DE102010048951A1

DE102010048951A1 - Stromquelle mit Dimmvorrichtung

Info

Publication number: DE102010048951A1
Application number: DE102010048951A
Authority: DE
Inventors: Winfried 09116 Beyer; René 09113 Franzky; Stephan 09112 Gruber
Original assignee: Exscitron 09112 GmbH; Exscitron GmbH
Current assignee: Exscitron 09112 GmbH; Exscitron GmbH
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2011-07-07
Also published as: DE102010010235B9; EP2384606B1; WO2011047817A1; CN102668719A; DE102010010235A1; CN102668719B; DE102010010235B4; EP2384606A1; WO2011047817A9; US9888553B2; US20120242267A1; WO2011047818A1; EP2384607A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromquelle mit wenigstens einem Ausgang (CH1-CH4) zum Anschluss elektrischer Verbraucher (2). Die einzelnen Ausgänge (CH1-CH4) lassen sich besonders einfach und kostengünstig dimmen, wenn eine Dimmvorrichtung (4) vorgesehen ist, die so verschaltet ist, dass ein Teil (I2'') des zu einem Ausgang (CH1-CH4) fließenden Stroms abgezweigt und gegen ein Referenzpotential abgeleitet werden kann, wogegen ein anderer Teil (I2') zu dem Ausgang (CH1-CH4) weiter fließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromquelle mit wenigstens einem Ausgang zum Anschluss elektrischer Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus dem Stand der Technik sind Stromquellen in den unterschiedlichsten Ausführungen bekannt, darunter auch dimmbare Ausführungen, mit denen der Ausgangsstrom nach Wunsch gedimmt werden kann.
Die US 7,659,673 B2 offenbart z. B. eine mehrkanalige Stromquelle zum Betreiben verschiedenfarbiger LED-Stränge. Jeder der LED-Stränge hat einen eigenen Stromregler zum Regeln des durch den jeweiligen Strang fließenden Stroms. In jedem der LED-Stränge ist ferner ein steuerbarer Schalter angeordnet, der mittels eines PWM-Signals angesteuert wird und mit dessen Hilfe die einzelnen LED-Strange gedimmt werden können. Diese aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung ist jedoch relativ aufwändig, da für jeden LED-Strang ein eigener Regler benötigt wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dimmbare Stromquelle zu schaffen, deren Dimmvorrichtung einfacher und kostengünstiger ist.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Stromquelle einzusetzen, die an wenigstens einem Ausgang einen vorgegebenen Strom bereitstellt, und eine Dimmvorrichtung vorzusehen, mit der ein Teil des zu einem Ausgang fließenden Stroms abgezweigt und gegen ein Referenzpotential abgeleitet werden kann, während der übrige Teil des Stroms zum Ausgang weiter fließt. Der Ausgang kann somit individuell gedimmt werden. Da der zum Ausgang fließende Strom bekannt ist und ein Teil dieses bekannten Stroms abgezweigt wird, ist es nicht erforderlich, für jeden der Ausgänge einen eigenen Regler vorzusehen. Das Dimmen erfolgt vielmehr rein gesteuert. Die Schaltung wird dadurch wesentlich einfacher.
Die erfindungsgemäße Dimmvorrichtung ist vorzugsweise parallel zu einem am Ausgang angeschlossenen Verbraucher geschaltet. Sie umfasst vorzugsweise wenigstens einen steuerbaren Schalter, der z. B. mittels eines PWM-Signals angesteuert werden kann. Je nach Höhe des Tastverhältnisses des PWM-Signals fließt demnach ein mehr oder weniger großer Anteil des Ausgangsstroms gegen das Referenzpotential ab, so dass der am Ausgang angeschlossene Verbraucher nach Wunsch gedimmt werden kann.
Die erfindungsgemäße Stromquelle ist vorzugweise eine geregelte Stromquelle mit mehreren Ausgängen, die an jedem ihrer Ausgänge einen vorgegebenen Ausgangsstrom bereitstellt. Sie umfasst vorzugsweise einen Stromteiler, der einen in einem Ast fließenden, vorgegebenen Strom auf mehrere Ausgänge aufteilt.
Die erfindungsgemäße Stromquelle dient vorzugsweise zum Betreiben von LED-Strängen unterschiedlicher Farben. Die einzelnen LED-Stränge können beispielsweise rote, grüne und blaue LED aufweisen. Die LEDs eines Stranges sind vorzugsweise gleichfarbig.
Als Schalter für die Dimmvorrichtung können beispielsweise Transistoren, wie z. B. MOS-Transistoren, verwendet werden. Der Schalter einer Dimmvorrichtung ist vorzugsweise parallel zu einem Verbraucher angeordnet und im Unterschied zum eingangs genannten Stand der Technik nicht mit dem Verbraucher in Serie geschaltet.
Die erfindungsgemäße Dimmvorrichtung ist vorzugsweise an einem Knoten in einer zu einem Ausgang führenden Leitung angeschlossen.
Im Falle einer Stromquelle mit mehreren Ausgängen haben vorzugsweise mehrere, insbesondere alle Ausgänge jeweils eine eigene Dimmvorrichtung, mit der sie individuell gedimmt werden können.
Eine erfindungsgemäße Stromquelle kann z. B. einen Haupttransformator mit wenigstens zwei Sekundärwicklungen umfassen, der von einem konstanten oder geregelten Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz gespeist wird. Sekundärseitig sind z. B. ein erster Schaltungszweig, in dem während der positiven Halbwelle des Speisestroms, und ein zweiter Schaltungszweig, in dem während der negativen Halbwelle des Speisestroms ein Strom getrieben wird, vorgesehen. Die Stromquelle umfasst vorzugsweise einen Stromteiler zum Aufteilen des sekundärseitigen Stroms auf mehrere Ausgänge. Der Stromteiler kann z. B. in jedem der genannten Schaltungszweige ein zueinander gegensinnig gewickeltes und magnetisch zusammenwirkendes Drosselpaar umfassen, wobei eine erste Drossel eines Drosselpaares mit einem ersten Ausgang, und eine zweite Drossel desselben Drosselpaares mit einem zweiten Ausgang verbunden sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Blockdarstellung einer mehrkanaligen, geregelten Stromquelle mit einer Dimmvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung zweier an den Ausgängen angeschlossener LED-Stränge;
3 eine zweikanalige Stromquelle mit einer Dimmvorrichtung für den zweiten Kanal; und
4 eine vierkanalige geregelte Stromquelle mit vier individuell dimmbaren Ausgängen.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer mehrkanaligen Stromquelle mit insgesamt vier Ausgängen CH1-CH4. Die Stromquelle liefert an jedem der Ausgänge CH1-CH4 einen von der Ausgangslast unabhängigen, fest vorgegebenen Strom. Jeder der Ausgänge CH1-CH4 ist dabei über eine zugehörige Dimmvorrichtung 4 individuell dimmbar. An den einzelnen Ausgängen CH1-CH4 können grundsätzlich beliebige elektrische Verbraucher angeschlossen sein. Die erfindungsgemäße, mehrkanalige Stromquelle wird jedoch vorzugsweise zum Betreiben von LEDs verwendet.
2 zeigt zwei an den Ausgängen CH1 und CH2 angeschlossene LED-Stränge. Jeder LED-Strang 2 weist dabei mehrere – hier zehn – in Serie geschaltete LEDs auf. Die einzelnen LEDs 3 eines LED-Strangs 2 haben vorzugsweise die gleiche Farbe. Die Farben der einzelnen Stränge 2 sind vorzugsweise unterschiedlich, z. B. rot, grün oder blau.
3 zeigt eine zweikanalige Ausführungsform einer Stromquelle mit zwei Ausgängen CH1 und CH2. Die Stromquelle 1 umfasst einen Haupttransformator 10 mit zwei Sekundärwicklungen 12, 14 und einer Mittelanzapfung 13. Die Mittelanzapfung 13 ist dabei mit Masse verbunden.
Der Haupttransformator 10 wird von einem konstanten oder geregelten Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz gespeist und stellt sekundärseitig einen vom Wicklungsverhältnis abhängigen Strom I₀₁ bzw. I₀₂ bereit. In den von den Sekundärwicklungen 12, 14 gespeisten Schaltungszweigen 16, 18 fließt daher ein fest vorgegebener, bekannter Strom I₀₁ bzw. I₀₂. Einer der sekundärseitigen Schaltungszweige (z. B. Zweig 16) führt den während der positiven Halbwelle, und der andere Schaltungszweig (z. B. Zweig 18), den während der negativen Halbwelle der Speisespannung erzeugten Strom I₀₁ bzw. I₀₂. Die Ströme I₀₁ und I₀₂ werden vermittels eines Stromteilers 8 auf die einzelnen Ausgänge CH1 und CH2 aufgeteilt.
Der Stromteiler 8 umfasst für jeden der sekundärseitigen Schaltungszweige 16, 18 ein Drosselpaar 20 bzw. 22 mit je zwei zueinander gegensinnig gewickelten und magnetisch zusammenwirkenden Drosseln. Jeweils eine der Drosseln – hier 24 und 28 ist dabei mit dem ersten Ausgang CH1, und die jeweils andere Drossel – hier 26 und 30 – mit dem anderen Ausgang CH2 verbunden. Die Wicklungsanzahl der einzelnen Drosseln 24, 26, 28, 30 ist vorzugsweise identisch. In diesem Fall teilt sich der Strom I₀₁ bzw. I₀₂ gleichmäßig auf die beiden Ausgänge CH1 und CH2 auf. Wenn der Strom I₀₁ bzw. I₀₂ beispielsweise 2 A beträgt, ist der Ausgangsstrom an den Ausgängen CH1 und CH2 jeweils 1 A.
Zu weiteren Details dieser mehrkanaligen Stromquelle wird auf die beiden früheren, prioritätsbegründenden Anmeldungen verwiesen, die hier in vollem Umfang durch Verweis in die Beschreibung aufgenommen werden.
Die in 3 dargestellte zweikanalige Stromquelle umfasst ferner eine Dimmvorrichtung 4 zum Dimmen des zweiten Kanals CH2. Die Dimmvorrichtung 4 umfasst einen steuerbaren Schalter 50, mittels dessen ein Teil I₂'' des zum Ausgang CH2 fließenden Stroms gegen ein Referenzpotential, hier Masse GND, abgezweigt werden kann. Der erste Kanal CH1 umfasst keine Dimmvorrichtung 4 und liefert daher einen vorgegebenen, z. B. konstanten, Strom I₁.
Die Dimmvorrichtung 4 des zweiten Kanals CH2 ist jeweils an einem Knoten K angeschlossen, der zwischen einer Drossel 26 bzw. 30 und dem Ausgang CH2 in einer zum Ausgang CH2 führenden Leitung 7 angeordnet ist. Sowohl der Ast der positiven als auch der negativen Halbwelle umfassen jeweils einen solchen Knoten K. Von jedem der Knoten K führt eine Abzweigleitung zum Schalter 50, in denen jeweils eine Diode 54 bzw. 56 angeordnet ist.
Der Schalter 50 ist hier als ein MOS-Transistor ausgebildet, der von einer nicht dargestellten Steuerelektronik an seinem Anschluss 52 angesteuert wird. Das Steuersignal ist vorzugsweise ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal). Je nach Tastverhältnis des PWM-Signals kann am Ausgang CH2 ein gewünschter Stromwert eingestellt werden. Der Ausgangsstrom I₂' am Ausgang CH2 ergibt sich abhängig von dem von der Stromversorgung vorgegebenen Maximalstrom I_MAX und dem Tastverhältnis D (0 < D < 1) gemäß: I₂' = (1 – D) × I_MAX. Dabei ist D = 0, wenn der Kurzschlussschalter 50 immer offen ist und D = 1, wenn der Kurzschlussschalter 50 immer geschlossen ist. Die Frequenz des PWM-Signals kann z. B. zwischen 50 Hz und 10 KHz liegen, aber auch größer oder kleiner sein.
4 zeigt eine vierkanalige Stromquelle mit den Ausgängen CH1-CH4, die ähnlich aufgebaut ist wie die Stromquelle von 3. Im Unterschied zu 3 wird der vom Haupttransformator 10 bereitgestellte, feste Strom I₀₁ bzw. I₀₂ mittels eines Stromteilers 8 aufgeteilt, der zwei kaskadiert angeordnete Teilerstufen 8a und 8b aufweist. Die erste Teilerstufe 8a umfasst ein Drosselpaar 20 bzw. 22 für jeden sekundären Stromzweig 16 bzw. 18. Der durch die einzelnen Drosseln der Drosselpaare 20 bzw. 22 fließende Strom wird dann nochmals mittels jeweils eines weiteren, nachgeschalteten Drosselpaares 60, 62, 64, 66 aufgeteilt. Mit der hier dargestellten Ausführungsform werden die Ströme I₀₁ und I₀₂ daher auf insgesamt vier Ausgänge CH1-CH4 aufgeteilt. Bezüglich weiterer Details wird wiederum auf die entsprechende Beschreibung der früheren, prioritätsbegründenden Druckschriften verwiesen.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform umfasst jeder Ausgang CH1-CH4 eine eigene Dimmvorrichtung 4, mit der der zugehörige Ausgang individuell gedimmt werden kann. Jede Dimmvorrichtung 4 umfasst wiederum einen gesteuerten Schalter 50, mittels dessen ein Teil des zum Ausgang (z. B. CH1) fließenden Stroms abgezweigt und gegen ein Referenzpotential (Masse) geleitet werden kann. Der Ausgangsstrom kann somit nach Wunsch gedimmt werden.
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 Patentliteratur

US 7659673 B2 [0003]

Claims

Stromquelle (1) mit wenigstens einem Ausgang (CH1-CH4) zum Anschluss elektrischer Verbraucher (2), gekennzeichnet durch eine Dimmvorrichtung (4), die so verschaltet ist, dass ein Teil (I₂'') des zu einem Ausgang (CH1-CH4) fließenden Stroms abgezweigt und gegen ein Referenzpotential abgeleitet werden kann, wogegen ein anderer Teil (I₂') zu dem Ausgang (CH1-CH4) weiter fließt.
Stromquelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimmvorrichtung (4) parallel zu einem am Ausgang (CH1-CH4) angeschlossenen Verbraucher (2) geschaltet ist.
Stromquelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimmvorrichtung (4) wenigstens einen steuerbaren Schalter (50) aufweist.
Stromquelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Schalter (50) mit einem PWM-Signal angesteuert wird.
Stromquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Stromquelle mit mehreren Ausgängen (CH1-CH4) an den Ausgängen (CH1-CH4) Leuchtmittel, insbesondere Leuchtdioden (3), unterschiedlicher Farben angeschlossen sind.
Stromquelle (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Schalter (50) ein Transistor, insbesondere ein MOS-Transistor ist.
Stromquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie stromgeregelt ist.
Stromquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zu einem Ausgang (CH1-CH4) führenden Leitung (7) ein Knoten (K) vorgesehen ist, an dem die Dimmvorrichtung (4) angeschlossen ist.
Stromquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Stromquelle (1) mit mehreren Ausgängen (CH1-CH4), mehrere der Ausgänge (CH1-CH4) jeweils eine eigene Dimmvorrichtung (4) aufweisen.
Stromquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Haupttransformator (10) mit wenigstens zwei Sekundärwicklungen (12, 14) vorgesehen ist, der von einem konstanten oder geregelten Wechselstrom mit einer vorgegebenen Frequenz gespeist wird, – wenigstens ein erster Schaltungszweig (16), in dem während der positiven Halbwelle, und ein zweiter Schaltungszweig (18), in dem während der negativen Halbwelle des Speisestroms ein Strom getrieben wird, und – der erste und der zweite Schaltungszweig (16, 18) jeweils ein zueinander gegensinnig gewickeltes und magnetisch zusammenwirkendes Drosselpaar (20, 22) aufweist, – wobei eine erste Drossel (24) des Drosselpaares (20) mit einem ersten Ausgang (CH1) und eine zweite Drossel (26) desselben Drosselpaares (20) mit einem zweiten Ausgang (CH2) verbunden ist.