DE102015216820A1

DE102015216820A1 - Dynamische Vorbelastungswiderstandsstromsteuerung für LED-Dimmer

Info

Publication number: DE102015216820A1
Application number: DE102015216820.4A
Authority: DE
Inventors: Xiaoyan Wang; Nan Shi; Clarita C. Knoll; Guang Feng
Original assignee: Dialog Semiconductor Inc
Current assignee: Dialog Semiconductor Inc
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2016-06-09
Also published as: CN105423140B; CN105423140A; US20160081151A1; US9307593B1

Abstract

Die wie hier beschriebene LED-Lampensysteme enthalten einen Dimmerschalter und eine Vorbelastungswiderstandsschaltung. Die Vorbelastungswiderstandsschaltung stellt einen Vorbelastungswiderstandsstrom für das Management der Spannung und um zu verhindern, dass der Dimmerschalter vorzeitig ausschaltet, bereit. Die Vorbelastungswiderstandsschaltung kann die von dem Dimmerschalter ausgegebene Eingangswechselspannung überwachen. Wenn die Eingangswechselspannung kleiner als ein erster Schwellenwert ist, stellt die Vorbelastungswiderstandsschaltung einen Vorbelastungswiderstandsstrom bereit. Wenn die Eingangswechselspannung größer als ein zweiter Schwellenwert ist, passt die Vorbelastungswiderstandsschaltung den Vorbelastungswiderstandsstrom auf weniger als einen vorgegebenen Pegel an.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 USC, §119(e), der vorläufigen US-Patentanmeldung, lfd. Nr. 62/050.704, ”Dynamic Bleeder Current Control for LED Dimmer”, eingereicht am 15. September 2014, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingefügt ist.
HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Ansteuerung von LED-Lampen (Leuchtdiodenlampen) und genauer auf das adaptive Dimmen der LED-Lampen.
2. Beschreibung der verwandten Gebiete
Eine breite Vielfalt elektronischer Anwendungen verwenden jetzt LED-Lampen. Diese Anwendungen enthalten Baubeleuchtung, Kraftfahrzeugscheinwerfer und Kraftfahrzeugrücklichter, Hintergrundbeleuchtungen für Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, Taschenlampen und elektronische Zeichen. LED-Lampen weisen im Vergleich zu herkömmlichen Beleuchtungsquellen, wie etwa Glühlampen und Fluoreszenzlampen, erhebliche Vorteile auf. Diese Vorteile enthalten hohen Wirkungsgrad, gute Richtwirkung, Farbstabilität, hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer, kleine Größe und Umweltsicherheit. Dementsprechend haben LED-Lampen herkömmliche Beleuchtungsquellen in vielen Anwendungen ersetzt. Zum Beispiel werden LED-Lampen häufig in Anwendungen verwendet, in denen die Helligkeit der Lichtquelle angepasst wird, wie etwa in einem dimmbaren Beleuchtungssystem.
Dimmbare Beleuchtungssysteme verwenden häufig Phasenabschnitts-Dimmerschalter, die eine Triac-Vorrichtung nutzen, um die an eine Lampe gelieferte Leistung dadurch zu regeln, dass sie während einer bestimmten Zeitdauer einer dem Triac zugeführte Wechselspannung leiten. Um den Triac in dem Leitungszustand zu halten, muss dem Triac ein minimaler Haltestrom zugeführt werden. Allerdings können Triac-Vorrichtungen nicht in der Lage sein, zuverlässig zu arbeiten, da LED-Lampen-Belastungen weit variieren. Darüber hinaus variiert der minimale Haltestrom zwischen Triac-Vorrichtungen weit, was den Entwurf von LED-basierten dimmbaren Beleuchtungssystemen weiter verkomplizieren kann. Wenn der Strom durch die Triac-Vorrichtung kleiner als ein minimaler Haltestromschwellenwert ist, setzt die Triac-Vorrichtung zurück und schaltet vorzeitig aus. Im Ergebnis können LED-Lampen vorzeitig ausschalten, wenn sie eingeschaltet sein sollen, was zu einem wahrnehmbaren Lichtflimmern oder zum vollständigen Ausfall in der LED-Lampe führen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
LED-Lampensysteme, wie sie hier beschrieben sind, enthalten einen Dimmerschalter und eine Vorbelastungswiderstandsschaltung. Die Vorbelastungswiderstandsschaltung stellt einen Vorbelastungswiderstandsstrom bereit, um zu verhindern, dass der Dimmerschalter vorzeitig ausschaltet. Triac-Dimmer erfordern üblicherweise etwa 100–200-mA, um während einer Auslösebetriebsart eingeschaltet zu werden. Wenn sie ausgelöst werden, treten Triac-Dimmer in eine Triac-Leitungsbetriebsart ein, in der ein Triac-Dimmer weiterleitet, bis der Strom durch den Triac-Dimmer unter einen Schwellenstrompegel (z. B. 5–20 mA) fällt. Während der Leitungsbetriebsart kann ein Triac-Dimmer ausschalten, wenn der Strom durch den Triac-Dimmer unter den Schwellenstrompegel fällt, was zu einem wahrnehmbaren Flimmern in der LED-Lampe führt. Die Vorbelastungswiderstandsschaltung kann die von dem Dimmerschalter ausgegebene Eingangswechselspannung überwachen. Wenn die Eingangswechselspannung kleiner als ein erster Schwellenwert ist, stellt die Vorbelastungswiderstandsschaltung einen Vorbelastungswiderstandsstrom bereit. Wenn die Eingangswechselspannung größer als ein zweiter Schwellenwert ist, passt die Vorbelastungswiderstandsschaltung den Vorbelastungswiderstandsstrom auf weniger als einen vorgegebenen Pegel an.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Vorteile sind nicht alle inklusiv und insbesondere gehen für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet angesichts der Zeichnungen und der Beschreibung viele zusätzliche Merkmale und Vorteile hervor. Darüber hinaus wird angemerkt, dass die in der Beschreibung verwendete Sprache hauptsächlich zur Lesbarkeit und für Lehrzwecke gewählt wurde und nicht dafür gewählt worden sein kann, den Erfindungsgegenstand abzugrenzen oder einzugrenzen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Lehren der vorliegenden Offenbarung können durch Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen leicht verstanden werden.
1 ist ein Stromlaufplan, der ein LED-Lampensystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform darstellt.
2 ist ein Stromlaufplan, der ein LED-Lampensystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform darstellt.
3A stellt beispielhafte Spannungssignalformen des LED-Lampensystems aus 2 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dar.
3B stellt eine beispielhafte Steuersignalform des LED-Lampensystems aus 2 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dar.
3C stellt eine beispielhafte Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Steuersignalform des LED-Lampensystems aus 2 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dar.
4A stellt beispielhafte Spannungssignalformen des LED-Lampensystems aus 2 in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform dar.
4B stellt eine beispielhafte Steuersignalform des LED-Lampensystems aus 2 in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform dar.
4C stellt beispielhafte Vorbelastungswiderstandsstrom-Signalformen des LED-Lampensystems aus 2 in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Figuren (Fig.) und die folgende Beschreibung beziehen sich nur veranschaulichend auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es wird angemerkt, dass aus der folgenden Diskussion alternative Ausführungsformen der hier offenbarten Strukturen und Verfahren als praktikable Alternativen, die genutzt werden können, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen, leicht erkannt werden.
Es wird nun ausführlich Bezug genommen auf mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, für die Beispiele in den beigefügten Figuren dargestellt sind. Es wird angemerkt, dass überall, wo es praktikabel ist, in den Figuren ähnliche oder gleiche Bezugszeichen verwendet sein können und diese eine ähnliche oder gleiche Funktionalität angeben können. Die Figuren zeigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nur zur Veranschaulichung. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt aus der folgenden Beschreibung leicht, dass alternative Ausführungsformen der hier dargestellten Strukturen und Verfahren genutzt werden können, ohne von den Prinzipien der Ausführungsformen der hier beschriebenen Offenbarung abzuweichen.
1 ist ein Stromlaufplan, der ein LED-Lampensystem 100 darstellt, das ein Wechselstromnetz (AC-Starkstromnetz) 114, einen Dimmerschalter 104 und eine LED-Lampenschaltung 102 umfasst. Das Wechselstromnetz 114 stellt eine Wechselspannung 122 für die LED-Lampenschaltung 102 bereit. Der Dimmerschalter 104 ist mit dem Wechselstromnetz 114 und mit der LED-Lampenschaltung 102, die einen LED-Strang 112 enthält, in Reihe geschaltet. Der LED-Strang 112 enthält eine oder mehrere LEDs. Der Dimmerschalter 104 steuert den Betrag (d. h. die Intensität) der Lichtausgabe durch den LED-Strang 112 durch Phasenmodulation des Wechselstromnetzes 114, um für die LED-Lampenschaltung 102 eine regulierte Eingangswechselspannung bereitzustellen. In einer Ausführungsform ist der Dimmerschalter 104 ein Phasenabschnittsdimmer, der eine Triac-Vorrichtung (nicht gezeigt) enthält. Eine in dem Dimmerschalter 104 enthaltene Triac-Vorrichtung ist eine bidirektionale Vorrichtung, die Strom in beiden Richtungen leiten kann, wenn sie eingeschaltet (oder ausgelöst) ist. Ein Beispiel eines Dimmerschalters, der eine Triac-Vorrichtung enthält, ist im US-Patent Nr. 7.936.132 beschrieben. Wenn der Dimmerschalter 104, der eine Triac-Vorrichtung enthält, eingeschaltet wird, leitet der Dimmerschalter 104 weiter, bis der Strom durch den Dimmerschalter 104 und den LED-Strang 112 unter einen Haltestromschwellenwert fällt.
Der Dimmerschalter 104 bestimmt den Betrag der Anpassung, die auf die durch das Wechselstromnetz 114 bereitgestellte Wechselspannung 122 angewendet wird, auf der Grundlage des Werts eines Dimmeingangssignals 116, das an den Dimmerschalter 104 angelegt wird. Das heißt, die von dem Dimmerschalter ausgegebene Eingangswechselspannung wird auf der Grundlage des Werts des Dimmeingangssignals 116 erzeugt. In einigen Implementierungen ist das Dimmeingangssignal 116 ein analoges Signal, das durch einen Knopf, einen Schiebeschalter oder eine andere geeignete elektrische oder mechanische Vorrichtung, die ein Anpassungssignal mit einem variablen Bereich von Anpassungseinstellungen bereitstellen kann, erzeugt wird. In anderen Implementierungen ist das Dimmeingangssignal 116 ein digitales Signal. Der Dimmerschalter 104 gibt eine Eingangswechselspannung 118 an die LED-Lampenschaltung 102 aus. Die LED-Lampenschaltung 102 passt die Lichtausgabeintensität des LED-Strangs 112 im Wesentlichen proportional zu der empfangenen Eingangswechselspannung 118 an, um ein ähnliches Verhalten wie Kohlefadenlampen zu zeigen. Die LED-Lampenschaltung 102 steuert den Strom durch den LED-Strang 112 auf geregelte Weise, was einen stetigen Übergang der Lichtintensitätspegelausgabe der LED-Lampenschaltung 102 in Ansprechen auf das Dimmeingangssignal 116 ohne wahrnehmbares Flimmern bereitstellt.
Die LED-Lampenschaltung 110 umfasst eine Gleichrichterschaltung 106, eine Vorbelastungswiderstandsschaltung 108, eine Treiberschaltung 110 und den LED-Strang 112. Die Gleichrichterschaltung 106 empfängt die Eingangswechselspannung 118 und gibt eine gleichgerichtete Spannung 120 aus, die der Eingangswechselspannung 118 entspricht. Der Dimmpegel des LED-Strangs 112 kann so angepasst werden, dass der Strom durch den LED-Strang 112 unter dem Haltestromschwellenwert der Triac-Vorrichtung des Dimmerschalters 104 liegt. In diesem Fall stellt die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 sicher, dass die Triac-Vorrichtung des Dimmerschalters 104 leitend bleibt, während der LED-Strang 112 innerhalb einer Dimmeinstellung angepasst werden kann. Wenn die Eingangswechselspannung 118 unter einer ersten Schwellenspannung liegt, schaltet die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 ein, um einen Vorbelastungswiderstandsstrom bereitzustellen. Somit stellt die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 einen Stromweg über den Ausgang der Gleichrichterschaltung 106 bereit. Der durch die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 bereitgestellte Vorbelastungswiderstandsstrom entlädt einen Eingangskondensator und stellt einen niederimpedanten Stromweg bereit, um sicherzustellen, dass die Triac-Vorrichtung des Dimmerschalters 104 richtig funktioniert. Der interne Zeitgeber der Triac-Vorrichtung des Dimmerschalters 104 kann gleichzeitig richtig zurücksetzen und sich aufladen, was ein Dimmerphasen-Jitter von Zyklus zu Zyklus verhindert. In einigen Ausführungsformen stellt die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 einen Vorbelastungswiderstandsstrom auf verschiedenen Pegeln bereit, um den thermischen Verlust zu verringern und um den Gesamtsystemwirkungsgrad zu erhöhen. Wenn die Eingangswechselspannung 118 eine zweite Schwellenspannung übersteigt, verringert die Vorbelastungswiderstandsschaltung den Vorbelastungswiderstandsstrom. Die zweite Schwellenspannung ist größer als die erste Schwellenspannung. Einzelheiten der Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 werden anhand von 2 weiter beschrieben. Die Treiberschaltung 110 stellt einen Ansteuerstrom für den LED-Strang 112 bereit. Die Treiberschaltung 110 schaltet ein und aus und regelt dadurch den Ansteuerstrom durch den LED-Strang 112 in Übereinstimmung mit einem Tastgrad, der auf der Grundlage der gleichgerichteten Spannung 120 bestimmt wird.
2 ist ein Stromlaufplan, der ein LED-Lampensystem 100 darstellt, das einen Dimmerschalter 104 enthält, der zusammen mit einer LED-Lampenschaltung 102 verwendet ist. Die LED-Lampenschaltung 102 steuert das Dimmen des LED-Strangs 112 auf der Grundlage des Dimmeingangssignals 116, um die gewünschte Dimmung zu erzielen. Die LED-Lampenschaltung 102 steuert das Dimmen adaptiv auf eine Weise, dass ein wahrnehmbares Flimmern des LED-Strangs 112 über den gesamten Dimmbereich verringert oder beseitigt wird, und veranlasst, dass die Helligkeit des LED-Strangs 112 schnell und stetig anspricht, wenn der Dimmerschalter 104 angepasst wird. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Gleichrichterschaltung 106 eine Diodenbrücke 202 und einen Kondensator 204. Die Gleichrichterschaltung 106 stellt für die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 eine gleichgerichtete Spannung 120 bereit, die eine ungeregelte Gleichspannung (DC-Spannung) ist. Der Kondensator 204 ist zu dem Ausgang der Diodenbrücke 202 parallelgeschaltet. Die Diodenbrücke 202 erzeugt auf der Grundlage der von dem Dimmerschalter 104 auf der Grundlage des Dimmeingangssignals 116 ausgegebenen Eingangswechselspannung 118 eine gleichgerichtete Spannung 120. Die gleichgerichtete Spannung 120 wird für den Kondensator 204 bereitgestellt.
Die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 umfasst einen Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controller 206, einen Vorbelastungswiderstandsstromschalter 208 und einen Widerstand 210. Der Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controller 206 regelt den Vorbelastungswiderstandsstromschalter 208, um einen Vorbelastungswiderstandsstromweg über den Ausgang der Gleichrichterschaltung 106 bereitzustellen, wenn die von dem Dimmerschalter 104 ausgegebene Eingangswechselspannung 118 unter einer ersten Schwellenspannung liegt. Der Vorbelastungswiderstandscontroller 206 überwacht die Eingangswechselspannung 118, detektiert Eigenschaften der Eingangswechselspannung 118 und bestimmt, wann die Eingangswechselspannung 118 die erste Schwellenspannung erreicht, was angibt, dass die Eingangswechselspannung 118 bei oder nahe 0 Volt liegt (d. h. eine Nulldurchgangsspannung). Der Vorbelastungswiderstandscontroller 206 kann eine digitale oder analoge Schaltungstechnik oder eine Kombination davon verwenden. In einer Implementierung enthält der Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controller 206 eine digitale Abtastschaltung (nicht gezeigt) und einen Komparator (nicht gezeigt). Die digitale Abtastschaltung tastet die Eingangswechselspannung 118 in einem spezifizierten Intervall oder über eine spezifizierte Zeitdauer ab. Die Abtastwerte werden für den Komparator bereitgestellt, der den Wert einer spezifizierten Anzahl von Abtastwerten vergleicht, um zu detektieren, ob die Eingangswechselspannung 118 bei oder nahe der Nulldurchgangsspannung liegt.
Wenn der Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controller 206 bestimmt, dass die Eingangswechselspannung 118 bei oder nahe der Nulldurchgangsspannung, d. h. unter der ersten Schwellenspannung, liegt, erzeugt der Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controller 206 ein Steuersignal 242, um durch Einschalten des Vorbelastungswiderstandsstromschalters 208 die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 freizugeben bzw. zu aktivieren und dadurch für den Vorbelastungswiderstandsstrom einen Weg durch den Widerstand 210 über den Ausgang der Gleichrichterschaltung 106 bereitzustellen. Der Vorbelastungswiderstandsstromschalter 208 kann ein Halbleiterleistungsschalter wie etwa ein Metalloxidfeldeffekttransistor (MOSFET) wie dargestellt, ein Bipolartransistor (BJT) und dergleichen sein. Wie dargestellt ist, kann die Source des Vorbelastungswiderstandsstromschalters 208 mit einem Anschluss des Ausgangs der Gleichrichterschaltung 106 gekoppelt sein, kann ein Drain über den Widerstand 210 mit dem anderen Anschluss des Ausgangs der Gleichrichterschaltung 106 gekoppelt sein und ist ein Gate mit dem Ausgang des Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controllers gekoppelt. Dadurch, dass bestimmt wird, wann der Nulldurchgang der Eingangswechselspannung 118 auftritt, vermeidet der Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controller 206, dass die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 während hochdissipativer Zeitdauern freigegeben wird, und gibt er die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 frei, wenn der Triac des Dimmerschalters 104 in dem ausgeschalteten Zustand ist, d. h., wenn das Wechselstromnetz 104 von dem Dimmerschalter 104 getrennt ist.
Die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 stellt während spezifizierter Zeitdauern einen Stromweg über den Ausgang des Gleichrichters 106 bereit, um einen niederimpedanten Stromweg bereitzustellen, um sicherzustellen, dass die Triac-Vorrichtung des Dimmerschalters 104 richtig arbeitet, wie etwa die Dimmerphase stabilisiert. Zum Beispiel detektiert die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108, wann die von der Gleichrichterschaltung 106 ausgegebene gleichgerichtete Spannung 120 während jeder Halbperiode der Eingangswechselspannung 118 bei oder unter einem ersten Schwellenwert ist, wobei sie an diesem Punkt die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 freigibt, um einen Vorbelastungswiderstandsstrom mit einem ausreichenden Wert zum Entladen des Kondensators 210 bereitzustellen. Um sicherzustellen, dass die Triac-Vorrichtung des Dimmerschalters 104 richtig arbeitet und um den thermischen Verlust zu verringern, kann die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 einen Vorbelastungswiderstandsstrom mit anderen Pegeln bereitstellen. Zum Beispiel kann eine Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 einen hohen Vorbelastungswiderstandsstrom mit etwa 250 mA bis 300 mA und einen niedrigen Vorbelastungswiderstandsstrom etwa bei der Hälfte oder einem Viertel des hohen Strompegels bereitstellen. Während der Dimmschalter 104 in dem Leitungszustand arbeitet, kann die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 den Betrag des Vorbelastungswiderstandsstroms, der dem Dimmerschalter 104 zugeführt wird, regeln, um sicherzustellen, dass der Dimmerschalter in dem Leitungszustand bleibt. Ein solches Regelungsschema vermeidet, dass die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 freigegeben wird, wenn die Menge der in dem Kondensator 204 in der Gleichrichterschaltung 106 gespeicherten Energie während jeder Halbperiode der Eingangswechselspannung 118 maximal ist. Dies erhöht den Gesamtsystemwirkungsgrad, während es den richtigen Betrieb des Dimmerschalters 104 sicherstellt, da die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 während hochdissipativer Betriebsdauern, wie etwa, wenn die Leistungsstufe in der Ausgaberegelungsbetriebsart arbeitet, gesperrt ist.
Die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 detektiert genau die richtige Zeiteinstellung der Eingangswechselspannung 118, um die Vorbelastungswiderstandsstromsteuerung zu bestimmen, und vermeidet, dass die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 freigegeben wird, wenn die Menge der in dem großen Kondensator 204 gespeicherten Energie während jeder Halbperiode der Eingangswechselspannung 118 maximal ist. Dies erhöht den Gesamtwirkungsgrad des LED-Lampensystems 100, während es den richtigen Betrieb des Dimmerschalters 104 sicherstellt.
Wenn die Eingangswechselspannung 118 während jeder Halbperiode der Eingangswechselspannung 118 über einem zweiten Schwellenwert liegt, verringert der Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controller 206 den Vorbelastungswiderstandsstrom. In einer Implementierung sperrt der Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controller 206 die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108, wenn die Eingangswechselspannung 118 über einem zweiten Schwellenwert liegt. Das heißt, wenn die Treiberschaltung 110 arbeitet, ist die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 deaktiviert und wird der Vorbelastungswiderstandsstrom auf null verringert. Der Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controller 206 kann von dem Leistungsstufencontroller 216 ein Signal 240 empfangen, das angibt, ob die Schaltzyklen der Treiberschaltung 110 freigegeben worden sind. Der Vorbelastungswiderstandsschaltungs-Controller 206 sperrt die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 durch Ausschalten des Vorbelastungswiderstandsstromschalters 208, wenn die Treiberschaltung 110 freigegeben worden ist.
In einer Ausführungsform stellt die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 unterschiedliche Pegel des Vorbelastungswiderstandsstroms bereit. Zum Beispiel kann die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 während Zeitdauern, wenn die Gleichrichterschaltung 110 gesperrt ist, unterschiedliche Pegel des Vorbelastungswiderstandsstroms bereitstellen, um die Spannung richtig zu managen und um den thermischen Verlust zu verringern. Als ein anderes Beispiel kann der Strom durch den LED-Strang 112 während Zeitdauern, wenn die Gleichrichterschaltung 110 freigegeben ist, weiter unter dem Haltestrom des Dimmerschalters 104 liegen. Während die Gleichrichterschaltung 110 freigegeben ist, kann die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 einen Vorbelastungswiderstandsstrom bereitstellen, um sicherzustellen, dass der Dimmerschalter 104 leitend bleibt. In einer Implementierung bestimmt der Leistungsstufencontroller 216, ob der Regelungsschwellenwert erfüllt ist, indem er bestimmt, ob die Energie, die an die Ausgangsstufe 214 geliefert wird, ausreicht, um die richtige Ausgaberegelung des LED-Strangs 112 aufrechtzuerhalten. Der Leistungsstufencontroller 216 kann die Strombelastung des Dimmerschalters 104 messen und den gemessenen Strom mit dem Haltestromschwellenwert oder mit einem Bereich von Schwellenwerten vergleichen. Der Regelungsschwellenwert kann spezifiziert werden oder auf der Grundlage der Belastungseigenschaften des Dimmerschalters 104 und des LED-Strangs 112 dynamisch angepasst werden. Wenn die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 bestimmt, dass die Treiberschaltung 110 nicht arbeitet, und auf der Grundlage einer Angabe zum Aufrechterhalten der Ausgaberegelung, die. z. B. durch den Leistungsstufencontroller 216 bereitgestellt wird, kehrt die Vorbelastungswiderstandsschaltung zu der wie zuvor beschriebenen Betriebsart zurück. Der Leistungsstufencontroller 216 kann in Ansprechen darauf, dass bestimmt wird, dass der Regelungsschwellenwert nicht erfüllt ist, eine Angabe zum Aufrechterhalten der Ausgaberegelung erzeugen.
Die Treiberschaltung 110 stellt einen Ansteuerstrom für den LED-Strang 112 bereit. Die Treiberschaltung 110 umfasst eine Leistungsstufe 212 und eine Ausgangsstufe 214. Die Leistungsstufe 212 regelt die Menge der für die Ausgangsstufe 126 bereitgestellten Energie und die Ausgangsstufe 126 stellt den Ansteuerstrom für den LED-Strang 112 bereit. Die Leistungsstufe 212 enthält einen Leistungsstufencontroller 216, einen Leistungsstufenschalter 218 und ein induktives Bauelement 220. Der Leistungsstufencontroller 216 kann die von dem Dimmerschalter 104 ausgegebene Eingangswechselspannung 118 detektieren und ein Steuersignal 242 zum Aktivieren oder Deaktivieren des Leistungsstufenschalters 218 ausgeben. Zum Beispiel kann der Leistungsstufencontroller 216 in einer Implementierung einen Eingang umfassen, der mit dem Ausgang des Dimmerschalters 104 gekoppelt ist und die von dem Dimmerschalter 104 ausgegebene Eingangswechselspannung 118 misst. Wenn die gemessene Eingangswechselspannung 118 einen bestimmten Schwellenspannungspegel oder Schwellenspannungsbereich erfüllt, geht der in dem Dimmerschalter 104 enthaltene Triac während jeder Halbperiode der Eingangswechselspannung 118 in einen leitenden Zustand über. Der Leistungsstufencontroller 216 reguliert durch Steuern des Tastgrads des Leistungsstufenschalters 218 den Ansteuerstrom, der für den LED-Strang 112 bereitgestellt wird. Der Leistungsstufencontroller 216 erzeugt auf der Grundlage einer Bestimmung, dass die gemessene Wechselstromeingabe den spezifizierten Schwellenwert oder Schwellenbereich erfüllt oder übersteigt, ein Steuersignal 242 in einem ersten Zustand (z. B. eingeschaltet), um den Leistungsstufenschalter 218 zu aktivieren. Wenn die Eingangswechselspannung 118 während jeder Halbperiode der Wechselspannung 122 des Wechselstromnetzes 114 auf dem Schwellenwert ist, erzeugt der Leistungsstufencontroller 216 ein Steuersignal 242, das von dem ersten Zustand (z. B. eingeschaltet) in einen zweiten Zustand (z. B. ausgeschaltet) übergeht, um die Ausgaberegelung aufrechtzuerhalten. Andererseits erzeugt der Leistungsstufencontroller 216 ein Steuersignal 242 in dem zweiten Zustand (z. B. ausgeschaltet), um den Leistungsstufenschalter 218 zu deaktivieren, wenn der Leistungsstufencontroller 216 bestimmt, dass die gemessene Eingangswechselspannung 118 höher als ein Schwellenwert ist, der angibt, dass die Menge der Energie, die an die Ausgangsstufe 214 geliefert wird, ausreicht, um die richtige Ausgaberegelung aufrechtzuerhalten. Der Leistungsstufenschalter 218 kann ein Halbleiterleistungsschalter wie etwa ein MOSFET wie dargestellt, ein BJT und dergleichen sein.
Die Ausgangsstufe 214 umfasst eine Gleichrichterdiode 222 und einen Ausgangskondensator 224. Die Anode der Gleichrichterdiode 222 ist mit dem Drain des Leistungsstufenschalters 218 gekoppelt und die Katode der Gleichrichterdiode 222 ist mit dem positiven Anschluss des Ausgangskondensators 224 gekoppelt. Die Gleichrichterdiode 222 stellt sicher, dass der Strom durch den LED-Strang 112 von der Anode des LED-Strangs 112 zu der Katode des LED-Strangs 112 fließt. Der Kondensator 130 ist zu dem LED-Strang 112 parallelgeschaltet, wobei die Anode des LED-Strangs 112 mit dem positiven Anschluss des Ausgangskondensators 224 verbunden ist und die Katode des LED-Strangs 112 mit dem negativen Anschluss des Ausgangskondensators 224 verbunden ist. Der Kondensator 130 hält die Spannung über den LED-Strang 112 im Wesentlichen konstant. Die Gleichrichterdiode 222 und der Kondensator 130 stellen zusammen den zuverlässigen Betrieb des LED-Strangs 112 sicher.
Die 3A bis 3C stellen beispielhafte Signalformen des LED-Lampensystems 100 aus 2 dar. 3A zeigt Spannungssignalformen des LED-Lampensystems 100 aus 2. Die Signalform 302 ist die Eingangswechselspannung 118, die von dem Dimmerschalter 104 ausgegeben wird, und die Signalform 304 ist die Wechselspannung 122, die durch das Wechselstromnetz 114 zugeführt wird. Die Signalform 304 (Strichlinie) ist der Signalform 302 überlagert. Wie dargestellt ist, enthält die Eingangswechselspannung 118 einen ersten Abschnitt 302a, wo die Eingangswechselspannung 118 null ist, und einen zweiten Abschnitt 302b, wo die Eingangswechselspannung 118 nicht null ist. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt wechseln sich ab. 3B stellt eine beispielhafte Signalform dar, die ein Steuersignal 242 darstellt, das durch den Leistungsstufencontroller 216 des LED-Lampensystems 100 aus 2 erzeugt wird. Wie in 3B gezeigt ist, erzeugt der Leistungsstufencontroller 216 ein Steuersignal 242, wenn die Eingangswechselspannung 118 den spezifizierten Schwellenwert V_TH1 oder Bereich zum Zeitpunkt t₁ erfüllt oder übersteigt. Das Steuersignal 242 schaltet zwischen ein- und ausgeschalteten Zuständen zyklisch weiter, um den Leistungsstufenschalter 218 ein- und auszuschalten. Wie zuvor anhand von 2 beschrieben wurde, erzeugt der Leistungsstufencontroller 216 weiter ein Steuersignal 242, das zwischen ein- und ausgeschalteten Zuständen zyklisch weiterschaltet, bis ein Regelungsschwellenwert (d. h., ob die an die Ausgangsstufe 214 gelieferte Energie ausreicht, um die richtige Ausgaberegelung des LED-Strangs 112 aufrechtzuerhalten) erfüllt ist.
3C stellt eine beispielhafte Signalform dar, die ein Steuersignal 242 darstellt, das durch den Vorbelastungswiderstandscontroller 206 des LED-Lampensystems 100 aus 2 erzeugt wird. Wie in 3C gezeigt ist, überwacht der Vorbelastungswiderstandscontroller 206 die Signalform 302 der Eingangswechselspannung 118 und gibt die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 frei, wenn die Eingangswechselspannung 118 kleiner als der Schwellenwert V_TH1 ist. Wie dargestellt ist, ist der Spannungspegel der Eingangswechselspannung 118 während der Zeitdauer (t₀–t₁), die dem ersten Abschnitt 302a der Eingangswechselspannung 118 entspricht, kleiner als der erste Schwellenwert V_TH1, wobei die Vorbelastungswiderstandsschaltung freigegeben wird, um einen Vorbelastungswiderstandsstrom bereitzustellen. Zum Zeitpunkt t₁, wenn der Spannungspegel der Eingangswechselspannung 118 größer als der Schwellenwert V_TH2 ist, sperrt der Vorbelastungswiderstandscontroller 206 die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108. Wie dargestellt ist, wird die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 während der Zeitdauer (t₁–t₃), die dem zweiten Abschnitt 302b der Eingangswechselspannung 118, wenn der Spannungspegel der Eingangswechselspannung 118 nicht null, entspricht, gesperrt. Während hochdissipativer Zeitdauern wird die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 nicht freigegeben. Wie dargestellt ist, wird die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 selbst während der Zeitdauer (t₂–t₃), wenn das Schalten des Leistungsstufenschalters 218 gesperrt ist, gesperrt, und bei oder nahe der Nulldurchgangsspannung der Eingangswechselspannung 302, wenn der Dimmerschalter 104 ausgeschaltet ist und das Wechselstromnetz 114 von der Gleichrichterschaltung 106 getrennt ist, freigegeben.
Die 4A–4C stellen beispielhafte Signalformen des LED-Lampensystems 100 aus 2 in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform dar. 4A und 4B sind äquivalent 3A bzw. 3B. Wie dargestellt ist, enthält die Eingangswechselspannung 118 einen ersten Abschnitt 402a, wo die Eingangswechselspannung 118 null ist, und einen zweiten Abschnitt 402b, wo die Eingangswechselspannung 118 nicht null ist. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt wechseln sich ab. 4C stellt eine beispielhafte Vorbelastungswiderstandsstrom-Signalform dar, die durch die Vorbelastungswiderstandsschaltung 108 des LED-Lampensystems 100 aus 2 bereitgestellt wird. Wie in 4C gezeigt ist, erzeugt die Vorbelastungswiderstandsschaltung einen Vorbelastungswiderstandsstrom mit unterschiedlichen Ausgangspegeln. Während der Zeitdauer (t₀–t₁), die dem ersten Abschnitt 402a der Eingangswechselspannung 118 entspricht, ist der Spannungspegel der Eingangswechselspannung 118 kleiner als der erste Schwellenwert V_TH1 und wird die Vorbelastungswiderstandsschaltung freigegeben, um einen Vorbelastungswiderstandsstrom zum Entladen des in der Gleichrichterschaltung enthaltenen Kondensators bereitzustellen. Die Treiberschaltung 110 wird zum Zeitpunkt t₁ freigegeben, wenn der Spannungspegel der Eingangswechselspannung 118 höher als der Schwellenwert V_TH2 ist. Während der Zeitdauer (t₁–t₃), die dem zweiten Abschnitt 402b der Eingangswechselspannung 118 entspricht, wird der Vorbelastungswiderstandsstrom verringert, wenn der Spannungspegel der Eingangswechselspannung 118 nicht null ist. Zum Beispiel erzeugt die Vorbelastungswiderstandsstromschaltung 110 während der Zeitdauer (t₁–t₂), wie dargestellt ist, einen Vorbelastungswiderstandsstrom auf einem niedrigen Pegel, um sicherzustellen, dass der in dem Dimmerschalter 104 enthaltene Triac in dem leitenden Zustand bleibt, während Schaltzyklen der Leistungsstufe 212 freigegeben sind. Der niedrige Pegel des Vorbelastungswiderstandsstroms wird auf der Grundlage des Haltestromschwellenwerts des Dimmerschalters 104 und des Ansteuerstroms durch den LED-Strang 112 eingestellt. Während der Zeitdauer (t₂–t₃) wird der Vorbelastungswiderstandsstrom auf näherungsweise 0 A verringert und sperrt die Treiberschaltung 110 die Schaltzyklen.
Beim Lesen dieser Offenbarung wird der Fachmann zusätzliche alternative Entwürfe zum Steuern des Dimmens einer LED-Lampe unter Verwendung einer adaptiven Vorbelastungswiderstandsstromsteuerung würdigen. Obwohl bestimmte Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden Offenbarung dargestellt und beschrieben worden sind, ist die Offenbarung somit selbstverständlich nicht auf die genaue Konstruktion und auf die genauen Komponenten, die hier offenbart sind, beschränkt und können an der Anordnung, am Betrieb und an den Einzelheiten des Verfahrens und der Vorrichtung der hier offenbarten vorliegenden Offenbarung verschiedene Abwandlungen, Änderungen und Varianten, die für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sind, vorgenommen werden, ohne von dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7936132 [0018]

Claims

Leuchtdiodenlampe (LED-Lampe), die umfasst: einen LED-Strang, der eine oder mehrere LEDs enthält; eine Gleichrichterschaltung, die dafür konfiguriert ist, eine Eingangswechselspannung zu empfangen und eine gleichgerichtete Spannung zu erzeugen, die der Eingangswechselspannung entspricht, wobei die gleichgerichtete Spannung eine Phasenabschnitts-Eingangswechselspannung ist, die einen Dimmpegel angibt; eine Vorbelastungswiderstandsschaltung, die mit der Gleichrichterschaltung gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist einzuschalten, um im Ansprechen darauf, dass die Eingangswechselspannung kleiner als eine erste Schwellenspannung ist, einen Vorbelastungswiderstandsstrom auf einem ersten Strompegel bereitzustellen, und in Ansprechen darauf, dass die Eingangswechselspannung eine zweite Schwellenspannung übersteigt, den Vorbelastungswiderstandsstrom auf einen zweiten Strompegel zu verringern; und eine LED-Treiberschaltung, die dafür konfiguriert ist, einen Leistungsstufenschalter in Übereinstimmung mit einem Tastgrad auf der Grundlage der gleichgerichteten Spannung ein- oder auszuschalten, um einen Ansteuerstrom über den LED-Strang zu regeln.
LED-Lampe nach Anspruch 1, wobei: die Eingangswechselspannung einen ersten Abschnitt, währenddessen die Eingangswechselspannung null ist, und einen zweiten Abschnitt, währenddessen die Eingangswechselspannung nicht null ist, enthält, wobei sich der erste Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt abwechselt; und die erste Schwellenspannung und die zweite Schwellenspannung so eingestellt sind, dass die Vorbelastungswiderstandsschaltung dafür konfiguriert ist, während des ersten Abschnitts der Eingangswechselspannung einzuschalten und während des zweiten Abschnitts der Eingangswechselspannung auszuschalten.
LED-Lampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Eingangswechselspannung einen ersten Abschnitt, währenddessen die Eingangswechselspannung null ist, und einen zweiten Abschnitt, währenddessen die Eingangswechselspannung nicht null ist, enthält, wobei sich der erste Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt abwechselt; die LED-Treiberschaltung dafür konfiguriert ist, den Leistungsstufenschalter in Übereinstimmung mit dem Tastgrad auf der Grundlage der gleichgerichteten Spannung während eines Teils des zweiten Abschnitts der Eingangswechselspannung ein- oder auszuschalten; die erste Schwellenspannung so eingestellt ist, dass die Vorbelastungswiderstandsschaltung dafür konfiguriert ist, während des ersten Abschnitts der Wechselspannung einzuschalten; die zweite Schwellenspannung so eingestellt ist, dass die Vorbelastungswiderstandsschaltung den Vorbelastungswiderstandsstrom während des Teils des zweiten Abschnitts der Wechselspannung auf den zweiten Strompegel verringert; und die Vorbelastungswiderstandsschaltung dafür konfiguriert ist, während eines verbleibenden Teils des zweiten Abschnitts der Wechselspannung auszuschalten.
LED-Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Schwellenspannung kleiner als die zweite Schwellenspannung ist.
LED-Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Vorbelastungswiderstandsstrom durch einen Triac fließt, der extern gegenüber dem LED-Strang, der Gleichrichterschaltung und der Vorbelastungswiderstandsschaltung ist.
LED-Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorbelastungswiderstandsschaltung umfasst: einen ersten Schalter, der dafür konfiguriert ist, eingeschaltet zu werden, um den Vorbelastungswiderstandsstrom bereitzustellen, oder ausgeschaltet zu werden, um den Vorbelastungswiderstandsstrom anzuhalten; und einen ersten Controller, der dafür konfiguriert ist, ein erstes Steuersignal zum Ein- oder Ausschalten des ersten Schalters auf der Grundlage der Eingangswechselspannung zu erzeugen.
LED-Lampe nach Anspruch 6, wobei die LED-Treiberschaltung umfasst: einen Leistungsstufenschalter, der dafür konfiguriert ist, eingeschaltet zu werden, um die gleichgerichtete Spannung mit der LED-Treiberschaltung zu verbinden, und ausgeschaltet zu werden, um die gleichgerichtete Spannung von der LED-Treiberschaltung zu trennen; und einen zweiten Controller, der dafür konfiguriert ist, ein zweites Steuersignal mit dem Tastgrad zu erzeugen, wobei der Leistungsstufenschalter in Ansprechen auf das zweite Steuersignal in Übereinstimmung mit dem Tastgrad ein- oder ausgeschaltet wird.
LED-Lampe nach Anspruch 7, wobei der erste Controller und der zweite Controller in einer integrierten Schaltung gepackt sind.
LED-Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Strompegel in Übereinstimmung mit dem Tastgrad und mit einem Triac extern gegenüber dem LED-Strang, der Gleichrichterschaltung und der Vorbelastungswiderstandsschaltung bestimmt wird.
Verfahren zur Leistungsversorgung eines Leuchtdiodenstrangs (LED-Strangs), wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Eingangswechselspannung und Erzeugen einer gleichgerichteten Spannung, die der Eingangswechselspannung entspricht, wobei die gleichgerichtete Spannung eine Phasenabschnittsspannung ist, die einen Dimmpegel angibt; Bestimmen eines Pegels der Eingangswechselspannung; Bereitstellen eines Vorbelastungswiderstandsstroms auf einem ersten Strompegel in Ansprechen darauf, dass die Eingangswechselspannung kleiner als die erste Schwellenspannung ist, und Verringern des Vorbelastungswiderstandsstroms auf einen zweiten Strompegel in Ansprechen darauf, dass die Eingangswechselspannung die zweite Schwellenspannung übersteigt; und Regeln eines Ansteuerstroms durch den LED-Strang durch Ein- oder Ausschalten eines Leistungsstufenschalters in Übereinstimmung mit einem Tastgrad auf der Grundlage der gleichgerichteten Spannung.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei: die Eingangswechselspannung einen ersten Abschnitt, währenddessen die Eingangswechselspannung null ist, und einen zweiten Abschnitt, währenddessen die Eingangswechselspannung nicht null ist, enthält, wobei sich der erste Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt abwechselt; und der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert so eingestellt werden, dass der Vorbelastungswiderstandsstrom während des ersten Abschnitts der Eingangswechselspannung auf dem ersten Strompegel ist und dass der Vorbelastungswiderstandsstrom während des zweiten Abschnitts der Eingangswechselspannung auf dem zweiten Strompegel ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei: die Eingangswechselspannung einen ersten Abschnitt, währenddessen die Eingangswechselspannung null ist, und einen zweiten Abschnitt, währenddessen die Eingangswechselspannung nicht null, enthält, wobei sich der erste Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt abwechselt; der Leistungsstufenschalter in Übereinstimmung mit dem Tastgrad auf der Grundlage der gleichgerichteten Spannung während eines Teils des zweiten Abschnitts der Eingangswechselspannung ein- oder ausgeschaltet wird; wobei der erste Schwellenwert so eingestellt ist, dass der Vorbelastungswiderstandsstrom während des ersten Abschnitts der Wechselspannung auf dem ersten Pegel ist; wobei der zweite Schwellenwert so eingestellt ist, dass der Vorbelastungswiderstandsstrom während des Teils des zweiten Abschnitts der Wechselspannung auf dem zweiten Pegel ist; und der Vorbelastungswiderstandsstrom während eines verbleibenden Teils des zweiten Abschnitts der Wechselspannung null ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die erste Schwellenspannung kleiner als die zweite Schwellenspannung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Vorbelastungswiderstandsstrom bereitgestellt wird, um durch einen Triac extern gegenüber dem LED-Strang zu fließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Schritt des Bereitstellens des Vorbelastungswiderstandsstroms das Erzeugen eines ersten Steuersignals auf der Grundlage der Eingangswechselspannung, um einen ersten Schalter ein- oder auszuschalten, um den Vorbelastungswiderstandsstrom auf dem ersten Pegel bereitzustellen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Regelns des Ansteuerstroms das Erzeugen eines zweiten Steuersignals mit dem Tastgrad umfasst, wobei der Leistungsstufenschalter in Ansprechen auf das zweite Steuersignal in Übereinstimmung mit dem Tastgrad des zweiten Steuersignals ein- oder ausgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei der Tastgrad in Übereinstimmung mit einem Dimmsteuersignal, das den Dimmpegel angibt, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei der zweite Strompegel in Übereinstimmung mit dem Tastgrad und mit einem Triac extern gegenüber dem LED-Strang, der Gleichrichterschaltung und der Vorbelastungswiderstandsschaltung bestimmt wird.