DE102012217748A1

DE102012217748A1 - Betriebsschaltung mit getaktetem Konverter zur Ansteuerung einer LED-Strecke

Info

Publication number: DE102012217748A1
Application number: DE201210217748
Authority: DE
Inventors: Klemens Kucera; Frank Lochmann
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-03

Abstract

Die Erfindung stellt eine Betriebsschaltung für eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED bereit, wobei der Betriebsschaltung an wenigstens einem eingangsseitigen Anschluss eine Versorgungsspannung zugeführbar ist, und die Betriebsschaltung eine Spule und einen durch eine Steuereinheit getakteten ersten Schalter aufweist, wobei bei leitfähig-geschalteten ersten Schalter in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei nichtleitfähig-geschalteten ersten Schalter über eine Diode und über die LED-Strecke entlädt, wobei ein Kondensator vorgesehen ist, der parallel zu der LED-Strecke angeordnet ist und der bei angeschlossener LED während der Phase der Entladung der Spule den Strom durch die LED aufrecht erhält, und wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Schalter-Strom durch den ersten Schalter an einem ersten Mess-Widerstand zu ermitteln, die Versorgungsspannung an einem zweiten Mess-Widerstand und eine Mess-Spannung an der LED-Strecke an einem dritten Mess-Widerstand zu ermitteln und daraus den LED-Strom durch die LED-Strecke zu berechnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung zur Ansteuerung einer LED-Strecke mit wenigstens einer LED. Die LED-Strecke wird dabei von einem getakteten Konverter angesteuert, vorzugsweise von einem Buck-Konverter. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die indirekte Ermittlung des Stroms (I_LED) durch die LED-Strecke.
Halbleiterlichtquellen wie beispielsweise Leuchtdioden sind während der letzten Jahre für Beleuchtungsanwendungen zunehmend interessant geworden. Der Grund dafür liegt unter anderem darin, dass entscheidende technische Innovationen und große Fortschritte sowohl bei der Helligkeit als auch bei der Lichteffizienz (Lichtleistung pro Watt) dieser Lichtquellen erzielt werden konnten. Nicht zuletzt durch die vergleichsweise lange Lebensdauer konnten sich Leuchtdioden zu einer attraktiven Alternative zu herkömmlichen Lichtquellen wie Glüh- oder Gasentladungslampen entwickeln.
Halbleiterlichtquellen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden im Folgenden allgemein als „LED” (Light Emitting Diode) bezeichnet. Dieser Begriff soll im Folgenden sowohl Leuchtdioden aus anorganischen Materialien als auch Leuchtdioden aus organischen Materialien umfassen.
Es ist bekannt, dass die Lichtabstrahlung von LEDs mit dem Stromfluss durch die LEDs korreliert. Zur Helligkeitsregelung werden LEDs daher grundsätzlich in einem Modus betrieben, in dem der Stromfluss durch die LED geregelt wird.
In der Praxis werden zur Ansteuerung einer Anordnung von einer LED oder mehreren LEDs vorzugsweise Schauregler, beispielsweise Tiefsetzsteller (Step-Down- oder Buck-Konverter) verwendet. Ein solcher Schaltregler ist beispielsweise aus der DE 10 2006 034 371 A1 bekannt. Dabei steuert eine Steuereinheit einen hochfrequent getakteten Schalter (beispielsweise einen Leistungstransistor, FET, MOSFET) an. Im eingeschalteten Zustand des Schalters fließt Strom über die LED Anordnung und eine Spule, die dadurch aufgeladen wird. Die zwischengespeicherte Energie der Spule entlädt sich im ausgeschalteten Zustand des Schalters über die LED(s) (Freilaufphase).
Bekanntlich kann jedoch bei einer derartigen Konfiguration und vor allem bei Verwendung eines Niederpotential(„Low-Side”)-Schalters nicht ohne weiteres der LED-Strom in der Freilaufphase, d. h. bei geöffnetem, nichtleitend-geschalteten Schalter, gemessen werden. Diese Messung ist jedoch nötig, wenn der LED-Strom als Istwert zur Steuerung der LED-Strecke zugeführt werden soll.
Die Erfindung löst nun dieses Problem durch Bereitstellen einer Betriebsschaltung, einer Leuchte mit einer Betriebsschaltung und eines Verfahrens gemäß der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine Betriebsschaltung für eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED bereit, wobei der Betriebsschaltung an wenigstens einem eingangsseitigen Anschluss eine Versorgungsspannung zuführbar ist, und die Betriebsschaltung eine Spule und einen durch eine Steuereinheit getakteten ersten Schalter aufweist, wobei bei leitfähig-geschalteten ersten Schalter in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei nichtleitfähig-geschalteten ersten Schalter über eine Diode und über die LED-Strecke entlädt, wobei ein Kondensator vorgesehen ist, der parallel zu der LED-Strecke angeordnet ist und der bei angeschlossener LED während der Phase der Entladung der Spule den Strom durch die LED aufrecht erhält, und wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Schalter-Strom durch den ersten Schalter an einem ersten Mess-Widerstand zu ermitteln, die Versorgungsspannung an einem zweiten Mess-Widerstand und eine Mess-Spannung an der LED-Strecke an einem dritten Mess-Widerstand zu ermitteln und daraus den LED-Strom durch die LED-Strecke zu berechnen.
Die Steuereinheit kann die LED-Spannung als Differenz aus der Versorgungsspannung und der Mess-Spannung berechnen.
Die Steuereinheit kann den LED-Strom berechnen aus dem Produkt der Versorgungsspannung und des Schalter-Stroms als übertragene Leistung dividiert durch die LED-Spannung.
Die Steuereinheit kann den Schalter-Strom einer Durchschnittsbildung (Tiefpassfilterung, zeitliche Mittelung, Integration) unterziehen.
Der LED-Strom kann der Steuereinheit als Rückführsignal, insbesondere als Ist-Wert, zugeführt werden. Die Steuereinheit kann die Einschaltzeitdauer des ersten Schalters steuern.
Die Steuereinheit kann einen Abschaltschwellwert für den ersten Schalter vorgeben.
Die Mittelung des Schalter-Stroms kann durch einen Tiefpassfilter erfolgen, der den zeitlichen Mittelwert des Stroms erfassen kann.
Der Schalter-Strom kann mit einem PWM-Signal kombiniert werden. Das PWM-Signal kann im Verhältnis zur Frequenz des Schalter-Stroms niederfrequent sein.
Ein zweiter Schalter kann einen Strompfad zwischen dem ersten Mess-Widerstand und dem Tiefpassfilter nur während einer Einschaltzeitdauer des PWM-Signals freigeben, und während einer Ausschaltzeitdauer des PWM-Signals den Strompfad unterbrechen.
Während der Ausschaltzeitdauer kann der gemittelte, tiefpassgefilterte, Schalter-Strom gehalten werden. Die Steuereinheit kann den gemittelten Schalter-Strom während der Ausschaltzeitdauer des PWM-Signals auswerten.
Die Steuereinheit kann ein Tastverhältnis des PWM-Signals steuern. Die Steuereinheit kann den Abschaltschwellwert für den ersten Schalter abhängig von dem gemittelten Schalter-Strom einstellen.
Der Steuereinheit kann ein die Versorgungsspannung wiedergebendes Signal, ein den gemittelten Schalter-Strom wiedergebendes Signal und/oder ein Signal, dass die Differenz aus der Versorgungsspannung und der Mess-Spannung wiedergibt, zugeführt werden.
Die Steuereinheit kann den zweiten Schalter steuern. Der zweite Schalter kann den Tiefpassfilter von dem ersten Mess-Widerstand trennen, wenn die Steuereinheit einen Nulldurchgang, insbesondere das Abfallen des Stroms in der Spule bzw. einer Drossel, feststellt.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Leuchte mit einer LED-Strecke und einer Betriebsschaltung, wie sie oben beschrieben ist, bereit.
In noch einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben von einer LED-Strecke mit wenigstens einer LED, wobei der Betriebsschaltung an wenigstens einem eingangsseitigen Anschluss eine Versorgungsspannung zugeführt wird, und die Betriebsschaltung eine Spule und einen durch eine Steuereinheit getakteten ersten Schalter aufweist, bei leitfähig-geschalteten ersten Schalter in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei nichtleitfähig-geschalteten ersten Schalter über eine Diode und über die LED-Strecke entlädt, wobei ein Kondensator parallel zu der LED-Strecke angeordnet ist und der bei angeschlossener LED während der Phase der Entladung der Spule den Strom durch die LED aufrecht erhält, und wobei die Steuereinheit den Schalter-Strom durch den ersten Schalter an einem ersten Mess-Widerstand ermittelt, die Versorgungsspannung an einem zweiten Mess-Widerstand und eine Mess-Spannung an der LED-Strecke an einem dritten Mess-Widerstand ermittelt und daraus den LED-Strom durch die LED-Strecke berechnet.
Die Erfindung betrifft auch eine Betriebsschaltung für eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED, wobei der Betriebsschaltung an wenigstens einem eingangsseitigen Anschluss eine Versorgungsspannung zuführbar ist, und die Betriebsschaltung eine Spule und einen durch eine Steuereinheit hochfrequent getakteten ersten Schalter aufweist, wobei bei leitfähig-geschalteten ersten Schalter in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei nichtleitfähig-geschalteten ersten Schalter über eine Diode und über die LED-Strecke entlädt, wobei die hochfrequente Taktung des ersten Schalter mit einem PWM-Signal kombiniert wird, wobei die Frequenz des PWM-Signals im Verhältnis zur Frequenz der hochfrequenten Taktung des ersten Schalters niederfrequent ist, die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Schalter-Strom durch den ersten Schalter an einem ersten Mess-Widerstand zu ermitteln, wobei der gemittelte, insbesondere tiefpassgefilterte, Schalter-Strom erfasst wird und der gemittelte, insbesondere tiefpassgefilterte, Schalter-Strom nur während der Einschaltzeitdauer des PWM-Signals erfasst wird.
Die Erfindung wird nunmehr auch mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.
2 exemplarisch einige Stromverläufe in der Schaltungsanordnung.
In 1 zeigt eine Schaltungsanordnung – unter anderem – einem Tiefsetzsteller (Buck-Converter) für den Betrieb zumindest der LED-Strecke (mit einer oder mehreren in Serie geschalteten LEDs), mit einem ersten Schalter LS, der auch als Konverter-Schalter des Buck-Konverters bezeichnet werden kann. Die Schaltungsanordnung, im Folgenden auch als Betriebsschaltung bezeichnet, wird mit einer Gleichspannung bzw. einer gleichgerichteten Wechselspannung V_bus versorgt.
Parallel zu der Versorgungsspannung V_bus ist ein Kondensator C_bus angeordnet. Ein erster Mess-Widerstand R_VbusShunt ist über einen ersten Widerstand R_Vbus mit der Versorgungsspannung V_bus verbunden. An diesem ersten Mess-Widerstand R_VbusShunt kann die Versorgungsspannung V_bus von einer Steuereinheit SE (z. B. einem Mikrocontroller, einer ASIC, einer IC, ...) (nicht gezeigt) erfasst werden.
Es schließt sich der eigentliche Konverter an, wobei zunächst eine Diode D1, der erste Schalter LS und ein zweiter Mess-Widerstand R_Shunt in Serie parallel zum Kondensator C_bus verschaltet sind. Zwischen Diode D1 und dem ersten Schalter LS ist die potentialniedrigere Seite der Diode D1 über eine Spule L_buck mit einem zu der Diode D1 parallelgeschalteten zweiten Kondensator C_LED verbunden. An dem zweiten Mess-Widerstand R_Shunt kann, z. B. von der Steuereinheit SE, der Schalter-Strom I_LS durch den ersten Schalter LS erfasst werden.
Parallel zu dem zweiten Kondensator C_LED ist schließlich die LED-Strecke LED geschaltet.
Im eingeschalteten Zustand des ersten Schalters LS (während der Einschaltzeitdauer T_on) wird in der Spule L_buck Energie aufgebaut, die sich im ausgeschalteten Zustand des ersten Schalters LS (Zeitdauer T_off) über die LED-Strecke LED entlädt.
Induktiv mit der Spule L_buck ist eine Drossel ZX gekoppelt, über die in einem Messkreis die Lade- und Entlade-Vorgänge (Magnetisierung und Entmagnetisierung) der Spule L_buck erfasst werden können. Insbesondere können über die Drossel ZX Nulldurchgänge, d. h. eine Entladung der Spule L_buck auf den Null-Pegel, erfasst werden. Dies kann z. B. durch die Steuereinheit SE erfolgen, indem z. B. der Strom I_Lbuck durch die Spule, z. B. an der Drossel ZX erfasst wird.
In Serie zu dem Leuchtmittle ist über einen weiteren Widerstand R_VLED ein dritter Mess-Widerstand R_VLEDShunt angeschlossen, an dem eine Mess-Spannung V_LED von der Steuereinheit SE erfasst werden kann.
Zurück an dem ersten Schalter LS ist an dessen potentialniedrigere Seite zwischen dem ersten Schalter LS und dem zweiten Mess-Widerstand R_Shunt über einen weiteren Widerstand ein zweiter Schalter FS verschaltet, über den ein Filter 1. Ordnung (Tiefpass) zu- oder abgeschaltet werden kann.
Der erste Schalter wird dabei über eine Treiberschaltung LS_Driver mit einer Treiber Spannung V_gate angesteuert, während der zweite Schalter FS über eine Treiberschaltung mit der Spannung V_duty angesteuert wird. Die jeweilige Ansteuerung kann auch durch eine Steuerschaltung SE erfolgen.
Das Tiefpassfilter dient nun dazu, den an dem zweiten Mess-Widerstand R_Shunt erfassten Schalter-Strom T_LS zeitlich zu mitteln. Die Erfindung sieht nämlich zur Messung des LED-Stroms I_LED als Istwert folgendes vor:
Der Schalter-Strom I_LS durch den ersten Schalter LS wird bei eingeschalteten ersten Schaltern LS an dem zweiten Mess-Widerstand R_Shunt erfasst. Dieser Strom steigt während der Einschaltzeitphase des ersten Schalters LS im Wesentlichen linear an und fällt beim Öffnen des Schalters LS auf null ab. Der Strom durch die Spule L_buck zeigt also einen zickzackförmigen zeitlichen Verlauf: bei eingeschaltetem ersten Schalter zeigt der Strom eine ansteigende Flanke, bei ausgeschaltetem ersten Schalter ergibt sich eine abfallende Flanke. Während der Freilaufphase ist der Schalter-Strom I_LS daher Null, bevor er beim erneuten Einschalten des ersten Schalters LS wieder ansteigt.
Vorzugsweise wird der Schalter LS ausgeschaltet, wenn eine Abschaltschwelle (abgelegt beispielsweise in der Steuereinheit SE) erreicht ist. Dieser Schalter-Stromverlauf I_LS wird nunmehr gemittelt, indem er der Tiefpassschaltung zugeführt wird. Somit wird der sich im zeitlichen Mittel einstellende Schalter-Strom I_LS erfasst.
Der hochfrequente, näherungsweise zickzackförmigen Verlauf des LED-Stroms I_LED (im Ausführungsbeispiel fällt der LED-Strom I_LED durch die Spule L_buck auf Null ab, bevor wieder eingeschaltet wird, was einem Betrieb im sog. „Borderline Mode” entspricht) kann kombiniert werden mit einer im Verhältnis dazu niederfrequenteren PWM-Ansteuerung (LF PWM, low-frequent PWM).
Eine große Schwankungsbreite des Stroms (Welligkeit oder Rippel) kann sich nämlich bei LEDs nachteilig auswirken, da mit Veränderung der Stromamplitude sich das Spektrum des emittierten Lichts verändern kann. Um das emittierte Lichtspektrum während des Betriebs möglichst konstant zu halten, ist es bekannt, bei LEDs für Helligkeitsregelungen nicht die Stromamplitude zu variieren, sondern alternativ oder zusätzlich ein Pulsmodulationsverfahren, beispielsweise das PWM(Pulse-Width Modulation)-Verfahren, anzuwenden.
Dabei werden den LEDs durch die Betriebsschaltung niederfrequente (typischerweise mit einer Frequenz im Bereich von 100–1000 Hz) Pulspakete mit (im zeitlichen Mittel) konstanter Stromamplitude zugeführt. Dem Strom innerhalb eines Pulspakets ist der oben angeführte hochfrequente Rippel überlagert. Die Helligkeit der LEDs kann nun durch die Frequenz der Pulspakete gesteuert werden; die LEDs können beispielsweise gedimmt werden, indem der zeitliche Abstand zwischen den Pulspaketen vergrößert wird. Es wird somit also die hochfrequente Taktung des ersten Schalters LS mit einem PWM-Signal kombiniert, wobei die Frequenz des PWM-Signals im Verhältnis zur Frequenz der hochfrequenten Taktung des ersten Schalters (LS) niederfrequent ist. Es ergibt sich dadurch eine hochfrequente Taktung des ersten Schalters LS, welche von längeren Pausen ohne Taktung unterbrochen wird, wobei diese längeren Pausen die Ausschaltphase des niederfrequenten PWM-Signals sind. Vorzugsweise sind die Frequenz der hochfrequenten Taktung und des niederfrequenten PWM-Signals aufeinander abgestimmt, um Flackereffekte zu vermeiden. Beispielsweise kann die Frequenz der hochfrequenten Taktung ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des niederfrequenten PWM-Signals sein. Aus Gründen der Farbkonstanz soll innerhalb eines Pulspakets die Amplitude des Rippels möglichst gering sein. Dabei kann der Schalter in einem hochfrequenten PWM-Modus betrieben werden. In diesem Fall wird bei fix vorgegebener Frequenz das Einschaltverhältnis für die hochfrequente Taktung des ersten Schalters abhängig vom Mittelwert des ermittelten LED-Stromes oder Schalterstomes eingestellt. Eine Aufrechterhaltung des Stromes durch die LED kann durch die Parallelschaltung eines Kondensators C_LED erfolgen, wie dies später noch erläutert wird. Alternativ kann die Einstellung des Stromes durch die LED durch geeignete Wahl des Einschaltzeitpunkts und Ausschaltzeitpunkts erfolgen. So können diese Zeitpunkte beispielsweise so gewählt werden, dass der erste Schalter LS eingeschaltet wird, wenn der Strom einen bestimmten minimalen Referenzwert unterschreitet und der Schalter ausgeschaltet wird, wenn der Strom einen maximalen Referenzwert überschreitet (Abschaltschwellwert). Der minimale Referenzwert kann auch Null sein.
Daher ist vorgesehen, dass der Strompfad zwischen dem zweiten Mess-Widerstand R_shunt in Serie zu dem ersten Schalter LS, dem Konverter-Schalter, hin zu dem Tiefpassfilter nur während der Einschaltzeitdauer des Niederfrequenten PWM-Signals freigegeben ist. Während der Ausschaltzeitdauer des Niederfrequenten PWM-Signals wird der Strompfad unterbrochen, so dass das sich einstellende tiefpassgefilterte (gemittelte) Signal gehalten wird und somit auch eine Auswertung des Mittelwertes in der Ausschaltzeitdauer des niederfrequenten PWM-Signals durch die Steuereinheit erfolgen kann.
Der LED-Strom I_LED wird dann letztendlich gemäß der Erfindung ermittelt durch Inbezugsetzen (bspw. Dividieren oder anderes Korrelieren) der durch den Konverter übertragenen Leistung durch die LED-Spannung. Die übertragene Leistung wird dabei berechnet durch die am ersten Mess-Widerstand ermittelte Versorgungsspannung V_bus, die multipliziert wird mit dem zeitlich gemittelten Schalter-Strom I_LS. Dies kann z. B. wiederum durch die Steuereinheit SE erfolgen. Die LED-Spannung wird an dem dritten Mess-Widerstand R_VLEDShunt ermittelt, der in Serie zu der LED-Strecke LED geschaltet ist. Die LED-Spannung ergibt sich dabei aus der Differenz zwischen der Versorgungsspannung V_bus und der am dritten Mess-Widerstand ermittelten Mess-Spannung V_LED.
Somit wird indirekt der LED-Strom I_LED durch Berechnung der übertragenen Leistung und der indirekten Ermittlung der LED-Spannung ermittelt. Die Ermittlungen und/oder die Berechnungen erfolgen dabei vorzugsweise durch die Steuereinheit SE.
Der berechnete LED-Strom kann somit als Istwertgröße für eine Regelung des LED-Stroms verwendet werden. Als Steuergröße für die Regelung kann einerseits die Einschaltzeitdauer T_on des ersten Schalters LS des (Buck-)Konverters verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Tastverhältnis der niederfrequenten PWM-Ansteuerung, falls vorhanden, verwendet werden.
Ist die Steuergröße die Einschaltzeitdauer T_on des Konverters, kann die Abschaltschwelle für den ersten Schalter LS in der Steuereinheit abhängig von dem Mittelwert des Schalter-Stroms I_LS verschoben werden.
Der Steuereinheit werden vorzugsweise also ein Signal, das die Versorgungsspannung V_bus wiedergibt, ein Signal, das den zeitlichen Mittelwert des Schalter-Stroms I_LS wiedergibt (in den Einschaltzeitdauern der niederfrequenten PWM-Modulation, falls vorhanden), und/oder ein Signal, das die Versorgungsspannung V_bus minus die am dritten Mess-Widerstand R_VLEDSchunt ermittelte Spannung V_LED wiedergibt, zugeführt.
Auch neben der Ansteuerung des ersten Schalters LS kann die Steuereinheit im Übrigen auch selektiv den Tiefpassfilter über Ansteuerung des zweiten Schalters FS freigeben (z. B. während der Einschaltzeitdauer des PWM-Signals) bzw. abtrennen (z. B. während der Aunschaltzeitdauer des PWM-Signals), d. h. des Pfads zwischen dem zweiten Mess-Widerstand R_Shunt dem ersten Schalter LS und dem Tiefpassfilter.
Der Kondensator C_LED parallel zur LED-Strecke LED ist als solcher bekannt und dient dazu, zu vermeiden, dass der LED-Strom identisch den Verlauf durch die Spule L_buck nachvollzieht. Bei nichtleitfähig-geschalteten ersten Schalter LS, insbesondere während der Phase der Entmagnetisierung der Spule L_Buck, kann der Strom durch die LED aufgrund der in dem Kondensator C_LED zwischengespeicherten Energie aufrecht erhalten werden. Bekanntlich ist es hinsichtlich des Spektrums der LED-Strecke LED nachteilig, wenn der LED-Strom derartig große Hübe ausführt (außer bei einer reinen PWM-Ansteuerung zwischen 0 und 1).
Das niederfrequente PWM-Signal muss nicht von der Steuereinheit selbst erzeugt werden, vielmehr kann es von außerhalb zugeführt werden und kann dann natürlich auch dem Freigabe/Abtrennelement, dem zweiten Schalter FS, für den Tiefpassfilter zugeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Freigabe/Abtrennfenster für das Verbindungselement, der zweite Schalter FS, zwischen Tiefpassfilter und dem zweiten Mess-Widerstand R_Shunt von einem PWM-Einschaltimpuls dahingehend abweichen, dass das „Abtrennen” erst erfolgt, wenn ein Nulldurchgang bzw. das Abfallen des Stroms durch die Spule L_buck auf null erfasst wird. Dies kann über die Drossel ZX, z. B. über einen Pin an der Drossel, durch die Steuereinheit SE erfolgen. Somit wird sichergestellt, dass das Mittelungsfenster für die Tiefpassschaltung immer vollständige dreieckförmige Verläufe des Spulenstroms abdeckt.
Es ist auch zu bemerken, dass die Spule L_buck auch zwischen dem zweiten Kondensator C_LED und der LED-Strecke LED angeordnet sein kann.
2 zeigt exemplarisch den Strom I_LS durch den ersten Schalter LS, den gemittelten Strom I_LS, der durch den Tiefpassfilter ermittelt wird, den Stromverlauf I_Lbuck an der Spule L_buck und ein niederfrequentes PWM-Signal LF PWM.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006034371 A1 [0005]

Claims

Betriebsschaltung für eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED, wobei – der Betriebsschaltung an wenigstens einem eingangsseitigen Anschluss eine Versorgungsspannung zuführbar ist, und die Betriebsschaltung eine Spule (L_Buck) und einen durch eine Steuereinheit (SE) getakteten ersten Schalter (LS) aufweist, wobei – bei leitfähig-geschalteten ersten Schalter (LS) in der Spule (L_Buck) eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei nichtleitfähig-geschalteten ersten Schalter (LS) über eine Diode und über die LED-Strecke entlädt, wobei – die Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, den Schalter-Strom (I_LS) durch den ersten Schalter an einem ersten Mess-Widerstand (R_shunt) zu ermitteln, die Versorgungsspannung (V_bus) an einem zweiten Mess-Widerstand (R_VbusShunt) und eine Mess-Spannung (V_led) an der LED-Strecke an einem dritten Mess-Widerstand (R_VledShunt) zu ermitteln und daraus den LED-Strom (I_LED) durch die LED-Strecke zu berechnen.
Betriebsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, die LED-Spannung als Differenz aus der Versorgungsspannung (V_bus) und der Mess-Spannung (V_led) zu berechnen.
Betriebsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (SE). dazu eingerichtet ist, den LED-Strom (I_led) zu berechnen aus dem Produkt der Versorgungsspannung (V_bus) und des Schalter-Stroms (I_LS) als übertragene Leistung dividiert durch die LED-Spannung.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, den Schalter-Strom (I_Ls) zu mitteln.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der LED-Strom (I_LED) der Steuereinheit (SE) als Rückführsignal, insbesondere als Ist-Wert, zugeführt wird, und wobei die Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, die Einschaltzeitdauer des ersten Schalters zu steuern.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) einen Abschaltschwellwert für den ersten Schalter (LS) vorgibt.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Mittelung des Schalter-Stroms (I_LS) durch einen Tiefpassfilter erfolgt, der den zeitlichen Mittelwert des Stroms erfasst.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Schalter-Strom (I_LS) mit einem PWM-Signal kombiniert wird, wobei das PWM-Signal im Verhältnis zur Frequenz des Schalter-Stroms (I_LS) niederfrequent ist.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein zweiter Schalter (FS) vorgesehen ist, der dazu eingerichtet ist, einen Strompfad zwischen dem ersten Mess-Widerstand (R_shunt) und dem Tiefpassfilter nur während einer Einschaltzeitdauer des PWM-Signals freizugeben, und während einer Ausschaltzeitdauer des PWM-Signals den Strompfad zu unterbrechen.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei während der Ausschaltzeitdauer der gemittelte, tiefpassgefilterte, Schalter-Strom (I_LS) gehalten wird und wobei die Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, den gemittelten Schalter-Strom (I_LS) während der Ausschaltzeitdauer des PWM-Signals auszuwerten.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) ein Tastverhältnis des PWM-Signals steuert, und wobei die Steuereinheit (SE) den Abschaltschwellwert für den ersten Schalter (LS) abhängig von dem gemittelten Schalter-Strom (I_LS) einstellt.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Steuereinheit (SE) ein die Versorgungsspannung (V_bus) wiedergebendes Signal, ein den gemittelten Schalter-Strom (I_LS) wiedergebendes Signal und/oder ein Signal, dass die Differenz aus der Versorgungsspannung (V_bus) und der Mess-Spannung (V_led) wiedergibt, zugeführt wird.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) den zweiten Schalter (FS) steuert, und wobei der zweite Schalter den Tiefpassfilter von dem ersten Mess-Widerstand (R_shunt) trennt, wenn die Steuereinheit (SE) einen Nulldurchgang, insbesondere das Abfallen des Stroms in der Spule (L_buck) bzw. einer Drossel (ZX), feststellt.
Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Kondensator vorgesehen ist, der parallel zu der LED-Strecke angeordnet ist und der bei nichtleitfähig-geschalteten ersten Schalter (LS), insbesondere während der Phase der Entmagnetisierung der Spule (L_Buck), den Strom durch die LED aufrecht erhält.
Leuchte mit einer LED-Strecke mit wenigstens einer LED und einer Betriebsschaltung nach einem der vorigen Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben einer LED-Strecke mit wenigstens einer LED, wobei der Betriebsschaltung an wenigstens einem eingangsseitigen Anschluss eine Versorgungsspannung zugeführt wird, und die Betriebsschaltung eine Spule und einen durch eine Steuereinheit (SE) getakteten ersten Schalter aufweist, bei leitfähig-geschalteten ersten Schalter (LS) in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei nichtleitfähig-geschalteten ersten Schalter über eine Diode und über die LED-Strecke entlädt, wobei ein Kondensator parallel zu der LED-Strecke angeordnet ist und der bei angeschlossener LED während der Phase der Entladung der Spule den Strom durch die LED aufrecht erhält, und wobei die Steuereinheit (SE) den Schalter-Strom (I_LS) durch den ersten Schalter an einem ersten Mess-Widerstand (R_shunt) ermittelt, die Versorgungsspannung (V_bus) an einem zweiten Mess-Widerstand (R_VbusShunt) und eine Mess-Spannung (V_led) an der LED-Strecke an einem dritten Mess-Widerstand (R_VledShunt) ermittelt und daraus den LED-Strom (I_LED) durch die LED-Strecke berechnet.
Betriebsschaltung für eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED, wobei – der Betriebsschaltung an wenigstens einem eingangsseitigen Anschluss eine Versorgungsspannung zuführbar ist, und die Betriebsschaltung eine Spule (L_Buck) und einen durch eine Steuereinheit (SE) hochfrequent getakteten ersten Schalter (LS) aufweist, wobei – bei leitfähig-geschalteten ersten Schalter (LS) in der Spule (L_Buck) eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei nichtleitfähig-geschalteten ersten Schalter (LS) über eine Diode und über die LED-Strecke entlädt, wobei – die hochfrequente Taktung des ersten Schalter (LS) mit einem PWM-Signal kombiniert wird, wobei die Frequenz des PWM-Signals im Verhältnis zur Frequenz der hochfrequenten Taktung des ersten Schalters (LS) niederfrequent ist, – die Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, den Schalter-Strom (I_LS) durch den ersten Schalter an einem ersten Mess-Widerstand (R_shunt) zu ermitteln, wobei der gemittelte, insbesondere tiefpassgefilterte, Schalter-Strom (I_LS) erfasst wird und der gemittelte, insbesondere tiefpassgefilterte, Schalter-Strom (I_LS) nur während der Einschaltzeitdauer des PWM-Signals erfasst wird.