DE102014111592B4 - Elektronische Schaltung, Verfahren sowie System und Leuchtensystem mit Dimmbereicherweiterung - Google Patents

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Abstract

Elektronische Schaltung, die aufweist: einen Detektionsabschnitt (R1, D1, C1, R2, D2), der dazu ausgelegt ist, eine Steuerspannung an einem Ausgang einer Ansteuerschaltung (100) zu detektieren, wobei die Steuerspannung ein Durchschnitt einer Spannung an einer Sekundärwicklung (Ns) eines Transformators (T1) der Ansteuerschaltung (100) ist; und einen Stromsenkenabschnitt (ZD1, R3, R4, Q1, R5), der mit der Ansteuerschaltung (100) gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, einen mit der Ansteuerschaltung (100) assoziierten Ansteuerstrom (iD) basierend auf der Steuerspannung zu reduzieren, wobei der Ansteuerstrom dazu ausgelegt ist, eine Last (110) zu bestromen.

Description

  • Mit der Ausbreitung von Leuchtdioden-(LED)-Leuchten sowie anderer Arten von Leuchten, gibt es viele Anwendungen, bei denen die Leuchten gedimmt werden. Beispielsweise ist es für LED-Leuchten in privaten und gewerblichen Anwendungen oft wünschenswert, dimmbar zu sein. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, dass LED-Leuchten die Fähigkeit haben, ihre Intensität zu ändern, wenn sie in Instrumenten, Benutzerschnittstellenanzeigen und anderen informationsbezogenen Anwendungen verwendet werden. Ferner verwenden Anzeigebildschirme für Informations- oder Entertainmentanwendungen LED-Leuchten, die dimmbar sind und/oder ihre Farben ändern.
  • Viele dimmbare LED-Leuchtenanwendungen weisen einen gewünschten Dimmbereich auf, der weniger als 5% Helligkeit umfasst. Herkömmliche LED-Ansteuerschaltungen (wie zum Beispiel Schaltnetzteile (SMPS – Switch-Mode Power Supply)) können jedoch einen schmalen Ausgangsdimmbereich aufweisen, der zum Beispiel bei mehr als 10% Helligkeit aufhört, wenn sie mit einem Dimmer mit einem schmalen Zündwinkel (engl.: conduction angle) gekoppelt sind. Das bedeutet, dass es möglich ist, dass ein Dimmen am untersten Ende (am wenigsten hell) des Dimmbereichs nicht progressiv ist, sondern abrupte Schritte in der Intensität aufweist, einschließlich beispielsweise ein Ausschalten der LED bei ungefähr 10% des Dimmbereichs. In vielen Anwendungen kann dies eine unerwünschte Dimmleistung darstellen.
  • Allgemein treten Probleme beim Dimmen auf den niedrigeren Pegeln des Dimmbereichs auf, wenn der Eingangsstrom in einen LED-Treiber reduziert ist, was ein ungewolltes Ausschalten einer oder mehrerer Treiberkomponenten verursacht. Zum Beispiel kann ein reduzierter Eingangsstrom zu einem unzureichenden Haltestrom zu der einen oder den mehreren Komponenten führen, was ein frühes Ausschalten der Komponenten verursacht. Dies kann zu einem schmalen Dimmbereich führen, wo das untere Ende des Dimmbereichs auf oder über dem 10%-Dimmpegel abschneidet, und kann bei einer LED-Leuchte auch Probleme mit Flackern verursachen.
  • Die US 2011 0234115 A1 beschreibt eine Ansteuerschaltung für eine Leuchtdiode. Die Ansteuerschaltung umfasst einen in Reihe zu der Leuchtdiode geschalteten Stromregler und eine Ableitschaltung, die parallel zu der Reihenschaltung mit der Leuchtdiode und dem Stromregler geschaltet ist. Ein durch die Ableitschaltung geleiteter Strom ist abhängig von einer Ausgangsspannung eines Diodengleichrichters.
  • Die DE 10 2010 001919 A1 beschreibt eine Schaltung zur Steuerung eines Leuchtmittels. Die Schaltung umfasst eine Treiberschaltung mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Ausgang der Treiberschaltung mit dem Leuchtmittel verbunden ist. Die Schaltung umfasst außerdem eine Detektorschaltung, die abhängig von einem Eingangssignal der Treiberschaltung einen Kondensator mit einem Eingang oder einem Ausgang der Treiberschaltung verbindet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Dimmbereich bei der Ansteuerung einer Lampe, insbesondere einer LED zu erweitern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Schaltung nach Anspruch 1, ein System nach Anspruch 7, ein Verfahren nach Anspruch 16 und ein dimmbares Leuchtensystem nach Anspruch 23 gelöst.
  • Die ausführliche Beschreibung erfolgt anhand der beigefügten Figuren. In den Figuren bezeichnet die am weitesten links liegende Zahl bzw. bezeichnen die am weitesten links liegenden Zahlen einer Bezugszahl die Figur, in der die Bezugszahl zuerst erscheint. Die Verwendung der gleichen Bezugszahlen in unterschiedlichen Figuren gibt ähnliche oder identische Objekte an.
  • Für die vorliegende Diskussion sind die Einrichtungen und Systeme, die in den Figuren dargestellt sind, so gezeigt, dass sie viele Komponenten aufweisen.
  • Verschiedene Implementierungen von Einrichtungen und/oder Systemen, wie vorliegend beschrieben, können weniger Komponenten enthalten und innerhalb des Umfangs der Offenbarung bleiben. Alternativ können andere Implementierungen von Einrichtungen und/oder Systemen zusätzliche Komponenten oder verschiedene Kombinationen der beschriebenen Komponenten enthalten und innerhalb des Umfangs der Offenbarung bleiben.
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ansteueranordnung für eine Last, wie zum Beispiel eine Leuchte, bei der die vorliegend beschriebenen Techniken verwendet werden können, gemäß einer Implementierung.
  • 2 ist ein Diagramm von beispielhaften Signalverläufen der beispielhaften Ansteueranordnung von zum Beispiel 1 gemäß einer Implementierung.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm einer Ableitschaltung, die beispielsweise bei der beispielhaften Ansteueranordnung von 1 verwendet werden kann, gemäß einer Implementierung.
  • 4 ist ein Diagramm eines Vergleichs von Dimmverhalten beispielsweise für die beispielhafte Ansteueranordnung von 1 mit und ohne die Ableitschaltung von 3 gemäß einer Implementierung.
  • 5 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses zur Einstellen einer Intensität einer Last gemäß einer Implementierung.
  • Übersicht
  • Beim Variieren der Intensität einer Leuchte ist es oft wünschenswert, dies auf ästhetisch ansprechende Weise und progressiv durchzuführen. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, die Intensität der Leuchte kontinuierlich zu verändern, statt Veränderungen abrupt durchzuführen. Dazu gehört die Durchführung von Intensitätsveränderungen an einem unteren Ende (weniger hell) eines Dimmbereichs. Es ist jedoch gewöhnlich für einen LED-Dimmer, einen frühen Grenzpunkt am unteren Ende des Dimmbereichs aufzuweisen (zum Beispiel ungefähr 10 % bis 20 % des Bereichs).
  • Repräsentative Implementierungen von Einrichtungen und Techniken stellen eine Dimmanordnung für eine variable Last, wie zum Beispiel eine Leuchte, die einen erweiterten Dimmbereich bereitstellt, bereit. Bei verschiedenen Implementierungen ist die Dimmanordnung in das untere Ende des Dimmbereichs progressiv, darunter durch 5 % oder weniger Helligkeit des Dimmbereichs. Bei einer Implementierung ist die Dimmanordnung so gestaltet, dass sie den Ansteuerstrom zu der Last auf der Basis einer Steuerspannung reduziert.
  • Bei einigen Implementierungen ist ein Halbleiterbauelement, wie zum Beispiel ein Transistor, dazu ausgelegt, mindestens einen Teil des Ansteuerstroms von der Last weg zu führen, wenn es durch die Steuerspannung aktiviert ist. Zusätzlich kann das Halbleiterbauelement dazu ausgelegt sein, davon abzusehen, Strom zu leiten, wenn kein Dimmen erwünscht ist, oder wenn kein Dimmer mit der Last verwendet wird. Dementsprechend kann es sein, dass wenig bis kein Leistungsverlust von der Dimmanordnung während eines hochintensiven Betriebs der Last vorliegt.
  • Verschiedene Implementierungen und Techniken für eine Dimmanordnung werden in der vorliegenden Offenbarung erörtert. Techniken und Einrichtungen werden mit Bezug auf beispielhafte Leuchtdioden(LED)-Leuchten, -einrichtungen und -systeme diskutiert. Dies soll jedoch nicht einschränkend sein und dient der leichteren Diskussion und Darstellung. Die diskutierten Techniken und Einrichtungen können auf beliebige von verschiedenen Leuchteneinrichtung-Designs, -Typen und dergleichen (zum Beispiel Flüssigkristallanzeige (LCD), Polyvinylalkohol(PVA)-Anzeige, Anzeige mit piezoelektrischem Material, elektronenstimulierte Leuchten, Glühlampen, elektrolumineszente(EL-)Leuchten usw.), sowie andere kontinuierlich variable Steuersysteme (Motorlasten usw.), die ein oder mehrere Steuersignale verwenden, angewandt werden und bleiben innerhalb des Umfangs der Offenbarung.
  • Implementierungen werden mittels mehrerer Beispiele im Folgenden ausführlicher erklärt. Obwohl hier und unten verschiedene Implementierungen und Beispiele diskutiert werden, können weitere Implementierungen und Beispiele möglich sein, indem die Merkmale und Elemente von einzelnen Implementierungen und Beispielen miteinander kombiniert werden.
  • Beispielhafte Ansteueranordnung
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ansteueranordnung (d.h. Ansteuerschaltung) 100 für eine Last 110, wie zum Beispiel einer Leuchte, bei der die vorliegend beschriebenen Techniken verwendet werden können, gemäß einer Implementierung. Beispielsweise kann die Ansteueranordnung 100 dazu ausgelegt sein, die Helligkeit einer Leuchte 110 zu variieren, die Farbe der Leuchte 110 zu ändern, die Intensität einer variablen Last 110 zu variieren und dergleichen. Bei einer Implementierung ist die Ansteueranordnung dazu ausgelegt, die Leuchte 110 mittels eines Ansteuerstroms zu bestromen.
  • Wie in 1 dargestellt, kann eine beispielhafte Ansteueranordnung 100 zum Beispiel eine oder mehrere Dimmeinrichtungen („Dimmer“) 102, ein oder mehrere Filter 104, einen Gleichrichter 106, einen Transformator T1, eine Steuereinheit 108 und eine Last („Leuchte“) 110 enthalten. Bei einer Implementierung enthält die Ansteueranordnung 100 außerdem ein Bereichserweiterungsmodul („Ableitschaltung“) 112. Bei alternativen Implementierungen können wenigere, zusätzliche oder alternative Komponenten enthalten sein.
  • Bei einer Implementierung bestimmt der Dimmer 102 die Gesamtintensität (zum Beispiel Helligkeit) der Leuchte 110. Bei einer Implementierung ist der Dimmer 102 dazu ausgelegt, das Eingangssignal Vac zu empfangen und zu modifizieren, um die gewünschte Intensität einer Leuchte 110 darzustellen. Bei der Implementierung ist die Ansteueranordnung 100 dazu ausgelegt, den Ansteuerstrom („iD“) auf der Basis des modifizierten Eingangssignals auszugeben. Bei einer Implementierung empfängt der Dimmer 102 zum Beispiel ein Wechselstromeingangssignal („Vac“) und reduziert die Energie im Eingangssignal auf der Basis des gewünschten Dimmpegels. Bei alternativen Implementierungen kann der gewünschte Dimmpegel aus verschiedenen Quellen empfangen werden, wie zum Beispiel von einem Benutzer, von einem Ausgang eines Prozesses oder dergleichen.
  • Bei einigen Implementierungen umfasst der Dimmer 102 eine Phasenanschnitteinrichtung (engl.: phase-cut dimming device) oder eine ähnliche Einrichtung. Ein Phasenanschnittdimmer 102 kann dazu ausgelegt sein, ausgewählte Teile des Wechselstromeingangssignals zu entfernen oder abzuschneiden, wodurch die Energie des Signalverlaufs reduziert wird. Beispielsweise kann der Phasenanschnittdimmer 102 einen Teil jeder Vorderflanke oder jeder Rückflanke jedes Halbzyklus des Wechselsignalverlaufs (engl.: AC waveform) entfernen. Bei alternativen Implementierungen kann der Dimmer 102 andere Teile des Wechselsignalverlaufs entfernen oder kann die Energie des Signalverlaufsmittels einer anderen Technik reduzieren.
  • Falls enthalten kann bzw. können ein oder mehrere Filter 104 den vom Dimmer 102 ausgegebenen modifizierten oder gedimmten Signalverlauf filtern. Zum Beispiel kann bzw. können ein oder mehrere Filter 104 ein EMI-Interferenzfilter (EMI – Electromagnetic Interference) oder dergleichen umfassen, das dazu ausgelegt ist, Störimpulse oder andere Transienten aus dem gedimmten Signalverlauf herauszufiltern. Bei alternativen Implementierungen kann bzw. können das bzw. die Filter 104 dazu ausgelegt sein, den gedimmten Signalverlauf zu formen oder dergleichen.
  • Bei einer Implementierung kann der Gleichrichter 106 dazu ausgelegt sein, den modifizierte Eingangssignalverlauf in einen variierenden Signalverlauf mit einer einzigen Polarität umzuwandeln. Zum Beispiel kann der Gleichrichter 106 dazu ausgelegt sein, den modifizierte Eingangssignalverlauf in einen unidirektionalen gleichgerichteten Signalverlauf mit variierenden Spannungswerten umzuwandeln. Bei alternativen Implementierungen kann der unidirektionale gleichgerichtete Signalverlauf variierende Spannungswerte mit entweder einer positiven Polarität für alle Werte oder einer negativen Polarität für alle Werte aufweisen.
  • 2 zeigt ein Diagramm von beispielhaften Signalverläufen der beispielhaften Ansteueranordnung 100 zum Beispiel von 1 gemäß einer Implementierung. Wie in 2 gezeigt, kann die Wechselstromeingangsspannung Vac einen zyklische Signalverlauf mit einem Spitze-Spitze-Betrag von „2 V“ mit alternierenden Polaritäten sein. Die bidirektionale Natur des Eingangssignalverlaufs ist in 2 gezeigt. Wie gezeigt, alterniert der Signalverlauf zwischen positiven und negativen Werten, wobei die Spitzen bei +V und –V alternieren. Nachdem der Dimmer 102 den Eingangssignalverlauf modifiziert hat, kann die modifizierte Eingangsspannung einen geringeren Spitze-Spitze-Betrag, wie zum Beispiel „V“ oder dergleichen aufweisen.
  • 2 zeigt außerdem einen beispielhafte Ausgangssignalverlauf des Gleichrichters 106. Bei einer Implementierung, wie in 2 gezeigt, ist der Gleichrichter ein Doppelweggleichrichter (engl.: full-wave rectifier), der den gesamten modifizierten (zum Beispiel gedimmten) Eingangssignalverlauf in einen unidirektionalen Signalverlauf mit einer einzigen konstanten Polarität umwandelt (in 2 zum Beispiel als positiver Signalverlauf gezeigt), während sie noch immer zyklisch variiert. Wie in 2 gezeigt, trägt der gleichgerichtete Spannungssignalverlauf Informationen des modifizierten (zum Beispiel gedimmten) Eingangsspannungssignalverlaufs. Beispielsweise enthält der gleichgerichtete Spannungssignalverlauf Phasenzündwinkel- und Amplitudeninformationen.
  • In dem in 2 dargestellten Beispiel weist der gleichgerichtete Spannungssignalverlauf alternierend Spitzen bei ungefähr 0V und bei +V auf. Bei anderen Implementierungen kann der Ausgangssignalverlauf des Gleichrichters 106 eine negative Polarität aufweisen oder kann andere Formen und/oder Gestalten aufweisen.
  • Bei einer Implementierung ist der Transformator T1 dazu ausgelegt, die modifizierte (zum Beispiel gleichgerichtete) Eingangssignalspannung zu empfangen und eine Sekundärspannung, die zum modifizierten Eingangssignal proportional ist, auszugeben. Zum Beispiel wird die gleichgerichtete Eingangsspannung an der Primärwicklung des Transformators T1 empfangen, wenn der Schalter S1 schließt. Bei der Implementierung legt der Transformator T1 (wenn S1 schließt) induktiv eine Spannung, die proportional zur gleichgerichteten Eingangsspannung ist, an die Sekundärwicklung des Transformators T1 an, um den Sekundärspannungssignalverlauf zu erzeugen. Bei einer Implementierung wird der Durchschnittswert der Sekundärspannung als das Steuersignal für die Ableitschaltung 112 verwendet.
  • Bei einer Implementierung, wie in 1 dargestellt, umfasst die Ansteueranordnung 100 Schaltnetzteile (SMPS) oder Wandler vom Flyback-Typ. Beispielsweise bestromt die Eingangsspannung Vac in einem Ein-Zustand die Primärwicklung des Transformators T1, während der Ausgangskondensator Co Energie zur Last 110 liefert. In einem zweiten Zustand bestromt die Sekundärwicklung des Transformators T1 die Last 110 mittels eines Ansteuerstroms iD durch eine Ausgangsdiode Do und lädt außerdem den Ausgangskondensator Co mit der Ansteuerspannung.
  • Bei einer Implementierung ist ein Triodenbauelement S1 als ein Schalter ausgelegt, um die Ansteueranordnung 100 zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand zu schalten. Bei einer Implementierung, wenn das Triodenbauelement S1 ein geschlossener Schalter wird (zum Beispiel durch Vorspannung des Gates oder der Basis usw.), schaltet dies zum Beispiel die Ansteueranordnung 100 in den ersten Zustand. Wenn das Triodenbauelement S1 ein offener Schalter wird, schaltet dies die Ansteueranordnung 100 in den zweiten Zustand.
  • Bei einer beispielhaften Implementierung, wie in 1 gezeigt, wird das Triodenbauelement S1 mittels eines Steuermoduls 108 geschaltet. Bei einer Implementierung kann das Steuermodul 108 beispielsweise ein Schaltsignal ausgeben, wie zum Beispiel ein pulsbreitenmoduliertes Signal (PWM-Signal), um das Schalten des Triodenbauelements S1 zu steuern. Bei einem derartigen Beispiel bestimmt das Schaltsignal die Ereignisse Schalteröffnung und Schalterschließen des Triodenbauelements S1. Bei alternativen Implementierungen kann die Ansteueranordnung 100 andere Steuertechniken zur Steuerung des Schaltens des Triodenbauelements S1 verwenden.
  • Wie oben erörtert, kann die Leuchte 110 eine LED-Leuchte variabler Intensität, eine andere Art von variabler Leuchte oder ein anderes gesteuertes System, das variable Steuersignale verwendet, sein. Bei einer Implementierung umfasst die Leuchte 110 eine Anzahl von LEDs oder dergleichen.
  • Die Leuchte 110 wird mittels des Ansteuerstroms iD auf der Basis der Ansteuerspannung am Ausgangskondensator Co bestromt. Bei einer Implementierung können Veränderungen am Dimmer 102 und/oder der Eingangsspannung Vac die Intensität (zum Beispiel Helligkeit) und/oder Farbe der Leuchte 110 einstellen.
  • Bei alternativen Implementierungen kann eine Ansteueranordnung 100 weniger, zusätzliche oder alternative Komponenten enthalten.
  • Beispielhaftes Bereichserweiterungsmodul
  • Gemäß verschiedenen Implementierungen ist die Ableitschaltung 112, wenn sie enthalten ist, dazu ausgelegt, eine Intensität der Leuchte (oder einer anderen variablen Last) 110 durch Einstellen des Ansteuerstroms iD gemäß eines Steuersignals (das heißt einer Steuerspannung) einzustellen. Die in 3 gezeigte Ableitschaltung 112 ist in einer beispielhaften Implementierung mit einem einzigen Kanal gezeigt. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Ableitschaltungen 112 mit mehreren Ansteueranordnungen 100 verwendet werden, zum Beispiel um Intensitätseinstellungen für mehrere Kanäle einer mehrkanaligen Helligkeits-/Farbsteueranordnung bereitzustellen.
  • Bei einer Implementierung ist die Ableitschaltung 112 ein mit der Ansteueranordnung 100 gekoppeltes Hardwarebauelement (zum Beispiel eine elektronische Schaltung usw.), das dazu ausgelegt ist, eine Intensität der Leuchte 110 durch Einstellen des Ansteuerstroms iD, der die Leuchte 110 bestromt, einzustellen. Beispielsweise kann die Ableitschaltung 112 mit der Änderung von gewünschten Intensitäten die Intensität der Leuchte 110 dynamisch einstellen, indem ein Teil des Ansteuerstroms iD von der Leuchte 110 weg geleitet wird. Somit stellt bei einer Implementierung die Ableitschaltung 112 einen erweiterten Bereich von Intensitätswerten während der Dimmübergänge bereit, darunter auch am unteren Ende (zum Beispiel weniger hell) des Dimmbereichs. Zum Beispiel stellt bei einer Implementierung die Ableitschaltung 112 progressives Dimmen für Dimmwerte von weniger als 20% oder weniger als 10% Intensität (zum Beispiel Helligkeit) bereit.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm eines Bereichserweiterungsmoduls (zum Beispiel Ableitschaltung) 112, das bei der beispielhaften Ansteueranordnung (zum Beispiel Ansteuerschaltung) 100 von zum Beispiel 1 verwendet werden kann, gemäß einer Implementierung. Bei einer Implementierung enthält die Ableitschaltung 112 einen Detektionsabschnitt (umfassend R1, D1 und C1) und einen Stromsenkenabschnitt (umfassend Q1, ZD1, D2, R2, R3, R4 und R5). Bei einer Implementierung ist die Ableitschaltung 112, wie in 3 gezeigt, dazu ausgelegt, die Intensität (zum Beispiel Helligkeit) der Leuchte 110 einzustellen.
  • Bei einer Implementierung ist der Detektionsabschnitt dazu ausgelegt, die Steuerspannung von der Sekundärspannung des Transformators T1, die von den Ansteuerkomponenten (zum Beispiel T1, R1, C1 und D1) der Steuerschaltung 100 ausgegeben werden, zu detektieren. Bei einer Implementierung detektiert der Detektionsabschnitt ein Gleichstrom(DC)-Spannungssignal auf der Basis der Sekundärspannung, welche auf der gleichgerichteten Eingangsspannung basiert. Zum Beispiel ist bei der Implementierung die Steuerspannung ein Gleichstromspannungssignal, das proportional zum Durchschnittswert der gleichgerichteten Eingangsspannung ist. Bei einer Implementierung umfasst das Steuersignal (das heißt die Steuerspannung) die Spannung am Kondensator C1.
  • Bei einer Implementierung ist, da die gleichgerichtete Eingangsspannung für einen gewünschten Intensitätswert der Leuchte 110 repräsentativ ist, auch die Steuerspannung für einen gewünschten Intensitätswert der Leuchte 110 repräsentativ.
  • Bei einer Implementierung ist der Stromsenkenabschnitt (umfassend Q1, ZD1, D2, R2, R3, R4 und R5) dazu ausgelegt, mit dem Ausgang der Ansteuerkomponenten (zum Beispiel T1, Do und Co) gekoppelt zu werden. Bei der Implementierung ist der Stromsenkenabschnitt dazu ausgelegt, den Ansteuerstrom iD, der von den Ansteuerkomponenten ausgegeben wird, auf der Basis der vom Detektionsabschnitt detektierten Steuerspannung zu reduzieren.
  • Bei einer Implementierung ist der Stromsenkenabschnitt beispielsweise dazu ausgelegt, auf der Basis der Steuerspannung mindestens einen Teil des Ansteuerstroms iD von der Leuchte 110 weg zu führen. Bei der Implementierung wird wenigstens ein Teil des Ansteuerstroms iD von der Leuchte 110 weg abgelenkt, wodurch die Leuchte 110 einen geringeren Teil des Ansteuerstroms iD während des Dimmens empfängt, wodurch die Helligkeit der Leuchte während des Dimmens abnimmt.
  • Bei einer Implementierung basiert der Betrieb des Stromsenkenabschnitts auf einem Absolutwert der DC-Steuerspannung. Bei einer Implementierung ist der spannungsgesteuerte Stromsenkenabschnitt zum Beispiel dazu ausgelegt, den Ansteuerstrom iD weniger zu reduzieren (zum Beispiel zu leiten, führen usw.), wenn ein Absolutwert der Steuerspannung ansteigt, und dazu ausgelegt, den Ansteuerstrom iD mehr zu reduzieren, wenn der Absolutwert der Steuerspannung abnimmt.
  • Wie in 3 gezeigt, enthält bei einer Implementierung der Stromsenkenabschnitt ein Halbleiterbauelement (zum Beispiel niedriger Spannung) (zum Beispiel ein Transistorbauelement) Q1, das dazu ausgelegt ist, mindestens einen Teil des Ansteuerstroms iD von der Leuchte 110 weg zu führen, wenn es während des Dimmens aktiviert wird. Bei der Implementierung ist ein Gates des Halbleiterbauelements Q1 dazu ausgelegt, das Halbleiterbauelement Q1 als Reaktion auf die Steuerspannung zu aktivieren.
  • Bei einer Implementierung weist bei dem höchsten Helligkeitspegel, oder wenn der Dimmer 102 nicht aktiviert ist, die Steuerspannung einen hohen Absolutwert auf. Dies liegt daran, dass der Absolutwert der Steuerspannung mit Zunahme und Abnahme der Amplitude der modifizierten Eingangsspannung, und somit der Sekundärspannung, zunimmt bzw. abnimmt. Bei einer hohen Steuerspannungsamplitude und auf der Basis von ausgewählten Werten für R2, R3 und ZD1, wird die Spannung an der Basis (oder dem Gate) des Halbleiterbauelements Q1 unter der Einschaltschwelle von Q1 liegen. Somit fließt kein Strom durch das Halbleiterbauelement Q1. Somit wird der Ansteuerstrom iD zu der Leuchte 110 und die Effizienz (zum Beispiel Verlustleistung) der Ansteueranordnung 100 bei einem höchsten Helligkeitspegel nicht von der Ableitschaltung 112 beeinflusst.
  • Bei dem Wunsch nach einem geringeren Helligkeitspegel werden die modifizierte Eingangsspannung, die Sekundärspannungsamplitude und der Absolutwert der Steuerspannung bei C1 niedriger sein. Somit wird die Spannung an der Basis des Halbleiterbauelements Q1 ansteigen, und wenn sie über einen Schwellenwert steigt, wird Strom (zum Beispiel Ableitstrom) durch das Halbleiterbauelement Q1 fließen. Der Ableitstrom durch das Halbleiterbauelement Q1 wird mit niedrigerem Helligkeitspegel ansteigen und einen Höchstwert erreichen, wenn der Helligkeitspegel ein Minimum erreicht.
  • Entsprechend ist bei einer Implementierung das Halbleiterbauelement Q1 dazu ausgelegt, weniger Strom zu leiten, wenn ein Absolutwert des Steuerspannungsbetrags ansteigt, und ist dazu ausgelegt, mehr Strom zu leiten, wenn der Absolutwert des Steuerspannungsbetrags abnimmt. Bei einem Beispiel ist das Halbleiterbauelement Q1 dazu ausgelegt, Strom zu leiten, wenn ein Absolutwert der Steuerspannung auf einem Mindestwert liegt, und ist dazu ausgelegt, vom Leiten von Strom abzusehen, wenn der Absolutwert der Steuerspannung auf einem Höchstwert liegt.
  • Wie in 3 gezeigt enthält bei einer Implementierung die Ansteueranordnung 100 eine Diode (ZD1) in Serie mit dem Gate des Halbleiterbauelements Q1, das dazu ausgelegt ist, zu verhindern, dass das Halbleiterbauelement Q1 während des Anfahrens des Systems Strom leitet. Bei der Implementierung trägt dies dazu bei, die Anfahrzeit der Ansteueranordnung 100 zu reduzieren.
  • Zusätzlich kann die Ansteueranordnung 100 die Diode D2 enthalten, um eine Beschädigung des Halbleiterbauelements Q1 aufgrund einer negativen Spannung an seiner Basis (oder seinem Gate) zu verhindern. Außerdem kann der Widerstand R4 enthalten sein, um sich die Verlustleistung mit dem Halbleiterbauelement Q1 zu teilen. Bei alternativen Implementierungen kann es sein, dass der Widerstand R4 nicht benötigt wird, falls das Halbleiterbauelement Q1 dazu in der Lage ist, allein ausreichend Wärme abzuleiten.
  • 4 ist ein Diagramm, das einen Vergleich des Dimmverhaltens für eine beispielhafte Ansteuerschaltung 100 zum Beispiel mit und ohne die Ableitschaltung 112 zeigt, gemäß verschiedenen Implementierungen. Wie in 4 gezeigt, kann die „ursprüngliche Dimmkurve“ einer beispielhaften Ansteuerschaltung 100 ohne Ableitschaltung 112, wie vorliegend diskutiert, einen geschmälerten Dimmbereich aufweisen.
  • Beispielsweise kann sich der Dimmbereich von 100 % Helligkeit bis runter auf ungefähr 20 % Helligkeit erstrecken. Wie in 4 gezeigt, kann die Dimmkurve bei ungefähr 20 % oder so ein abruptes Ende aufweisen, falls zum Beispiel die Ansteuerschaltung 100 früh ausgeschaltet wird, zum Beispiel aufgrund von unzureichendem Eingangsstrom zum Dimmer 102.
  • Wie in 4 gezeigt, stellt dagegen die „verbesserte Dimmkurve“ den Dimmbereich einer beispielhaften Ansteuerschaltung 100 mit einer mit der Ansteuerschaltung 100 verwendeten Ableitschaltung 112 dar, wie vorliegend diskutiert. Die Ansteuerschaltung 100 kann einen erweiterten Dimmbereich aufweisen, der sich zum Beispiel von 100 % Helligkeit zu ungefähr 0 % Helligkeit erstreckt, wie in 4 gezeigt. Wie im dargestellten Graph von 4 gezeigt, kann der erweiterte Dimmbereich über den gesamten Dimmbereich kontinuierlich und progressiv sein. Bei alternativen Implementierungen kann der erweiterte Dimmbereich zum Beispiel um bis zu 5 % variieren.
  • Obgleich die dargestellten Kurven im Graph von 4 mit Bezug auf einen „Phasenzündwinkel“ eines Phasenschnittdimmers gezeigt sind, sind der Graph sowie die Techniken und Einrichtungen, die vorliegend beschrieben werden, auf verschiedene andere Typen, Designs, und Ausführungen der Dimmeinrichtungen und -anordnungen anwendbar. Bei alternativen Implementierungen können andere Dimmkurven für die vorliegend beschriebenen Techniken und/oder Einrichtungen repräsentativ sein.
  • Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Vorteile dadurch realisiert werden, dass die Ableitschaltung 112 mit einer Ansteueranordnung 100 oder dergleichen verwendet wird. Beispielsweise ist die Ableitschaltung 112 betriebsmäßig dazu ausgelegt, einen erweiterten Dimmbereich für die Ansteueranordnung 100 auf der Basis des Ausgangsstroms iD der Ansteueranordnung 100 bereitzustellen. Somit wird der Betrag des Eingangsstroms beibehalten, statt dass er während des Dimmbetriebs herabgezogen wird. Dementsprechend kann potentielles erratisches Verhalten der Ansteueranordnung 100 mit Bezug auf die Leuchte 110 auf ein Minimum gesenkt oder vermieden werden (zum Beispiel ein Flackern, frühes oder unbeabsichtigtes Ausschalten usw.).
  • Ferner ist es möglich, dass bei verschiedenen Implementierungen aufgrund des Betriebs der Ableitschaltung 112 mit dem Ansteuerstrom iD, insbesondere wenn dabei eine Diode ZD1 verwendet wird, wie in 3 gezeigt, die Anfahrzeit nicht negativ beeinflusst wird.
  • Die Dimmvorgänge der Ableitschaltung 112 werden auf der Basis der Eingangsspannung gesteuert, ohne, dass die Eingangsspannung oder der Eingangsstrom beeinflusst werden. Bei verschiedenen Implementierungen macht dies die Ableitschaltung 112 mit verschiedensten Ansteuerschaltungen oder -anordnungen 100 kompatibel. Zusätzlich handelt es sich bei der Ableitschaltung 112 um eine analoge Lösung, was die Kompatibilität der Schaltung 112 erhöht.
  • Wie oben diskutiert, sind die Techniken, Komponenten und Einrichtungen, die hier mit Bezug auf die Ableitschaltung 112 beschrieben sind, nicht auf die Darstellungen in 1–4 beschränkt und können auf andere Einrichtungen und Designs anwendbar sein, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Bei einigen Fällen können zusätzliche oder alternative Komponenten zur Implementierung der vorliegend beschriebenen Techniken verwendet werden. Ferner können die Komponenten in verschiedenen Kombinationen angeordnet und/oder kombiniert werden, während sie noch immer zu einer Dimmbereicherweiterung führen. Es versteht sich, dass eine Ableitschaltung 112 und/oder eine Ansteueranordnung 100 als eine alleinstehende Einrichtung implementiert werden kann oder als Teil eines anderen Systems (zum Beispiel mit anderen Komponenten, Systemen usw. integriert).
  • Repräsentativer Prozess
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess 500 zum Einstellen einer Intensität einer Last, wie zum Beispiel der Helligkeit einer Leuchte (zum Beispiel Leuchte 110), zeigt, gemäß einer Implementierung. Der Prozess 500 beschreibt die Verwendung einer spannungsgesteuerten Ableitschaltung (wie zum Beispiel Ableitschaltung 112) mit der Ansteuerschaltung der Last. Der Prozess 500 wird mit Bezug auf 1–4 beschrieben.
  • Die Reihenfolge, mit der der Prozess beschrieben wird, soll keinesfalls als Einschränkung ausgelegt werden, und eine beliebige Anzahl der beschriebenen Prozessblöcke kann in einer beliebigen Reihenfolge zur Implementierung des Prozesses oder alternativer Prozesse kombiniert werden. Zusätzlich können einzelne Blöcke aus dem Prozess ausgenommen werden, ohne vom Wesen und Umfang des vorliegend beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Ferner kann der Prozess mit beliebigen geeigneten Materialien oder Kombinationen daraus implementiert werden, ohne vom Umfang des vorliegend beschriebenen Gegenstands abzuweichen.
  • Bei Block 502 umfasst der Prozess ein Koppeln einer Ableitschaltung (wie zum Beispiel Ableitschaltung 112) mit einer Ansteuerschaltung (wie zum Beispiel Ansteuerschaltung 100) und parallel mit einer variablen Last (wie zum Beispiel Leuchte 110) der Ansteuerschaltung. Bei verschiedenen Implementierungen umfasst die Last eine LED-basierte Leuchte, eine andere Art von Leuchte, eine variable Last (wie zum Beispiel eine Motorlast usw.) oder dergleichen.
  • Bei einer Implementierung umfasst der Prozess Empfangen einer Eingangsspannung und Modifizieren der Eingangsspannung, um eine modifizierte Eingangsspannung zu erzeugen, die einen gewünschten Dimmpegel darstellt. Beispielsweise kann ein Dimmer (wie zum Beispiel Dimmer 102) verwendet werden, um die Eingangsspannung zu modifizieren, um einen gewünschten Dimmpegel darzustellen. Bei einer Implementierung ist der Dimmer ein Phasenschnittdimmer oder dergleichen.
  • Bei einer Implementierung umfasst der Prozess das Gleichrichten der modifizierten Eingangsspannung, um eine gleichgerichtete Eingangsspannung mit einer einzigen Polarität zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen kann zum Beispiel ein Gleichrichter (wie zum Beispiel Gleichrichter 104) verwendet werden, um die gleichgerichtete Eingangsspannung zu erzeugen. Bei einer Implementierung umfasst der Gleichrichter einen Brückengleichrichter, wie zum Beispiel eine Brückendiode oder eine Brückenschaltung. Bei einer weiteren Implementierung umfasst der Gleichrichter einen Doppelweggleichrichter, der ausgelegt ist, eine unidirektionale gleichgerichtete Spannung zu erzeugen, die beide Hälften eines periodischen Signalverlaufzyklus enthält.
  • Bei einer Implementierung umfasst der Prozess das Umwandeln der gleichgerichteten Eingangsspannung, um eine Sekundärspannung auf der Sekundärwicklung eines Transformators (wie zum Beispiel Transformator T1) zu erzeugen.
  • Bei Block 504 umfasst der Prozess das Erhalten eines Ansteuerstroms (wie zum Beispiel Ansteuerstrom iD) von der Ansteuerschaltung, wobei der Ansteuerstrom dazu ausgelegt ist, die Last zu bestromen.
  • Bei Block 506 umfasst der Prozess das Einstellen einer Intensität der Last durch Einstellen eines Anteils des die Last erreichenden Ansteuerstroms auf der Basis eines Steuersignals (d.h. der Steuerspannung). Bei einer Implementierung umfasst der Prozess beispielsweise das Einstellen einer Helligkeit einer Leuchte auf der Basis des Steuersignals.
  • Bei einer Implementierung umfasst der Prozess das Dimmen der Last (zum Beispiel der Leuchte) durch Führen (d.h. Leiten) wenigstens eines Teils des Ansteuerstroms von der Last weg, wenn ein Absolutwert des Steuersignals unter einem Schwellenwert liegt.
  • Bei einer Implementierung umfasst der Prozess das Abziehen (d.h. Leiten) wenigstens eines Teils des Ansteuerstroms mittels eines Transistorbauelements (wie zum Beispiel Halbleiterbauelement Q1), das dazu ausgelegt ist, wenigstens einen Teil des Ansteuerstroms zu leiten, wenn der Absolutwert des Steuersignals unter dem Schwellenwert liegt. Bei einer Implementierung umfasst der Prozess zum Beispiel das Leiten eines größeren Teils des Ansteuerstroms von der Last weg, wenn der Absolutwert des Steuersignals abfällt, und das Leiten eines geringeren Teils des Ansteuerstroms von der Last weg, wenn der Absolutwert des Steuersignals ansteigt.
  • Bei einer Implementierung umfasst der Prozess das Bestimmen des Steuersignals anhand der Sekundärspannung. Bei einer Implementierung umfasst der Prozess zum Beispiel das Detektieren des Steuersignals anhand der Sekundärspannung mittels einer Detektorschaltung oder mittels Detektorkomponenten, wie oben beschrieben. Bei einer Implementierung umfasst das Steuersignal eine Gleichspannung (DC-Spannung), die proportional zu einem Effektivwert (RMS – Root-Mean-Square) oder einem Durchschnitt der Eingangsspannung ist.
  • Bei alternativen Implementierungen können andere Techniken in dem Prozess 500 in verschiedenen Kombinationen enthalten sein, und innerhalb des Umfangs der Offenbarung bleiben.

Claims (24)

  1. Elektronische Schaltung, die aufweist: einen Detektionsabschnitt (R1, D1, C1, R2, D2), der dazu ausgelegt ist, eine Steuerspannung an einem Ausgang einer Ansteuerschaltung (100) zu detektieren, wobei die Steuerspannung ein Durchschnitt einer Spannung an einer Sekundärwicklung (Ns) eines Transformators (T1) der Ansteuerschaltung (100) ist; und einen Stromsenkenabschnitt (ZD1, R3, R4, Q1, R5), der mit der Ansteuerschaltung (100) gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, einen mit der Ansteuerschaltung (100) assoziierten Ansteuerstrom (iD) basierend auf der Steuerspannung zu reduzieren, wobei der Ansteuerstrom dazu ausgelegt ist, eine Last (110) zu bestromen.
  2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, bei der die elektronische Schaltung dazu ausgelegt ist, parallel zu der Last (110) gekoppelt zu sein und eine Intensität der Last (110) einzustellen.
  3. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Last (110) eine Leuchte aufweist und die elektronische Schaltung dazu ausgelegt ist, eine Helligkeit der Leuchte einzustellen.
  4. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerspannung eine Gleichspannung (DC-Spannung) ist, die proportional ist zu einem Durchschnittswert einer modifizierten Eingangsspannung, wobei die modifizierte Eingangsspannung für einen gewünschten Intensitätswert der Last (110) repräsentativ ist.
  5. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Stromsenkenabschnitt (ZD1, R3, R4, Q1, R5) dazu ausgelegt ist, den Ansteuerstrom (iD) weniger zu reduzieren, wenn ein Absolutwert der Steuerspannung ansteigt, und dazu ausgelegt ist, den Ansteuerstrom (iD) mehr zu reduzieren, wenn der Absolutwert der Steuerspannung abnimmt.
  6. Elektronische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Stromsenkenabschnitt (ZD1, R3, R4, Q1, R5) ein Halbleiterbauelement (Q1) enthält, das dazu ausgelegt ist, wenigstens einen Teil des Ansteuerstroms von der Last (110) weg zu führen, wenn ein Absolutwert der Steuerspannung auf einem Minimalwert ist, und dazu ausgelegt ist, keinen Strom zu leiten, wenn der Absolutwert der Steuerspannung auf einem Maximalwert ist.
  7. System, das aufweist: eine variable Last (110); eine Ansteuerschaltung (100), die dazu ausgelegt ist, eine Last (110) durch einen Ansteuerstrom (iD) zu bestromen; und eine Ableitschaltung (112), die mit der Ansteuerschaltung (100) und mit der Last (110) gekoppelt und dazu ausgelegt ist, eine durchschnittliche Spannung an einer Sekundärwicklung (Ns) eines Transformators (T1) der Ansteuerschaltung (100) zu detektieren und eine Intensität der Last (110) durch Einstellen des Ansteuerstroms (iD) abhängig von der detektierten durchschnittlichen Spannung an der Sekundärwicklung (Ns) einzustellen.
  8. System nach Anspruch 7, das weiterhin einen Dimmer (102) aufweist, der dazu ausgelegt ist, ein Eingangssignal (Vac) zu empfangen und zu modifizieren, um eine gewünschte Lastintensität darzustellen, wobei die Ansteuerschaltung (100) dazu ausgelegt ist, den Ansteuerstrom auf der Basis des modifizierten Eingangssignals auszugeben.
  9. System nach Anspruch 8, bei dem die durchschnittliche Spannung der Sekundärwicklung (Ns) proportional ist zu einem Durchschnittswert des modifizierten Eingangssignals.
  10. System nach Ansprüchen 7–9, bei dem die Last (110) eine Leuchte aufweist und die Ableitschaltung (112) dazu ausgelegt ist, eine Helligkeit der Leuchte basierend auf der durchschnittlichen Spannung der Sekundärwicklung (Ns) einzustellen.
  11. System nach Anspruch 10, bei dem die Leuchte eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist.
  12. System nach einem der Ansprüche 7–11, bei dem die Ansteuerschaltung (100) ein Schaltnetzteil (SMPS) vom Sperrwandlertyp aufweist, das ein pulsweitenmodulationsgesteuertes Triodenbauelement (Q1) enthält.
  13. System nach einem der Ansprüche 7–12, bei dem die Ableitschaltung ein Transistorbauelement (Q1) enthält, das dazu ausgelegt ist, bei Aktivierung wenigstens einen Teil des Ansteuerstroms (iD) von der Last (110) weg zu leiten, wobei ein Gate des Transistorbauelements (Q1) dazu ausgelegt ist, das Transistorbauelement (Q1) als Reaktion auf ein Steuersignal zu aktivieren.
  14. System nach Anspruch 13, bei dem das Transistorbauelement (Q1) dazu ausgelegt ist, weniger Strom zu leiten, wenn ein Absolutwert des Steuersignals ansteigt, und dazu ausgelegt ist, mehr Strom zu leiten, wenn der Absolutwert des Steuersignals abnimmt.
  15. System nach Anspruch 13, das weiterhin aufweist: eine Diode (ZD1) in Serie mit dem Gate des Transistorbauelements (Q1), die dazu ausgelegt ist, zu verhindern, dass das Transistorbauelement (Q1) Strom während des Anfahrens des Systems leitet.
  16. Verfahren, das aufweist: Koppeln einer Ableitschaltung (112) mit einer Ansteuerschaltung (100) und einer variablen Last (110); Erhalten eines Ansteuerstroms (iD) von der Ansteuerschaltung (100), wobei der Ansteuerstrom (iD) dazu ausgelegt ist, die Last (110) zu bestromen; Detektieren durch die Ableitschaltung (112) eine durchschnittliche Spannung an einer Sekundärwicklung (Ns) eines Transformators (T1) der Treiberschaltung; und Einstellen einer Intensität der Last (110) durch Einstellen eines Anteils des die Last (110) erreichenden Ansteuerstroms (iD) basierend auf einem Steuersignal, wobei das Steuersignal die durchschnittliche Spannung an der Sekundärwicklung (Ns) des Transformators (T1) ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das weiterhin aufweist: das Leiten wenigstens eines Teils des Ansteuerstroms (iD) von der Last (110) weg, wenn ein Absolutwert des Steuersignals unter einem Schwellenwert liegt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin aufweist: Aufnehmen wenigstens des Teils des Ansteuerstroms (iD) mittels eines Transistorbauelements (Q1), das dazu ausgelegt ist, mindestens den Teil des Ansteuerstroms (iD) zu leiten, wenn der Absolutwert des Steuersignals unter dem Schwellenwert liegt.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin aufweist: Leiten eines größeren Teils des Ansteuerstroms (iD) von der Last (110) weg, wenn der Absolutwert des Steuersignals abnimmt, und Leiten eines geringeren Teils des Ansteuerstroms (iD) von der Last (110) weg, wenn der Absolutwert des Steuersignals zunimmt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16–19, das weiterhin aufweist: Erhalten einer Eingangsspannung (Vac); Modifizieren der Eingangsspannung (Vac) zur Erzeugung einer modifizierten Eingangsspannung, die einen gewünschten Dimmpegel darstellt; Gleichrichten der modifizierten Eingangsspannung zur Erzeugung einer gleichgerichteten Eingangsspannung mit einer einzigen Polarität; Umwandeln der gleichgerichteten Eingangsspannung mittels des Transformators (T1), um die Sekundärspannung zu erzeugen.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16–20, bei dem die Last (110) eine Leuchte ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin aufweist: Dimmen der Leuchte (110) durch Führen mindestens eines Teils des Ansteuerstroms (iD) von der Leuchte weg, wenn ein Absolutwert des Steuersignals unter einem Schwellenwert liegt.
  23. Dimmbares Leuchtensystem, das aufweist: eine Leuchtdioden-(LED)-Leuchte (110) mit variabler Intensität; eine Ansteuerschaltung (100), die dazu ausgelegt ist, die Leuchte (110) mittels eines Ansteuerstroms zu bestromen; und eine Ableitschaltung (112), die mit der Ansteuerschaltung und der Leuchte (110) gekoppelt und dazu ausgelegt ist, eine Helligkeit der Leuchte (110) durch Leiten wenigstens eines Teils des Ansteuerstroms (iD) von der Leuchte (110) basierend auf einem Steuersignals zu reduzieren, wobei das Steuersignal eine durchschnittliche Spannung an einer Sekundärwicklung (Ns) eines Transformators (T1) der Treiberschaltung ist.
  24. Dimmbares Leuchtensystem nach Anspruch 23, bei dem das Steuersignal ein Gleichspannungssignal (DC-Spannungssignal) umfasst, und bei dem die Ableitschaltung (112) dazu ausgelegt ist, mehr Strom zu leiten, wenn ein Absolutwert des Steuersignalbetrags abnimmt, und weniger Strom zu leiten, wenn der Absolutwert des Steuersignalbetrags zunimmt.
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