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Die Erfindung betrifft eine LED-Ansteuerschaltung, insbesondere eine LED-Ansteuerschaltung, bei der ein Transistor in linearer Weise arbeitet und keine Umschaltfrequenz hat, sodass sich ein die elektromagnetische Interferenz bewirkender Filter erübrigt. Außerdem ergibt sich durch die Stromerfassungsrückkopplungseinheit eine Schutzschaltung für die Hochspannungs-Rückkopplungskompensation, wodurch verhindert ist, dass die Ausgangsleistung ansteigt, wenn die eingespeiste Spannung der Wechselstromquelle zu hoch ist.
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Wie in
1 gezeigt und aus
DE 10 2011 085 923 A1 bekannt ist, werden ein Rücklaufstromkreis
72 und eine Pulsweitenmodulation
71 bei der herkömmlichen LED-Ansteuerschaltung eingesetzt, um dieser einen konstanten Gleichstrom zuzuführen. Nachteilig ist jedoch, dass die Pulsweitenmodulation und der elektromagnetische Interferenzfilter kostspielige Bauteile benötigten.
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Bei der herkömmlichen Ansteuerschaltung wird keine Schutzschaltung hinsichtlich der Hochspannungs-Rückkopplungskompensation verwendet. Bei Verwendung der linearen Stromversorgung tritt zwar keine elektromagnetische Interferenz auf. Mit der Erhöhung der eingespeisten Wechselspannung steigt aber die Spannung am Transistor in der Schleife an. Dies führt zu einem raschen Anstieg der Ausgangsleistung (W) [siehe 2], wenn die eingespeiste Wechselspannung zu hoch ist. Auf diese Weise können Leuchtdioden (LED) nicht geschützt werden. Das heißt, die Leuchtdioden können überhitzt und somit beschädigt werden.
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Aus
FR 2763203 A1 ist ein Verfahren mit einer Stromerfassungsrückkopplungseinheit bekannt, die eine eventuell auftretende spannungsabhängige Stromabweichung kompensiert.
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Aus
WO 2012 085 800 A1 und
KR 100943656 B1 sind Verfahren bekannt, die einen LED-Strom abhängig von der Höhe der speisenden Wechselspannung und damit bei zu hoher Spannung reduzieren, wobei die speisende Spannung erfasst wird und der Stromwert bzw. die Stromvorgabe eines Stromspiegels reduziert wird.
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Durch die Erfindung wird eine LED-Ansteuerschaltung geschaffen, bei der ein Transistor in linearer Weise arbeitet und keine Umschaltfrequenz hat, sodass sich ein die elektromagnetische Interferenz bewirkender Filter erübrigt, wodurch die Schaltungsanordnung vereinfacht ist, was zur Senkung von Herstellungskosten führt; und die LED-Ansteuerschaltung eine Stromerfassungsrückkopplungseinheit aufweist, durch die eine Schutzschaltung zustande kommt, die verhindert, dass die Ausgangsleistung ansteigt, wenn die eingespeiste Spannung der Wechselstromquelle zu hoch ist.
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Die Erfindung weist die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung wird eine LED-Ansteuerschaltung bereitgestellt, die Folgendes aufweist:
eine Schutzeinheit, die an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist;
eine Gleichrichter-Filtereinheit, die elektrisch an die Schutzeinheit angeschlossen ist;
eine Steuereinheit, die elektrisch an die Gleichrichter-Filtereinheit angeschlossen ist; und
eine LED-Ansteuereinheit, die eine Leuchtdiode, einen ersten Kondensator und einen Transistor umfasst, wobei die Leuchtdiode und der erste Kondensator parallel geschaltet sind, und wobei die Leuchtdiode einen Pluspol und einen Minuspol aufweist, und wobei der Pluspol der Leuchtdiode elektrisch mit der Gleichrichter-Filtereinheit und der Steuereinheit verbunden ist; und
eine Stromerfassungsrückkopplungseinheit, die zwischen der LED-Ansteuereinheit und der Steuereinheit geschaltet ist und einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand, einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand aufweist, wobei der erste Widerstand einerseits elektrisch mit einem Ende des zweiten Widerstands und der Steuereinheit sowie andererseits elektrisch mit dem Minuspol der Leuchtdiode verbunden ist, und wobei das andere Ende des zweiten Widerstands elektrisch mit dem Transistor, einem Ende des dritten Widerstands und einem Ende des vierten Widerstands verbunden ist, und wobei der dritte Widerstand und der vierte Widerstand parallel geschaltet sind, und wobei das andere Ende des dritten Widerstands und das andere Ende des vierten Widerstands geerdet sind,
wobei die Stromerfassungsrückkopplungseinheit eine Schutzschaltung bildet, um zu verhindern, dass die Ausgangsleistung ansteigt, wenn die eingespeiste Spannung der Wechselstromquelle zu hoch ist.
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Dadurch, dass ein Transistor in linearer Weise arbeitet und keine Umschaltfrequenz hat, sodass sich ein die elektromagnetische Interferenz bewirkender Filter erübrigt, kann die Schaltungsanordnung vereinfacht sein, was zur Senkung von Herstellungskosten führt. Außerdem bildet die Stromerfassungsrückkopplungseinheit eine Schutzschaltung, die verhindert, dass die Ausgangsleistung ansteigt, wenn die eingespeiste Spannung der Wechselstromquelle zu hoch ist.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen Schaltplan einer herkömmlichen LED-Ansteuerschaltung;
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2 in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsleistung (W) der herkömmlichen LED-Ansteuerschaltung;
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3 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen LED-Ansteuerschaltung;
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4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen LED-Ansteuerschaltung;
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5 ein Blockdiagramm der inneren Anordnung der erfindungsgemäßen Steuereinheit; und
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6 in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsleistung (W) der erfindungsgemäßen LED-Ansteuerschaltung.
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Wie aus den 3 bis 5 ersichtlich, weist eine erfindungsgemäße LED-Ansteuerschaltung eine an eine Wechselstromquelle 60 angeschlossene Schutzeinheit 10, eine elektrisch an die Schutzeinheit 10 angeschlossene Gleichrichter-Filtereinheit 20, eine elektrisch an die Gleichrichter-Filtereinheit 20 angeschlossene Steuereinheit 30, eine LED-Ansteuereinheit 40 und eine Stromerfassungsrückkopplungseinheit 50 auf. Die LED-Ansteuereinheit 40 umfasst eine Leuchtdiode 41, einen ersten Kondensator 43 und einen Transistor 42. Die Leuchtdiode 41 und der erste Kondensator 43 sind parallel geschaltet. Die Leuchtdiode 41 weist einen Pluspol 411 und einen Minuspol 412 auf. Der Pluspol 411 der Leuchtdiode 41 ist elektrisch mit der Gleichrichter-Filtereinheit 20 und der Steuereinheit 30 verbunden. Die Stromerfassungsrückkopplungseinheit 50 ist zwischen der LED-Ansteuereinheit 40 und der Steuereinheit 30 geschaltet und weist einen ersten Widerstand 51, einen zweiten Widerstand 52, einen dritten Widerstand 53 und einen vierten Widerstand 54 auf. Der erste Widerstand 51 ist einerseits elektrisch mit einem Ende des zweiten Widerstands 52 und der Steuereinheit 30 sowie andererseits elektrisch mit dem Minuspol 412 der Leuchtdiode 41 verbunden. Das andere Ende des zweiten Widerstands 52 ist elektrisch mit dem Transistor 42, einem Ende des dritten Widerstands 53 und einem Ende des vierten Widerstands 54 verbunden. Der dritte Widerstand 53 und der vierte Widerstand 54 sind parallel geschaltet. Das andere Ende des dritten Widerstands 53 und das andere Ende des vierten Widerstands 54 sind geerdet. Durch den ersten Widerstand 51, den zweiten Widerstand 52 und den dritten Widerstand 53 und den vierten Widerstand 54 erfolgt die Stromerfassungsrückkopplung. Auf diese Weise wird eine Schutzwirkung durch den Hoch- und Niederspannungsausgleich erreicht. Außerdem wird die Leuchtdiode von der Steuereinheit 30 über den linearen konstanten Strom angesteuert.
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Die Steuereinheit 30 umfasst innenseitig einen Spannungsregler 301, eine Spannungsbezugseinheit 303, einen Operationsverstärker 304 und eine Temperaturschutzeinheit 302. Außerdem ist die Steuereinheit 30 außenseitig mit einem Hochspannungsanschluss [HV] 311, einem Niederspannungsanschluss [VDD] 312, einem Detektionsanschluss [CS] 315, einem Erdungsanschluss [GND] 313 und einem Gateanschluss [GATE] 314 versehen. Der Spannungsregler 301 ist einerseits mit dem Hochspannungsanschluss [HV] 311 und andererseits mit dem Niederspannungsanschluss [VDD] 312 verbunden. Der Operationsverstärker 304 weist einen positiven Eingang 305, einen negativen Eingang 306 und einen Ausgang 307 auf. Der positive Eingang 305 ist an die Spannungsbezugseinheit 303 angeschlossen, während der negative Eingang 306 an den Detektionsanschluss [CS] 315 angeschlossen ist. Der Ausgang 307 ist mit der Temperaturschutzeinheit 302 und dem Gateanschluss [GATE] 314 verbunden. Außerdem ist der Gateanschluss [GATE] 314 der Steuereinheit 30 elektrisch mit dem Transistor 42 der LED-Ansteuereinheit 40 verbunden. Der Hochspannungsanschluss [HV] 311 ist über einen fünften Widerstand 33 elektrisch mit der Gleichrichter-Filtereinheit 20 verbunden. Zwischen dem Niederspannungsanschluss [VDD] 312 und dem Erdungsanschluss [GND] 313 ist ein zweiter Kondensator 32 geschaltet. Der Detektionsanschluss [CS] 315 ist elektrisch an ein Ende des ersten Widerstands 51 und des zweiten Widerstands 52 angeschlossen. Der fünfte Widerstand 33 sorgt für die Kontrolle der Hochspannung und die Betätigung der Strombegrenzung, während der zweite Kondensator 32 dem Herausfiltern von Geräuschen dient.
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Der Transistor 42 der LED-Ansteuereinheit 40 weist einen Drainanschluss 421, einen Gateanschluss 422 und einen Sourceanschluss 423 auf. Der Gateanschluss 422 des Transistors 42 ist an den Gateanschluss [GATE] 314 der Steuereinheit 30 angeschlossen. Der Drainanschluss 421 ist mit dem Minuspol 412 der Leuchtdiode 41 verbunden. Der Sourceanschluss 423 ist mit einem anderen Ende des zweiten Widerstands 52 sowie mit einem Ende des dritten Widerstands 53 und des vierten Widerstands 54 verbunden. Der Transistor 42 ist als Metalloxid-Silizium-Feldeffekttransistor ausgeführt. Durch die Steuereinheit 30 und den Detektionsanschluss [CS] 315 kann der Transistor 42 im linearen Bereich arbeiten. Die Wärmequelle des Transistors 42 ist mit einem nicht näher dargestellten Sockel der Leuchtdiode 41 verbunden, um die Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Die Leuchtdiode 41 und der erste Kondensator 43 sind parallel geschaltet. Durch den ersten Kondensator 43 kann die Spannungs- und Stromwelligkeit bei der Leuchtdiode 41 reduziert werden, was eine optimale Spannungsregulierung gewährleistet.
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Die Schutzeinheit 10 weist eine Sicherung 11, einen Thermistor [NTC] 12 und einen Varistor [TVR] 13 auf. Die Wechselstromquelle 60 weist einen FireWire-Anschluss [L] 61 und einen Erdungsanschluss [N] 62 auf. Die Sicherung 11 ist einerseits mit dem FireWire-Anschluss [L] 61 der Wechselstromquelle 60 und andererseits mit einem Ende des Thermistors [NTC] 12 und des Varistors [TVR] 13 verbunden. Das andere Ende des Varistors [TVR] 13 ist mit dem Erdungsanschluss [N] 62 der Wechselstromquelle 60 und der Gleichrichter-Filtereinheit 20 verbunden. Auf diese Weise dient die Sicherung 11 dem Schutz vor Kurzschluss. Der Thermistor [NTC] 12 bietet den Schutz vor Einschaltstromstoß, während der Varistor [TVR] 13 den Schutz vor Stoßspannung bereitstellt.
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Die Gleichrichter-Filtereinheit 20 weist einen Brückengleichrichter 21 und einen Filterkondensator 22 auf. Der Brückengleichrichter 21 weist einen ersten Kontaktstift 211, einen zweiten Kontaktstift 212, einen dritten Kontaktstift 213 und einen vierten Kontaktstift 214 auf. Der erste Kontaktstift 211 ist über einen sechsten Widerstand 14 mit dem anderen Ende des Thermistors [NTC] 12 der Schutzeinheit 10 verbunden. Der zweite Kontaktstift 212 ist geerdet, wobei der dritte Kontaktstift 213 mit dem Erdungsanschluss [N] 62 und dem anderen Ende des Varistors [TVR] 13 verbunden ist. Der vierte Kontaktstift 214 ist elektrisch mit dem Filterkondensator 22, der Steuereinheit 30 und der LED-Ansteuereinheit 40 verbunden. Auf diese Weise erfolgt durch den Brückengleichrichter 21 das Gleichrichten der Wechselstromquelle 60, wobei der Filterkondensator 22 für das Herausfiltern von Hochfrequenzrauschen sorgt.
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Gemäß 6 ist die Ausgangsspannung an dem Transistor 42 in der Schleife der Leuchtdiode 41 umso geringer, je niedriger die eingespeiste Spannung der Wechselstromquelle ist, Bei Ermittlung der Spannung am Transistor 42 durch den ersten Widerstand 51 und den zweiten Widerstand 52 ist die rückgekoppelte Spannung ΔV ebenfalls umso geringer. Gleichzeitig ist die von den parallel geschalteten Widerständen 53, 54 ermittelte Spannung auch umso geringer. Damit wird der Ausgangsstrom der Leuchtdiode 41 gesenkt, wodurch die Schutzschaltung zustande kommt.
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Je höher die eingespeiste Spannung der Wechselstromquelle ist, ist die Ausgangsspannung an dem Transistor 42 in der Schleife der Leuchtdiode 41 umso höher. Bei Ermittlung der Spannung am Transistor 42 durch den ersten Widerstand 51 und den zweiten Widerstand 52 ist die rückgekoppelte Spannung ΔV ebenfalls umso höher. Durch die an den parallel geschalteten Widerständen 53, 54 anliegende Teilspannung kann der Ausgangsstrom der Leuchtdiode 41 gesenkt werden, wodurch die Schutzschaltung zustande kommt, die verhindert, dass die Ausgangsleistung [W] ansteigt, wenn die eingespeiste Spannung der Wechselstromquelle zu hoch ist.
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Zusammengefasst lassen sich mit der erfindungsgemäßen LED-Ansteuerschaltung beispielsweise folgende Vorteile realisieren:
- 1. Bei der erfindungsgemäßen LED-Ansteuerschaltung wird die lineare Energiequelle eingesetzt. Aufgrund des Verzichtes auf die Pulsweitenmodulation tritt bei der erfindungsgemäßen LED-Ansteuerschaltung keine elektromagnetische Interferenz auf.
- 2. Da bei der erfindungsgemäßen LED-Ansteuerschaltung keine elektromagnetische Interferenz auftritt, können die Kosten von sicherheitstechnischen Teilen eingespart werden.
- 3. Der Leistungsfaktor der linearen Energiequelle bei der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung liegt im Bereich von 0,7 bis 0,9. Dem Brückengleichrichter sind keine großen Kondensatoren nachgeschaltet. Außerdem werden diese in Parallelschaltung am Plus- und Minuspol geschaltet, wodurch eine Spannungsstabilisierung sowie ein Schutz für die Leuchtdiode gewährleistet ist.
- 4. Die Ausgangsspannung an dem Transistor 42 in der Schleife der Leuchtdiode 41 ist umso geringer, je niedriger die eingespeiste Spannung der Wechselstromquelle ist. Bei Ermittlung der Spannung am Transistor 42 durch den ersten Widerstand 51 und den zweiten Widerstand 52 ist die rückgekoppelte Spannung ΔV ebenfalls umso geringer. Gleichzeitig ist die von den parallel geschalteten Widerständen 53, 54 ermittelte Spannung auch umso geringer. Damit wird der Ausgangsstrom der Leuchtdiode 41 gesenkt, wodurch die Schutzschaltung zustande kommt.
- 5. Je höher die eingespeiste Spannung der Wechselstromquelle ist, ist die Ausgangsspannung an dem Transistor 42 in der Schleife der Leuchtdiode 41 umso höher. Bei Ermittlung der Spannung am Transistor 42 durch den ersten Widerstand 51 und den zweiten Widerstand 52 ist die rückgekoppelte Spannung ΔV ebenfalls umso höher. Durch die an den parallel geschalteten Widerständen 53, 54 anliegende Teilspannung kann der Ausgangsstrom der Leuchtdiode 41 gesenkt werden, wodurch die Schutzschaltung zustande kommt, die verhindert, dass die Ausgangsleistung [W] ansteigt, wenn die eingespeiste Spannung der Wechselstromquelle zu hoch ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schutzeinheit
- 11
- Sicherung
- 12
- Thermistor [NTC]
- 13
- Varistor [TVR]
- 14
- sechster Widerstand
- 20
- Gleichrichter-Filtereinheit
- 21
- Brückengleichrichter
- 211
- erster Kontaktstift
- 212
- zweiter Kontaktstift
- 213
- dritter Kontaktstift
- 214
- vierter Kontaktstift
- 22
- Filterkondensator
- 30
- Steuereinheit
- 301
- Spannungsregler
- 302
- Temperaturschutzeinheit
- 303
- Spannungsbezugseinheit
- 304
- Operationsverstärker
- 305
- positiver Eingang
- 306
- negativer Eingang
- 307
- Ausgang
- 311
- Hochspannungsanschluss [HV]
- 312
- Niederspannungsanschluss [VDD]
- 313
- Erdungsanschluss [GND]
- 314
- Gateanschluss [GATE]
- 315
- Detektionsanschluss [CS]
- 32
- zweiter Kondensator
- 33
- fünfter Widerstand
- 40
- LED-Ansteuereinheit
- 41
- Leuchtdiode
- 411
- Pluspol
- 412
- Minuspol
- 42
- Transistor
- 421
- Drainanschluss
- 422
- Gateanschluss
- 423
- Sourceanschluss
- 43
- erste Kondensator
- 50
- Stromerfassungsrückkopplungseinheit
- 51
- erster Widerstand
- 52
- zweiter Widerstand
- 53
- dritter Widerstand
- 54
- vierter Widerstand
- 60
- Wechselstromquelle
- 61
- FireWire-Anschluss [L]
- 62
- Erdungsanschluss [N]
- 71
- Pulsweitenmodulation
- 72
- Rücklaufstromkreis
