc einer allgemeinen (nicht gezeigten) Leistungsversorgungseinrichtung entspricht. Die Vorrichtung V ist mit der Leistungsversorgungseinrichtung verbindbar und führt die Steuerung oder Regelung (Aktivierung und Lichtabgabe, Leistungszufuhr) des Betriebs der jeweiligen Leuchtdioden D der verschiedenen Stränge
Die Vorrichtung V umfasst des Weiteren für jeden Strang
Des Weiteren ist zur Anordnung der jeweiligen Spulen L1 bis L3 ein Magnetkern K vorgesehen, der in der Weise angeordnet ist, dass sämtliche Spulen, d. h. die Spulen L1 bis L3 der Stränge
Im Ergebnis durchdringt somit einerseits das gemeinsame Magnetfeld jede Spule L1 bis L3, und trägt andererseits jede Spule L1 bis L3 mit ihrer eigenen Durchflutung zu dem gesamten Magnetfeld und somit dem gesamten magnetischen Fluss bei.As a result, on the one hand, the common magnetic field penetrates each coil L1 to L3, and on the other hand contributes each coil L1 to L3 with its own flux to the entire magnetic field and thus the entire magnetic flux.
Die Induktivitäten bzw. Spulen L1 bis L3 sind somit zum Einen über das Magnetfeld und die magnetische Kopplung durch den gemeinsamen magnetischen Fluss miteinander verbunden. Zum Anderen sind die Spulen L1 bis L3 infolge ihrer Anordnung innerhalb der Vorrichtung V ebenfalls galvanisch miteinander (beispielsweise auch über weitere Bauelemente wie beispielsweise die Leuchtdioden D) verbunden.The inductors or coils L1 to L3 are thus connected to one another via the magnetic field and the magnetic coupling by the common magnetic flux. On the other hand, the coils L1 to L3 as a result of their arrangement within the device V are also galvanically connected to each other (for example, via other components such as the light-emitting diodes D).
Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Schalteinrichtung
Bei einer entsprechenden Ansteuerung der Schalteinrichtung
Bei einem Betrieb mittels einer Pulsbreitenmodulation PWM können verwendete Frequenzen der Ansteuerung im Bereich von 20 kHz liegen. Auch sind Frequenzen von etwa 70 kHz bis 100 kHz verwendbar. Bei diesen Frequenzen ist das Flimmern der Leuchtdioden für das menschliche Auge praktisch nicht oder kaum wahrnehmbar.In an operation by means of a pulse width modulation PWM used frequencies of the drive can be in the range of 20 kHz. Also frequencies of about 70 kHz to 100 kHz can be used. At these frequencies, the flickering of the light emitting diodes is virtually imperceptible to the human eye.
Das Freilaufelement F, das beispielsweise in Form einer Diode (Freilaufdiode, Schutzdiode) vorgesehen sein kann, dient zum Schutz vor Überspannungen und somit unerlaubt hohen Spannungen, die in Folge des Abschaltens der Spulen L1 bis L3 durch deren Selbstinduktivität entstehen.The freewheeling element F, which may be provided for example in the form of a diode (freewheeling diode, protection diode), serves to protect against overvoltages and thus unauthorized high voltages, which arise as a result of switching off the coils L1 to L3 by their self-inductance.
Mit der Schaltungsanordnung der Vorrichtung V gemäß der Darstellung in
In diesem Falle stellen die Leuchtdioden D in einer Reihenschaltung je Strang die Last (mit einer kapazitiven Komponente) für den Schaltwandler dar, der in Verbindung mit der Schalteinrichtung
Die auf dem gemeinsamen Magnetkern K aufgebrachten bzw. angeordneten Spulen (Induktivitäten) L1 bis L3 sind im gleichen Wicklungssinn und mit gleicher Windungsanzahl aufgebrachte Spulen, sodass gleichartige und gleichphasige Wicklungen gebildet werden und in dem gemeinsamen Magnetkern K die gleichsinnige Durchflutung ergeben. Die Anzahl der Spulen entspricht vorzugsweise die Anzahl der einzelnen Stränge
Durch die in gleicher Weise ausgeführten und auch gleichphasig angeordneten und beschalteten Spulen L1 bis L3 auf dem gemeinsamen Magnetkern K teilt sich die Magnetisierungsenergie im Magnetkern bei gleicher Windungszahl annähernd paritätisch in der Schaltungsanordnung der Vorrichtung V auf. Dies führt zu annähernd gleichen Strömen in den einzelnen Wicklungen und damit auch in den angeschlossenen einzelnen Strängen
Mit einer jeweiligen Magnetfeldänderung des gemeinsamen Magnetfelds im gemeinsamen Magnetkern K wird je Kernvolumen eine bestimmte Energiemenge für die darauf angeordneten Spulen L1 bis L3 zur Verfügung gestellt, die sich über die Windungen paritätisch aufteilt.With a respective magnetic field change of the common magnetic field in the common magnetic core K, a certain amount of energy is made available per core volume for the coils L1 to L3 arranged thereon, which distributes themselves in an equal manner over the turns.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Leuchtdioden D als Lasten der Schaltungsanordnung der Vorrichtung V beschränkt und stellt nur ein Ausführungsbeispiel dar. Es sind ebenfalls andere Lasten, beispielsweise auch ohmsche Lasten anstelle der Vielzahl der Leuchtdioden denkbar, wenn eine elektrische Steuerungsvorrichtung benötigt wird, bei der in verschiedenen Strängen oder Zweigen der Schaltungsanordnung annähernd gleiche Ströme fließen sollen. Im Allgemeinen können sämtliche Arten von Lasten angesteuert bzw. betrieben werden, sofern diese Lasten etwa mit dem gleichen Strom betrieben werden müssen und sich dann im Betrieb an den Lasten entsprechende (auch unterschiedliche) Spannungen einstellen.The present invention is not limited to the use of light-emitting diodes D as loads of the circuit arrangement of the device V and represents only one embodiment. Other loads, for example ohmic loads, are also conceivable instead of the plurality of light-emitting diodes if an electrical control device is required. to flow at approximately the same currents in different strands or branches of the circuit arrangement. In general, all types of loads can be controlled or operated, provided that these loads have to be operated with about the same current and then set in operation at the loads corresponding (even different) voltages.
Wird bei einer Anordnung gemäß
Die vorstehend beschriebene elektrische Steuerungsvorrichtung V stellt somit eine Vorrichtung dar zur verlustarmen dynamischen Aufteilung von Strömen in einem Netzwerk in Verbindung mit einem Schaltwandler. Das Netzwerk wird durch die entsprechenden Stränge mit den jeweils in Reihe geschalteten Leuchtdioden D gebildet, beispielsweise die Stränge
Gemäß
In diesem Fall ist die erhöhte Anzahl von Spulen in Abhängigkeit von der Anzahl der Stränge vorgesehen, und es umfasst ebenfalls der gemeinsame Magnetkern K die Vielzahl der Spulen. Somit ist insbesondere der Magnetkern K derart ausgebildet, die der Anzahl der Stränge entsprechende Anzahl der Spulen oder Induktivitäten zu tragen, so dass jede Spule über das gemeinsame Magnetfeld mit jeder anderen Spule verkettet ist.In this case, the increased number of coils is provided depending on the number of strings, and the common magnetic core K also includes the plurality of coils. Thus, in particular, the magnetic core K is designed to carry the number of strands corresponding number of coils or inductors, so that each coil is linked via the common magnetic field with each other coil.
Verschiedene Arten der Anordnung der Spulen auf dem gemeinsamen Magnetkern K sind in
Gemäß der Darstellung in
Tatsächliche Ausführungsformen (Beispiele) sind in den
Im Einzelnen können die Spulen auf dem gemeinsamen Magnetkern K oder Ka bis Kc nebeneinander angeordnet sein. Die einzelnen Wicklungen der Spulen können auch bifilar bei zwei Spulen oder multifilar bei mehreren Spulen ausgeführt sein, sodass die Spulen auch geschichtet auf dem gemeinsamen Magnetkern (beispielsweise auf einem Schenkel desselben) angeordnet sind. Die Spulen können ebenfalls aufeinanderfolgend auf dem gemeinsamen Magnetkern gestapelt werden, was etwa einer Anordnung gemäß
Vorzugsweise sind die Spulen L1 bis L3 im Sinne einer gewünschten optimalen Verkettung mit dem gemeinsamen Magnetfeld und einer vereinfachten oder erleichterten Herstellung multifilar ausgebildet, sodass beispielsweise mit einem Wicklungsvorgang mehrere Spulen mit guter Verkettung hergestellt werden können. Im Allgemeinen ist eine bifilar oder multifilar gebildete Spulenanordnung einer Anordnung mit Einzelspulen überlegen. Die erwünschte Stromsymmetrierung oder der erwünschte Stromausgleich zwischen den Strängen ist umso besser, je besser die magnetische Kopplung der Spulen auf dem gemeinsamen Magnetkern ist, d. h. wenn sämtliche beteiligte Wicklungen (Spulen) tatsächlich von im Wesentlichen demselben Magnetfeld durchflutet werden.Preferably, the coils L1 to L3 are multifilar in the sense of a desired optimal concatenation with the common magnetic field and a simplified or facilitated production, so that, for example, with one winding process several coils can be produced with good concatenation. In general, a bifilar or multifilar coil arrangement is superior to a single coil arrangement. The better the current balancing or the desired current balancing between the strings, the better the better the magnetic coupling of the coils on the common magnetic core, i. H. when all involved windings (coils) are actually flooded by substantially the same magnetic field.
In jedem Fall sind die mehreren, d. h. die zumindest zwei Spulen von zumindest zwei Strängen mit Verbrauchern (Lasten, beispielsweise Leuchtdioden) derart auf dem gemeinsamen Magnetkern angeordnet, dass sie gleiche Windungszahl und gleichen Wicklungssinn aufweisen und optimal miteinander durch das Magnetfeld verkettet sind. Mit der optimalen Verkettung über das gemeinsame Magnetfeld wird der erwünschte Ausgleich im Falle einer ohne diese Maßnahme in der Schaltungsanordnung auftretenden Ungleichmäßigkeit der Strangströme erreicht. Dies bedeutet eine gleichmäßige Leistungszufuhr zu sämtlichen Lasten, beispielsweise den Leuchtdioden D, und somit auch zu einer gleichmäßigen Ausleuchtung innerhalb der Gesamtzahl der Leuchtdioden (beispielsweise einer geometrischen Leuchtdiodenanordnung) und einer verbesserten Lichtabgabe derselben.In any case, the plurality, ie the at least two coils of at least two strings with loads (loads, for example LEDs) arranged on the common magnetic core, that they have the same number of turns and the same winding sense and are optimally linked together by the magnetic field. With the optimal concatenation via the common magnetic field, the desired compensation is achieved in the event of an unevenness of the phase currents occurring in the circuit arrangement without this measure. This means a uniform power supply to all loads, For example, the light-emitting diodes D, and thus also to a uniform illumination within the total number of light-emitting diodes (for example, a geometric light emitting diode array) and an improved light output of the same.
Die Anordnung einer Mehrzahl von Spulen auf einem gemeinsamen Magnetkern kann auch als eine Lösung mit Potenzialtrennung aufgebaut sein. In diesem Fall werden Übertrager verwendet, die eine von einem Schaltelement (wie die Schalteinrichtung
Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, neben der potenzialgetrennten Lösung auch in Abhängigkeit von speziellen Bedingungen eine oder eine bestimmte Anzahl von Spulen relativ zu den übrigen Spulen andersartig auszuführen. So würde eine Wicklung mit der halben Windungszahl wegen der gleichen Durchflutung gegenüber weiteren Spulen mit der unveränderten normalen Windungszahl den doppelten Strom führen. Mittels der vorstehen beschriebenen Anordnung kann somit auch ein Strang oder Zweig mit der halben Brennspannung und mit etwa dem doppelten Strom betrieben werden.It is also possible, in addition to the potential-separated solution, depending on specific conditions, to carry out one or a certain number of coils in a different manner relative to the other coils. Thus, a winding with half the number of turns because of the same flooding over other coils with the same normal number of turns would lead to twice the current. By means of the arrangement described above can thus also be a strand or branch with half the operating voltage and operated with about twice the current.
Die jeweiligen in den Strängen vorgesehenen Spulen (Wicklungen der Induktivitäten) L1 bis L3, beispielsweise gemäß
Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment
Gemäß
Mit dieser Anordnung gemäß
Bei gleichartigen Verbrauchern und somit gleichartigen Spulen L11 bis L14 und L21 bis L23 können die Magnetkerne K1 und K2 auch miteinander zur magnetischen Verkopplung verbunden werden, um wahlweise einen Stromausgleich innerhalb der gesamten Anordnung zu erreichen. Die Wirksamkeit des Stromausgleichs wird umso besser, je besser die magnetische Kopplung zwischen den Magnetkernen K1 und K2 ist.For similar consumers and thus similar coils L11 to L14 and L21 to L23, the magnetic cores K1 and K2 can also be connected to each other for magnetic coupling to selectively achieve a current balance within the entire arrangement. The efficiency of the current compensation becomes better the better the magnetic coupling between the magnetic cores K1 and K2 is.
Bei unterschiedlich ausgeführten Spulen L11 bis L14 und L21 bis L23 in den einzelnen Gruppen G1 und G2 können auch unterschiedliche Verbraucher (die jeweils innerhalb einer Gruppe gleich sind) mit unterschiedlichen Bedingungen betrieben werden. Die Anzahl der Gruppen ist nicht beschränkt. Ebenso ist die Anzahl der in
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren beschrieben.The present invention has been described with reference to embodiments in conjunction with the accompanying figures.
Es ist für den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann jedoch selbstverständlich, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den vorstehend beschrieben Figuren und die für die jeweiligen Bauteile und Komponenten verwendeten Bezugszeichen in den Figuren und der Beschreibung sowie die beispielhaften Angaben nicht einschränkend auszulegen sind. Somit ist die Erfindung auf die angegebene Darstellung in den Figuren nicht beschränkt. Vielmehr werden als zur Erfindung gehörig sämtliche Ausführungsformen und Varianten angesehen, die unter die beigefügten Patentansprüche fallen.However, it will be understood by those skilled in the art that the structure of the present invention, as set forth in the foregoing Figures, and the reference numerals used to refer to the respective components and components, are not to be interpreted as limiting in the figures and the description and the exemplary disclosures. Thus, the invention is not limited to the indicated representation in the figures. Rather, all embodiments and variants are considered as belonging to the invention, which fall under the appended claims.
Claims (11)
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