-
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Leuchtdioden und zum Einstellen eines mittleren Stroms durch die Leuchtdioden
- – mit einem Gleichspannungswandler mit PWM-Ansteuerung,
- – einen Schaltkreis zur Steuerung und/oder Regelung eines steuerbaren Schalters des Gleichspannungswandlers,
- – wobei der Schaltkreis einen Anschluss für einen Sanftanlauf des Gleichspannungswandlers aufweist, über dessen Potential der Sanftanlauf aktiviert oder deaktiviert bzw. bei Aktivierung eingestellt ist, und
- – mit einer äußeren Beschaltung des Eingangs für den Sanftanlauf,
- – wobei die äußere Beschaltung Mittel zum Einstellen des Potentials des Eingangs für den Sanftanlauf hat.
-
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus dem Datenblatt „4.5-V to 52-V Input Current Mode Boost Controller” für die integrierten Schaltkreise TPS40210 und TPS40211 von Texas Instruments Inc. bekannt. In dem Datenblatt ist ein Schaltungsbeispiel beschrieben (Desing Example 2, siehe a. a. O., Seite 35 ff.) bei dem der Anschluss des Schaltkreises für den Sanftanlauf über einen Kondensator mit dem Bezugspotential des Schaltkreises verbunden ist. Durch den Sanftanlauf wird der Einschaltstrom der Schaltungsanordnung und der daran angeschlossenen Leuchtdioden verringert (Einschaltstrombegrenzung), bei großen Lasten wird damit auch das Ansprechen eines Leitungsschutzschalters oder ein starker Spannungseinbruch der Netzspannung vermieden. Der Kondensator bildet die äußere Beschaltung des Anschlusses für den Sanftanlauf. Der Kondensator wird mit dem Einschalten der Schaltungsanordnung über den Anschluss zum Einstellen des Sanftanlaufs aufgeladen. In Abhängigkeit von der über den Kondensator abfallenden Spannung wird der Sanftanlauf gesteuert, d. h. die Grenze für den Einschaltstrom wird mit zunehmender Ladung des Kondensators erhöht. Der Kondensator ist so bemessen, dass einerseits der Einschaltstrom begrenzt ist und andererseits die Schaltungsanordnung so schnell wie möglich, die gewünschte Leistung zu den angeschlossenen Leuchtdioden überträgt. Die Bemessung des Kondensators erfolgt beim Entwurf der Schaltung.
-
Die Begrenzung des Einschaltstroms durch die Sanftanlauffunktion des Schaltkreises führt zu einem verzögerten Stromanstieg des Ausgangsstroms des Gleichspannungswandlers. Da die Farbe von Leuchtdioden auch von dem Strom abhängig ist, der durch die Leuchtdioden fließt, bewirkt der verzögerte Stromanstieg des Ausgangsstroms der Schaltungsanordnung eine Änderung der Farbe der Leuchtdioden.
-
Bei Schaltungsanordnungen mit Gleichspannungswandlern wird die umgesetzte mittlere Leistung häufig durch getaktete Impulse bei während des Impulses weitgehend . konstanter Ausgangsspannung und weitgehend konstantem Ausgangsstrom transportiert. Durch eine Änderung des Verhältnisses der Impulsdauer zur Impulsperiodendauer, des so genannten Tastgrads kann in solchen Fällen die mittlere Leistung eingestellt werden, die übertragen wird. Der Gleichspannungswandler einer solchen Schaltungsanordnung wird also mit dem Anfang jedes Impulses eingeschaltet und mit dem Ende des Impulses ausgeschaltet. Dadurch kommt es, wenn beim Einschalten der Ausgangstrom ansteigt, zu immer wieder sichtbaren Farbverschiebungen. Wird der Stromanstieg durch einen Sanftanlauf zusätzlich verzögert, werden diese Farbverschiebungen noch besser sichtbar, was nicht erwünscht ist.
-
Hier setzt die Erfindung an.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schaltungsanordnung mit einer Sanftanlauffunktion so zu verbessern, dass Farbverschiebungen der über die Schaltungsanordnung mit elektrischer Energie versorgten Leuchtdioden weitgehend vermieden werden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die äußere Beschaltung wenigstens ein Mittel zum Auswählen hat, mit dem in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße in der Schaltungsanordnung ein oder mehrere Mittel zum Einstellen des Potentials am Eingang für den Sanftanlauf auswählbar sind.
-
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Einschaltstrom im Wesentlichen deshalb begrenzt werden muss, weil nach einem Einschalten der Schaltungsanordnung nach einer Ruhephase die vom Gleichspannungswandler von einer Primärseite des Gleichspannungswandlers zu einer Sekundärseite des Spannungswandlers übertragene Energie des Gleichspannungswandlers zunächst dafür verwendet werden muss, um Energiespeicher, insbesondere Kondensatoren aufzuladen. Die übertragene Energie steht solange nicht am Ausgang des Gleichspannungswandlers zur Verfügung bis die Energiespeicher aufgeladen sind. Während dieser Zeit steht daher am Ausgang keine Regelgröße zur Verfügung, was dazu führt, dass der Regler im Schaltkreis den Gleichspannungswandler so ansteuert, dass eine maximale Leistung übertragen wird. Sind dagegen die Energiespeicher schon vollständig oder zumindest teilweise aufgeladen, kann der Sanftanlauf schneller ablaufen oder völlig entfallen.
-
Nimmt der Gleichspannungswandler dagegen nach einer Pulspause die Umwandlung der Spannung wieder auf, sind die Energiespeicher des Gleichspannungswandlers nicht oder nicht vollständig entladen. Es liegt daher sofort eine Regelgröße vor, was dazu führt, dass der Regler des Gleichspannungswandlers nicht für eine maximale Leistungsübertragung und dadurch für sehr hohe Einschaltströme sorgt. Die Einschaltströme müssen in diesen Fällen nicht oder nicht so lange durch einen Sanftanlauf begrenzt werden, wie bei Einschalten der Schaltungsanordnung nach einer Ruhephase.
-
Ausgehend von dieser Überlegung bietet die Erfindung die Möglichkeit in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße in der Schaltungsanordnung, zum Beispiel einer den Ladezustand der Energiespeicher, der Ausgangsspannung und/oder des Ausgangsstroms wiedergebenden Größe, ein oder mehrere Mittel zum Einstellen des Potentials am Eingang für den Sanftanlauf auszuwählen, um so den Sanftanlauf einzustellen. Der Sanftanlauf kann dadurch beim Einschalten des Gleichstromwandlers mit entladenen Energiespeichern nach einem Ruhezustand länger dauern als beim Einschalten mit fast aufgeladenen Energiespeichern, wie beim Wiedereinschalten des Gleichstromwandlers nach einer Auszeit während einer Periode.
-
Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann das wenigstens eine Mittel zum Auswählen wenigstens einen steuerbaren Schalter, insbesondere wenigstens einen Transistor aufweisen. Durch das Schließen oder Öffnen können Stromkreise oder -pfade geschaltet werden, die das eine und/oder das andere Mittel zum Einstellen des Potentials am Anschluss für den Sanftanlauf wirksam werden lassen.
-
Die Mittel zum Einstellen des Potentials am Anschluss für den Sanftanlauf können wenigstens einen Kondensator aufweisen. Der wenigstens eine Kondensator kann mit dem Anschluss für den Sanftanlauf und mit einem Bezugspotential verbunden sein. Denkbar ist, dass mehrere Kondensatoren als Mittel zum Einstellen vorgesehen sind und durch das Mittel zum Auswählen einer oder mehrere dieser Kondensatoren ausgewählt und dadurch zum Einstellen des Sanftanlaufs wirksam werden.
-
Bei einer erfindungsgemäße Schaltungsanordnung können die Mittel zum Einstellen des Potentials am Anschluss für den Sanftanlauf wenigstens einen Widerstand aufweisen. Der wenigstens eine Kondensator kann dann je nach Auswahl durch das Mittel zum Auswählen über einen oder mehrere der Widerstände aufgeladen werden. Dadurch können Ladekurven mit unterschiedlichen Verläufen erzeugt werden. Damit können an dem Anschluss für den Sanftanlauf unterschiedliche Spannungsverläufe, zum Beispiel mit steilerem oder mit flacherem Spannungsanstieg erzeugt werden.
-
An einem Steueranschluss des wenigstens einen steuerbaren Schalters kann eine Zustandsgröße der Schaltungsanordnung zumindest mittelbar anliegen. Die Zustandsgröße kann die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers oder eine dieser Ausgangsspannung entsprechende Größe sein.
-
Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
-
Dabei zeigt:
-
1 ein vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen. Schaltungsanordnung.
-
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß 1 weist einen nicht näher spezifizierten Gleichstromwandler C auf. Es kann sich dabei um einen beliebigen Gleichspannungswandler handeln, insbesondere um einen Aufwärtswandler, einen Inverswandler, einen SEPIC-Wandler, einen Ćuk-Wandler oder einen Zeta-Wandler.
-
Der Wandler C hat eine Primärseite mit zwei Anschlüssen, über die der Wandler C an eine elektrische Quelle anschließbar ist. An zwei Anschlüssen einer Sekundärseite des Wandlers ist eine Last angeschlossen. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um einen Strang von Leuchtdioden D2, D3, D4 die über den Wandler C mit elektrischer Energie aus der primärseitigen Quelle versorgt werden können.
-
Der Wandler C wird von einem Schaltkreis IC gesteuert oder geregelt. Der Wandler weist dazu einen Steueranschluss AR auf. In dem Wandler C ist der Steueranschluss AR mit einem nicht dargestellten steuerbaren Schalter des Wandlers verbunden. Außerhalb des Wandlers ist der Steueranschluss AR des Wandlers mit einem Steuerausgang des Schaltkreises IC verbunden. Über den Steueranschluss AR können sowohl Schaltbefehle zur Spannungswandlung als auch Schaltbefehle zum Einstellen des Tastgrads übertragen werden.
-
Der Schaltkreis kann aus diskreten Bauelementen aufgebaut sein. Ebenso kann ein integrierter Schaltkreis gewählt werden.
-
Der Schaltkreis weist neben anderen, nicht dargestellten Anschlüssen einen Anschluss AS für einen Sanftanlauf des Gleichspannungswandlers auf.
-
Der Anschluss AS für den Sanftanlauf hat eine Beschaltung, durch die der Sanftanlauf eingestellt ist. Kern der Beschaltung ist ein Kondensator C1 und zwei Widerstände R3, R4 als Mittel C1, R3, R4 zum Einstellen des Sanftanlaufs und ein Transistor Q1 als Mittel zum Auswählen der wirksamen Mittel zum Einstellen des Sanftanlaufs.
-
Der Kondensator C1 ist zwischen dem Anschluss AS und dem Bezugspotential der Schaltungsanordnung geschaltet. Die Widerstände sind mit dem höheren Potential an der Sekundärseite des Wandlers C und dem Anschluss AS verbunden.
-
Der Transistor Q1 ist mit seiner Emitter-Kollektor in Reihe zu dem Widerstand R4 geschaltet. Bei eingeschaltetem Transistor Q1 ist daher der Widerstand R4 parallel zu dem Widerstand R3 geschaltet.
-
Die Basis des Transistors, es handelt sich um einen pnp-Transistor, ist mit einem Spannungsteiler aus Widerständen R1 und R2 verbunden. Der Widerstand R1 ist über einen Knoten K1 mit einem Ausgang BP des Schaltkreises IC verbunden, der eine konstante Spannung von ca. 8 V zur Verfügung stellt. Der Widerstand R2 ist über eine Zenerdiode und über einen Knoten K2 mit der Kathodenseite des Strangs der Leuchtdioden D2, D3, D4 verbunden.
-
Die Beschaltung des Anschlusses AS arbeitet wie folgt:
Wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach einer Ruhephase eingeschaltet, ist das Potential am Knoten K2 ca. 0 V. Die Spannung U1 des Knotens K1 gegenüber dem Knoten K2 ist kleiner als die Zenerspannung der Zenerdiode D1, so dass die Zenerdiode D1 nicht leitet. Zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors fällt keine Spannung ab. Der Transistor Q1 ist nicht leitend. Der Kondensator C1 wird in diesem Fall nur über den Widerstand R3 aufgeladen. Damit wird der Sanftanlauf realisiert, da das Potential am Anschluss AS des Schaltkreises nur langsam ansteigt.
-
Nimmt dagegen nach einer Pulspause zum Beginn eines neuen Impulses der Gleichstromwandler C die Spannungswandlung wieder auf, ist die Spannung U1 zwischen den Knoten K1 und K2 größer als die Zenerspannung der Diode D1. Die Diode D1 wird leitend. Dadurch stellt sich am Widerstand R1 eine Spannung ein, die auch über der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q1 abfällt. Der Transistor Q1 wird leitend. In Folge dessen kann dann der Kondensator C1 über die Parallelschaltung aus den Widerständen R3 und R4 aufgeladen werden. Das Aufladen des Kondensators wird dadurch beschleunigt und das Potential am Anschluss AS steigt schnell an, so dass praktisch kein Sanftanlauf erfolgt sondern „hart” eingeschaltet wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- C
- Gleichspannungswandler
- IC
- Schaltkreis
- R1 bis R4
- Widerstände
- D1
- Zenerdiode
- D2 bis D4
- Leuchtdiode
- C1
- Kondensator
- 1
- Primärseite des Gleichspannungswandlers
- 2
- Sekundärseite des Gleichspannungswandlers
- K1
- Knoten
- K2
- Knoten
- AS
- Anschluss des Schaltkreises für den Sanftanlauf
- AR
- Steueranschluss des Gleichspannungswandlers
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Desing Example 2, siehe a. a. O., Seite 35 ff. [0002]
