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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Ansteuern eines geerdeten LED-Moduls mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten LEDs, umfassend einen LED-Treiber mit einem Gleichrichter zum Gleichrichten einer Wechselspannung in eine Gleichspannung, einem Glättungskondensator zum Glätten der Gleichspannung und einem elektronischen Schalter zum Schalten der geglätteten Gleichspannung basierend auf einem Steuersignal, und einen Schaltungsausgang mit einem ersten und einem zweiten Anschluss zum Anschließen des LED-Moduls.
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Das Ansteuern eines LED-Moduls mit einer Schaltung mit elektronischem Schalter hat den Vorteil, dass das LED-Modul aus der Ferne geschaltet werden kann, z. B. über ein BUS-System. Im Gegensatz zu üblichen mechanischen Schaltern, die in ausgeschalteten Zustand die Phasen-Zuleitung zu einer Lampe mechanisch trennen und somit den Stromfluss völlig auf Null reduzieren, ist mit elektronischen Schaltern häufig keine derart vollständige Trennung möglich. In der Praxis kann sich bei Verwendung von elektronischen Schaltern über parasitäre Kapazitäten auch im ausgeschalteten Zustand ein geringer Rest-Stromfluss, ein sogenannter Glimmstrom, ergeben. Bei hocheffizienten Leuchtmitteln wie z. B. LEDs ergibt sich hierbei das Problem, dass insbesondere bei Dunkelheit bereits Glimmströme von wenigen μA zu einem sichtbaren Glimmen der LEDs führen können. Dies ist im Allgemeinen unerwünscht.
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Die parasitären Kapazitäten lassen sich in der Praxis kaum verhindern. Sie können z. B. entstehen, wenn LEDs in geringem Abstand zu einem geerdeten Metallkern der Leiterplatte platziert sind. Die parasitären Kapazitäten können dabei für jede LED Werte von zum Beispiel ungefähr 100 pF erreichen.
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Insbesondere kann der Glimmstrom entstehen, wenn die parasitären Kapazitäten bei der positiven Halbwelle (Phase gegenüber Erde positiv) aufgeladen und bei der negativen Halbwelle wieder entladen werden.
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Im Stand der Technik wurden verschiedene Schaltungen vorgeschlagen, um Glimmströme zu unterdrücken. Diese Schaltungen sind aber entweder sehr aufwändig oder können den Glimmstrom nicht vollständig unterdrücken.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung zum Ansteuern eines geerdeten LED-Moduls bereitzustellen, bei der zumindest einer der oben genannten Nachteile aus dem Stand der Technik nicht auftreten.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zwischen dem LED-Treiber und dem Schaltungsausgang eine Glimmstrom-Diode zum Unterdrücken eines Glimmstroms im ausgeschalteten Zustand des elektronischen Schalters angeordnet ist. Dabei sind auch Ausführungsformen umfasst, in denen das Entstehen eines Glimmstroms zwar nicht vollständig verhindert, aber doch zumindest nicht unwesentlich reduziert werden kann.
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Die Glimmstrom-Diode ist erfindungsgemäß also insbesondere nach dem Glättungskondensator, d. h. zwischen dem Glättungskondensator und dem LED-Modul angeordnet. Die Glimmstrom-Diode wird dabei vorzugsweise in Stromflussrichtung angeordnet, d. h. in Richtung des durch die geglättete Gleichspannung verursachten Gleichstroms durch die LEDs. Im eingeschalteten Zustand blockiert sie also nicht den Stromfluss durch die LEDs.
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In Ausführungsformen der Erfindung weist die Schaltung mehrere Kondensatoren auf. Dabei handelt es sich bei dem Glättungskondensator um den Kondensator der Schaltung, der mit einem Anschluss des Gleichrichters, z. B. dem negativen Anschluss des Gleichrichters, verbunden ist. In Ausführungsformen der Erfindung ist dabei als Glättungskondensator im Sinne der vorliegenden Erfindung der Kondensator anzusehen, der mit einem Anschluss des Gleichrichters verbunden ist und über eine ausreichende Kapazität verfügt um eine Restwelligkeit des Gleichrichters zu glätten. In Ausführungsformen der Erfindung kann der Glättungskondensator z. B. eine Kapazität von zumindest 1 μF oder zumindest 10 μF aufweisen.
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Bei dem Gleichrichter kann es sich um einen Brückengleichrichter handeln. Dabei kann der Glättungskondensator z. B. mit dem negativen oder mit dem positiven Anschluss des Brückengleichrichters verbunden sein.
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In Ausführungen der Erfindung hat die Glimmstrom-Diode keine weiteren Funktionen in der Schaltung als die Unterdrückung des Glimmstroms.
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Vorzugsweise ist die Glimmstrom-Diode ausgebildet, zumindest eine Spitzenspannung der Versorgungs-Wechselspannung, z. B. der Netzspannung, sperren zu können.
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Die Glimmstrom-Diode ermöglicht einen Stromfluss lediglich in eine Richtung und führt somit effektiv zu einer Entkopplung des Glättungskondensators von dem nachgeschalteten LED-Modul. Somit wird der Glimmstrom effektiv unterdrückt.
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Durch die erfindungsgemäße Positionierung der Glimmstrom-Diode kann auf eine nachgelagerte Schaltung zur Unterdrückung des Glimmstroms verzichtet werden. Insbesondere kann z. B. auf weitere elektronische Schalter verzichtet werden, die nur dazu vorgesehen sind, einen Glimmstrom zu unterdrücken.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Glimmstrom-Diode zwischen dem LED-Treiber und dem ersten Ausgang angeordnet ist und der elektronische Schalter konfiguriert ist, den zweiten Ausgang zu schalten.
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Somit kann ein Ausgang über den elektronischen Schalter entkoppelt werden und der andere Ausgang über die Glimmstrom-Diode. Somit ergibt sich eine besonders einfache, aber doch effiziente Unterdrückung des Glimmstroms. Der Glimmstrom endet nach sehr kurzer Zeit (typischerweise unter 1 s) und kann somit von einem normalen Abschalten kaum unterschieden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Glimmstrom-Diode zwischen dem LED-Treiber und dem ersten Ausgang angeordnet ist und zwischen dem LED-Treiber und dem zweiten Ausgang eine Spule angeordnet ist, wobei die Spule insbesondere eine Induktivität von mehr als 1 mH aufweist.
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In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung fließt im dauerhaft eingeschalteten Zustand des LED-Treibers ein konstanter Strom durch das LED-Modul und durch die Spule. Im ausgeschalteten Zustand verhindert die Spule, dass eine verbleibende Rippelspannung am Schaltungsausgang zu einem Glimmstrom durch das LED-Modul führt. Neben anderen Funktionen kann die Spule somit auch zu der Entkopplung des LED-Moduls vom LED-Treiber beitragen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Ausgang dazu ausgebildet ist, mit einem positiven Anschluss des LED-Moduls verbunden zu werden und der zweite Ausgang dazu ausgebildet ist, mit einem negativen Anschluss des LED-Moduls verbunden zu werden.
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In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der erste Ausgang dazu ausgebildet, mit einem negativen Anschluss des LED-Moduls verbunden zu werden und der zweite Ausgang ist dazu ausgebildet, mit einem positiven Anschluss des LED-Moduls verbunden zu werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Glimmstrom-Diode zwischen dem Glättungskondensator und dem Schaltungsausgang angeordnet ist, wobei insbesondere die Glimmstrom-Diode unmittelbar einerseits mit dem Glättungskondensator und andererseits mit dem Schaltungsausgang verbunden ist.
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Unmittelbar verbunden bedeutet hierbei, dass keine weiteren Bauteile zwischengeschaltet sind. Somit ergibt sich eine Unterdrückung des Glimmstroms mit einem besonders geringen Bauteil-Aufwand.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem LED-Treiber und dem LED-Modul nur passive Bauteile, insbesondere nur die Glimmstrom-Diode oder nur die Glimmstrom-Diode und ein oder mehrere Spulen, angeordnet sind.
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Da die Glimmstrom-Diode bereits eine effektive Unterdrückung des Glimmstroms bewirkt, kann auf aktive Bauteile (z. B. elektrische Schalter, insbesondere Transistoren) verzichtet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltung außer der Glimmstrom-Diode keine weiteren Bauteile zur Unterdrückung eines Glimmstroms im ausgeschalteten Zustand des elektronischen Schalters aufweist. Mit anderen Worten können in Ausführungsformen der Erfindung zwar zwischen LED-Treiber und Schaltungsausgang weitere Bauteile angeordnet sein, diese spielen aber keine oder keine wesentliche Rolle für die Unterdrückung eines Glimmstroms.
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Durch den Verzicht auf weitere Bauteile zur Unterdrückung des Glimmstroms ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Unterdrückung eines Glimmstroms.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektronische Schalter ein Transistor, insbesondere ein MOSFET, ist, der von einem BUS-System angesteuert wird und/oder von einer Pulsbreitenmodulations-Steuerung angesteuert wird.
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Somit kann eine verlustarme elektronische Dimmung des LED-Moduls erreicht werden und in einem ausgeschalteten Zustand ein Glimmstrom verhindert werden.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass LED-Treiber und LED-Modul getrennt voneinander angeordnet sind, z. B. auf unterschiedlichen Leiterplatten. Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass die Glimmstrom-Diode auf dem LED-Treiber angeordnet ist. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, um existierende LED-Module mit einem LED-Treiber nachzurüsten, der einen Glimmstrom unterdrückt.
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In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Glimmstrom-Diode auf dem LED-Modul angeordnet ist. Hiermit kann eine besonders effektive Unterdrückung des Glimmstroms erzielt werden.
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Weitere technische Merkmale und Vorteil der vorliegenden Erfindung werden anhand der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren deutlich. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:
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1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Ansteuern eines geerdeten LED-Moduls,
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2A zeigt einen vereinfachten Schaltplan einer weiteren Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Ansteuern eines geerdeten LED-Moduls,
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2B zeigt einen vereinfachten Schaltplan einer weiteren Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Ansteuern eines geerdeten LED-Moduls,
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3 zeigt einen Schaltplan einer weiteren Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Ansteuern eines geerdeten LED-Moduls,
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Bei dem in 1 dargestellten schematischen Schaltbild einer Anordnung 100 wird eine erfindungsgemäße Schaltung 120 über einen Versorgungseingang 121 mit einer Wechselspannung von einer Wechselspannungsquelle 110 versorgt. Die Schaltung 120 weist einen LED-Treiber 130, eine Glimmstrom-Diode 140 und einen Schaltungsausgang 150 auf. An dem Schaltungsausgang 150 ist ein LED-Modul 160 angeschlossen. Das LED-Modul 160 weist eine Vielzahl von in Reihe geschalteten LEDs 162 sowie eine Erdung 164 auf.
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In dem LED-Treiber 130 wird die Wechselspannung zuerst in einem Gleichrichter 132 gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Wechselspannung kann dabei noch eine Restwelligkeit aufweisen. Danach erfolgt über einen Glättungskondensator 134 eine Glättung der gleichgerichteten Wechselspannung zu einer geglätteten Gleichspannung. Der elektronische Schalter 136 ist dann dazu ausgebildet, die geglättete Gleichspannung in Abhängigkeit von einem Steuersignal, das z. B. über einen Steuersignaleingang 138 zur Verfügung gestellt werden kann, zu schalten.
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Zwischen dem LED-Treiber 130 und dem durch die Schaltung 120 angesteuerten LED-Modul 160 ist zwischen Glättungskondensator 134 und Schaltungsausgang 150 die Glimmstrom-Diode 140, die das LED-Modul 160 von dem LED-Treiber 130 entkoppelt, so angeordnet, dass ein Glimmstrom über die Erdung 164 durch die LEDs 162 des LED-Moduls 160 unterdrückt werden kann.
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Die 2A und 2B zeigen vereinfachte Schaltpläne von Anordnungen 200, die erfindungsgemäße Schaltungen 220 umfassen.
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Eine Wechselspannungsquelle 210 versorgt über zwei Versorgungsanschlüsse 221a, 221b den LED-Treiber 230 mit Wechselspannung. Im Gleichrichter 232 erfolgt eine Gleichrichtung in eine Gleichspannung und in einem Konstantstrom-Modul 233 wird ein konstanter Gleichstrom erzeugt. Eine noch vorhandene Restwelligkeit wird dabei mit dem Glättungskondensator 234 geglättet.
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Ein Schalter 236 wird über einen Steuersignaleingang 238 geschaltet und schaltet die Stromzufuhr zum LED-Modul 260 an oder ab. Zwischen dem LED-Treiber 230 und einem ersten Ausgang 252 der Schaltung 220 ist dabei eine Glimmstrom-Diode 240 angeordnet. In der in 2A dargestellten Ausführungsform kann diese z. B. in der Zuleitung zum positiven Ausgang 252 angeordnet sein, während der Schalter 236 die Zuleitung zum negativen Ausgang 254 schaltet. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann aber hingegen auch vorgesehen sein, dass die Glimmstrom-Diode 240 in der Zuleitung zum negativen Ausgang 254 angeordnet ist, während der Schalter 236 die Zuleitung zum positiven Ausgang 252 schaltet
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Bei der in 2A dargestellten Ausführungsform sind zwischen dem Glättungskondensator 234 und dem LED-Modul 260 nur die Glimmstrom-Diode 240 und der elektronische Schalter 236 angeordnet. Somit ist mit sehr geringem Bauteilaufwand dennoch eine effektive Glimmstrom-Unterdrückung sichergestellt.
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In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der elektronische Schalter 236 auch dazu ausgebildet sein, die Funktion der Konstantstromquelle 233 zu übernehmen.
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Bei der in 2B dargestellten Ausführungsform sind zusätzlich zu den Komponenten der in 2A dargestellten Ausführungsform weitere Komponenten vorgesehen: Der elektronische Schalter 236 wird nicht unmittelbar über einen externen Steuersignal-Eingang 238 angesteuert, sondern über eine zwischengeschaltete Pulsbreitenmodulations-Steuerung 237. Diese nimmt über den Steuersignal-Eingang 238 ein Steuersignal entgegen, das einen gewünschten Dimmungs-Grad des LED-Moduls 260 angibt. Die Pulsbreitenmodulations-Steuerung 237 berechnet hieraus Schalter-Steuersignale, mit denen sie den elektronischen Schalter 236 entsprechend schaltet.
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Weiterhin ist in der Zuleitung vom LED-Treiber 230 zum zweiten Anschluss 254 eine Spule 242 vorgesehen. Diese kann neben anderen Funktionen auch zur Unterdrückung eines Glimmstroms beitragen.
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Bei der in 2B dargestellten Ausführungsform sind zwischen dem Glättungskondensator 234 und dem LED-Modul 260 nur die Glimmstrom-Diode 240, der elektronische Schalter 236 und die Spule 242 angeordnet. Somit ist mit sehr geringem Bauteilaufwand dennoch eine effektive Glimmstrom-Unterdrückung sichergestellt.
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Typischerweise weist ein erfindungsgemäßer LED-Treiber 130 weiterhin zumindest eine Konstantstromquelle (in 1 nicht dargestellt) auf, die die Gleichspannung in einen vorgegebenen Konstantstrom umwandelt.
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3 zeigt ein detailliertes Schaltbild einer Anordnung aus einer Schaltung 320 mit einem LED-Treiber 330 (umfassend einen Gleichrichter 332, einen Glättungskondensator 334, einen elektronischen Schalter 336 und eine Pulsbreitenmodulations-Steuerung 337) und einem geerdeten LED-Modul 360. Zwischen dem LED-Treiber 330 und dem ersten und zweiten Ausgang 352, 354 befindet sich eine Glimmstrom-Diode 340 sowie mehrere Spulen 342a, 342b, 342c. Dabei sind zwei Spulen 342a, 342b in Reihe zwischen LED-Treiber 330 und dem zweiten Ausgang 354 und eine Spule 342c zwischen LED-Treiber 330 und dem ersten Ausgang 352 angeordnet. Außerdem weist die Schaltung 320 einen Kondensator C468 auf. Dieser ist nicht mit einem Ausgang des Gleichrichters 332 verbunden und es handelt sich nicht um einen Glättungskondensator im Sinne der Erfindung.
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Eine weitere Diode 341 ist zwischen der positiven und der negativen Zuleitung zum ersten und zweiten Ausgang 352, 354 angeordnet.
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Der Gleichrichter 332 wird gespeist über einen ersten und einen zweiten Wechselspannungs-Anschluss 321a, 321b. Bei Speisung über das öffentliche Stromnetz handelt es sich dabei typischerweise um Phase und Nullleiter.
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Der elektronische Schalter 336 umfasst einen MOSFET Q430 sowie Widerstandsbauteile R471, R443, R444. Der Gate des MOSFET Q430 wird angesteuert von der Pulsbreitenmodulations-Steuerung 337, die einen Steuer-Chip U400 sowie Widerstände R430, R431, R400, R451 und R452 umfasst. Weiterhin weist die Pulsbreitenmodulations-Steuerung 337 Kondensatoren C400, C401, C402, C450 auf. Die Pulsbreitenmodulations-Steuerung 337 wird über einen Steuersignal-Eingang 338 gesteuert.
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Das LED-Modul 360 umfasst neben den in Reihe geschalteten LEDs 362 auch eine Vielzahl von parasitären Kapazitäten 363. Diese sind in 3 gepunktet eingezeichnet, da es sich hierbei nicht um bewusst vorgesehene Bauteile handelt, sondern um unvermeidliche Kapazitäten, die z. B. durch einen geringen Abstand der LEDs zum geerdeten Metallkern der Leiterplatte entstehen.
