DE102013020700A1

DE102013020700A1 - Led-beleuchtungsvorrichtung, stromregler für die led-beleuchtungsvorrichtung und stromregelungsverfahren für die led-beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013020700A1
Application number: DE102013020700.2A
Authority: DE
Inventors: Yong Guen KIM; Sang Young Lee; Gyeong Sik MUN; Ki Chul An
Original assignee: Silicon Works Co Ltd
Current assignee: LX Semicon Co Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-06-05
Also published as: US20140152183A1; US9516707B2; JP2014110244A; KR101334042B1; CN103857149A

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine LED-Beleuchtungsvorrichtung. Die LED-Beleuchtungsvorrichtung umfasst einen Wandler zum Transformieren einer gleichgerichteten Spannung gemäß einem Schaltvorgang entsprechend einem Ansteuerimpuls und zum Ausgeben der transformierten Spannung, einen Stromregler zum Erzeugen des Ansteuerimpulses, der eine Impulsbreite hat, die in Reaktion auf ein Steuersignal und der Stromstärke des Wandlers verändert wird, und zum Schalten des Wandlerbetriebs unter Verwendung des erzeugten Ansteuerimpulses, und ein Peripherieschaltungsmodul zum Bereitstellen des Steuersignals zur Steuerung der Verdunkelung einer LED-Beleuchtung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtdioden (im Folgenden als ,LED' bezeichnet) Beleuchtungsvorrichtung, und insbesondere eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit einem verbesserten Energie-Wirkungsgrad, einen Stromregler für die LED-Beleuchtungsvorrichtung und das Stromregelungsverfahren für die LED-Beleuchtungsvorrichtung.
Beschreibung der verwandten Technik
In neueren Beleuchtungsvorrichtungen wird Glühlampenlicht und Fluoreszenzlampenlicht durch LEDs ersetzt, die dazu fähig sind, so ausgeführt zu werden, dass sie als Beleuchtungslampen eine relativ längere Lebensdauer, einen niedrigen Energieverbrauch und eine hohe Helligkeit haben.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise eine Sicherheitsleuchte und eine Straßenlaterne umfassen. Als die Sicherheitsleuchte oder Straßenlaterne wird auch eine LED-Beleuchtungsvorrichtung, die eine LED-Beleuchtung einsetzt, entwickelt und kommerziell verwertet.
Allgemein wird eine herkömmliche LED-Beleuchtungsvorrichtung unter Verwendung eines Schaltnetzteil (Switching Mode Power Supply, im Folgenden als ,SMPS' bezeichnet) Moduls ausgeführt, wobei eine handelsübliche Wechselstromquelle verwendet wird.
Ein Beispiel der herkömmlichen LED-Beleuchtungsvorrichtung, die wie obenstehend beschrieben eingerichtet ist, ist im koreanischen Patent mit der Anmeldungsnummer 10-1164631 offenbart. In diesem Patent versorgt eine handelsübliche Wechselstromquelle LEDs über ein SMPS-Modul und eine Ansteuerschaltung mit Energie.
Eine herkömmliche LED-Beleuchtungsvorrichtung kann außerdem eine Sensorplatine umfassen, die zum Zweck einer Verdunkelungssteuerung oder einer Steuerung zum Ein- und Ausschalten einen Sensor zum Erfassen der Beleuchtung oder des menschlichen Körpers umfasst. In einem solchen Fall ist die LED-Beleuchtungsvorrichtung dafür eingerichtet, die Sensorplatine über das SMPS-Modul mit Energie zu versorgen.
Die herkömmliche LED-Beleuchtungsvorrichtung ist jedoch darin nachteilig, dass sie einen komplizierten Aufbau hat, da die herkömmliche LED-Beleuchtungsvorrichtung das SMPS-Modul umfasst, um eine LED-Beleuchtung mit Energie zu versorgen, sowie die Ansteuerschaltung umfasst, um LEDs unter Verwendung eines Stromansteuerungsverfahrens anzusteuern.
Außerdem ist in der herkömmlichen LED-Beleuchtungsvorrichtung das SMPS-Modul dafür ausgelegt, einen Energiewirkungsgrad von etwa 90% zu haben, und die Ansteuerschaltung ist ebenfalls dafür ausgelegt, einen Energiewirkungsgrad von etwa 90% zu haben. Hierdurch ist die herkömmliche LED-Beleuchtungsvorrichtung dafür ausgelegt einen Gesamtwirkungsgrad von etwa 81% zu haben. Wie oben beschrieben, hat die herkömmliche LED-Beleuchtungsvorrichtung darin einen Nachteil, dass aufgrund des komplizierten Aufbaus der Gesamt-Energiewirkungsgrad verringert ist.
Außerdem können Peripherieschaltungsmodule, wie etwa die Sensorplatine, zusätzlich in der LED-Beleuchtungsvorrichtung eingerichtet sein. In einem solchen Fall wird die meiste Energie von der Ansteuerschaltung zum Ansteuern von LEDs verbraucht.
Somit ist die herkömmliche LED-Beleuchtungsvorrichtung darin nachteilig, dass der Energiewirkungsgrad für die zusätzlichen Peripherieschaltungsmodule niedrig ist, da die meiste Energie von der Ansteuerschaltung zum Ansteuern von LEDs verbraucht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend wurde die vorliegende Erfindung in dem Bemühen ausgeführt, die in der verwandten Technik auftretenden Nachteile zu beseitigen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung Folgendes bereitzustellen: eine LED-Beleuchtungsvorrichtung, die dazu fähig ist, Energie zum Ansteuern einer LED-Beleuchtung mit einem hohen Energie-Wirkungsgrad zur Verfügung zu stellen, einen Stromregler für die LED-Beleuchtungsvorrichtung und das Stromregelungsverfahren für die LED-Beleuchtungsvorrichtung.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED-Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, die einen einfachen Aufbau und einen hohen Energie-Wirkungsgrad hat, indem eine LED-Beleuchtung und Peripherieschaltungsmodule, wie etwa eine Sensorplatine und ein Kommunikationsmodul, gemeinsam mit Energie versorgt werden, und dies unter Verwendung eines Stromreglers, eines Stromreglers für die LED-Beleuchtungsvorrichtung und des Stromregelungsverfahrens für die LED-Beleuchtungsvorrichtung.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED-Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, die dazu fähig ist, ein Peripherieschaltungsmodul, wie etwa ein Kommunikationsmodul zur Steuerung mehrerer LED-Beleuchtungen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, wie etwa Sicherheitsleuchten oder Straßenlaternen, effizient mit Energie zu versorgen.
Zum Erreichen der oben genannten Ziele wird gemäß einer Eigenschaft der vorliegenden Erfindung eine LED-Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst: einen Wandler zum Transformieren einer gleichgerichteten Spannung gemäß einem Schaltvorgang entsprechend einem Ansteuerimpuls und zum Ausgeben der transformierten Spannung, einen Stromregler zum Erzeugen des Ansteuerimpulses, der eine Impulsbreite hat, die in Reaktion auf ein Steuersignal und der Stromstärke des Wandlers verändert wird, und zum Schalten des Wandlerbetriebs unter Verwendung des erzeugten Ansteuerimpulses, und ein Peripherieschaltungsmodul zum Bereitstellen des Steuersignals zur Steuerung der Verdunkelung einer LED-Beleuchtung.
Außerdem wird gemäß einer Eigenschaft der vorliegenden Erfindung der Stromregler einer LED-Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, der Folgendes umfasst: ein Schaltelement, das mit einem Wandler verbunden ist, um einen Spannungspegel zu wandeln, und das dafür eingerichtet ist, den Betrieb des Wandlers in Reaktion auf einen Ansteuerimpuls umzuschalten, eine Rückkopplungsschaltung, die dafür eingerichtet ist, einen ersten Vergleichsanschluss mit einem Rückkopplungssignal zu versorgen, das einem Strom entspricht, der durch das Schaltelement fließt, eine Verdunkelungssignal-Übertragungsschaltung, die dafür eingerichtet ist, von extern ein Steuersignal zum Steuern der Verdunkelung einer LED-Beleuchtung zu empfangen und ein Verdunkelungssteuersignal, das dem Steuersignal entspricht, auf den ersten Vergleichsanschluss zu legen, einen Referenzsignalgenerator, der dafür eingerichtet ist, einen Referenzimpuls zu erzeugen und den Referenzimpuls auf den zweiten Vergleichsanschluss zu legen, einen ersten Komparator, der dafür eingerichtet ist, ein Vergleichssignal auszugeben, das erhalten wird, indem die Signale des ersten und zweiten Vergleichsanschlusses miteinander verglichen werden, und eine Ansteuerschaltung, die dafür eingerichtet ist, den Ansteuerimpuls in Reaktion auf das Vergleichssignal auf das Schaltelement zu legen.
Außerdem wird gemäß einer Eigenschaft der vorliegenden Erfindung das Stromregelungsverfahren für eine LED-Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, das Folgendes umfasst: das Versorgen, durch einen Wandler zum Wandeln eines Spannungspegels durch ein Schaltelement, das in Reaktion auf einen Ansteuerimpuls angesteuert wird, einer LED-Beleuchtung und eines oder mehrerer Peripherieschaltungsmodule mit Gleichspannung, die von einer gleichgerichteten Spannung gewandelt wurde, als eine Energieversorgung, das Detektieren des Stroms des Wandlers, das Anwenden eines Stromsteuersignals, das durch das Vergleichen des Stroms des Wandlers mit einer Referenzspannung erhalten wird, auf einen ersten Vergleichsanschluss, das Anwenden eines Verdunkelungssteuersignals, das einem Steuersignal entspricht, das von außerhalb der LED-Beleuchtung empfangen wird, auf den ersten Vergleichsanschluss, das Erzeugen eines Referenzimpulses und Anwenden des Referenzimpulses auf den zweiten Vergleichsanschluss, das Vergleichen der Signale des ersten und zweiten Vergleichsanschlusses miteinander und das Ausgeben eines Ergebnisses des Vergleichs als ein Vergleichssignal, und das Ausgeben des Ansteuerimpulses unter Verwendung eines Nullstromdetektionssignals, das durch die Detektion eines Nulldurchgangspunkts des Stroms des Wandlers erhalten wird, als Set-Signal und des Vergleichssignals als Reset-Signal.
Das Stromregelungsverfahren kann außerdem das Versorgen des ersten Vergleichsanschlusses mit dem Verdunkelungssteuersignal umfassen, das dem von extern empfangenen Steuersignal entspricht, um die Verdunkelung der LED-Beleuchtung zu steuern.
Außerdem wird gemäß einer weiteren Eigenschaft der vorliegenden Erfindung eine LED-Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst: mehrere LED-Beleuchtungen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, ein Stromregelungsmodul, das in jeder der LED-Beleuchtungen eingerichtet ist und das dafür eingerichtet ist, einen Ansteuerimpuls zu erzeugen, der eine Impulsbreite hat, die in Reaktion auf ein externes Steuersignal und die Stromstärke eines Wandlers zum Wandeln eines Spannungspegels verändert wird, und die LED-Beleuchtung mit Energie über den Wandler zu versorgen, der in Reaktion auf den Ansteuerimpuls angesteuert wird, und ein Kommunikationsmodul, das dafür eingerichtet ist, die Energie, die an die LED-Beleuchtung geliefert wird, von einem der Stromregelungsmodule zu empfangen und das Steuersignal zum Steuern der LED-Beleuchtung bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die oben genannten Gegenstände und weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verständlicher nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der:
1 ein Schaltungsdiagramm darstellt, das eine beispielhafte Ausführungsform einer LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Stromwellenform auf der Primärseite und der Sekundärseite eines Transformators darstellt;
3 ein Zeitsteuerungsdiagramm darstellt, das ein Verfahren zur Steuerung der Ansteuerung des Transformators durch Rückkopplung in der Ausführungsform der 1 veranschaulicht;
4 ein Zeitsteuerungsdiagramm darstellt, das ein Verfahren zur Steuerung der Ansteuerung des Transformators in Reaktion auf ein Steuersignal in der Ausführungsform der 1 veranschaulicht; und
5 ein Blockdiagramm darstellt, das eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun detaillierter Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung genommen, von der ein Beispiel in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht ist. Soweit möglich, werden in der Zeichnung und der Beschreibung durchweg dieselben Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile zu verweisen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat einen Aufbau mit einem verbesserten Energie-Wirkungsgrad, da eine Energie unter Verwendung eines Stromreglers 30 gebildet wird.
Mit Bezug auf 1 umfasst eine LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Energiequelleneinheit 10, einen Transformator T, eine Sensorplatine 20 und den Stromregler 30.
Die Energiequelleneinheit 10 ist dafür eingerichtet, eine Zweiweggleichrichtung auf Wechselstrom auszuführen und das Ergebnis der Zweiweggleichrichtung als gleichgerichtete Spannung auszugeben. Dies bedeutet, dass die Energiequelleneinheit 10 einen Aufbau hat, bei dem eine Energiequelle 12, eine Gleichrichterschaltung 14 und ein Kondensator C1 parallel geschaltet sind.
Die Energiequelle 12 kann handelsübliche Energie als Wechselstrom verwenden.
Die Gleichrichterschaltung 14 ist dafür eingerichtet, eine Zweiweggleichrichtung auf Wechselstrom mit einer Sinuswellenform auszuführen, der von der Energiequelle 12 bereitgestellt wird, und das Ergebnis der Zweiweggleichrichtung als gleichgerichtete Spannung auszugeben, die einen Welligkeitsanteil hat.
Der Kondensator C1, der parallel zum Ausgangsanschluss der Gleichrichterschaltung 14 angeschlossen ist, dient dazu die Ausgabe der Gleichrichterschaltung 14 zu glätten.
Die von der Energiequelleneinheit 10 erzeugte gleichgerichtete Spannung wird auf den Transformator T übertragen. Der Transformator T ist dafür eingerichtet, einen Strom entsprechend der gleichgerichteten Spannung zu transformieren und den transformierten Strom auszugeben. Der Transformator T gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Beispiel für einen Wandler zum Wandeln eines Spannungspegels, wobei es sich um einen Wandler vom Buck-Typ (Abwärtswandlertyp) handeln kann.
Der Transformator kann eine Spule umfassen (nicht dargestellt).
Hierbei ist der Transformator T dafür eingerichtet, eine Spule zu umfassen, die eine Primärseite L1 bildet, eine Spule, die eine Sekundärseite L2 bildet, und eine Hilfsspule L3. Ein Wicklungsverhältnis der Spulen der Primärseite L1 und der Sekundärseite L2 kann auf N:1 gesetzt werden. Die Hilfsspule L3 kann in Abhängigkeit von der Absicht eines Herstellers verschiedene Wicklungsverhältnisse haben. Allgemein kann die Hilfsspule L3 ein Wicklungsverhältnis haben, um einen Strom auf einem Niveau hervorzurufen, das dafür geeignet ist, die Betriebsspannung des Stromreglers 30 bereitzustellen.
Gemäß dem vorgenannten Aufbau hat der Transformator T einen Aufbau, bei dem in der Sekundärseite L2 ein Induktionsstrom erzeugt wird, und dies durch einen Stromfluss der Primärseite L1, auf die die gleichgerichtete Spannung angewendet wird, und der Induktionsstrom der Sekundärseite L2 wird gleichgerichtet, geglättet und über eine Diode D1 und einen Kondensator C2 in eine Gleichspannung gewandelt und dann ausgegeben.
Durch den Stromfluss auf der Primärseite L1 induziert der Transformator T auch einen Strom in der Hilfsspule L3.
Der Transformator T wird durch den Stromregler 30 angesteuert.
Der Ausgang des Transformators T versorgt eine LED-Beleuchtungs-LED und die Sensorplatine 20.
Die Spannung zum Ansteuern der LED-Beleuchtungs-LED und eine Betriebsspannung Vcc zum Betrieb der Sensorplatine 20 haben unterschiedliche Pegel. Entsprechend kann der Ausgang des Transformators T durch einen Spannungsregler 26 eingestellt und als Betriebsspannung Vcc der Sensorplatine 20 bereitgestellt werden. Der Spannungsregler 26 ist so dargestellt, dass er als ein zusätzliches Element eingerichtet ist, der Spannungsregler 26 kann in Abhängigkeit von einer Absicht eines Herstellers jedoch auch in die Sensorplatine 20 eingebettet sein.
Die LED-Beleuchtungs-LED kann dafür eingerichtet sein, eine LED oder zwei oder mehr LEDs zu umfassen, und sie kann vorzugsweise dafür eingerichtet sein, ein Array von mehreren LEDs zu umfassen.
Die LED-Beleuchtungs-LED kann in einer Sicherheitsleuchte oder einer Straßenlaterne eingerichtet sein. Beispielsweise kann die LED-Beleuchtungs-LED an einem Fußgängerüberweg als eine Zusatzbeleuchtung zum Beleuchten des Fußgängerüberwegs installiert sein.
Die Sensorplatine 20 veranschaulicht ein Peripherieschaltungsmodul, das mit Energie versorgt wird.
Die Peripherieschaltungsmodule können eine Vielfalt von Vorrichtungen umfassen, die mit einer Energiequelle versorgt werden, wie etwa die Sensorplatine 20 zur Steuerung der Verdunkelung oder dem Ein- und Ausschalten der LED-Beleuchtungs-LED und ein Kommunikationsmodul.
Die Sensorplatine 20 kann dafür eingerichtet sein, einen Sensor für den sichtbaren Bereich CDS 22 und einen Infrarotsensor PIR 24 zu umfassen. Der Sensor für den sichtbaren Bereich 22 erfasst die Umgebungshelligkeit (Beleuchtungsstärke) und der Infrarotsensor 24 erfasst menschliche Körper.
Die Sensorplatine 20 kann dafür eingerichtet sein, die Betriebsspannung Vcc zu erhalten, die durch die Regelung des Ausgangs der Sekundärseite L2 des Transformators T durch den Spannungsregler 26 erhalten wird, und ein Steuersignal auszugeben. Das Steuersignal kann als ein Analogsignal oder ein Steuersignal PWM bereitgestellt werden.
Das Steuersignal PWM kann eine Impulsbreite haben, die zur Verdunkelungssteuerung verändert wird, und somit kann das Steuersignal PWM mit einer veränderten Impulsbreite ausgegeben werden. Außerdem gilt, dass falls das Steuersignal PWM mit einem Tastgrad von weniger als 10% ausgegeben wird, das Steuersignal PWM so definiert werden kann, dass des die LED-Beleuchtungs-LED ausschaltet.
Dabei ist der Stromregler 30 dafür eingerichtet, einen Ansteuerimpuls zu erzeugen, der eine Impulsbreite hat, die in Reaktion auf das externe Steuersignal PWM und die Stromstärke auf der Primärseite L1 des Transformators T verändert wird, und den erzeugten Ansteuerimpuls für den Schaltvorgang des Transformators T bereitzustellen.
Noch spezieller kann der Stromregler 30 dafür eingerichtet sein, ein Schaltelement Q, eine Rückkopplungsschaltung, eine Schaltung zur Verdunkelungssteuerung, einen Referenzsignal-Generator 32, einen Komparator COM und eine Ansteuerschaltung zu umfassen.
Das Schaltelement Q ist ein Leistungstransistor, bei dem es sich um einen FET handeln kann und er ist mit der Primärseite L1 des Transformators T verbunden. Ein Ansteuerimpuls wird auf das Gate des Schaltelements Q gegeben und das Schaltelement Q wird in Reaktion auf den Ansteuerimpuls geschaltet.
Die Rückkopplungsschaltung ist dafür eingerichtet, ein Rückkopplungssignal, das einem Stromfluss durch das Schaltelement Q entspricht, an den ersten Vergleichsanschluss (d. h. den negativen Anschluss (–)) des Komparators COM zu legen.
Noch spezieller umfasst die Rückkopplungsschaltung einen Sensorwiderstand Rcs, der zwischen dem Schaltelement Q und Masse angeschlossen ist und der dafür eingerichtet ist, einen Strom zu detektieren, der durch das Schaltelement Q fließt, sowie eine Vergleichsschaltung, die dafür eingerichtet ist, die vom Sensorwiderstand Rcs detektierte Spannung mit einer vorgegebenen Referenzspannung V_REF zu vergleichen und ein Rückkopplungssignal auf den ersten Vergleichsanschluss (d. h. den negativen Anschluss (–)) des Komparators COM zu legen.
Die Vergleichsschaltung der Rückkopplungsschaltung umfasst einen ersten Filterwiderstand Rc, einen ersten Filterkondensator Cc, einen Komparator OP, einen zweiten Filterwiderstand Rf und einen zweiten Filterkondensator Cf. Der erste Filterwiderstand Rc und der erste Filterkondensator Cc arbeiten als ein Eingangsfilter und der zweite Filterwiderstand Rf und der zweite Filterkondensator Cf arbeiten als ein Ausgangsfilter.
Somit umfasst der Eingangsfilter den ersten Filterwiderstand Rc und den ersten Filterkondensator Cc, die parallel geschaltet sind, und er überträgt eine Spannung, die vom Sensorwiderstand Rcs detektiert wird, über den ersten Filterwiderstand Rc an den negativen Anschluss (–) des Komparators OP.
Der Komparator OP vergleicht eine Spannung, die über den ersten Filterwiderstand Rc an den negativen Anschluss (–) angelegt wird, mit der Referenzspannung V_REF, die an den positiven Anschluss (+) des Komparators OP gelegt wird, und er gibt ein Ergebnis des Vergleichs aus.
Der Ausgangsfilter umfasst den zweiten Filterwiderstand Rf und den zweiten Filterkondensator Cf, die parallel geschaltet sind, und er überträgt das Ausgangssignal des Komparators OP über den zweiten Filterwiderstand Rf an den ersten Vergleichsanschluss (d. h. den negativen Anschluss (–)) des Komparators COM als ein Rückkopplungssignal.
Die Referenzspannung V_REF, die an den positiven Anschluss (+) des Komparators OP angelegt wird, hat einen Wert, der von einem Hersteller eingestellt wird, wodurch die Stromstärke auf der Primärseite L1 des Transformators T auf einem konstanten Niveau gehalten wird.
Die Schaltung zur Verdunkelungssteuerung ist dafür eingerichtet, ein Verdunkelungssteuersignal, das dem Steuersignal PWM entspricht, das von der Sensorplatine 20 erzeugt wird, die als ein Peripherieschaltungsmodul eingerichtet ist, an den ersten Vergleichsanschluss (d. h. den negativen Anschluss (–)) des Komparators COM zu legen.
Hierfür umfasst die Schaltung zur Verdunkelungssteuerung einen Optokoppler PC und einen Übertragungswiderstand Rp. Der Optokoppler PC ist dafür eingerichtet, eine Fotodiode und einen Fototransistor in sich zu enthalten. Der Optokoppler PC ist dafür eingerichtet, den Fototransistor in Reaktion auf einen Zustand zu schalten, in dem die Fotodiode in Reaktion auf das von der Sensorplatine 20 erzeugte Steuersignal PWM Licht emittiert, und somit das Steuersignal PWM auf den Übertragungswiderstand Rp zu übertragen.
Der Übertragungswiderstand Rp ist dafür eingerichtet, den Ausgang des Optokopplers PC auf den ersten Vergleichsanschluss (d. h. den negativen Anschluss (–)) des Komparators COM zu legen. Hierbei wird ein Signal, das am Übertragungswiderstand Rp angelegt wird, durch den zweiten Filterkondensator CF geglättet, wodurch es ein Verdunkelungssteuersignal wird, das einen konstanten Gleichspannungspegel hat. Das Verdunkelungssteuersignal wird auf den ersten Vergleichsanschluss (d. h. den negativen Anschluss (–)) des Komparators COM gelegt.
Dabei ist der Referenzsignal-Generator 32 dafür eingerichtet, einen Referenzimpuls zu erzeugen und den Referenzimpuls auf den zweiten Vergleichsanschluss (d. h. den positiven Anschluss (+)) des Komparators COM zu legen. Ein Kondensator C_R stellt eine Kapazität für die Schwingung des Referenzimpulses bereit. Der Referenzimpuls kann außerdem als ein Sägezahnimpuls bereitgestellt werden.
Der Komparator COM gibt außerdem ein Vergleichssignal aus, d. h. ein Ergebnis des Vergleichs zwischen einem Signal, das auf den ersten Vergleichsanschluss (d. h. den negativen Anschluss (–)) gelegt wird, und einem Signal, das auf den zweiten Vergleichsanschluss (d. h. den positiven Anschluss (+)) gelegt wird.
Die Ansteuerschaltung ist dafür eingerichtet, in Reaktion auf das vom Komparator COM erzeugte Vergleichssignal einen Impuls zu erzeugen und den Ansteuerimpuls auf das Schaltelement Q zu legen.
Noch spezieller umfasst die Ansteuerschaltung eine Nullstrom-Detektions (Zero Current Detection, ZCD) Einheit 34, ein Latch-Register 36 und ein Treiberelement 38.
Die ZCD-Einheit 34 erhält den Ausgangsstrom der Hilfsspule L3 des Transformators T, um einen Nullstrompunkt Z eines Stroms zu detektieren, der in der Sekundärseite L2 des Transformators T induziert wird.
Die ZCD-Einheit 34 ist dafür eingerichtet, ein Nullstromdetektions (ZCD) Signal auszugeben, das ein Ergebnis der Detektion eines Nullstrompunkts (siehe Z in den 2 und 3) eines Stroms ist, der in der Sekundärseite L2 des Transformators T induziert wird, also des Ausgangsstroms der Hilfsspule L3.
Mit Bezug auf 2 gilt, dass wenn das Schaltelement Q eingeschaltet wird, ein Strom auf der Primärseite L1 des Transformators T langsam zunimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Sekundärseite L2 kein Induktionsstrom gebildet.
Wenn das Schaltelement Q ausgeschaltet wird, wird der Stromfluss auf der Primärseite L1 des Transformators T plötzlich unterbrochen und in der Sekundärseite L2 wird ein Induktionsstrom gebildet und dann nach und nach verringert.
Der Nullstrompunkt Z bezeichnet einen Zeitpunkt, zu dem der Induktionsstrom auf der Sekundärseite L2 des Transformators T verschwindet, das heißt einen Zeitpunkt, zu dem der Induktionsstrom ein Nullzustand wird.
Wenn der Nullstrompunkt Z erreicht wird, wird der Stromfluss auf der Primärseite L1 des Transformators T durch das Einschalten des Schaltelements Q erhöht.
Somit wird der Stromfluss auf der Primärseite L1 des Transformators T synchronisiert mit dem Nullstrompunkt Z eingeleitet, wodurch es möglich ist, Schaltverluste zu verringern und den Gesamt-Wandlungswirkungsgrad zu verbessern.
Dabei umfasst das Latch-Register 36 vorzugsweise ein RF-Flipflop, das einen Reset-Anschluss R und einen Set-Anschluss S umfasst. Das Latch-Register 36 erhält das ZCD-Signal über den Set-Anschluss S als ein Set-Signal und es erhält das Vergleichssignal vom Komparator COM über den Reset-Anschluss R als ein Reset-Signal. Außerdem gibt das Latch-Register 36 ein Latch-Signal aus, das aktiviert bleibt, bis das Set-Signal in Reaktion auf das Reset-Signal zurückgesetzt wird, nachdem das Set-Signal aktiviert ist.
Das Treiberelement 38 bildet das Latch-Signal und überträgt das Latch-Signal als einen Ansteuerimpuls an das Schaltelement Q. Das Treiberelement 38 kann beispielsweise eine Verstärkerschaltung umfassen, die eine Pufferfunktion hat.
In der LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Transformator T in Verbindung mit dem Ein- und Ausschalten des Schaltelements Q angesteuert, das in Reaktion auf den Ansteuerimpuls geschaltet wird.
Der Transformator T transformiert die gleichgerichtete Energie, die auf die Primärseite L1 angewendet wird, und er gibt die transformierte Energie auf solche Weise aus, dass wenn das Schaltelement Q eingeschaltet wird, ein elektrischer Strom auf der Primärseite L1 ansteigt, und wenn das Schaltelement Q ausgeschaltet wird, auf der Sekundärseite L2 ein Induktionsstrom gebildet wird und abnimmt, wie in 2 dargestellt ist.
Der an der Sekundärseite L2 des Transformators T ausgegebene Induktionsstrom wird über die Diode D1 und den Kondensator C2 in eine Gleichspannung gewandelt. Die Gleichspannung wird an die LED-Beleuchtungs-LED und die Sensorplatine 20 bereitgestellt.
Der wie oben beschrieben auf das Schaltelement Q gegebene Ansteuerimpuls kann unter Verwendung des Referenzimpulses erzeugt werden.
Der Komparator COM vergleicht ein Signal, das über den negativen Anschluss (–) erhalten wird, mit einem Referenzimpuls Vr, der vom Referenzsignal-Generator 32 über den positiven Anschluss (+) erhalten wird, und er gibt ein Ergebnis des Vergleichs als ein Vergleichssignal aus.
Das Rückkopplungssignal, das über den Komparator OP übertragen wird, oder das Verdunkelungssteuersignal, das über den Optokoppler PC übertragen wird, kann auf den negativen Anschluss (–) des Komparators COM gelegt werden, so dass das Rückkopplungssignal einen Gleichspannungspegel hat.
Entsprechend gibt der Komparator COM ein Vergleichssignal aus, dessen High- und Low-Zustände in Reaktion auf den am positiven Anschluss (+) anliegenden Referenzimpuls Vr abwechseln, der auf der Basis eines Gleichspannungspegels, der am negativen Anschluss (–) angelegt wird, abwechselnd High- und Low-Zustände hat.
Das vom Komparator COM erzeugte Vergleichssignal wird auf den Reset-Anschluss R des Latch-Registers 36 gegeben.
Das ZCD-Signal der ZCD-Einheit 34 wird auf den Set-Anschluss S des Latch-Registers 36 gegeben.
Das Latch-Register 36 gibt einen Impuls aus, der einen aktiven Zustand beibehält, bis das ZCD-Signal, das auf den Set-Anschluss S gegeben wird, zurückgesetzt wird, und dies in Reaktion auf das Vergleichssignal des Komparators COM, das über den Reset-Anschluss R angelegt wird, nachdem das ZCD-Signal aktiviert ist.
Das Treiberelement 38 bildet das Latch-Signal, das vom Latch-Register 36 erhalten wird und gibt das resultierende Latch-Signal als Ansteuerimpuls auf das Schaltelement Q.
Die LED-Beleuchtungsvorrichtung, die wie obenstehend gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird, hat eine Rückkopplungsfunktion, um ein Niveau eines elektrischen Stroms, der vom Transformator T erzeugt wird, gleichmäßig zu halten, so dass die LED-Beleuchtungs-LED Licht emittieren kann, wobei eine konstante Helligkeit beibehalten wird.
Die Rückkopplungsfunktion kann synchronisiert mit einer Veränderung eines Pegels des Rückkopplungssignals ausgeführt werden, das auf den negativen Anschluss (–) des Komparators COM gegeben wird. Somit kann der Betrieb des Transformators T durch die Stromstärke auf der Primärseite L1 des Transformators T gesteuert werden.
Der Sensorwiderstand Rcs, der in der Rückkopplungsschaltung für die Rückkopplungsfunktion enthalten ist, erhält einen Strom, der durch die Primärseite L1 des Transformators T und durch das Schaltelement Q fließt.
Die im Sensorwiderstand Rcs gebildete Spannung wird als Eingang auf den negativen Anschluss (–) des Komparators OP gegeben, und dies über den Eingangsfilter, der aus dem ersten Filterwiderstand Rc und dem ersten Filterkondensator Cc gebildet wird.
Der Komparator OP vergleicht die Spannung am negativen Anschluss (–) mit einer angelegten Referenzspannung V_REF und er gibt ein Ergebnis des Vergleichs aus, um die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED gleichmäßig beizubehalten.
Falls die Stromstärke auf der Primärseite L1 des Transformators T gering ist, ist die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED dunkel und falls die Stromstärke auf der Primärseite L1 des Transformators T hoch ist, ist die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED hell.
Falls vom Sensorwiderstand Rcs eine geringe Stromstärke erfasst wird, da die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED dunkel ist, ist ein Spannungspegel eines Signals, das auf den negativen Anschluss (–) des Komparators OP gelegt wird, niedrig. In einem solchen Fall gibt der Komparator OP ein Signal Vop aus, das in 3 einen Pegel Va hat, da eine Spannung auf den negativen Anschluss (–) gelegt wird, die einen niedrigeren Pegel als die Referenzspannung V_REF des positiven Anschlusses (+) hat.
Falls vom Sensorwiderstand Rcs eine hohe Stromstärke erfasst wird, da die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED hell ist, ist ein Spannungspegel eines Signals, das auf den negativen Anschluss (–) des Komparators OP gelegt wird, hoch. In einem solchen Fall gibt der Komparator OP das Signal Vop aus, das in 3 einen Pegel Vb hat, da eine Spannung auf den negativen Anschluss (–) gelegt wird, die einen höheren Pegel als die Referenzspannung V_REF des positiven Anschlusses (+) hat.
Die Ausgabe des Komparators OP wird als ein Rückkopplungssignal über den zweiten Filterwiderstand Rf auf den negativen Anschluss (–) des Komparators COM gegeben.
Der vom Referenzsignal-Generator 32 erzeugte Referenzimpuls Vr wird auf den positiven Anschluss (+) des Komparators COM gegeben, wie in 3 dargestellt ist.
Der Komparator COM vergleicht das Rückkopplungssignal des negativen Anschlusses (–) mit dem Referenzimpuls Vr des positiven Anschlusses (+) und gibt ein Vergleichssignal V_COM aus, das heißt ein Ergebnis des Vergleichs, wie in 3 dargestellt ist.
Der Komparator COM gibt in Reaktion darauf, dass das Rückkopplungssignal einem Fall entspricht, bei dem die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED dunkel ist, das Vergleichssignal V_COM aus, das eine schmale Impulsbreite hat. Im Gegensatz dazu gibt der Komparator COM in Reaktion darauf, dass das Rückkopplungssignal einem Fall entspricht, bei dem die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED hell ist, das Vergleichssignal V_COM aus, das eine breite Impulsbreite hat.
Das Vergleichssignal V_COM wird auf den Reset-Anschluss R des Latch-Registers 36 gelegt. Das Latch-Register 36 gibt ein Latch-Signal aus, und dies in Reaktion auf ein ZCD-Signal, das heißt, das Set-Signal, das auf den Set-Anschluss S gegeben wird, und das Vergleichssignal V_COM, das heißt das Reset-Signal, das auf den Reset-Anschluss R gegeben wird.
Das Latch-Register 36 ist aktiviert, beginnend mit dem Nullstrompunkt Z in Reaktion auf das von der ZCD-Einheit 34 erzeugte ZCD-Signal, und es ist deaktiviert, beginnend mit einem Zeitpunkt, zu dem das Vergleichssignal V_COM, also das Reset-Signal, aktiviert ist. Somit führt das Latch-Register 36 eine RF-Flipflop-Operation zur Ausgabe des Latch-Signals aus, das einen aktiven Zustand beibehält von einem Zeitpunkt, zu dem das Set-Signal aktiviert wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das Reset-Signal aktiviert wird.
Hierdurch gibt, wie in 3 dargestellt, das Latch-Register 36 ein Latch-Signal VQL aus, das eine breite Impulsbreite hat, falls die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED dunkel ist. Im Gegensatz dazu, gibt das Latch-Register 36 ein Latch-Signal VQH aus, das eine schmale Impulsbreite hat, falls die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED hell ist.
Entsprechend bildet das Treiberelement 38 einen Ansteuerimpuls mit einer breiten Impulsbreite, falls die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED dunkel ist und es gibt den Ansteuerimpuls auf das Schaltelement Q. Im Gegensatz dazu, bildet das Treiberelement 38 einen Ansteuerimpuls mit einer schmalen Impulsbreite, falls die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED dunkel ist und es gibt den Ansteuerimpuls auf das Schaltelement Q.
Entsprechend gilt, dass falls die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED dunkel ist, die vom Transformator T angetriebene Stromstärke sich erhöht, da das Schaltelement Q, das eingeschaltet werden soll, in Reaktion auf den Ansteuerimpuls mit einer breiten Impulsbreite verstärkt arbeitet. Hierdurch wird die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED hell, da die vom Transformator T transformierte Stromstärke sich erhöht.
Außerdem gilt, dass falls die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED hell ist, die vom Transformator T angetriebene Stromstärke sich verringert, da das Schaltelement Q, das eingeschaltet werden soll, in Reaktion auf den Ansteuerimpuls mit einer schmalen Impulsbreite verringert arbeitet. Hierdurch wird die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED dunkel, da die vom Transformator T transformierte Stromstärke sich erniedrigt.
Die LED-Beleuchtungs-LED kann entsprechend der obengenannten Rückkopplungsfunktion eine geregelte Helligkeit beibehalten.
Außerdem hat die LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Verdunkelungssteuerfunktion zur Steuerung der Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED in Reaktion auf das Steuersignal PWM, das von der Sensorplatine 20 erzeugt wird.
Die Sensorplatine 20 kann dafür eingerichtet sein, das Steuersignal PWM auszugeben, das eine Impulsbreite hat, die in Reaktion auf einen Fall verändert wird, dass die Umgebungsbeleuchtung hell ist, und einen Fall, dass die Umgebungsbeleuchtung dunkel ist, und dies unter Verwendung des Sensor für den sichtbaren Bereich 22.
Beispielsweise gilt, dass falls die Umgebungsbeleuchtung hell ist, als Ergebnis der Erfassung durch den Sensor für den sichtbaren Bereich 22 die Sensorplatine 20 das Steuersignal PWM ausgeben kann, das eine schmale Impulsbreite hat. Falls die Umgebungsbeleuchtung dunkel ist, kann die Sensorplatine 20 als Ergebnis der Erfassung durch den Sensor für den sichtbaren Bereich 22 das Steuersignal PWM ausgeben, das eine schmale Impulsbreite hat.
Außerdem kann die Sensorplatine 20 dafür eingerichtet werden, ein Steuersignal PWM auszugeben, das eine Impulsbreite zum Einschalten oder Ausschalten der LED-Beleuchtungs-LED hat, und dies in Reaktion auf einen Fall, bei dem eine Person anwesend ist, und einen Fall, bei dem keine Person anwesend ist, und unter Verwendung des Infrarotsensors 24.
Das Ausschalten der LED-Beleuchtungs-LED kann basierend auf der Zeit eingestellt werden, wenn das Steuersignal PWM eine Impulsbreite mit einem bestimmten Niveau oder darunter hat. Ist beispielsweise eine Impulsbreite, das heißt ein Tastgrad, des Steuersignals PWM kleiner als 10%, kann die LED-Beleuchtungs-LED dafür eingerichtet sein, ausgeschaltet zu werden. In einem solchen Fall, falls der Tastgrad des Steuersignals PWM kleiner als 10% ist, wird die LED-Beleuchtungs-LED von einer Energiequelle, die vom Transformator T bereitgestellt wird, nicht ausgeschaltet.
Die Betriebsspannung Vcc zum Betrieb der Sensorplatine 20 kann gegebenenfalls weiter bereitgestellt werden, da der Transformator T eine Gleichspannung ausgibt, die einen Pegel hat, der niedriger ist als ein Pegel, der die LED-Beleuchtungs-LED einschaltet, obwohl die LED-Beleuchtungs-LED ausgeschaltet ist.
Die Verdunkelungsfunktion wird nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben.
Der in der Verdunkelungssteuerschaltung für die Verdunkelungssteuerfunktion enthaltene Optokoppler PC erhält das Steuersignal PWM von der Sensorplatine 20.
Falls die Umgebungsbeleuchtung dunkel ist, gibt die Sensorplatine 20 gegebenenfalls ein Steuersignal PWM aus, das eine schmale Impulsbreite hat, wie etwa der Impuls PWM1 in 4, um die LED-Beleuchtungs-LED hell zu machen. Ist im Gegensatz dazu die Umgebungsbeleuchtung hell, gibt die Sensorplatine 20 gegebenenfalls ein Steuersignal PWM aus, das eine breite Impulsbreite hat, wie etwa der Impuls PWM2 in 4, um die LED-Beleuchtungs-LED dunkel zu machen.
Das von der Sensorplatine 20 erzeugte Steuersignal PWM läuft durch einen Inverter IV zum Invertieren eines Pegels des Signals über den Optokoppler PC, wobei das Signal anschließend in ein Signal zur Verdunkelungssteuerung Vpc gewandelt wird, das eine Gleichspannungskomponente hat, und dies durch die Glättung durch den Widerstand Rp und den zweiten Filterkondensator Cf.
Falls die Umgebungsbeleuchtung dunkel ist, wird das Verdunkelungssteuersignal Vpc mit einem hohen Pegel, wie etwa V1 in 4, auf den negativen Anschluss (–) des Komparators COM gegeben. Im Gegensatz dazu wird, falls die Umgebungsbeleuchtung dunkel ist, das Verdunkelungssteuersignal Vpc mit einem niedrigen Pegel, wie etwa V2 in 4, auf den negativen Anschluss (–) des Komparators COM gegeben.
Der vom Referenzsignalgenerator 32 erzeugte Referenzimpuls Vr, wie derjenige in 4, wird auf den positiven Anschluss (+) des Komparators COM gegeben.
Der Komparator COM vergleicht das Verdunkelungssteuersignal Vpc am negativen Anschluss (–) mit dem Referenzimpuls Vr am positiven Anschluss (+) und gibt das Vergleichssignal V_COM aus, wie dasjenige in 4.
Hierbei gibt der Komparator COM das Vergleichssignal V_COM, das eine schmale Impulsbreite hat, in Reaktion darauf aus, dass das Verdunkelungssteuersignal Vpc einem Fall entspricht, bei dem die Umgebungsbeleuchtung dunkel ist. Im Gegensatz dazu gibt der Komparator COM das Vergleichssignal V_COM, das eine breite Impulsbreite hat, in Reaktion darauf aus, dass das Verdunkelungssteuersignal Vpc einem Fall entspricht, bei dem die Umgebungsbeleuchtung hell ist.
Das Vergleichssignal VCOM wird auf den Reset-Anschluss R des Latch-Registers 36 gegeben.
Das Latch-Register 36 gibt das Latch-Signal aus, und dies in Reaktion auf das ZCD-Signal, also das Set-Signal, das auf den Set-Anschluss S gegeben wird, und das Vergleichssignal V_COM, also das Reset-Signal, das auf den Reset-Anschluss R gegeben wird.
Das Latch-Register 36 wird beginnend mit einem Nullstrompunkt Z in Reaktion auf das von der ZCD-Einheit 34 erzeugte ZCD-Signal aktiviert und es wird zu einem Zeitpunkt deaktiviert, zu dem, das Vergleichssignal V_COM, also das Reset-Signal, aktiviert wird. Somit führt das Latch-Register 36 eine RF-Flipflop-Operation aus, um ein Latch-Signal auszugeben, das einen aktiven Zustand von einem Zeitpunkt, zu dem das Set-Signal aktiviert wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das Reset-Signal aktiviert wird, beibehält.
Hierdurch gibt wie in 4 dargestellt das Latch-Register 36 ein Latch-Signal VQ1 aus, das eine breite Impulsbreite hat, falls die Umgebungsbeleuchtung dunkel ist, und es gibt eine Latch-Signal VQ2 aus, das eine schmale Impulsbreite hat, falls die Umgebungsbeleuchtung hell ist.
Entsprechend gilt, dass falls die Umgebungsbeleuchtung dunkel ist, das Treiberelement 38 einen Ansteuerimpuls mit einer breiten Impulsbreite erzeugt und den Ansteuerimpuls an das Schaltelement Q ausgibt. Hierdurch wird die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED hell, da die durch den Transformator T erzeugte Stromstärke sich erhöht.
Im Gegensatz dazu gilt, dass falls die Umgebungsbeleuchtung hell ist, das Treiberelement 38 einen Ansteuerimpuls mit einer schmalen Impulsbreite erzeugt und den Ansteuerimpuls an das Schaltelement Q ausgibt. Hierdurch wird die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED dunkel, da die durch den Transformator T erzeugte Stromstärke sich verringert.
Die Helligkeit der LED-Beleuchtungs-LED kann durch die obengenannte Verdunkelungssteuerfunktion in Abhängigkeit von der umgebenden Beleuchtung gesteuert werden.
Außerdem kann das Ein- und Ausschalten der LED-Beleuchtungs-LED durch die Verdunkelungssteuerfunktion in Reaktion auf einen Fall gesteuert werden, bei dem eine Person anwesend ist, und einen Fall, bei dem keine Person anwesend ist, und dies unter Verwendung des Infrarotsensors 24.
Dabei gilt, dass falls keine Person durch den Infrarotsensor 24 erfasst wird, die Sensorplatine 20 ein Steuersignal PWM ausgibt, das einen Tastgrad von unter 10% hat. Die Impulsbreite eines Ansteuerimpulses wird in Reaktion auf das Steuersignal PWM auf einen bestimmten Pegel oder darunter verringert. Hierdurch gibt der Transformator T eine Gleichspannung aus, die einen Pegel hat, der nicht ausreichend ist, um die LED-Beleuchtungs-LED einzuschalten.
Somit wird die LED-Beleuchtungs-LED ausgeschaltet und der Transformator T führt eine Operation aus, um eine gleichgerichtete Spannung in eine Gleichspannung zu wandeln, die einen Pegel hat, der die Betriebsspannung Vcc für die Sensorplatine 20 bereitstellt.
Die LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat einen Aufbau, bei dem der Stromregler 30 einen Wechselstrom antreibt und die Wechselspannung der LED-Beleuchtungs-LED und Peripherieschaltungsmodulen wie der Sensorplatine 20 zuführt.
Hierdurch kann bei der LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Aufbau für die Versorgung der LED-Beleuchtungs-LED und der Peripherieschaltungsmodule durch eine Energiequelle einfach konzipiert werden.
Außerdem gilt, dass falls der Stromregler 30 gemäß der vorliegenden Erfindung dafür ausgelegt ist, einen Energiewirkungsgrad von 90% zu haben, die LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ohne eine Änderung im Energiewirkungsgrad einen Gesamtenergiewirkungsgrad von 90% hat.
Da die Energie nur durch den Stromregler 30 gewandelt wird, ohne dass mehrere Schritte beteiligt sind, und der LED-Beleuchtungs-LED und den Peripherieschaltungsmodulen zugeführt wird, hat somit die LED-Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Energiewirkungsgrad gemäß einer Entwurfsstufe des Stromreglers 30.
Außerdem ist die LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dafür eingerichtet, die Stromstärke auf der Primärseite L1 des Transformators T zu erfassen und eine Rückkopplung auszuführen, um die Stromstärke auf der Primärseite L1 des Transformators T in Reaktion auf die erfasste Stromstärke beizubehalten. Somit hat die LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Funktion unter Verwendung des Stromreglers 30 ihre Ausgabe zu steuern.
Außerdem hat die LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Eigenschaft, bei der die Rückkopplungsoperation und die Operation zur Verdunkelungssteuerung auf überlagernde Weise stabil implementiert sind.
Der Knoten N1 des Sensorwiderstands Rcs, ein Knoten N2, der mit dem positiven Anschluss (+) des Komparators OP verbunden ist, oder ein Knoten N3, der mit dem negativen Anschluss (–) des Komparators OP verbunden ist, können als ein Knoten für die bereitgestellte Verdunkelungssteuerung berücksichtigt werden.
Der Knoten N1 des Sensorwiderstands Rcs ist insofern problematisch, als er schwierig für die Verdunkelungssteuerung zu kontrollieren ist und die Linearität nicht sichergestellt ist, da ein Widerstandswert am Sensorwiderstands Rcs zu niedrig ist, und da es auch schwierig ist, eine Ausgangsspannung abzusenken, bis die LED-Beleuchtungs-LED ausgeschaltet ist.
Außerdem kann der mit dem positiven Anschluss (+) des Komparators OP verbundene Knoten N2 gesteuert werden, um bis zu einem gewissen Grad die Linearität sicherzustellen.
In einem Zyklus des Steuersignals PWM mit einem Aus-Pegel der LED-Beleuchtungs-LED, der einem Pegel entspricht, der viel niedriger ist als derjenige der Referenzspannung V_REF, muss jedoch eine hohe Spannung für den Knoten N2 bereitgestellt werden.
In einem solchen Fall ist festzustellen, dass ein Ausgangsstrom an der Rückkopplungsschaltung anhaltend niedriger ist als eine Steuerzielgröße aufgrund der auf den Knoten N2 gegebenen hohen Spannung. Der Komparator OP, der zusammen mit der Rückkopplungsschaltung als Fehlerverstärker arbeitet, erhöht die Spannung, um den Ansteuerstrom des Schaltelements Q zu erhöhen.
Hierdurch und da eine Schutzfunktion für zu hohe Ströme ausgeführt wird, ist es schwierig das Steuersignal zur Verdunkelungssteuerung auf den Knoten N2 anzuwenden.
Außerdem ist der mit dem positiven Anschluss (+) des Komparators OP verbundene Knoten N2 ein Teil, von dem die Referenzspannung V_REF, die intern die stabilste und genaueste ist, erzeugt werden muss.
Somit wird, falls das Steuersignal PWM, also ein externes Eingangssignal, überlagernd auf den mit dem positiven Anschluss (+) des Komparators OP verbundenen Knoten N2 gegeben wird, der Knoten N2 anfällig für externe Störungen. Außerdem gilt, dass falls der Stromregler 30 in einem Chip ausgebildet wird, der Knoten N2 unter Verwendung eines zusätzlichen Anschlusses nach außen geführt werden muss.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Steuersignal PWM zur Verdunkelungssteuerung auf den negativen Anschluss (–) des Komparators COM gegeben.
Im Allgemeinen werden der erste Filterkondensator Cc und der zweite Filterkondensator Cf so eingerichtet, dass sie außerhalb einer integrierten Schaltung liegen. Es ist leicht das Steuersignal PWM auf überlagernde Weise auf den negativen Anschluss (–) des Komparators COM zu geben, da der erste Filterkondensator Cc und der zweite Filterkondensator Cf bis zu einem gewissen Grad eine hohe Impedanz haben.
Außerdem hat der negative Anschluss (–) des Komparators COM eine hervorragende Linearität in Bezug auf eine Änderung, und ein Pegel eines Signals, das für die Ausgabe des Komparators COM als Eingang auf den negativen Anschluss (–) des Komparators COM gegeben wird, wird verändert.
Somit kann, obwohl ein Zyklus des Steuersignals PWM bis auf einen Aus-Pegel der LED-Beleuchtungs-LED abgesenkt wird, die Rückkopplungsschaltung normal arbeiten.
Die LED-Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann dafür eingerichtet sein, ein Kommunikationsmodul 120 und Peripherieschaltungen effizient mit einer Energiequelle zu versorgen, um mehrere LED-Beleuchtungs-LEDs zu steuern, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, wie etwa Sicherheitsleuchten oder Straßenlaternen, wie in 5 dargestellt ist.
Jede der LED-Beleuchtungs-LEDs umfasst ein Stromregelungsmodul 100, das die Energiequelleneinheit 10, den Transformator T und den Stromregler 30 gemäß der Ausführungsform in 1 umfasst. Das Stromregelungsmodul 100 wandelt Wechselstromenergie, das heißt handelsübliche Energie, und liefert die Energie entsprechend der mit Bezug auf 1 beschriebenen Funktion an die LED-Beleuchtungs-LEDs.
In der Ausführungsform in 5 ist für die mehreren Stromregelungsmodule 100, die die jeweiligen LED-Beleuchtungs-LEDs umfassen, ein Kommunikationsmodul 120 eingerichtet und das Kommunikationsmodul 120 liefert ein Steuersignal an jedes der Stromregelungsmodule 100. Außerdem erhält das Kommunikationsmodul 120 Energie von einem bestimmten Stromregelungsmodul 100.
Das Kommunikationsmodul 120 kann den Verdunkelungszustand oder den ein- und ausgeschalteten Zustand der LED-Beleuchtungs-LEDs auf einmal steuern. Das heißt, dass die mehreren LED-Beleuchtungs-LEDs so gesteuert werden können, dass sie denselben Verdunkelungszustand oder denselben ein- oder ausgeschalteten Zustand beibehalten.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein bestimmtes Stromregelungsmodul 100, das dafür eingerichtet ist, die LED-Beleuchtungs-LEDs mit Energie zu versorgen, dafür eingerichtet, das Kommunikationsmodul 120 mit Gleichstrom-Energie zu versorgen.
Somit ergeben sich dadurch Vorteile, dass nicht in jeder LED-Beleuchtungs-LED ein Steuerblock für die Ein- und Aus-Steuerung oder die Verdunkelungssteuerung installiert sein muss und nicht eine Schaltung zur Versorgung jedes Steuerblocks mit Energie eingerichtet werden muss.
Außerdem ist die Ausführungsform aus 5 darin vorteilhaft, dass der Gesamtenergiewirkungsgrad der LED-Beleuchtungsvorrichtung zur Ansteuerung der mehreren LED-Beleuchtungs-LEDs verbessert werden kann, da der Energiewirkungsgrad durch die Stromregelungsmodule 100 entsprechend der Ausführungsform in 1 verbessert werden kann.
Wie durch die obenstehende Beschreibung deutlich wird, hat die vorliegende Erfindung darin einen Vorteil, dass die LED-Beleuchtungsvorrichtung mit einem hohen Energiewirkungsgrad konzipiert werden kann, da der Stromregler dafür eingerichtet ist, Wechselstrom-Energie zu wandeln und die LED-Beleuchtungsvorrichtung mit Energie zu versorgen.
Außerdem hat die vorliegende Erfindung darin einen Vorteil, dass die LED-Beleuchtungsvorrichtung so implementiert werden kann, dass sie einen einfachen Aufbau hat, da der Stromregler dafür eingerichtet ist, zusätzlich zur LED-Beleuchtung Peripherieschaltungsmodule, wie die Sensorplatine und das Kommunikationsmodul, mit Energie zu versorgen.
Außerdem hat die vorliegende Erfindung darin einen Vorteil, dass der Gesamtenergiewirkungsgrad verbessert werden kann, da der Stromregler die LED-Beleuchtung und Peripherieschaltungsmodule mit Energie versorgen kann.
Außerdem hat die vorliegende Erfindung darin einen Vorteil, dass ein Peripherieschaltungsmodul effizient mit Energie versorgt werden kann, wie etwa ein Kommunikationsmodul zur Steuerung mehrerer LED-Beleuchtungen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, wie etwa Sicherheitsleuchten oder Straßenlaternen.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung beschrieben wurde, ist für den Fachmann zu erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne den Schutzumfang und den Geist der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 10-1164631 [0005]

Claims

LED-Beleuchtungsvorrichtung, Folgendes umfassend: einen Wandler zum Transformieren einer gleichgerichteten Spannung gemäß einem Schaltvorgang entsprechend einem Ansteuerimpuls und Ausgeben der transformierten Spannung; einen Stromregler zum Erzeugen des Ansteuerimpulses, der eine Impulsbreite hat, die in Reaktion auf ein Steuersignal und eine Stromstärke des Wandlers verändert wird, und zum Schalten des Wandlerbetriebs unter Verwendung des erzeugten Ansteuerimpulses, und ein Peripherieschaltungsmodul zum Bereitstellen des Steuersignals zur Steuerung der Verdunkelung einer LED-Beleuchtung.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wandler eine Induktivität oder einen Transformator umfasst.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stromregler Folgendes umfasst: ein Schaltelement, das mit dem Wandler verbunden ist und das dafür eingerichtet ist, in Reaktion auf den Ansteuerimpuls geschaltet zu werden; eine Rückkopplungsschaltung, die dafür eingerichtet ist, einen ersten Vergleichsanschluss mit einem Rückkopplungssignal zu versorgen, das einem Strom entspricht, der durch das Schaltelement fließt; eine Verdunkelungssteuerschaltung, die dafür eingerichtet ist, den ersten Vergleichsanschluss mit einem Verdunkelungssteuersignal zu versorgen, das dem Steuersignal des Peripherieschaltungsmoduls entspricht; einen Referenzsignalgenerator, der dafür eingerichtet ist, einen Referenzimpuls zu erzeugen und den Referenzimpuls auf einen zweiten Vergleichsanschluss zu legen; einen ersten Komparator, der dafür eingerichtet ist, ein Vergleichssignal auszugeben, das erhalten wird, indem die Signale des ersten und des zweiten Vergleichsanschlusses miteinander verglichen werden; und eine Ansteuerschaltung, die dafür eingerichtet ist, einen Impuls in Reaktion auf das Vergleichssignal zu formen und den Ansteuerimpuls auf das Schaltelement zu legen.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Rückkopplungsschaltung Folgendes umfasst: einen Sensorwiderstand, der dafür eingerichtet ist, einen Strom des Schaltelements zu detektieren; und eine Vergleichsschaltung, die dafür eingerichtet ist, eine Spannung, die vom Sensorwiderstand detektiert wurde, mit einer vorgegebenen Referenzspannung zu vergleichen und das Rückkopplungssignal auf den ersten Vergleichsanschluss zu legen.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vergleichsschaltung Folgendes umfasst: einen Eingangsfilter, der dafür eingerichtet ist, einen ersten Filterwiderstand und einen ersten Filterkondensator zu umfassen, die parallel geschaltet sind, und die vom Sensorwiderstand detektierte Spannung über den ersten Filterwiderstand zu übertragen; einen zweiten Komparator, der dafür eingerichtet ist, eine Spannung, die über den ersten Filterwiderstand auf einen negativen Anschluss des zweiten Komparators gegeben wird, mit der Referenzspannung zu vergleichen, die auf einen positiven Anschluss des zweiten Komparators gegeben wird, und ein Ergebnis des Vergleichs auszugeben; und einen Ausgangsfilter, der dafür eingerichtet ist, einen zweiten Filterwiderstand und einen zweiten Filterkondensator zu umfassen, die parallel geschaltet sind, und das Ausgangssignal des zweiten Komparators als das Rückkopplungssignal über den zweiten Filterwiderstand auf den ersten Vergleichsanschluss des ersten Komparators zu legen.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Verdunkelungssteuerschaltung Folgendes umfasst: einen Optokoppler, der dafür eingerichtet ist, das Steuersignal zu übertragen; und einen Übertragungswiderstand, der dafür eingerichtet ist, die Ausgabe des Optokopplers auf den ersten Vergleichsanschluss zu legen.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Ansteuerschaltung Folgendes umfasst: eine Nullstrom-Detektions (Zero Current Detection, ZCD) Einheit, die dafür eingerichtet ist, ein ZCD-Signal auszugeben, das durch die Detektion eines Nullstrompunkts des Wandlerstroms erhalten wird; ein Latch-Register, das dafür eingerichtet ist, das ZCD-Signal als ein Set-Signal und die Ausgabe des ersten Komparators als ein Reset-Signal zu erhalten und ein Latch-Signal auszugeben, das aktiviert bleibt, bis das Latch-Signal in Reaktion auf das Reset-Signal zurückgesetzt wird, nachdem das Set-Signal aktiviert ist; und ein Treiberelement, das dafür eingerichtet ist, das Latch-Signal zu bearbeiten und das bearbeitete Latch-Signal als den Ansteuerimpuls an die Umschaltschaltung zu übertragen.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei: der Wandler eine Hilfsspule umfasst, um in Reaktion auf eine Stromänderung einen Strom auszugeben, und die ZCD-Einheit den Ausgangsstrom der Hilfsspule als das ZCD-Signal ausgibt, das durch die Detektion des Nullstrompunkts erhalten wird.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Peripherieschaltungsmodul, wenigstens eine Sensorplatine umfasst, die einen oder mehrere von einem Sensor für sichtbares Licht zum Erfassen der Umgebungshelligkeit und einem Infrarotsensor zum Erfassen eines menschlichen Körpers umfasst, und das Steuersignal eine Impulsbreite hat, die zu wenigstens einer Operation des Sensors für sichtbares Licht und des Infrarotsensors gehört.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuersignal als ein analoges Signal oder als ein PWM-Signal bereitgestellt wird.
Stromregler für eine LED-Beleuchtungsvorrichtung, Folgendes umfassend: ein Schaltelement, das mit einem Wandler verbunden ist, um einen Spannungspegel zu wandeln, und das dafür eingerichtet ist, einen Vorgang des Wandlers in Reaktion auf einen Ansteuerimpuls umzuschalten; eine Rückkopplungsschaltung, die dafür eingerichtet ist, einen ersten Vergleichsanschluss mit einem Rückkopplungssignal zu versorgen, das einem Strom entspricht, der durch das Schaltelement fließt; eine Verdunkelungssignal-Übertragungsschaltung, die dafür eingerichtet ist, von extern ein Steuersignal zum Steuern der Verdunkelung einer LED-Beleuchtung zu empfangen und ein Verdunkelungssteuersignal, das dem Steuersignal entspricht, auf den ersten Vergleichsanschluss zu legen; einen Referenzsignalgenerator, der dafür eingerichtet ist, einen Referenzimpuls zu erzeugen und den Referenzimpuls auf den zweiten Vergleichsanschluss zu legen; einen ersten Komparator, der dafür eingerichtet ist, ein Vergleichssignal auszugeben, das erhalten wird, indem die Signale des ersten und zweiten Vergleichsanschlusses miteinander verglichen werden; und eine Ansteuerschaltung, die dafür eingerichtet ist, den Ansteuerimpuls in Reaktion auf das Vergleichssignal auf das Schaltelement zu legen.
Stromregler nach Anspruch 11, wobei die Rückkopplungsschaltung Folgendes umfasst: einen Sensorwiderstand, der dafür eingerichtet ist, einen Strom des Schaltelements zu detektieren; und eine Vergleichsschaltung, die dafür eingerichtet ist, das Rückkopplungssignal, das durch den Vergleich der Spannung, die vom Sensorwiderstand detektiert wurde, mit einer vorgegebenen Referenzspannung erhalten wird, an den ersten Vergleichsanschluss auszugeben.
Stromregler nach Anspruch 12, wobei die Vergleichsschaltung Folgendes umfasst: einen Eingangsfilter, der dafür eingerichtet ist, einen ersten Filterwiderstand und einen ersten Filterkondensator zu umfassen, die parallel geschaltet sind, und die vom Sensorwiderstand detektierte Spannung über den ersten Filterwiderstand zu übertragen; einen zweiten Komparator, der dafür eingerichtet ist, eine Spannung, die über den ersten Filterwiderstand auf einen negativen Anschluss des zweiten Komparators gegeben wird, mit der Referenzspannung zu vergleichen, die auf einen positiven Anschluss des zweiten Komparators gegeben wird, und ein Ergebnis des Vergleichs auszugeben; und einen Ausgangsfilter, der dafür eingerichtet ist, einen zweiten Filterwiderstand und einen zweiten Filterkondensator zu umfassen, die parallel geschaltet sind, und das Ausgangssignal des zweiten Komparators als das Rückkopplungssignal über den zweiten Filterwiderstand auf den ersten Vergleichsanschluss des ersten Komparators zu legen.
Stromregler nach Anspruch 11, wobei die Ansteuerschaltung Folgendes umfasst: eine Nullstrom-Detektions (Zero Current Detection, ZCD) Einheit, die dafür eingerichtet ist, ein ZCD-Signal auszugeben, das durch die Detektion eines Nullstrompunkts eines Wandlerstroms erhalten wird; ein Latch-Register, das dafür eingerichtet ist, das ZCD-Signal als ein Set-Signal und die Ausgabe des ersten Komparators als ein Reset-Signal zu erhalten und ein Latch-Signal auszugeben, das aktiviert bleibt, bis das Latch-Signal in Reaktion auf das Reset-Signal zurückgesetzt wird, nachdem das Set-Signal aktiviert ist; und ein Treiberelement, das dafür eingerichtet ist, das Latch-Signal zu bearbeiten und das bearbeitete Latch-Signal als den Ansteuerimpuls an die Umschaltschaltung zu übertragen.
Stromregler nach Anspruch 14, wobei die ZCD-Einheit den Nullstrompunkt des Wandlerstroms als eine Ausgabe einer Hilfsspule zur Ausgabe von Strom, der einer Änderung des Wandlerstroms entspricht, detektiert.
Stromregelungsverfahren einer LED-Beleuchtungsvorrichtung, Folgendes umfassend: Versorgen, durch einen Wandler zum Wandeln eines Spannungspegels durch ein Schaltelement, das in Reaktion auf einen Ansteuerimpuls angesteuert wird, einer LED-Beleuchtung und eines oder mehrerer Peripherieschaltungsmodule mit Gleichspannung, die von einer gleichgerichteten Spannung gewandelt wurde, als eine Energieversorgung; Detektieren eines Stroms des Wandlers; Anwenden eines Stromsteuersignals, das durch das Vergleichen des Stroms des Wandlers mit einer Referenzspannung erhalten wird, auf einen ersten Vergleichsanschluss; Anwenden eines Verdunkelungssteuersignals, das einem Steuersignal entspricht, das von außerhalb der LED-Beleuchtung empfangen wird, auf den ersten Vergleichsanschluss; Erzeugen eines Referenzimpulses und Anwenden des Referenzimpulses auf den zweiten Vergleichsanschluss; Vergleichen der Signale des ersten und zweiten Vergleichsanschlusses miteinander und Ausgeben eines Ergebnisses des Vergleichs als ein Vergleichssignal; und Ausgeben des Ansteuerimpulses unter Verwendung eines Nullstromdetektionssignals, das durch die Detektion eines Nulldurchgangspunkts des Stroms des Wandlers erhalten wird, als Set-Signal und des Vergleichssignals als Reset-Signal.
LED-Beleuchtungsvorrichtung, Folgendes umfassend: mehrere LED-Beleuchtungen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind; ein Stromregelungsmodul, das in jeder der LED-Beleuchtungen eingebaut ist und das dafür eingerichtet ist, einen Ansteuerimpuls zu erzeugen, der eine Impulsbreite hat, die in Reaktion auf ein externes Steuersignal und die Stromstärke eines Wandlers zum Wandeln eines Spannungspegels verändert wird, und die LED-Beleuchtung mit Energie über den Wandler zu versorgen, der in Reaktion auf den Ansteuerimpuls angesteuert wird; und ein Kommunikationsmodul, das dafür eingerichtet ist, die Energie, die an die LED-Beleuchtung geliefert wird, von einem der Stromregelungsmodule zu empfangen und das Steuersignal zum Steuern der LED-Beleuchtung bereitzustellen.