DE102016101352A1

DE102016101352A1 - Anordnung und Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels

Info

Publication number: DE102016101352A1
Application number: DE102016101352.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Wiebe
Original assignee: Bag Electronics GmbH
Current assignee: OPTOTRONIC GMBH, DE
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels mit einer Treiberstufe, die ausgangsseitig an einen Lastkreis umfassend das Leuchtmittel angeschlossen ist, sowie mit einer Steuervorrichtung und einer, ein Widerstandsnetzwerk mit einem Stromeingang und einem Stromausgang aufweisende Strommessvorrichtung mit variabler Empfindlichkeit, wobei ein Signalausgang der Strommessvorrichtung mit einem zugeordneten Eingang der Steuervorrichtung verbunden ist zur Steuerung der Treiberstufe in Abhängigkeit des Ausgangssignals der Strommessvorrichtung. Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Strommessvorrichtung eine Stromumleiteinrichtung mit einem steuerbaren Widerstand aufweist, der durch ein Ausgangssignal einer Spannungsvergleichseinrichtung gesteuert ist, wobei die Spannungsvergleichseinrichtung einen ersten Eingang aufweist, der mit einem Spannungsabgriff innerhalb des Widerstandsnetzwerks verbunden ist, und einen zweiten Eingang, an dem eine vorgegebene Referenzspannung anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels mit einer Treiberstufe, die ausgangsseitig an einen Lastkreis, umfassend das Leuchtmittel, angeschlossen ist sowie mit einer Steuervorrichtung und einer, ein Widerstandsnetzwerk mit einem Stromeingang und einem Stromausgang aufweisenden Strommessvorrichtung mit variabler Empfindlichkeit, wobei ein Signalausgang der Strommessvorrichtung mit einem zugeordneten Eingang der Steuervorrichtung verbunden ist zur Steuerung der Treiberstufe in Abhängigkeit des Ausgangssignals der Strommessvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels.
Eine derartige gattungsbildende Anordnung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift EP 2 184 956 A2 für den Fall eines elektronischen Vorschaltgerätes offenbart, bei welchem die Treiberstufe durch eine Halbbrücke bereitgestellt ist, an deren Mittenabgriff das Leuchtmittel in Form einer FL-Lampe angeschlossen ist. Zur Bereitstellung eines Signals zur Steuerung der beiden Schalter der Halbbrücke ist eine Strommessvorrichtung in Form eines Shunts in Reihe zu den beiden Schaltern vorgesehen, wobei der Messeingang zwischen dem mit dem Bezugspotential verbundenen Shunt und dem einen Schalter eingekoppelt ist. Bei der angegebenen Anordnung des Standes der Technik wird über eine Auswertung des Ausgangssignals dieser Strommessvorrichtung eine Zündspannungsregelung und eine Totzeiterkennung in Bezug auf die Betriebssituation der Schalter zu deren Steuerung durchgeführt. Je nach Betriebssituation ergeben sich unterschiedliche Dimensionierungsanforderungen an den Mess-Shunt. Beispielsweise ist bei der Steuerung der Zündphase der Mess-Shunt zum Erreichen hoher Zündspannungen vergleichsweise niedrig zu dimensionieren, andererseits kann dann die dort abfallende Spannung bei geringen Stromflüssen unter Umständen nicht mehr die Auslöseschwelle für die Totzeitregelung erreichen. Zu diesem Zweck wird im Stand der Technik für die Gestaltung der Strommessvorrichtung vorgeschlagen, parallel zum Shunt eine Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Diode vorzusehen als Begrenzungsschaltung, die die am Shunt abfallende Spannung zum Erreichen vorgegebener Signalpegel am Messeingang in seiner Amplitude begrenzt. Eine solche Anordnung weist jedoch insbesondere aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Flussspannung der Diode keine Temperaturstabilität auf. Ferner führen Bauteiletoleranzen, insbesondere in Bezug auf die Flussspannung der Diode bei einer vorgegebenen Temperatur, zu weiteren Ungenauigkeiten der herkömmlichen Anordnung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine herkömmliche Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels mit einer Treiberstufe in Bezug auf die Steuerung der Treiberstufe in Abhängigkeit des Ausgangssignals einer Strommessvorrichtung der Anordnung zu verbessern.
Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung vorrichtungsseitig mit einer Anordnung umfassend die Merkmale von Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Strommessvorrichtung eine Stromumleiteinrichtung mit einem steuerbaren Widerstand aufweist, der durch ein Ausgangssignal einer Spannungsvergleichseinrichtung gesteuert ist, wobei die Spannungsvergleichseinrichtung einen ersten Eingang aufweist, der mit einem Spannungsabgriff am bzw. im Widerstandsnetzwerk verbunden ist und einen zweiten Eingang, an dem eine vorgegebene Referenzspannung anliegt.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist gegenüber der herkömmlichen Anordnung den Vorteil einer höheren Flexibilität in Bezug auf eine Einstellung der Empfindlichkeit der Strommessvorrichtung innerhalb des betriebsgemäßen Wertebereichs des zu messenden Stromes und damit eine höhere Flexibilität in Bezug auf die Steuerung der Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels auf. Dadurch, dass zur Einstellung des steuerbaren Widerstandes eine Bezugsspannung im Widerstandsnetzwerk und eine vorgegebene, u.U. einstellbare Referenzspannung herangezogen werden, kann ferner im Wesentlichen eine Temperaturabhängigkeit der Kennlinie in Bezug auf das Ausgangssignal der Strommessvorrichtung und des zu erfassenden Strom vermieden werden.
Grundsätzlich kann die Strommessvorrichtung in der Treiberstufe selbst angeordnet sein, es ist jedoch je nach Ausführungsform z.B. auch möglich, die Strommessvorrichtung ausgangsseitig zur Treiberstufe im Lastkreis anzuordnen, um beispielsweise den Laststrom durch das Leuchtmittel direkt zu erfassen.
Dabei bedeutet hier die Angabe „steuerbarer Widerstand“, dass die Stromumleiteinrichtung neben den Betriebszuständen „Sperrzustand“ und „Brückzustand“ auch Zwischenzustände zwischen vollständig durchgeschaltet und vollständig sperrend einnehmen kann. Die Angabe „Widerstandsnetzwerk“ meint hier eine Schaltungsanordnung, umfassend zumindest zwei Widerstände, wobei zusätzlich zu den Widerständen auch weitere elektronische Bauelemente wie zumindest ein Kondensator und/oder ein Schalter vorgesehen sein können.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann mit einer Vielzahl von Treiberstufenarten verwendet werden, insbesondere bei einer Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels, in welcher die Treiberstufe durch eine Halbbrücke oder eine Vollbrücke bereitgestellt wird. Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich beispielsweise zum Betreiben von Gasentladungslampen und organischen oder anorganischen Leuchtdioden.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind in der allgemeinen Beschreibung, der Figurenbeschreibung, den Figuren sowie den Unteransprüchen angegeben.
Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass die Stromumleiteinrichtung elektrisch parallel zu einem Widerstand bzw. einem Abschnitt des Widerstandsnetzwerks geschaltet ist. Der durch diesen Widerstand bzw. den Abschnitt des Widerstandsnetzwerkes fließende Strom kann in Abhängigkeit des Spannungsvergleichs in der Spannungsvergleichseinrichtung zwischen der vorgegebenen Referenzspannung und einer innerhalb des Widerstandsnetzwerks oder an dem Widerstandsnetzwerk abgegriffenen Bezugsspannung gesteuert werden.
Vorteilhaft kann die Spannungsvergleichseinrichtung als Regler innerhalb einer Regelschleife ausgebildet und angeordnet sein, in welcher der einstellbare Widerstand der Stromumleiteinrichtung als Stellgröße so eingestellt wird, dass eine innerhalb des Widerstandsnetzwerkes gemessene Bezugsspannung auf die vorgegebene Referenzspannung geregelt wird. Zweckmäßigerweise kann der Regler so ausgebildet sein, dass diese Regelung dann erfolgt, wenn die Bezugsspannung die Referenzspannung erreicht, sodass der Regler in dieser Betriebssituation als Spannungsbegrenzer arbeitet. Zweckmäßigerweise kann die Bezugsspannung die Spannung sein, welche an der Stromumleiteinrichtung abfällt und damit der Spannung, die an dem Widerstand bzw. am Abschnitt des Widerstandsnetzwerkes abfällt, der der Stromleiteinrichtung parallel geschaltet ist.
Dieser Abschnitt des Widerstandsnetzwerkes kann beispielsweise eine Serienschaltung oder eine Parallelschaltung von Widerständen umfassen, wobei, wie obenstehend erläutert, unter Umständen auch noch weitere elektronische Bauelemente im Widerstandsnetzwerk angeordnet sein können.
Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass die Stromumleiteinrichtung einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Eingang der Spannungsvergleichseinrichtung insbesondere direkt mit einem der ersten und zweiten Anschlüsse der Stromumleiteinrichtung verbunden sein kann. Insofern kann vorgesehen sein, dass das an der Stromumleiteinrichtung an einem Anschluss anliegende Potential gleichzeitig auch den Spannungsabgriff innerhalb des Widerstandsnetzwerkes für den ersten Eingang der Spannungsvergleichseinrichtung darstellt. Somit kann der Umfang bzw. die Stärke der Stromumleitung mittels der Stromumleiteinrichtung von der Eingangsspannung an der Stromumleiteinrichtung und deren Relation zu der Referenzspannung abhängig gemacht werden, sodass darüber in der Kennlinie der Strommessvorrichtung ein Betriebspunkt festlegbar ist, bei dem mit steigendem, zu messendem Strom der zur Stromumleiteinrichtung parallel angeordnete Widerstand oder Abschnitt des Widerstandsnetzwerks keinen Einfluss auf die Steigung der Kennlinie mehr besitzt.
Besonders zweckmäßig kann die Stromumleiteinrichtung eine als der steuerbare Widerstand ausgebildete Transistoreinrichtung, z.B. einen Feldeffekttransistor umfassen, die über das Ausgangssignal der Spannungsvergleichseinrichtung gesteuert sein kann.
Zweckmäßigerweise kann die Strommessvorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung derart ausgebildet sein, dass ihre Kennlinie in Bezug auf das Ausgangssignal in Abhängigkeit des Eingangssignals in Form des zu erfassenden Stromes eine Mehrzahl von linearen Abschnitten aufweist, die stetig aneinander anschließen. Diese Ausbildung kann insbesondere durch Dimensionierung der verwendeten Widerstände bzw. des Widerstandsnetzwerks und/oder durch Einstellung der Referenzspannung realisiert sein. Erfindungsgemäß können diese linearen, d.h. geradlinigen Kennlinienabschnitte ohne das Vorsehen von dazwischen liegenden, gekrümmten Kennlinienabschnitten aufeinander folgen. Insofern können die aufeinander folgenden linearen Kennlinienabschnitte eine unterschiedliche Steigung aufweisen, sodass die Kennlinie der Strommessvorrichtung an die Regelung der Treibereinrichtung angepasst werden kann. Diese Anpassung kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass in solchen Kennlinienabschnitten, in welchen eine genaue Regelung der Treibereinrichtung notwendig ist, der zur Steuerung herangezogene Messstrom mit hoher Empfindlichkeit der der Strommessvorrichtung erfasst wird. Die Steigung kann in einem solchen Kennlinienabschnitt groß eingestellt sein. Umgekehrt kann in solchen Abschnitten, in welchen die Regelung der Treibereinrichtung nur grob erfolgen muss, die Strommessvorrichtung mit geringerer Empfindlichkeit betrieben werden. Die Steigung kann in einem solchen Kennlinienabschnitt klein eingestellt sein.
Um die erfindungsgemäße Anordnung flexibel an die jeweiligen Treiberbedürfnisse des zu betreibenden Leuchtmittels anzupassen, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass die vorgegebene Referenzspannung am Ausgang einer einstellbaren oder steuerbaren Spannungsreglereinrichtung bereitstellbar ist. Mit der Einstellbarkeit der Referenzspannung kann beispielsweise ein Punkt in der Kennlinie der Strommessvorrichtung, an welchem zwei lineare Kennlinienabschnitte mit unterschiedlichen Steigungen aneinander anschließen, zu größeren oder niedrigeren Eingangsströmen verschoben werden.
Um die Gestaltungsmöglichkeiten zum Einstellen eines vorgegebenen Kennlinienverlaufs, insbesondere eines Verlaufs mit rein linearen Kennlinienabschnitten, zu erhöhen, kann zweckmäßigerweise auch vorgesehen sein, einen Schalter parallel zu dem Widerstand bzw. dem Abschnitt des Widerstandsnetzes anzuordnen, der parallel zur Stromumleiteinrichtung geschaltet ist, um diesen Abschnitt des Widerstandsnetzwerkes bei Bedarf kurzzuschließen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, eine Kapazität parallel zu diesem Widerstand bzw. Abschnitt des Widerstandsnetzes zu schalten, wobei der angegebene Schalter zum zeitabhängigen Öffnen und Schließen angesteuert sein kann, insbesondere mittels eines PWM-Signals. Durch diese Gestaltung der Strommessvorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung kann insbesondere die Steigung eines vorgegebenen Kennlinienabschnitts und/oder eines Betriebspunktes innerhalb der Kennlinie, bei welchen sich die Steigung ändert, variabel und einstellbar festgelegt werden. Derartige Einstellungen in der Kennlinie können dabei durch Einstellung des Tastverhältnisses des PWM-Signals durchgeführt werden.
Verfahrensseitig wird die obige Aufgabe gelöst mittels eines Verfahrens zum Betreiben eines Leuchtmittels mit einer Treiberstufe, die einen Lastkreis umfassend das Leuchtmittel treibt, wobei ein zu erfassender Strom durch ein Widerstandsnetzwerk einer Strommessvorrichtung geleitet wird, und in Abhängigkeit eines Ausgangsignals der Strommessvorrichtung die Treiberstufe zum Betreiben des Leuchtmittels gesteuert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die Schritte aus: Bereitstellen einer Stromumleiteinrichtung umfassend einen steuerbaren Widerstand, die parallel zu einem Widerstand bzw. einem Abschnitt des Widerstandsnetzwerks verschaltet ist; Erfassen der elektrischen Spannung an einem innerhalb des Widerstandsnetzwerks angeordneten Spannungsabgriff; Vergleichen der am Spannungsabgriff erfassten Spannung mit einer vorgegebenen Referenzspannung; Einstellen des steuerbaren Widerstands zum Regeln der an der Stromumleiteinrichtung abfallenden Spannung auf den Referenzwert zur Bereitstellung eines Ausgangssignals der Strommessvorrichtung, und Verwenden des Ausgangssignals der Strommessvorrichtung zum Steuern der Treiberstufe zum Betreiben des Leuchtmittels.
Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels unter Angabe von beispielhaften Platzierungen der Strommessvorrichtung innerhalb der Schaltung,
2a eine beispielhafte Gestaltung einer Strommessvorrichtung für eine erfindungsgemäße Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels,
2b die durch die Strommessvorrichtung gemäß 2a bereitgestellte Kennlinie bezüglich des Ausgangssignals in Abhängigkeit des Eingangsstroms,
3a eine weitere Ausführungsform einer Strommessvorrichtung zur Gestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels,
3b die durch die Strommessvorrichtung gemäß 3a bereitgestellte Kennlinie bezüglich des Ausgangssignals in Abhängigkeit des Eingangsstroms,
4 eine dritte Ausführungsform einer Strommessvorrichtung zur Gestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels, und
5 eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer Strommessvorrichtung ähnlich der in 2a gezeigten in einer detaillierteren Darstellung zeigt.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Gestaltung einer Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels in Form eines elektronischen Vorschaltgeräts 1, welches hier eine Treiberstufe in der Gestaltung einer Halbbrücke aufweist, umfassend zwei Schalter 11, 12, die von einem Zwischenkreiskondensator 13 gespeist sind. Der Zwischenkreiskondensator kann beispielsweise in nicht dargestellter Art über einen an eine Netzspannung angeschlossenen AC/DC-Wandler oder einen Tiefsetzsteller oder Hochsetzsteller gespeist sein.
Zwischen dem ersten und zweiten Schalter 11, 12 ist am Mittenabgriff 14 eine Reihenanordnung eines Kondensators 15, einer Drossel 16 und der primärseitigen Spule 17a eines zur galvanischen Entkopplung dienenden Trafos 17 angeordnet. Sekundärseitig umfasst der Lastkreis neben der Sekundärspule 17b zwei gleichrichtende Dioden 18a, b und einen parallel zur Sekundärspule 17b angeordneten Kondensator 19, welcher die angeschlossene LED-Anordnung 20 speist. Vorzugsweise kann die Zwischenkreisspannung steuerbar oder regelbar ausgebildet sein, um eine Anpassung an die jeweilige LED-Last durchführen zu können.
Wie der Fachmann erkennt, können je nach Dimensionierung der Bauelemente und Wahl der Ansteuerfrequenz die Drossel 16 sowie die Kondensatoren 15, 19 ein LC-Glied mit einem entsprechenden Resonanzverhalten bilden, sodass die Schaltung zum Einstellen bzw. Regeln des Stromes durch die LED-Anordnung 20 ausgelegt sein kann. Insofern kann die Einstellung der Helligkeit der LED-Anordnung 20 durch Verändern der Schaltfrequenz der beiden Schalter 11, 12 über die Steuerung 10 erfolgen. Eine Dimmung der LED-Anordnung 20 wird durch Verändern der Schaltfrequenz beider Schalter 11, 12 weg von der Resonanzfrequenz des Lastkreises erreicht, eine Erhöhung der durch die LED-Anordnung 20 abgestrahlte Lichtmenge durch Annähern der Schaltfrequenz an die Resonanzfrequenz des gesamten Lastkreises. Die Treiberstufe muss jedoch kein Resonanzglied aufweisen. Beispielsweise kann bei niedrigen Schaltfrequenzen der Einfluss der Kapazität vernachlässigbar sein, wobei jedoch auch in solchen Ausführungsformen die Einstellung der Helligkeit der LED-Anordnung 20 durch Verändern der Schaltfrequenz der beiden Schalter 11, 12 über die Steuerung 10 erfolgen kann.
Die Funktionsweise des in 1 angegebenen Vorschaltgerätes ist wohl bekannt, weshalb im Folgenden darauf nicht näher eingegangen werden muss. Um beispielsweise Schwankungen im Bereich der Zwischenkreisspannung auszugleichen oder um ein Dimmen der LED-Anordnung bereitzustellen, erfolgt die Steuerung der beiden Schalter 11, 12 abhängig von dem Ausgangssignal einer Strommessvorrichtung, wobei in der Darstellung der 1 an vier geeigneten, beispielhaften Schaltungsorten Strommessvorrichtungen 30a, b, c, d angegeben sind. Grundsätzlich reicht eine einzelne dieser Strommessvorrichtungen aus, um die gewünschte Steuerung der Halbbrücke zum Speisen der LED-Anordnung 20 durchzuführen. Bei der Anordnung der Strommessvorrichtung gemäß dem Bezugszeichen 30c in der Schaltung ist die besagte Strommessvorrichtung sekundärseitig zum Entkopplungstrafo 17 und in Reihe zur LED-Anordnung 20 geschaltet. Insofern misst die Strommessvorrichtung 30c direkt den Strom durch die LED-Anordnung 20.
2a zeigt eine beispielhafte Ausbildung einer Strommessvorrichtung, wie sie in der in 1 angegebenen erfindungsgemäßen Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels beispielsweise an einem der angegebenen Schaltungsorten 30a, b, c oder d angeordnet sein kann. Dabei weist die Strommessvorrichtung 30 ein Widerstandsnetzwerk in Form zweier in Reihe geschalteter Widerstände 31, 32 auf, wobei in der beschriebenen Ausführungsform ein Schalter, hier in Form eines selbstsperrenden Feldeffekttransistors 33, parallel zum masseseitigen Widerstand 32 angeordnet ist. Der Gate-Anschluss des Transistors 33 ist mit dem Ausgang eines als Regler arbeitenden Operationsverstärkers 34 verbunden, der mit seinem nichtinvertierenden Eingang direkt mit dem Spannungsabgriff 35 des Transistors 33 verbunden ist, während am invertierenden Eingang eine Referenzspannung U_0 anliegt. In der beschriebenen Ausführungsform tritt der zu erfassende Strom I_Sh in die Strommessvorrichtung ein und verlässt diese über den Anschluss 39. Das Ausgangssignal U_Sh der Strommessvorrichtung 30 liegt am Signalausgang 40 der Strommessvorrichtung 30 an.
2b zeigt die Kennlinie der Strommessvorrichtung 30 gemäß 2a in Form des Messsignals U_Sh in Abhängigkeit der zu erfassenden Größe I_Sh unter der Annahme, dass R2 >> R1 gilt.
Ausgehend von I_Sh = 0 verläuft das Ausgangssignal der Strommessvorrichtung zunächst linear mit der Steigung R2, da der Transistor 33 zunächst weiter sperrt aufgrund des Umstandes, dass das Bezugspotenzial am Ort 35 geringer ist als das Referenzpotential U_0. Sobald das Potential am Bezugsort 35 das Potential der Referenzspannung U_0 erreicht, wird die am Widerstand R2 abfallende Spannung durch die beschriebene Regelschleife bei weiter steigendem Strom I_Sh konstant auf U_0 geregelt. Dabei wird der Transistor 33 als veränderbarer Widerstand angesteuert, sodass über diesen so viel Strom umgeleitet wird, dass der Spannungsabfall am Widerstand 32 konstant auf U_0 verbleibt. Eine Erhöhung des zu erfassenden Stromes I_Sh hat insofern eine Spannungserhöhung allein am Widerstand R1 zur Folge, sodass in dem nachfolgenden Stromintervall die Kennlinie U_Sh(I_Sh) mit einer Steigung proportional dem Widerstandswert von R1 verläuft, siehe 2a.
Erkennbar schließen die beiden Kennlinienabschnitte im Kennlinienpunkt P1 bei (I_0, U_0) aneinander an, ohne dass ein Übergangsbereich vorliegt, d. h. die Steigung der Kennlinie hat in dem besagten Übergangspunkt eine Unstetigkeitsstelle. Wie der Fachmann erkennt, kann dieser Übergangspunkt P1 in der Kennlinie spezifisch an die jeweiligen Gegebenheiten und darüber hinaus die Steigung der Kennlinie und damit die Empfindlichkeit der Strommessvorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels angepasst werden. Insofern kann mit der Erfindung die Steuerung der Treiberstufe für das Betreiben des Leuchtmittels, beispielsweise beim Dimmen, sehr genau für die verschiedenen Betriebsintervalle entsprechend den verschiedenen Kennlinienabschnitten angepasst werden kann. Beispielsweise kann durch Wahl der Referenzspannung U_0 der Übergangs-Betriebspunkt in der Kennlinie und durch die Widerstandswerte der beiden Widerstände 31, 32 die Steigung der jeweiligen Kennlinienabschnitte an den jeweiligen Betriebsintervallen angepasst werden.
3a zeigt eine Abwandlung der mit Bezug auf 2a beschriebenen Strommessvorrichtung für eine erfindungsgemäße Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels, welche sich allein darin unterscheidet, dass zwischen dem Drain des Transistors 33 und dem Bezugsort 35 des Widerstandnetzwerkes ein weiterer Widerstand 37 angeordnet ist, sodass die Reihenschaltung dieses Widerstandes 37 und des Transistors 33 parallel zum Widerstand 32 angeordnet ist. Insofern umfasst die Stromumleiteinrichtung dieser Ausführungsform die besagte Reihenschaltung des Widerstandes 37 und des Transistors 33.
3b zeigt die Kennlinie der Funktion U_Sh = F(I_Sh) für die Strommessvorrichtung gemäß 3a. Erkennbar umfasst die Kennlinie K‘ nun zwei Kennlinienpunkte P1, P2, an welchen zwei Kennlinienabschnitte mit unterschiedlichen Steigungen aneinander mit einer Unstetigkeit in der Steigung anschließen. Die durch Wahl der Parameter U_0 sowie der Widerstandswerte der Widerstände 31, 32 und 37 gestaltete Kennlinie zeigt, dass die Strommessvorrichtung einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 3a eine hohe Empfindlichkeit im Bereich der Messströme zwischen 0 und I_0 besitzt, zwischen I_0 und I_1 eine reduzierte Empfindlichkeit und ab I_1 wieder eine erhöhte Empfindlichkeit, die jedoch niedriger ist Empfindlichkeit als die bei sehr geringem Strom. Auch bei dieser Ausführungsform können die Übergangspunkte bzw. die Steigungen der Kennlinienabschnitte durch Wahl bzw. Einstellung der Widerstände des Widerstandsnetzwerks und/oder der Referenzspannung flexibel eingestellt und an die spezifischen Anforderungen zum Betreiben des jeweiligen Leuchtmittels angepasst werden.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Strommessvorrichtung 30“ für eine erfindungsgemäße Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels, bei welcher ausgehend von der Gestaltung gemäß 2a parallel zur Stromumleiteinrichtung und zum Widerstand R2 zwei weitere Bauelemente, d.h. ein Kondensator 42 sowie ein Schalter 41 parallel geschaltet sind. Gemäß der obigen Nomenklatur umfasst das Widerstandsnetzwerk der Strommessvorrichtung hier eine Serienschaltung des Widerstandes 31 sowie einer Parallelschaltung des Schalters 41, des Widerstandes 32 sowie des Kondensators 42. Wie der Fachmann erkennt, schließt der Schalter 41 den Widerstand 32 und damit die Stromumleiteinrichtung kurz, sodass beispielsweise über ein zyklisches Ein- und Ausschalten, beispielsweise gesteuert durch ein PWM-Signal U_PWM des Schalters 41 und insbesondere durch die Wahl des Tastverhältnisses die Steigung eines Kennlinienabschnittes eingestellt und/oder der Ort eines Kennlinienpunktes festlegbar ist, bei welchem sich die Kennliniensteigung ändert. Die in 4 angegebene Strommessvorrichtung 30“ ist darüber hinaus auch ausgebildet, das an den Steuereingang des Transistors 33 unabhängig vom Ausgang des Reglers 34 durch Betätigen, insbesondere mittels eines Steuersignals, des Schalters 43 eine Steuerspannung +U anlegbar ist und somit den Transistor 33 durchzuschalten.
5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß gestalteten Anordnung zum Betreiben einer LED-Anordnung 20 welche von der in 1 angegebenen abgewandelt ist, dahingehend, dass sekundärseitig zum Entkopplungstrafo 17 ein Strommesstrafo 50a, b vorgesehen ist an einem weiteren Schaltungsort innerhalb der Anordnung. Vorteilhaft erfasst der Strommesstrafo 50a, b den Stromfluss in der Flussphase der Diode 18a als auch den Strom in der Flussphase der Diode 18b, d.h. unabhängig vom Schaltzustand der Schalter 11, 12 der Halbbrücke.
Erkennbar wird das vom Strommesstrafo abgetastete Stromsignal über die Diode 51 in eine Strommessvorrichtung gegeben, welche ähnlich wie die in 2a dargestellte aufgebaut ist. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Stromumleiteinrichtung ein Filter in Form eines Kondensators 52 parallel geschaltet ist, wobei die Stromumleiteinrichtung wiederum als selbstsperrender Feldeffekttransistor 33 ausgebildet ist, der mittels eines Operationsverstärkers bzw. Reglers 34 angesteuert wird. Das Ausgangssignal U_SH der Strommessvorrichtung wird über dessen Signalausgang 40 an einen weiteren als Regler arbeitenden Operationsverstärker 60 geleitet, welcher den an seinem invertierenden Eingang anliegenden Ist-Strom mit einem am nicht invertierenden Eingang anliegenden Sollwert vergleicht. Der Differenzwert wird vom Operationsverstärker 60 an die Steuervorrichtung 10 übermittelt, welche die Schalter 11, 12 zum Regeln des Stromistwertes I_Sh auf den Stromsollwert I_Soll ansteuert. Der Sollwert wird in der in 5 angegebenen Anordnung über einen DALI-Bus, an dem die Anordnung mittels einer DALI-Schnittstelle 62 angeschlossen ist, übermittelt und nach einer Vorverarbeitung zur Dimmwert-Auflösungserhöhung in den Baugruppen 63, 61 an den Regler 60 angelegt.
Bezugszeichenliste

1: elektronisches Vorschaltgerät
10: Steuervorrichtung
11, 12: Schalter
13: Zwischenkreiskondensator
14: Mittenabgriff
15: Kondensator
16: Drossel
17: Trafo
17a: primärseitige Spule
17b: sekundärseitige Spule
18a, b: Diode
19: Speicherkondensator
20: LED-Anordnung
30, 30‘, 30“: Strommessvorrichtung
30a, b, c, d: Schaltungsort für Strommessvorrichtung
31, 32: Widerstand
33: Feldeffekttransistor
34: Regler, Operationsverstärker
35: Bezugsort im Widerstandsnetzwerk
37: Widerstand
38, 39: Anschluss der Strommessvorrichtung
40: Signalausgang der Strommessvorrichtung
41: Schalter
42: Kondensator
43: Schalter
50a, b: Strommesstrafo
51: Diode
52: Kondensator
60: Regler
61: Dimmwert-Auflösungs-Erhöhung
62: DALI-Schnittstelle
63: MCU
I_Sh: Strom
U_Sh: Ausgangsspannung
U_0, Vref: Referenzspannung
K, K‘: Kennlinie
P1, P2: Kennlinienpunkt
U_G: Steuerspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2184956 A2 [0002]

Claims

Anordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels mit einer Treiberstufe, die ausgangsseitig an einen Lastkreis umfassend das Leuchtmittel angeschlossen ist, sowie mit einer Steuervorrichtung (10) und einer, ein Widerstandsnetzwerk mit einen Stromeingang und einen Stromausgang aufweisende Strommessvorrichtung (30, 30‘, 30“) mit variabler Empfindlichkeit, wobei ein Signalausgang (40) der Strommessvorrichtung (30, 30‘, 30“) mit einem zugeordneten Eingang der Steuervorrichtung (10) verbunden ist zur Steuerung der Treiberstufe in Abhängigkeit des Ausgangssignals (U_Sh) der Strommessvorrichtung (30, 30‘, 30“), dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessvorrichtung (30, 30‘, 30“) eine Stromumleiteinrichtung mit einem steuerbaren Widerstand aufweist, der durch ein Ausgangssignal einer Spannungsvergleichseinrichtung gesteuert ist, wobei die Spannungsvergleichseinrichtung einen ersten Eingang aufweist, der mit einem Spannungsabgriff innerhalb des Widerstandsnetzwerks verbunden ist, und einen zweiten Eingang, an dem eine vorgegebene Referenzspannung (U_0, Vref) anliegt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromumleiteinrichtung elektrisch parallel zu einem Widerstand (32) bzw. einem Abschnitt des Widerstandsnetzwerks geschaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Stromumleiteinrichtung elektrisch parallel angeordnete Widerstand (32) bzw. Abschnitt des Widerstandsnetzwerks einen zu diesem parallel angeordneten Schalter (41) und/oder eine zu diesem parallel angeordnete Kapazität (42) aufweist, wobei der Schalter (41) zum zeitabhängigen Öffnen und Schließen, insbesondere mittels eines PWM-Signals, angesteuert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromumleiteinrichtung einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist und der erste Eingang der Spannungsvergleichseinrichtung (direkt) mit einem der ersten und zweiten Anschlüsse der Stromumleiteinrichtung verbunden ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsvergleichseinrichtung als Regler (34) ausgebildet ist zur Regelung der an der Stromumleitanordnung abfallenden Spannung auf die Referenzspannung (U_0, Vref).
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsnetzwerk eine Reihenschaltung von Widerständen (31, 32) umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromumleiteinrichtung eine als der steuerbarer Widerstand ausgebildete (und betreibbare) Transistoreinrichtung wie einen FET (3) umfasst, der über das Ausgangssignal der Spannungsvergleichseinrichtung gesteuert wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromumleiteinrichtung eine Serienschaltung des steuerbaren Widerstandes und zumindest eines Widerstandes (37) mit vorgegebenem Widerstandswert umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessvorrichtung derart ausgebildet ist, dass ihre Kennlinie (K, K‘) in Bezug auf das Ausgangssignal (U_Sh) in Abhängigkeit des Eingangssignals (I_Sh) eine von Mehrzahl linearen Abschnitten aufweist, die stetig aneinander anschließen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Referenzspannung (U_0, Vref) durch den Ausgang einer einstellbaren Spannungsreglerschaltung bereitgestellt ist.
Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels mit einer Treiberstufe, die einen Lastkreis umfassend das Leuchtmittel treibt, wobei ein zu erfassender Strom durch ein Widerstandsnetzwerk einer Strommessvorrichtung (30, 30‘, 30“) geleitet wird, und in Abhängigkeit eines Ausgangsignals (U_Sh) der Strommessvorrichtung die Treiberstufe zum Betreiben des Leuchtmittels gesteuert wird, gekennzeichnet durch die Schritte: Bereitstellen einer Stromumleiteinrichtung umfassend einen steuerbaren Widerstand, die parallel zu einem Widerstand (31) bzw. einem Abschnitt des Widerstandsnetzwerks verschaltet ist; Erfassen der elektrischen Spannung an einem innerhalb des Widerstandsnetzwerks angeordneten Spannungsabgriffs; Vergleichen der am Spannungsabgriff erfassten Spannung mit einer vorgegebenen Referenzspannung (U_0, Vref); Einstellen des steuerbaren Widerstands zum Regeln der an der Stromumleiteinrichtung abfallenden Spannung auf den Referenzwert (U_0) zur Bereitstellung eines Ausgangssignals der Strommessvorrichtung (U_Sh), und Verwenden des Ausgangssignals der Strommessvorrichtung zum Steuern der Treiberstufe zum Betreiben des Leuchtmittels.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Stromumleiteinrichtung ferner ein steuerbarer Schalter (41) und eine Kapazität (42) geschaltet sind, wobei der steuerbare Schalter (41) zur Einstellung der Steigung einer Kennlinie (K, K‘) der Strommessvorrichtung über ein zeitabhängiges Signal, insbesondere ein PWM-Signal angesteuert wird.