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Die Erfindung beschreibt eine Ansteuerschaltung für Leuchtdiodenanordnungen, mit wenigstens zwei Schaltungszweigen für jeweils wenigstens eine Leuchtdiodenanordnung und mit einer Symmetriereinrichtung zum Symmetrieren der Ströme in den einzelnen Schaltungszweigen.
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Solche Ansteuerschaltungen finden beispielsweise in modernen Flachbildfernsehern mit LCD-Anzeige Anwendung, um die notwendige Hindergrundbeleuchtung anzusteuern. Dabei sind beispielsweise an den Rändern des Bildschirms mehrere Leuchtdiodenanordnungen, beispielsweise mit Leuchtdiodenketten, angeordnet, die durch geeignete Streuscheiben den gesamten Bildschirm ausleuchten. Die Leuchtdiodenanordnungen sind dabei in separaten Ansteuerkanälen getrennt angesteuert, um die notwendigen Spannungen niedrig zu halten.
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Ein wesentliches Qualitätsmerkmal von solchen Fernsehern ist die gleichmäßige Ausleuchtung über die gesamte Bildfläche. Daher weist die Ansteuerschaltung eine Symmetriereinrichtung, beispielsweise eine Transformatoranordnung, auf, um die Ströme in den einzelnen Ansteuerkanälen zu symmetrieren. Dadurch wird der Strom, der durch jede Leuchtdiode fließt, angeglichen, wodurch auch die Helligkeit aller Leuchtdioden weitgehend identisch ist.
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Im Stand der Technik sind verschiedene solcher Transformatoranordnungen bekannt, von denen sich der Fachmann eine geeignete auswählen wird. Es sind im Stand der Technik auch zahlreiche aktive Symmetrierschaltungen bekannt, die ohne Transformatoren auskommen, die jedoch aufwändiger und teurer sind.
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Weiterhin ist es üblich, dass die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung veränderbar ist, damit das Bild an verschiedene Umgebungen anpassbar ist. Dazu weist die Ansteuerschaltung eine Dimmeinrichtung auf, mit der die Helligkeit insgesamt veränderbar ist. Dies erfolgt üblicherweise durch eine Spannungsänderung auf der Primärseite der Transformatoranordnung.
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Eine solche Ansteuerschaltung ist beispielsweise aus der
US 2010/0237799 A1 bekannt und beispielhaft in
1 gezeigt. Die Ansteuerschaltung weist einen Netzanschluss
26, einen Eingangsfilter
24, eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung
2 und einen Inverter
3 auf. Im Beispiel hat die Schaltung N Ansteuerkanäle
5, von denen drei gezeigt sind. In jedem Ansteuerkanal
5 ist ein Symmetrier-Transformator
8 angeordnet, wobei die Primärwicklungen
12 mit dem Inverter
3 in Reihe geschaltet sind. Auf der Sekundärseite der Transformatoren
8 weist jeder Ansteuerkanal
5 eine Sekundärwicklung
7, einen Brückengleichrichter
9, Glättungskondensatoren Cp
10 und eine Leuchtdiodenanordnung
11 mit jeweils zwei Leuchtdioden
25 auf, die in bekannter Weise verschaltet sind.
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Fällt bei der gezeigten Schaltung eine Leuchtdiode oder eine Leuchtdiodenkette aufgrund eines Defekts aus, sinkt der Strom in diesem Ansteuerkanal auf Null. Dadurch wird die Symmetrierung der Ströme beeinträchtigt, weshalb die gesamte Schaltung nicht weiterbetrieben werden kann. Aus diesem Grund ist es auch nur möglich, alle Ansteuerkanäle gemeinsam über die Primärseite zu dimmen, da ansonsten in den einzelnen Ansteuerkanälen ebenfalls unterschiedlich große Ströme fließen würden.
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Weiterhin besitzt die Ansteuerschaltung lange Stromanstiegs- und Stromabfallzeiten (> 50 μs) beim Dimmen, was durch die Streuinduktivität der Transformatoren und die Kapazitäten der Glättungskondensatoren bedingt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ansteuerschaltung der vorgenannten Art zu schaffen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ansteuerschaltung wenigstens einen Ansteuerkanal und insgesamt wenigstens zwei Schaltungszweige aufweist, dass jedem Ansteuerkanal wenigstens ein Schaltungszweig mit einer Leuchtdiodenanordnung zugeordnet ist und dass wenigstens einige der Schaltungszweige Ausgleichsmittel aufweisen, damit die Ströme in den einzelnen Schaltungszweigen auch bei unterschiedlichen Helligkeiten im Wesentlichen gleich sind.
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Dies hat den Vorteil, dass auch bei einem Totalausfall oder Defekt einer Leuchtdiodenanordnung die Schaltung weiter funktionsfähig ist und die verbleibenden intakten Leuchtdiodenanordnungen weiter betrieben werden können.
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Weiterhin weist jeder Ansteuerkanal vorzugsweise eine Dimmeinrichtung auf, mit der die Helligkeit der zugeordneten Leuchtdiodenanordnung unabhängig von den anderen Ansteuerkanälen veränderbar ist und die Ansteuerkanäle weisen Ausgleichsmittel auf, damit die Ströme in den einzelnen Ansteuerkanälen auch bei unterschiedlichen Helligkeiten im Wesentlichen gleich sind. Jeder Ansteuerkanal weist nun eine eigene, separate Dimmeinrichtung auf, durch die die Ansteuerkanäle getrennt dimmbar sind. Bei einer Veränderung der Helligkeit ändert sich jedoch auch der Strom innerhalb des Ansteuerkanals. Dies steht im Widerspruch zur Stromsymmetrierung, die die Ströme in allen Ansteuerkanälen angleicht. Durch die Ausgleichsmittel zwischen den Ansteuerkanälen und/oder Schaltungszweigen, werden die Ströme in den einzelnen Ansteuerkanälen auch bei unterschiedlichen Helligkeiten der Leuchtdiodenanordnungen im Wesentlichen ausgeglichen Die Symmetriertransformatoren können bei einer solchen Ansteuerschaltung geringere Streuinduktivitäten aufweisen, wodurch sich die Stromanstiegs- und Stromabfallzeiten beim Dimmen wesentlich verringern lassen, etwa unter 1 μs.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind als Ausgleichsmittel jeweils zwei Ansteuerkanäle oder Schaltungszweige paarweise durch eine Doppelzenerdiode miteinander verbunden. Die Doppelzenerdioden bestehen dabei jeweils aus zwei Zenerdioden, die in Reihe geschaltet sind und an ihren Anoden miteinander verbunden sind.
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Sind alle Ansteuerkanäle mit der vollen Helligkeit angesteuert, fließt durch die Zenerdioden kein Strom. Aufgrund der Stromsymmetrierung ist der Strom in allen Ansteuerkanälen gleich.
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Wird die Helligkeit in einem Ansteuerkanal gegenüber einem anderen über die Zenerdioden verbundenen Ansteuerkanal verändert, ergibt sich eine Potenzialdifferenz zwischen den Ansteuerkanälen, die zu einem Stromfluss durch die Zenerdioden führt. Der Gesamtstrom durch die Ansteuerkanäle bleibt daher in allen Ansteuerkanälen gleich.
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Eine vollständige Sicherheit gegen Ausfall mehrerer Leuchtdiodenanordnungen kann dadurch erzielt werden, dass als Ausgleichsmittel alle Schaltungszweige untereinander jeweils mit einer Doppelzenerdiode miteinander verbunden sind.
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Prinzipiell ist es zweckmäßig, wenn jeder Ansteuerkanal genau einen Schaltungszweig mit genau einer Leuchtdiodenanordnung aufweist, wobei jedoch auch andere Konfigurationen denkbar sind.
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Es ist beispielsweise auch möglich, mehrere Schaltungszweige in einem Ansteuerkanal zusammenzufassen, so dass mehrere Leuchtdiodenanordnungen in einem Ansteuerkanal vorhanden sind. Dabei sind die einzelnen Schaltungszweige mit der Dimmeinrichtung des Ansteuerkanals gemeinsam dimmbar.
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Als Dimmeinrichtung ist vorzugsweise in jedem Ansteuerkanal jeweils ein FET-Schalter zwischen der Leuchtdiodenanordnung beziehungsweise dem Glättungskondensator und Masse angeordnet und die Gate-Eingänge der FET-Schalter sind gemeinsam mit einem Dimmsteuersignal verbunden. Die Dimmsteuerung kann beispielsweise durch eine Pulsbreitenmodulation erfolgen. Es sind jedoch auch andere Dimmeinrichtungen und Dimmsteuerungen denkbar.
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Zweckmäßigerweise weist jeder Schaltungszweig einen Brückengleichrichter mit jeweils vier Dioden und einen Glättungskondensator auf. Prinzipiell kann auch ein beliebiger anderer Gleichrichter verwendet werden.
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Die Leuchtdiodenanordnungen weisen zweckmäßigerweise jeweils eine Leuchtdiodenkette aus jeweils wenigstens einer Leuchtdiode auf. Insbesondere zweckmäßig ist es, wenn die Leuchtdiodenanordnung mehrere, parallel oder vorzugsweise in Reihe geschaltete Leuchtdioden aufweist. Die Anzahl der Leuchtdioden kann zwischen den einzelnen Leuchtdiodenanordnungen variieren, wobei es allerdings für die Stromsymmetrierung vorteilhaft ist, wenn alle Leuchtdiodenanordnungen im Wesentlichen identisch sind.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Ansteuerschaltung als Dimmeinrichtung eine Transformatoranordnung auf. Dabei ist für jeden Schaltungszweig ein Transformator mit einem Transformatorkern vorhanden, wobei die Primärwicklungen aller Schaltungszweige in Reihe geschaltet sind und die Sekundärwicklungen jeweils mit den Gleichrichtern verbunden sind. Diese passive Symmetriereinrichtung ermöglicht einen kostengünstigen und einfachen Aufbau der Ansteuerschaltung, wobei der Wirkungsgrad sehr gut ist. Selbstverständlich können auch andere Symmetriereinrichtungen vorgesehen sein, insbesondere aktive Schaltungen.
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Die Primärwicklungen sind zweckmäßigerweise mit dem Wechselspannungsausgang einer Inverterschaltung verbunden, die eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt. Selbstverständlich können auch andere Wechselspannungsquellen vorgesehen sein.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine Ansteuerschaltung gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung mit zwei Ansteuerkanälen mit jeweils einem Schaltungszweig,
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3 eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung mit zwei Ansteuerkanälen mit jeweils zwei Schaltungszweigen,
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4 eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung mit zwei Ansteuerkanälen mit jeweils zwei Schaltungszweigen und erweiterter Ausfallsicherheit und
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5 eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung mit einem Ansteuerkanal und drei Schaltungszweigen,
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Die 2 zeigt nun eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung 1. Die Schaltung 1 weist ebenfalls eine Leistungsfaktorkorrektur 2, einen Inverter 3 und einen Steuerbaustein 4 auf. Der Inverter 3 weist wenigstens einen Strommesswiderstand R1 auf, der mit dem Steuernbaustein verbunden ist. Die Leistungsfaktorkorrektur 2 und der Inverter 3 sind jeweils bekannte Baugruppen, deren weitere Einzelheiten daher hier nicht weiter erläutert sind. In der Praxis können diese Baugruppen verschiedene Ausgestaltungen haben, was jedoch für die Erfindung unerheblich ist.
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Die Ansteuerschaltung 1 hat in der gezeigten Ausführung zwei Ansteuerkanäle 5, 5'. Jeder Ansteuerkanal 5, 5' weist einen Schaltungszweig 6 auf. Die Schaltung weist als Symmetriereinrichtung eine Transformatoranordnung auf, bei der in jedem Schaltungszweig ein Symmetrier-Transformator 8 mit einem Transformatorkern 18 angeordnet ist. In jedem Schaltungszweig 6 ist die Sekundärwicklung 7 eines Symmetrier-Transformators 8, ein Brückengleichrichter 9, ein Glättungskondensator 10 und eine Leuchtdiodenkette 11 angeordnet. In jeder Leuchtdiodenkette 11 sind eine oder mehrere Leuchtdioden 25 – hier jeweils zwei – in Reihe geschaltet.
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Die Primärwicklungen 12 der beiden Symmetrier-Transformatoren 8 sind mit dem Wechselspannungsausgang des Inverters 3 in Reihe geschaltet. Als Symmetriereinrichtung 23 ist hier eine einfache, passive Transformatoranordnung gewählt, da diese kostengünstig ist und einen ausgezeichneten Wirkungsgrad aufweist. Selbstverständlich können auch andere Symmetriereinrichtungen, insbesondere aktive Schaltungen, verwendet werden.
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Erfindungsgemäß weist nun jeder Ansteuerkanal 5, 5' eine eigene Dimmeinrichtung 13 auf. Diese besteht im Beispiel aus zwei FET-Schaltern 14, über die jeweils der Glättungskondensator 10 und die Leuchtdiodenkette 11 mit Masse verbunden sind. Beide FET-Schalter 14 sind mit einem Dimmsignal 15 verbunden.
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Das Dimmsignal 15 ist ein getaktetes Rechtecksignal, das die beiden Schalter 14 ein- und ausschaltet. Durch Veränderung des Tastverhältnisses des Dimmsignals 15 ist somit die Helligkeit der jeweiligen Leuchtdiodenkette 11 veränderbar.
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Durch die getaktete Ansteuerung der Leuchtdiodenkette 11 ergibt sich, dass in den Taktpausen im Ansteuerkanal 5 kein Strom fließt. Damit in diesen Taktpausen die Stromregelung und die Stromsymmetrierung nicht zusammenbricht, gibt es ein Ausgleichsmittel 16, das im Beispiel durch eine Doppelzenerdiode gebildet ist. Die Doppelzenerdiode besteht aus zwei in Reihe geschaltete Zenerdioden 17, die an ihren Anoden miteinander verbunden sind. Die Kathoden der Doppelzenerdiode 16 sind jeweils mit dem positiven Ausgang der Brückengleichrichter 9 in den beiden Ansteuerkanälen 5 verbunden.
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Die getrennten Dimmsignale 15 der beiden Ansteuerkanäle sind zudem über eine logische Und-Verknüpfung 20 und über einen Optokoppler 19 galvanisch getrennt mit dem Steuerbaustein 4 und dem Inverter 3 verbunden.
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Die 3 zeigt eine ähnliche Schaltung wie die 2, wobei hier die Symmetriereinrichtung 23 und die Ansteuerkanäle 5 gezeigt sind. Jeder Ansteuerkanal 5, 5' weist hier jeweils zwei Schaltungszweige 6 auf, die über die Dimmeinrichtung 13 des Ansteuerkanals 5, 5' gemeinsam steuerbar sind. Die Doppelzenerdioden 16 sind hier zwischen dem ersten Schaltungszweig 6 des ersten Ansteuerkanals 5 und dem ersten Schaltungszweig 6 des zweiten Ansteuerkanals 5' sowie zwischen dem zweiten Schaltungszweig 6 des ersten Ansteuerkanals 5 und dem zweiten Schaltungszweig 6 des zweiten Ansteuerkanals 5' angeordnet.
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Die Schaltung gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der Schaltung der 3. Als zusätzlicher Ausfallschutz sind hier zusätzlich jeweils der erste Schaltungszweig 6 des ersten Ansteuerkanals 5 mit dem zweiten Schaltungszweig 6 des zweiten Ansteuerkanals 5', der zweite Schaltungszweig des ersten Ansteuerkanals 5 mit dem ersten Schaltungszweig des zweiten Ansteuerkanals 5', der erste Schaltungszweig des ersten Ansteuerkanals 5 mit dem zweiten Schaltungszweig des ersten Ansteuerkanals 5 und der erste Schaltungszweig des zweiten Ansteuerkanals 5' mit dem zweiten Schaltungszweig des zweiten Ansteuerkanals 5' durch Doppelzenerdioden 16 verbunden.
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Die erfindungsgemäße Funktion beruht auf der Kombination der Ausgleichsmittel und der separaten Dimmeinrichtungen, durch die die einzelnen Ansteuerkanäle separat dimmbar sind. Die restlichen Schaltungsteile sind mehr oder weniger beliebig, so dass die Art der Hochfrequenzspannungsversorgung, die Art der Gleichrichter, die Art der Stromsymmetrierung für die Funktion der Erfindung keine Rolle spielen, wenngleich diese Bauteile oder Baugruppen insgesamt notwendig sind. Je nach Anwendung und Kostenrahmen, wird der Fachmann jedoch hierfür geeignete Bauteile auswählen. Daher ist die Erfindung in keiner Weise auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Eine spezielle Ausführung der Erfindung mit nur einem Ansteuerkanal 5 ist in 5 gezeigt. Der eine Ansteuerkanal 5 weist jedoch drei Schaltungszweige 6 auf. Die Dimmeinrichtung 13 des Ansteuerkanals 5 ist über einen Optokoppler 19 mit dem Steuerbaustein 4 der Stromversorgung verbunden, wirkt also auf die Primärseite, was jedoch durch die Erfindung nicht ausgeschlossen ist. Wichtig ist, dass die Schaltungszweige durch Ausgleichsmittel 16 verbunden sind, die auch hier in Form von Doppelzenerdioden ausgebildet sind. Hier sind alle drei Schaltungszweige jeweils miteinander durch solche Doppelzenerdioden 16 miteinander verbunden, um einen vollständigen Ausfallschutz zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ansteuerschaltung
- 2
- Leistungsfaktorkorrektur
- 3
- Inverter
- 4
- Steuerbaustein
- 5, 5'
- Ansteuerkanal
- 6
- Schaltungszweig
- 7
- Sekundärwicklung
- 8
- Symmetrier-Transformator
- 9
- Brückengleichrichter
- 10
- Glättungskondensator
- 11
- Leuchtdiodenkette
- 12
- Primärwicklung
- 13
- Dimmeinrichtung
- 14
- FET-Schalter
- 15
- Dimmsignal
- 16
- Ausgleichsmittel
- 17
- Zenerdiode
- 18
- Transformatorkern
- 19
- Optokoppler
- 20
- logische Und-Verknüpfung
- 22
- Messwiderstand
- 23
- Symmetriereinrichtung
- 24
- Eingangsfilter
- 25
- Leuchtdiode
- 26
- Netzanschluss
- R1
- Strommesswiderstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0237799 A1 [0006]
