DE102011055071B4

DE102011055071B4 - Kompatibilität elektronischer transformatoren für leuchtdiodensysteme

Info

Publication number: DE102011055071B4
Application number: DE102011055071.2A
Authority: DE
Inventors: Suresh Hariharan
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2031-11-05
Also published as: US8766557B2; US20120112648A1; CN102573210A; DE102011055071A1; CN102573210B

Abstract

Festkörperbeleuchtungs-Steuerungssystem, das eine Leistungsfaktorkorrektur vornimmt, wobei das System Folgendes umfasst:einen Stromwellenformer (740, 770), der so angeschlossen ist, dass er ein Wechselstrom-Leistungssignal (810) von einem elektronischen Transformator (730) empfängt, wobei der Stromwellenformer (740, 770) einen Spitzenstrom (930, 940) in dem Wechselstrom-Leistungssignal (810) justiert, wobei der Stromwellenformer (740, 770) ausgebildet ist, in jedem Schaltzyklus des Transformators (730) einen Rechteckwellenstrom (910), der ohne das Vorhandensein des Stromwellenformers (740, 770) entstehen würde, in einen Dreieckswellenstrom (920) umzuwandeln, was einen höheren Spitzenstrom (940) zur Folge hat;einen Brückengleichrichter (402; 502; 602; 820), der so angeschlossen ist, dass er das justierte Wechselstrom-Leistungssignal (810) empfängt, wobei der Brückengleichrichter (402; 502; 602; 820) das justierte Wechselstrom-Leistungssignal (810) in ein Gleichstrom-Leistungssignal umwandelt;einen LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750), der so angeschlossen ist, dass er das Gleichstromsignal empfängt und ein geregeltes LED-Leistungssignal erzeugt, wobei der LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) so gesteuert wird, dass er eine Leistungsfaktorkorrektur an dem geregelten LED-Leistungssignal ausführt;einen Steuerschaltkreis (112; 875), der an den LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) angeschlossen ist, wobei der Steuerschaltkreis (112; 875) mindestens eine Schaltkomponente (306; 880) umfasst, die es ermöglicht, einen Strom mit einer bestimmten Frequenz unabhängig von dem Leistungssignal, das an dem Brückengleichrichter (402; 502; 602; 820) empfangen wird, in ein LED-Array (110; 310; 410; 510; 610) einzuspeisen; undwobei der LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) einen Strompegel an dem Wechselstrom-Leistungssignal (810) misst und das geregelte LED-Leistungssignal dergestalt steuert, dass das Leistungssignal und das geregelte LED-Leistungssignal phasengleich sind.

Description

Querverweis auf verwandte Patentanmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 61/411,362 mit dem Titel „Electronic Transformer Compatibility for Light Emitting Diode Systems“, eingereicht am 8. November 2010, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
Hintergrund
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem zum Steuern von Strömen in einem elektronischen System. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerungssystem zum Steuern des Stromes in Treibern für Festkörperleuchtbauelemente (Solid-State Lighting, SSL), wie zum Beispiel eine Leuchtdiode (LED) oder ein Array oder Cluster aus Leuchtdioden (LEDs), mit Treiberschaltungen, die mit elektronischen Transformatoren kompatibel sind und eine Dimmfunktion unterstützen. Sie verbessert außerdem die Kompatibilität von LED-Systemen mit bestimmten Arten elektronischer Transformatoren durch Optimieren des Stromflusses durch den Transformator.
Allgemeiner Stand der Technik
Festkörperbeleuchtung (Solid-State Lighting, SSL) bezieht sich auf eine Art von Beleuchtung, die anstelle von elektrischen Glühfäden oder Gas Leuchtdioden (Light-Emitting Diodes, LEDs) als Leuchtquellen verwendet. Es gibt verschiedene LED-Typen, die sehr oft als Festkörperbeleuchtung (SSL) verwendet werden. Der erste LED-Typ, und der am häufigsten verwendete LED-Typ, ist die Halbleiter-LED. Eine Halbleiter-LED besteht aus einem Chip aus Halbleitermaterial, das mit Verunreinigungen imprägniert oder dotiert ist, um einen pn-Übergang zu schaffen. Zu weiteren LED-Typen, die sich als SSL eignen, gehören organische LEDs oder Leuchtpolymere (Light-Emitting Polymers, LEPs). In diesen LEDs besteht eine abstrahlende elektrolumineszente Schicht aus einem Film aus organischen Verbindungen. Die Schicht enthält gewöhnlich eine Polymersubstanz, die es ermöglicht, geeignete organische Verbindungen abzuscheiden, die Licht erzeugen können. Im Sinne des vorliegenden Textes meint der Begriff „Leuchtdiode (LED)“ jede Art solcher Festkörperleuchtbauelemente, einschließlich Halbleiter-LEDs, organischer LEDs oder LEPs.
Die Nutzeffekte und die weitreichende Anwendbarkeit von LEDs in den heutigen Beleuchtungssystemen sind inzwischen durch den Fachmann erkannt und anerkannt worden. Viele Jahre lang waren Halogenlampen die hauptsächliche Lichtquelle innerhalb von Beleuchtungssystemen. In den zurückliegenden Jahren wurde aber die LED-Technologie weiterentwickelt, und die Vorteile von LEDs im Vergleich zu Halogenlampen sind immer deutlicher geworden. Im Vergleich zu Halogenlampen sind LEDs relativ kleiner und haben eine längere Grenznutzungsdauer. Ein weiterer bedeutsamer Unterschied zwischen Halogenlampen und LEDs ist der signifikant niedrigere Stromverbrauch von LEDs während des Betriebes. Wenn zum Beispiel eine Halogenlampe 20-50 Watt verbraucht, so verbraucht eine LED nur etwa 5-15 Watt.
Der Begriff „Festkörper“ bezieht sich auf den Umstand, dass das Licht in einer LED von einem festen Objekt ausgesendet wird (beispielsweise von einem Block aus Halbleiter- oder organischen Schichten oder Materialien) und nicht von einer Vakuum- oder Gasröhre, wie es zum Beispiel bei herkömmlichen Glühlampen und Leuchtstofflampen der Fall ist. Im Gegensatz zur herkömmlichen Beleuchtung erzeugt SSL sichtbares Licht mit geringerer Wärmeproduktion oder weniger parasitischen Energieverlusten. Außerdem ist die SSL durch ihre Festkörpernatur beständiger gegen Stöße, Vibrationen und Verschleiß, wodurch ihre Lebensdauer beträchtlich verlängert wird. Die Watt-pro-Lumen-Leistung von SSLs ist ebenfalls höher als bei Glühlampen und Leuchtstofflampen. Durch diese Vorteile sind SSLs besonders für gewerbliche und häusliche Beleuchtungszwecke attraktiv und ersetzen darum in zunehmendem Maße Lampen mit Glühwendeln oder Gas als Leuchtbasis.
Wenn LEDs für Beleuchtungszwecke verwendet werden, so wird ein Cluster oder ein Array aus LEDs verwendet, um die nötige Helligkeit und sonstige gewünschte Beleuchtungseigenschaften zu erzielen. Ungeachtet ihrer Farbe, Art, Farbe, Größe oder Leistung funktionieren alle LEDs am besten, wenn sie mit einem konstanten Strom angesteuert werden. LED-Hersteller spezifizieren die Eigenschaften (wie zum Beispiel Lumen, Strahlmuster, Farbe) ihrer Bauelemente bei einem vorgegebenen Stromwert. Es werden ein oder mehrere LED-Treiber verwendet, um die elektrischen Eigenschaften des LED-Arrays entsprechend den Anforderungen der Beleuchtung effektiv zu steuern. Ein LED-Treiber ist eine in sich geschlossene Stromversorgung, deren Ausgangsstrom an die elektrischen Eigenschaften des LED-Arrays angepasst wird. Die meisten LED-Treiber sind dafür ausgelegt, konstante Ströme zum Betreiben des LED-Arrays bereitzustellen.
SSLs werden auf die gleiche Weise mit Strom versorgt wie andere Beleuchtungsanwendungen, und zwar ausgehend von - und unter Verwendung - einer Wechselstromquelle. Je nach geographischem Standort oder Anwendung kann die Wechselstromquelle im Bereich zwischen 110 V und 240 V liegen. Die Frequenz dieser Wechselstromquellen liegt im Bereich zwischen 50 Hertz und 60 Hertz. Wenn Wechselstromquellen in SSLs verwendet werden, so ist eine Leistungsfaktorkorrektur (Power Factor Correction, PFC) erforderlich, um die Wechselstromverluste zu minimieren. PFC ist das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Lastleistung und der Scheinleistung, die durch eine elektrische Last, z. B. den LED-Treiber, aufgenommen wird. PFC ist ein Maßstab dafür, wie effektiv der Strom in Nutzleistung umgewandelt wird, und ist insbesondere ein guter Indikator der Auswirkung des Laststromes auf die Effizienz des Stromversorgungssystems.
Bei den Lösungen des Standes der Technik umfassen LED-Treiber mit PFC mindestens zwei häufig verwendete Verarbeitungsstufen. Die erste Stufe ist die Leistungsfaktorkorrekturstufe, die eine geregelte Hochspannung erzeugt.
Die zweite Stufe enthält eine Gleichstrom-Gleichstrom-LED-Treiber-Stufe, die einen Gleichstrom an das LED-Array ausgibt. Dieser Lösungsansatz erfordert einen leistungsstarken Kondensator an dem LED-Array, um die Lastversorgung zu bewirken. Obgleich dieser Lösungsansatz PFC in SSL ermöglicht, hat er doch verschiedene Nachteile. Zu diesen Nachteilen gehören die Verwendung einer insgesamt größeren Anzahl von Bauelementen zum Ansteuern der LED-Treiber und ein damit einhergehender Anstieg der Kosten der LED-Treiberschaltungen. Dieser Lösungsansatz ist außerdem mit betrieblichen Effizienzverlusten verbunden, da er es erfordert, die Eingangs-Wechselstromquelle in Gleichstrom umzuwandeln, bevor das LED-Array damit betrieben werden kann. Lösungsansätze des Standes der Technik erfordern es auch, den LED-Strom zu messen und zu überwachen, um eine PFC zu erreichen, wodurch der betriebliche Effizienzverlust noch verstärkt wird. Ein Beispiel der beschriebenen Treiberschaltungen für LED-Arrays findet sich in der CN 101 852 374 A . Die dort offenbarte Treiberschaltung einer LED-Lichtquelle soll ein Flackern der Lichtquelle unterdrücken und die Lichtquelle dimmbar gestalten.
Derzeit arbeiten MR16-Lampen mit elektronischen Transformatoren, um die Niederspannung bereitzustellen, die für den Betrieb dieser Lampen benötigt wird. In der Regel arbeiten diese MR16-Lampen mit Halogenlampen, die rein ohmisch sind und etwa 20-50 Watt Leistung verbrauchen. Die elektronischen Transformatoren sind dafür ausgelegt, mit diesen Halogenlampen zu arbeiten, und erfordern eine bestimmte Mindestleistung, um richtig zu funktionieren. In der Übergangsphase von MR16-LED-Systemen ist es wünschenswert, den Betrieb dieser LEDs zu ermöglichen, ohne die bereits vorhandenen elektronischen Transformatoren austauschen zu müssen.
Die elektrischen Eigenschaften der elektronischen Transformatoren erfordern eine bestimmten Strombetrag innerhalb des Transformators. Wenn der Strom durch den Transformator unter eine Schwelle abfällt, so schaltet sich der Transformator praktisch ab, bis der Strom wieder über die Schwelle ansteigt. Jedoch ist die Leistungsaufnahme einer LED bedeutend geringer als die Leistungsaufnahme einer Halogenlampe. Darum ist die Kompatibilität von MR16-LEDs mit bereits vorhandenen elektronischen Transformatoren eine signifikante ingenieurtechnische Herausforderung. In der US 2010/0045210 A1 wird eine LED-Treiberschaltung offenbart, die eine Kompatibilität einer LED-Lichtquelle mit den älteren Transformatoren und insbesondere mit älteren analogen Dimmern herstellt. In dieser Lösung treten durch die vergleichsweise lange Totzeit der Transformatoren aber trotzdem Effizienzverluste auf.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein System bereitzustellen, dass das Zusammenwirken einer Festkörperbeleuchtung mit den bekannten Transformatoren weiter verbessert.
Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Kurzdarstellung der Erfindung
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung stellen eine Leistungsfaktorkorrektur in Festkörperbeleuchtungsanwendungen bereit. In bestimmten Ausführungsformen wird ein LED-Treiber für ein LED-Array durch einen Steuerschaltungsblock zum Zweck einer Leistungsfaktorkorrektur gesteuert. Der Steuerschaltungsblock umfasst elektronische Schaltungen, die das Messen und Steuern des Eingangsstromes in den LED-Treiber erlauben. Dieser Steuerschaltungsblock umfasst mindestens eine Schaltkomponente, die es ermöglicht, einen Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz in das LED-Array einzuspeisen, unabhängig davon, ob die Hauptstromquelle eine Gleichstrom- oder eine Wechselstromquelle ist. Ein Wellenformer, wie zum Beispiel eine Induktionsspule, ist so angeordnet, dass ein Wechselstromsignal modifiziert wird, bevor es in ein gleichgerichtetes Gleichstromsignal umgewandelt wird. Dieser Wellenformer verbessert den Spitzenstrom in dem Wechselstromsignal, während er seinen Durchschnittsstrom beibehält. Der Wellenformer ist derart ausgebildet, in jedem Schaltzyklus eines Transformators, von dem der Wellenformer ein Wechselstromsignal empfängt, einen Rechteckwellenstrom, der ohne das Vorhandensein des Wellenformers entstehen würde, in einen Dreieckswellenstrom umzuwandeln, was einen höheren Spitzenstrom zur Folge hat.
Der LED-Treiber misst keinen Strom in dem LED-Array, um die Festkörperbeleuchtungsanwendung zu regeln. Statt dessen misst und steuert der LED-Treiber den Eingangsstrom dergestalt, dass der Eingangsstrom in den LED-Treiber phasengleich mit dem Strom der Hauptstromquelle ist, um eine PFC zu erreichen. Weil der Eingangsstrom in den LED-Treiber phasengleich mit der Hauptstromquelle ist, erscheint der LED-Treiber an der Hauptstromquelle als eine ohmsche Last und führt zu einer PFC.
In einigen Ausführungsformen ist der LED-Treiber ein MR16-LED-Treiber und enthält einen Stromwellenformer am positiven oder negativen Eingang des Treibers. Genauer gesagt, befindet sich der Stromwellenformer zwischen einem elektronischen Transformator und einem Brückengleichrichter innerhalb des Treibers. Der Stromwellenformer zieht praktisch in jedem Schaltzyklus des Transformators einen erhöhten Spitzenstrom, indem er die Wellenform des von dem Transformator kommenden Stroms modifiziert. In bestimmten Ausführungsformen ist der Stromwellenformer eine Induktionsspule.
Figurenliste
Es wird auf Ausführungsformen der Erfindung eingegangen, von denen beispielhafte Aspekte in den beiliegenden Figuren veranschaulicht sein können. Diese Figuren dienen der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung. Obgleich die Erfindung allgemein im Kontext dieser Ausführungsformen beschrieben wird, versteht es sich, dass der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die konkreten Ausführungsformen der Erfindung, die im vorliegenden Text offenbart sind, beschränkt ist. Die 1 bis 6 stellen den Stand der Technik dar, auf dem die vorliegende Erfindung aufbaut.

1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Gesamtsteuerungssystems zum Implementieren einer Leistungsfaktorkorrektur (PFC) in Festkörperbeleuchtungs (SSL)-Anwendungen;
2 ist ein Blockschaubild, das ein Ersatz-Gesamtblockschaubild veranschaulicht, das eine ohmsche Last zeigt;
3 zeigt ein Schaltbild mit Teilaspekten der vorliegenden Erfindung, wobei der Schaltkreis einen vereinfachten Gleichstromeingangsverstärkungs-LED-Treiber veranschaulicht, der mit einer Festfrequenz-Spitzenstrommodussteuerung arbeitet;
4 veranschaulicht ein Schaltbild mit Teilaspekten der vorliegenden Erfindung, wobei ein Verstärkungs-LED-Treiberschaltkreis für eine Leistungsfaktorkorrektur (PFC) für einen Wechselstromeingang ausgelegt ist;
5 veranschaulicht ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Tiefsetz-Hochsetz-LED-Treibers mit Leistungsfaktorkorrektur (PFC); und
6 veranschaulicht ein Schaltbild mit Teilaspekten der vorliegenden Erfindung, wobei eine Isolierung zwischen einem Wechselstromeingang und dem LED-Array unter Verwendung eines Transformatoraufbaus bereitgestellt wird.
7A ist ein allgemeines Schaubild, das ein MR16-LED-Beleuchtungssystem zeigt, das ein Stromwellenformungselement an einem positiven Eingang eines MR16-LED-Treibers gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung aufweist.
7B ist ein allgemeines Schaubild, das ein MR16-LED-Beleuchtungssystem zeigt, das ein Stromwellenformungselement an einem negativen Eingang eines MR16-LED-Treibers gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung aufweist.
8 ist ein allgemeines Schaubild eines allgemeinen MR16-LED-Treibers gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.
9 veranschaulicht Stromwellenformen, die eine Wellenformung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der folgenden Beschreibung sind zum Zweck der Erläuterung konkrete Details dargelegt, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Dem Fachmann leuchtet jedoch ein, dass die Erfindung auch ohne einige dieser Details praktiziert werden kann. Der Fachmann erkennt, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen einige unten beschrieben sind, vorteilhaft in eine Reihe verschiedener Bauelemente und Systeme integriert werden können. Strukturen und Bauelemente, die im Blockschaubild gezeigt sind, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung und sind aufgenommen worden, um zu vermeiden, dass die Erfindung unverständlich wird. Des Weiteren sollen die Verbindungen zwischen Komponenten innerhalb der Figuren nicht auf direkte Verbindungen beschränkt sein. Vielmehr können solche Verbindungen zwischen Komponenten modifiziert, umkonfiguriert oder auf sonstige Weise durch Zwischenkomponenten verändert werden.
Wenn im vorliegenden Text von „eine Ausführungsform“ der Erfindung die Rede ist, so bedeutet das, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur, eine bestimmte Eigenschaft oder eine bestimmte Funktion, das bzw. die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens eine Ausführungsform der Erfindung aufgenommen ist. Die Verwendung der Formulierung „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in der Spezifikation sind nicht unbedingt allesamt Verweise auf eine einzige Ausführungsform der Erfindung.
1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Gesamtsteuerungssystems zum Implementieren einer Leistungsfaktorkorrektur (PFC) in Festkörperbeleuchtungs (SSL)-Anwendungen aus dem Stand der Technik. In dem hier besprochenen Fall versorgt eine Hauptstromquelle 101 ein LED-Steuerungssystem mit Strom. In einer Ausführungsform ist die Hauptstromquelle ein Gleichstromquelle 103, die einen Gleichstrom zum Betreiben des Steuerungssystems bereitstellt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Hauptstromquelle eine Wechselstromquelle 102, die einen Wechselstrom zum Betreiben des Steuerungssystems bereitstellt. Ein Beispiel ist ein Wechselstrom, der eine Sinuswellenform aufweist. Eine weitere beispielhafte Wellenform ist eine Rechteckwellenform. Diese Stromquellen können durch verschiedene Mittel implementiert werden, die dem Fachmann ohne Weiteres einfallen.
Die Stromquelle 101 liefert Strom an einen LED-Treiber 105, bei dem es sich um einen Ansteuerungsmechanismus zum Regeln der Ausgangsleistung des LED-Arrays 110 handelt. Auf dem freien Markt werden verschiedene LED-Treiber angeboten, die dem Fachmann vertraut sind und die in dieser Ausführungsform verwendet werden können. In den hier besprochenen Ausführungsformen kann jeder LED-Treiber verwendet werden, der das Programmieren eines Eingangsstromes gestattet.
In einer Ausführungsform wird der LED-Treiber 105 für ein LED-Array 110 durch einen Steuerschaltungsblock 112 für eine Leistungsfaktorkorrektur (PFC) gesteuert. Der Treiberschaltkreis 105 empfängt Strom von der Stromquelle 101. Der Steuerschaltungsblock 112 umfasst elektronische Schaltungen, die es ermöglichen, den Eingangsstrom zu dem LED-Treiber 105 zu messen und zu steuern. Dieser Steuerschaltungsblock 112 umfasst mindestens eine Schaltkomponente (in 1 nicht gezeigt), die es ermöglicht, einen Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz in das LED-Array 110 einzuspeisen, unabhängig davon, ob die Hauptstromquelle 101 eine Gleichstrom- oder eine Wechselstromquelle ist. Die Funktionsweise des Steuerschaltungsblocks 112 und der verschiedenen Komponenten innerhalb des Steuerschaltungsblocks 112 werden ausführlicher erläutert, wenn wir auf weitere Ausführungsformen zu sprechen kommen, die weiter unten behandelt werden.
Das LED-Array 110 umfasst das Festkörperleuchtbauelement. Wie der Name schon sagt, umfasst das LED-Array 110 ein Array oder Cluster aus Leuchtdioden (LEDs), die so angeordnet sind, dass die gewünschte SSL-Struktur entsteht. Beispiele solcher LED-Bauelemente sind Halbleiter-LEDs, organische LEDs, Polymer-LEDs usw. Dem Fachmann fallen sofort weitere LED-Typen oder weitere Materialien ein, die in SSL-Anwendungen verwendet werden, und jedes dieser Bauelemente eignet sich für die vorliegende Erfindung.
In einer Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ist der Steuerungsblock 112 so konfiguriert, dass der Eingangsstrom zu dem LED-Treiber 105 gemessen und gesteuert werden kann. Im Gegensatz zu Lösungsansätzen des Standes der Technik misst der LED-Treiber 105 keinen Strom in dem LED-Array 110, um die Festkörperbeleuchtungsanwendung zu regeln. Statt dessen misst und steuert der LED-Treiber 105 den Eingangsstrom dergestalt, dass der Eingangsstrom zu dem LED-Treiber 105 mit dem Strom der Hauptstromquelle 101 phasengleich ist, um eine PFC zu erreichen. Weil der Eingangsstrom zu dem LED-Treiber 105 mit der Hauptstromquelle 101 phasengleich ist, erscheint der LED-Treiber 105 als eine ohmsche Last an der Hauptstromquelle 101 und führt somit zu einer PFC.
In bestimmten Ausführungsformen ist der LED-Treiber 105 ein MR16-LED-Treiber und enthält einen Stromwellenformer am positiven oder negativen Eingang des Treibers 105. Genauer gesagt, befindet sich der Stromwellenformer zwischen einem elektronischen Transformator und einem Brückengleichrichter innerhalb des Treibers 105. Der Stromwellenformer zieht effektiv einen erhöhten Spitzenstrom in jedem Schaltzyklus des Transformators durch Modifizieren der Wellenform des von dem Transformator kommenden Stroms. In bestimmten Ausführungsformen ist der Stromwellenformer eine Induktionsspule, die einen Rechteckwellenstrom zu einem aus dem Gleichrichter gezogenen Dreieckswellenstrom umwandelt, was einen relativ höheren Spitzenstrom zur Folge hat.
2 ist ein Blockschaubild, das ein Ersatzschaltbild zu 1 veranschaulicht, nachdem der Eingangsstrom zu dem LED-Treiber 105 gemessen und phasengleich mit der Hauptstromquelle 101 gesteuert wurde. In dem hier besprochenen Fall aus dem Stand der Technik erscheint der LED-Treiber 105 äquivalent als eine vollständig ohmsche Last 120 an der Hauptstromquelle 101.
Zusätzlich zur PFC ist der Steuerschaltungsblock 112 so konfiguriert, dass die Größenordnung des Stroms durch das LED-Array 110 mittels einer externen Spannung gesteuert werden kann. Diese externe Spannung kann durch den Steuerschaltungsblock 112 oder durch den LED-Treiber 105 oder durch irgend ein sonstiges dem Fachmann bekanntes Mittel geregelt werden.
Einige Beispiele konkreter Ausführungsformen zum Realisieren des Steuerungssystems werden weiter unten ausführlicher besprochen. Es ist anzumerken, dass die Anordnung der Komponenten und der Schaltungen in jeder der Implementierungen beispielhaft ist und dem Zweck der Erläuterung der in dieser Offenbarung veranschaulichten Ausführungsformen dient. Der Fachmann wäre in der Lage, andere Kombinationen oder Anordnungen zu entwerfen, um eine PFC durch Steuern des Eingangsstroms zu einer LED zu erreichen, d. h. durch Messen und Steuern des Eingangsstrom-LED-Treibers 105 dergestalt, dass der Eingangsstrom mit der Hauptstromquelle 101 phasengleich ist, und dergestalt, dass der LED-Treiber 105 als eine ohmsche Last 120 an der Hauptstromquelle 101 erscheint.
3 veranschaulicht einen Schaltkreis 300 aus dem Stand der Technik, wobei der Schaltkreis einen vereinfachten Gleichstromeingangsverstärkungs-LED-Treiber veranschaulicht, der mit einer Festfrequenz-Spitzenstrommodussteuerung (Fixed Frequency Peak Current Mode Control, FFPCMC) arbeitet. Diese Ausführungsform ist ein Beispiel eines LED-Treibers, der für Gleichstromeingangsanwendungen verwendet werden kann. Der Schaltkreis 300 von 3 umfasst eine Hauptstromquelle 301, bei der es sich um eine Gleichstromquelle handelt. Die Gleichstromquelle 301 versorgt einen LED-Treiber 305 mit Strom. Der LED-Treiber 305 ist mit einer Kombination elektronischer Eingangskomponenten konfiguriert, um den Eingangsstrom zum LED-Treiber 305 zu steuern. In dieser Ausführungsform wird der LED-Treiber 305 zu Veranschaulichungszwecken verwendet. Es versteht sich, dass dieser konkrete LED-Treiber durch jeden anderen LED-Treiber ersetzt werden kann, der einen programmierbaren Strom in die LED-Last einspeisen kann.
Ein NDRV-Kontakt in dem LED-Treiber 305 ist mit einer Schaltkomponente 306 verbunden, bei der es sich zum Beispiel um einen MOSFET 306 handeln kann. Eine geregelte Spannung am VCC-Kontakt des LED-Treibers 305 steuert die Schaltfrequenz von Q1 an. Dieser wiederum wird durch die Eingangsspannung am VIN-Kontakt des LED-Treibers 305 versorgt. Die Spannung am Widerstand R_s am CS-Kontakt des LED-Treibers 305 wird für eine zyklusweise Strommodussteuerungsfunktion in dem LED-Treiber 305 verwendet. Dieses detektierte Stromsignal wird zum Steuern des Umschaltens des MOSFET Q1 verwendet.
Diese in 3 erläuterte Ausführungsform veranschaulicht das Vorhandensein zweier Steuerschleifen. Eine erste innere Steuerschleife, genauer gesagt, eine innere Spitzenstrommodussteuerschleife, steuert die Einschaltdauer des Schalt-MOSFET Q1. In einigen Ausführungsformen wird intern eine Kompensation zu dem detektierten Stromsignal hinzugefügt, um subharmonische Schwingungen in der inneren Steuerschleife zu vermeiden. Die Größenordnung des Steigungskompensationssignals wird durch den Kondensator C_s am SC-Kontakt des Treibers 305 gesteuert. Außerdem wird die Spannung am Widerstand R_LED dafür verwendet, den LED-Strom zu detektieren. Diese gemessene Spannung erscheint am „SENSE+“-Kontakt des Treibers 305.
Eine zweite äußere Steuerschleife, genauer gesagt, eine äußere LED-Stromregelschleife, steuert den Eingangsstrom zum LED-Array 310. Diese äußere Schleife verwendet einen Fehlerverstärker zum Regeln des Eingangsstroms in das LED-Array 310. In einer Ausführungsform kann der Fehlerverstärker zum Beispiel ein Steilheitsverstärker sein. Außerdem sind die Kompensationskomponenten R_c und C_c am COMP-Kontakt Rückkopplungskompensationskomponenten zum Bereitstellen einer stabilen Steuerschleife.
Zusätzlich zu den oben angeführten Steuerungsmöglichkeiten kann die Größenordnung des Eingangsstroms in das LED-Array durch Steuern der Spannung am REFI-programmierbaren Referenzkontakt des LED-Treibers 305 verändert werden. Darum in dieser Ausführungsform, wo die Hauptstromquelle 301 ein Gleichstrom ist, die Regelung (Messen und Steuern) des Eingangsstroms in die LED-Arrays, zusammen mit dem Merkmal der Stromjustierbarkeit (mittels des REFI-Kontakts). Darum ist in dieser konkreten Ausführungsform der durch den LED-Treiber 305 gesteuerte Strom nicht der Strom durch das oder die LED-Arrays, sondern der Eingangsstrom selbst. Außerdem ermöglicht es diese Ausführungsform, dass sich der Eingangsstrom in das LED-Array 310 proportional zur Eingangsspannung verhalten kann.
4 veranschaulicht eine Ausführungsform aus dem Stand der Technik, wo ein Verstärkungs-LED-Ansteuerungsschaltkreis 400 für eine PFC für Wechselstromeingangsanwendungen ausgelegt ist. In dieser Ausführungsform ist die Hauptstromquelle 401 eine Wechselstromquelle. Der Eingangswechselstrom wird mittels einer Gleichrichterbrücke DB1 bei 402 gleichgerichtet. Dem Fachmann ist klar, dass die Verwendung einer Gleichrichterbrücke 402 in Verbindung mit Wechselströmen ein gleichgerichtetes Eingangssignal erzeugt, das eine Sinuswellenform mit einer positiven Hälfte und einer Spitzenspannung V_p aufweist. Das Ausgangssignal der Gleichrichterbrücke DB1 wird in eine Induktionsspule L₁ eingespeist. Eine Induktionsspule ist für eine EMI-Filterung unmittelbar hinter der Gleichrichterbrücke 402 angeordnet, um die Schaltströme in der Schleife zu halten, die durch L1 und C_IN gebildet wird. Der Kondensator C_IN ist hinter der Induktionsspule angeordnet, um eventuelle Signalwelligkeiten in dem Signal zu glätten.
In dieser Ausführungsform ist die gleichgerichtete Spannung aus der Gleichrichterbrücke DB1 eine gleichgerichtete Sinuswellenspannung, solange das Eingangssignal in die Gleichrichterbrücke DB1 eine Wechselstrom-Sinuswellenform ist. Der „SENSE+“-Kontakt und der CS-Kontakt des LED-Treibers 405 sind mit einer Katode 411 des LED-Arrays 410 verbunden. Die Verbindung für den Ausgangskondensator C_OUT und die Katode 411 des LED-Arrays 410 ist wie in 4 gezeigt implementiert. Der Kondensator C_OUT und die Katode 411 des LED-Arrays 410 sind mit der Quelle des Schalt-MOSFET Q1 verbunden. Wenn die Verbindung in dieser Weise hergestellt wird, so folgt der Strom in dem Widerstand R_s dem Strom in der Induktionsspule L1.
In der Ausführungsform aus dem Stand der Technik von 4 ist der programmierbare REFI-Kontakt mit einem Widerstandsteiler, R₁ und R₂, von dem gleichgerichteten Wechselstromeingang 401 verbunden. Dieser programmiert den Eingangsstrom zu dem LED-Treiber 405 so, dass er sich proportional zu der Eingangsspannung verhält, die an der Gleichrichterbrücke DB1 erhalten wird. Wenn das Verhältnis der Spannung an dem REFI-Kontakt zu der Spannung des CS-Kontakts mit G bezeichnet wird, so ist der Eingangsstrom, I_IN, durch die folgende Gleichung (1) gegeben:
In der obigen Gleichung ist V_IN die Eingangsspannung an der Gleichrichterbrücke DB1. Es ist zu beachten, dass eventuelle Spannungsabfälle an der Diodenbrücke vernachlässigbar sind und darum in der obigen Gleichung (1) vernachlässigt wurden. Die Leistung, die aus dem Eingangsstrom zu dem LED-Treiber 405 gezogen wird, und damit die Leistung, die an dem LED-Array zur Verfügung steht, wird durch den LED-Treiber 405 gesteuert. Der Ersatzwiderstand, der am Eingang des LED-Treibers 405 erscheint, ist durch den Widerstandswert, R_eq, über die folgende Gleichung (2) gegeben:
Der beschriebene Schaltkreis kann für Anwendungen verwendet werden, bei denen der Gesamtspannungsabfall am LED-Array die Spitzenspannung am Schaltkreiseingang übersteigt.
Die Ausführungsform des Verstärkungs-LED-Treiberschaltkreises, wie in 4 oben veranschaulicht, eignet sich besonders für Beleuchtungsanwendungen, bei denen der Gesamtspannungsabfall am LED-Array größer ist, oder größer sein muss, als die Spitze der Eingangsspannung. Jedoch kann eine in 5 unten beschriebene Ausführungsform in Beleuchtungsanwendungen verwendet werden, bei denen die Spannung am LED-Array niedriger ist oder sein kann als die Spitze der Eingangsspannung.
5 veranschaulicht eine Ausführungsform aus dem Stand der Technik eines Tiefsetz-Hochsetz-LED-Treiberschaltkreises 500 mit PFC. Hier wird der pulsierende Strom, der in dem Schalt-MOSFET Q1 fließt, der zuvor durch die in 3 beschriebene innere Spitzenstrommodussteuerschleife verwendet wurde, auch durch die äußere Stromeingangssteuerschleife verwendet. Der in dem MOSFET Q1 fließende Strom pulsiert mit der durch den Widerstand R_T eingestellten Schaltfrequenz. Der Wechselstromeingang 501 zu der Brücke 502 hat normalerweise eine niedrigere Frequenz unterhalb einer internen Schaltfrequenz, die für das Bauelement 306 befähigt ist.
In 5 bilden der Widerstand R_f und der Kondensator C_f einen RC-Filterschaltkreis zum Herausfiltern von Hochfrequenzkomponenten in der Spannung am Schaltstromdetektionswiderstand Rs. Dieses Niederfrequenzsignal wird dann durch den „SENSE+“-Kontakt in den LED-Treiber 505 eingespeist. Die äußere Steuerschleife des LED-Treibers 505 steuert die an dem „SENSE+“-Kontakt erscheinende Spannung so, dass sie sich proportional zu der Spannung an dem programmierbaren REFI-Kontakt verhält. Somit ist die Spannung an dem „SENSE+“-Kontakt nun proportional zum Eingangsstrom in den LED-Treiber 505. Da die Spannung am REFI-Kontakt proportional zur Eingangsspannung in den Treiber 505 ist, ist der Eingangsstrom proportional zur Eingangsspannung. Auf diese Weise stellt der Schaltkreis 500 von 5 eine Ausführungsform zum Erreichen einer PFC für LED-Treiber bereit, wobei die Spannung an dem LED-Array 510 niedriger ist als die Spitze der Eingangsspannung.
Die in 5 veranschaulichte Ausführungsform kann auch in Offline-LED-Treiberschaltkreisen verwendet werden, die eine Isolierung zwischen dem Wechselstromeingang und dem LED-Array erfordern, z. B. zwischen der Stromquelle 101 und dem LED-Array 110 in 1. In einem solchen Fall wird ein Transformator verwendet, um die erforderliche Isolierung zwischen diesen beiden Schaltkreisen zu erreichen, und die gleichgerichtete Sekundärspannung wird zum Betreiben des LED-Arrays verwendet. Die unten besprochene 6 zeigt eine Ausführungsform zum Realisieren eines PFC-LED-Treiberschaltkreises mit einer Isolierung gegen den Wechselstromeingang.
6 veranschaulicht eine Ausführungsform aus dem Stand der Technik, die eine Isolierung zwischen dem Wechselstromeingang 601 über die Brücke 602 und dem LED-Array 610 bewerkstelligt, indem ein Transformatoraufbau T1 in dem Treiberschaltkreisausgang bei 606 zum Eingang des LED-Arrays 610 verwendet wird. In dieser Ausführungsform stellen der Widerstand R_BIAS und der Kondensator C_BIAS die anfängliche Anfahrspannung zum Betreiben des LED-Treibers 605 bereit. Sobald aber der LED-Treiberschaltkreis 605, zusammen mit dem Schalt-MOSFET Q1, die Schaltfunktion beginnt, stellt die Transformatorwicklung P2 eine Bootstrap-Spannung zum Betreiben des Steuerungs-LED-Treibers 605 über V_IN bereit. Es gibt keine Isolierung zwischen den Wicklungen P1 und P2. Die Sekundärwicklung SEC, die mit dem Array 610 gekoppelt ist, ist von beiden Wicklungen P1 und P2 des Transformators T1 isoliert. In einigen Fällen kann die Leistung, die zum Betreiben des Steuertreiberschaltkreises benötigt wird, dauerhaft aus dem Schaltkreis, der aus R_BIAS und C_BIAS besteht, oder einem sonstigen Schaltkreis bezogen werden, wodurch dann die Wicklung P2 entfallen kann.
In den Ausführungsformen, die mit Bezug auf die Wechselstromeingänge veranschaulicht sind, wie in den 4-6 veranschaulicht, wird der Eingangsstrom in das LED-Array nicht auf einem Gleichstrompegel geregelt. Der Eingangsstrom in das LED-Array kann eher wie eine gleichgerichtete Sinuswelle aussehen, wenn die ursprüngliche Wechselstromeingangswellenform sinusförmig ist. Wenn der Wechselstromeingang eine Frequenz f hat, so hat der Strom durch das LED-Array eine gleichgerichtete sinusförmige Wellenform mit einer Frequenz 2f.
Lösungsansätze des Standes der Technik stellen einen Gleichstrom zum Steuern des Stroms in dem LED-Array bereit und erfordern einen großen Kondensator an der LED-Last, um die Stromzufuhr zu veranlassen. Jedoch wird in der vorliegenden Erfindung ein pulsierender Strom angelegt, und der LED-Treiberschaltkreis erscheint im Wesentlichen als ohmsche Last. Darum wird ein Kondensator, C_OUT, von kleinstmöglichem Wert an der LED-Array-Last verwendet. Dies ermöglicht es, eine externe Spannung zu verwenden, um die Größenordnung des Stroms, der durch das LED-Array fließt, zu erhöhen oder zu verringern und folglich die Lichtleistung des LED-Arrays zu verändern. In einer Ausführungsform wird die externe Spannung, die durch einen analogen Dimmer bereitgestellt wird, der normalerweise für herkömmliche Leuchtkörper wie zum Beispiel Halogenlampen, sonstige Glühwendellampen usw. verwendet wird, zum Steuern der Lichtleistung des LED-Arrays verwendet.
Es werden nun verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht, um einen LED-Treiberschaltkreis bereitzustellen, der unter Verwendung eines elektronischen Transformators und einer Dimmerfunktion in Beleuchtungssysteme integriert werden kann. Zum Beispiel können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um vorhandene Halogenlampensysteme mit LEDs nachzurüsten. Die Integration eines Festfrequenz-Strommittelwertmodus-gesteuerten LED-Treibers in herkömmliche Beleuchtungssystemen ermöglicht es, diese Beleuchtungssysteme, die herkömmlicherweise ungefähr 20 bis 50 W in eine Halogenlampe einspeisten, so zu modifizieren, dass ungefähr 5 bis 15 W in ein LED-Bauelement eingespeist werden. Jedoch kann es in bestimmten Fällen, wie zum Beispiel beim nachträglichen Einbau von LEDs in MR16-Halogensysteme, zu Kompatibilitätsproblemen zwischen den MR16-Treibern und den vorinstallierten elektrischen Transformatoren kommen.
Die Eigenschaften elektronischer Transformatoren variieren von einem Anbieter zum anderen. Eine solche Eigenschaft ist der Mindeststrom, der innerhalb des Transformators für den Betrieb benötigt wird. Wie zuvor besprochen, ist der Strom, der durch einen MR16-Treiber des Standes der Technik fließt, eine Rechteckwelle mit einem Durchschnittsstrom und einem Spitzenstrom. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Stromwellenformungselement bereit, das einen Ersatzdurchschnittsstrom ausgibt, der durch den Transformator gezogen wird, aber den Spitzenstrom verbessert.
7A veranschaulicht einen beispielhaften MR16-LED-Treiber, der mit vorhandenen elektronischen Transformatoren kompatibel ist. Wie gezeigt, wird ein Hochspannungswechselstromsignal (z. B. 120 V oder 240 V) in den elektrischen Transformator 730 eingespeist, der ein Niederspannungswechselstromsignal (z. B. 12 V) ausgibt. Das Niederspannungswechselstromsignal wird in einen MR16-LED-Treiber 750 eingespeist, der das Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal umwandelt und einen bevorzugten Leistungswert an die LEDs 760 liefert.
In bestimmten Ausführungsformen ist ein Stromwellenformer 740 am positiven Eingang des MR16-LED-Treibers 750 angeordnet, der einen relativ höheren Spitzenstrom in jedem Schaltzyklus durch den elektrischen Transformator 730 zieht. Der Stromwellenformer 740 kann eine einzelne elektrische Komponente, wie zum Beispiel eine Induktionsspule, oder ein komplizierteres Formungselement sein. In einigen Ausführungsformen befindet sich der Stromwellenformer 740 zwischen dem elektrischen Transformator 730 und einer Gleichrichterbrücke innerhalb des LED-Treibers 750, der das Wechselstromsignal in ein gleichgerichtetes Gleichstromsignal umwandelt.
7B veranschaulicht ein MR16-LED-System gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Wie in der Figur gezeigt, befindet sich ein Stromwellenformer 770 am negativen Eingang des MR16-LED-Treibers 750.
8 veranschaulicht einen ersten Treiberschaltkreis 800 eines Strommittelwertmodus-gesteuerten M16-LED-Treiber gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Wie in 8 gezeigt, wird das Wechselstromsignal 810 durch den Brückengleichrichter 820 empfangen und in ein Gleichstromsignal umgewandelt. Am Ausgang des Gleichrichters 820 kann ein Filter angeordnet werden, das das Schaltfrequenzrauschen aus dem Gleichstromausgangssignal des Brückengleichrichters 820 entfernt.
Eine Steuerschaltung 875 steuert den Strom, der aus dem positiven Anschluss der Diodenbrücke gezogen wird, und definiert den Leistungsbetrag, der an die Minus- und Plus-Knoten 845, 850 der LED, die an eine LED-Last angeschlossen sind, anzulegen ist. Die Steuerschaltung 875 steuert diesen Strom durch Analysieren des Ausgangssignals aus dem Filter relativ zu einem oder mehreren intern bereitgestellten Referenzströmen oder -spannungen. In diesem konkreten Fall werden eine Spannungsreferenz (VREF) 865 und eine Stromreferenz (IREF) 870 durch den Schaltkreis 875 bereitgestellt. In Reaktion auf diese Analyse wird ein Schalter 880 durch die Steuerschaltung 875 gesteuert, um den aus dem Filter gezogenen Strombetrag zu steuern.
Ein Glättungskondensator 835 ist ebenfalls an den LED-Knoten 845, 850 angeordnet, um das in die Knoten eingespeiste Signal zu glätten.
Eine Induktionsspule 830 befindet sich am Eingang des Gleichrichters 820, der die Wellenform des Stroms formt, der aus einem elektrischen Transformator gezogen wird, der ein Wechselstromsignal 810 erzeugt. Im Fall der Induktionsspule 830 wird der aus dem elektrischen Transformator gezogene Strom justiert, um die Leistung des Transformators zu verbessern. Zu Veranschaulichungszwecken zeigt 9 eine Stromwellenform, die ohne die Induktionsspule 830 vorhanden ist, und eine Stromwellenform, die durch die Induktionsspule 830 entsteht.
Eine erste Stromwellenform 910 ist gezeigt, die durch einen elektrischen Transformator ohne das Vorhandensein eines Stromwellenformers, wie zum Beispiel der Induktionsspule, entsteht. Die erste Stromwellenform 910 hat einen Durchschnittsstrom und einen ersten Spitzenstrom 930. Zum Vergleich ist eine zweite Stromwellenform 920 gezeigt, die durch die Induktionsspule 830 entsteht, die sich zwischen dem elektrischen Transformator und dem Gleichrichter 820 befindet. Die zweite Stromwellenform 920 hat den gleichen Durchschnittsstrom, aber hat einen zweiten Spitzenstrom 940, der größer als der erste Spitzenstrom 930 ist.
Weil die zweite Stromwellenform durch den elektrischen Transformator gezogen wird, wird die Kompatibilität des M16-LED-Treibers mit dem elektrischen Transformator verbessert, weil der Strompegel über einen längeren Zeitraum oberhalb der Abschaltstromschwelle bleibt.
Der Fachmann erkennt, dass auch andere Komponenten und Funktionen in die in den Figuren gezeigten konkreten Beispiele eingefügt werden können. Außerdem können diese Beispiele modifiziert werden, um verschiedene Leistungskennlinien von LEDs, LED-Ketten sowie von elektronischen Transformatoren und Dimmern verarbeiten zu können.
Dem Fachmann ist klar, dass die oben besprochenen Beispiele und Ausführungsformen beispielhaft sind und zum Zweck der Klarheit und des Verständnisses und nicht zur Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung dienen. Es ist beabsichtigt, dass alle Permutationen, Weiterentwicklungen, Äquivalente, Kombinationen und Verbesserungen der Erfindung, die dem Fachmann beim Lesen der Spezifikation und beim Studium der Zeichnungen einfallen, unter den Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung aufgenommen werden. Es ist darum beabsichtigt, dass die folgenden beigefügten Ansprüche alle derartigen Modifizierungen, Permutationen und Äquivalente beinhalten, die unter den Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

Festkörperbeleuchtungs-Steuerungssystem, das eine Leistungsfaktorkorrektur vornimmt, wobei das System Folgendes umfasst: einen Stromwellenformer (740, 770), der so angeschlossen ist, dass er ein Wechselstrom-Leistungssignal (810) von einem elektronischen Transformator (730) empfängt, wobei der Stromwellenformer (740, 770) einen Spitzenstrom (930, 940) in dem Wechselstrom-Leistungssignal (810) justiert, wobei der Stromwellenformer (740, 770) ausgebildet ist, in jedem Schaltzyklus des Transformators (730) einen Rechteckwellenstrom (910), der ohne das Vorhandensein des Stromwellenformers (740, 770) entstehen würde, in einen Dreieckswellenstrom (920) umzuwandeln, was einen höheren Spitzenstrom (940) zur Folge hat; einen Brückengleichrichter (402; 502; 602; 820), der so angeschlossen ist, dass er das justierte Wechselstrom-Leistungssignal (810) empfängt, wobei der Brückengleichrichter (402; 502; 602; 820) das justierte Wechselstrom-Leistungssignal (810) in ein Gleichstrom-Leistungssignal umwandelt; einen LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750), der so angeschlossen ist, dass er das Gleichstromsignal empfängt und ein geregeltes LED-Leistungssignal erzeugt, wobei der LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) so gesteuert wird, dass er eine Leistungsfaktorkorrektur an dem geregelten LED-Leistungssignal ausführt; einen Steuerschaltkreis (112; 875), der an den LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) angeschlossen ist, wobei der Steuerschaltkreis (112; 875) mindestens eine Schaltkomponente (306; 880) umfasst, die es ermöglicht, einen Strom mit einer bestimmten Frequenz unabhängig von dem Leistungssignal, das an dem Brückengleichrichter (402; 502; 602; 820) empfangen wird, in ein LED-Array (110; 310; 410; 510; 610) einzuspeisen; und wobei der LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) einen Strompegel an dem Wechselstrom-Leistungssignal (810) misst und das geregelte LED-Leistungssignal dergestalt steuert, dass das Leistungssignal und das geregelte LED-Leistungssignal phasengleich sind.
System nach Anspruch 1, wobei ein Strompegel in dem geregelten LED-Leistungssignal mittels einer detektierten externen Spannung gesteuert wird.
System nach Anspruch 1, wobei der LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) als ein Gleichstromverstärkungstreiber mittels einer Festfrequenz-Spitzenstrommodussteuerung konfiguriert ist.
System nach Anspruch 3, das des Weiteren Folgendes umfasst: eine innere Steuerschleife innerhalb des LED-Treibers (105; 305; 405; 505; 605; 750), die eine innere Spitzenstrommodussteuerung durch Steuern einer Einschaltdauer eines Schalt-MOSFET (306) ausführt; und eine äußere Steuerschleife, die das geregelte LED-Leistungssignal mittels eines Fehlerverstärkers steuert.
System nach Anspruch 4, wobei eine Stromgrößenordnung des geregelten LED-Leistungssignals durch Steuern eines programmierbaren Referenzkontakts in dem LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) justierbar ist.
System nach Anspruch 1, wobei der LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) als ein Wechselstromverstärkungstreiber konfiguriert ist.
System nach Anspruch 6, das des Weiteren mindestens eine Induktionsspule und einen Kondensator umfasst, die zwischen einer Gleichrichterbrücke (402; 502; 602; 820) und dem LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) gekoppelt sind, wobei die mindestens eine Induktionsspule und der Kondensator das Leistungssignal formen, bevor es vom LED-Treiber empfangen wird.
System nach Anspruch 7, wobei ein Strompegel in dem LED-Leistungssignal so gesteuert wird, dass er sich proportional zu einer Eingangsspannung verhält, die an der Gleichrichterbrücke (402; 502; 602; 820) anliegt.
System nach Anspruch 1, wobei der LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) als ein Tiefsetz-Hochsetz-Treiber konfiguriert ist.
System nach Anspruch 9, wobei ein pulsierender Strom, der in einem Schalt-MOSFET (306) innerhalb des LED-Treibers (105; 305; 405; 505; 605; 750) fließt, durch eine innere Spitzenstromsteuerschleife und eine äußere Stromsteuerschleife zum Steuern des geregelten LED-Leistungssignals verwendet wird.
System nach Anspruch 9, wobei der LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) in einer Offline-Konfiguration verwendet wird, um einen Wechselstromeingang in dem LED-Treiber (105; 305; 405; 505; 605; 750) und ein LED-Array (110; 310; 410; 510; 610) zu isolieren.
Verfahren zum Bereitstellen einer Leistungsfaktorkorrektur an einem geregelten LED-Leistungssignal, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines Wechselstrom-Leistungssignals von einem elektronischen Transformator (730); Formen des Leistungssignals dergestalt, dass in jedem Schaltzyklus des Transformators (730) ein Spitzenstrom (930, 940) durch den elektronischen Transformator (730) gezogen wird, wobei ein Stromwellenformer (740, 770) in jedem Schaltzyklus des Transformators (730) einen Rechteckwellenstrom (910), der ohne das Vorhandensein des Stromwellenformers (740, 770) entstehen würde, in einen Dreieckswellenstrom (920) umwandelt, was einen höheren Spitzenstrom (940) zur Folge hat; Umwandeln des Wechselstrom-Leistungssignals in ein gleichgerichtetes Gleichstrom-Leistungssignal; Steuern eines Schalters (880) innerhalb eines Treibers (105; 305; 405; 505; 605; 750) durch Vergleichen des gleichgerichteten Gleichstrom-Leistungssignals mit mindestens einer Referenz innerhalb des Treibers (105; 305; 405; 505; 605; 750), wobei der Schalter ein geregeltes LED-Leistungssignal anhand des gleichgerichteten Gleichstrom-Leistungssignals erzeugt; und Glätten des geregelten LED-Leistungssignals, um mindestens einen Teil des Rauschens in dem von dem Schalter (880) kommenden geregelten LED-Leistungssignal zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 12, das des Weiteren den Schritt des Filterns des gleichgerichteten Gleichstrom-Leistungssignals umfasst, um mindestens einen Teil des von einem Brückengleichrichter (402; 502; 602; 820) kommenden Schaltrauschens zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine Referenz innerhalb des Treibers (105; 305; 405; 505; 605; 750) eine Stromreferenz ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine Referenz innerhalb des Treibers (105; 305; 405; 505; 605; 750) eine Spannungsreferenz ist.
Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Stromwellenformer (740, 770), der so angeschlossen ist, dass er an einer Eingangsschnittstelle von einem elektronischen Transformator (730) ein Wechselstrom-Leistungssignal (810) empfängt, wobei der Stromwellenformer (740, 770) einen Spitzenstrom (930, 940) in dem Wechselstrom-Leistungssignal (810) justiert, wobei der Stromwellenformer (740, 770) ausgebildet ist, in jedem Schaltzyklus des Transformators (730) einen Rechteckwellenstrom (910), der ohne das Vorhandensein des Stromwellenformers (740, 770) entstehen würde, in einen Dreieckswellenstrom (920) umzuwandeln, was einen höheren Spitzenstrom (940) zur Folge hat; einen Brückengleichrichter (402; 502; 602; 820), der so angeschlossen ist, dass er das justierte Wechselstrom-Leistungssignal (810) empfängt, wobei der Brückengleichrichter (402; 502; 602; 820) das justierte Wechselstrom-Leistungssignal (810) in ein Gleichstrom-Leistungssignal umwandelt; einen Festfrequenz-Durchschnittsmodussteuerungs-Schaltkreis (Fixed Frequency Average Mode Control, FFACMC), der so angeschlossen ist, dass er das Gleichstrom-Leistungssignal empfängt; eine programmierbare Referenz in dem Schaltkreis; und wobei der FFACMC einen Schalter (880) relativ zu einer Spannung in dem Gleichstrom-Leistungssignal steuert und dergestalt programmierbar ist, dass ein Spannungsabfall in dem Gleichstrom-Leistungssignal relativ zu einer Referenzspannung zu einer Leistungsfaktorkorrektur (Power Factor Correction, PFC) führt, die an einer Ausgangsspannung des Schaltkreises ausgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Ausgangsspannung phasengleich mit dem Gleichstrom-Leistungssignal gehalten wird, so dass der Schaltkreis als eine ohmsche Last (120) an der Eingangsschnittstelle erscheint.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Ausgangsspannung des Schaltkreises an ein Festkörperbeleuchtungsbauelement (Solid State Lighting, SSL) angelegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Festkörperbeleuchtungs (SSL)-Bauelement eine Leuchtdiode (LED) oder ein Array oder Cluster aus Leuchtdioden (LEDs) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 18, die des Weiteren eine Schaltkomponente (306; 880) umfasst, die mit dem FFACMC und dem Festkörperbeleuchtungs (SSL)-Bauelement verbunden ist, um mit Anstiegs- und Abstiegsflankendimmern zu arbeiten, um ein Dimmen des Festkörperbeleuchtungs (SSL)-Bauelements zu ermöglichen.