DE102016125902B3 - Flimmerfreier Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle - Google Patents

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Abstract

Flimmerfreier Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle umfassend ein Eingangsmodul (21), ein Konvertierungsmodul (22) und ein Ausgangsmodul (23), wobei das Eingangsmodul (21) elektrisch mit einer externen Stromquelle verbunden ist, während das Konvertierungsmodul (22) elektrisch mit dem Eingangsmodul (21) und dem Ausgangsmodul (23) verbunden ist und mit diesem nach dem Empfang des Eingangsstroms eine Betriebsspannung an das Ausgangsmodul (23) ausgegeben wird, wobei das Konvertierungsmodul (22) eine Struktur eines Boost-Schaltkreises aufweist und aus einer Konvertierungsspule (220) und einem Konverter (221) besteht, wobei mit der Konvertierungsspule (220) und dem Konverter (221) der Spannungswert der Eingangsspannung auf den Spannungswert der Betriebsspannung erhöht wird, wobei der Konverter (221) aus einer Sendespule (2210), einem ersten Kern (T1), einem Wandlerchip (2211) und aus einem Umschalter (2212) besteht, wobei die Konvertierungsspule (220) auf einer primären Seite des ersten Kerns (T1) und die Sendespule (2210) auf einer sekundären Seite des ersten Kerns (T1) montiert und elektrisch mit dem Wandlerchip (2211) verbunden sind, während der Umschalter (2212) elektrisch mit dem Wandlerchip (2211) und mit der Konvertierungsspule (220) verbunden ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft generell das Gebiet eines Stromumwandlungsgeräts, insbesondere einen flimmerfreien Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle, der einen AC-Stromschalter mit einer TRI-Elektrode (TRIAC) unterstützt.
  • Stand der Technik
  • Zur Schaffung eines angenehmen, hellen und eleganten Raums zum Lesen oder Arbeiten werden vielfach einfache und elegante Lampenschirme in die Decken installiert. Zum Betreiben der Lichtquellenkomponenten in den Lampenschirmen ist zum Umwandeln der Netzenergie eine Ansteuerungsschaltung erforderlich, um den elektrischen Strom für den Betrieb der Lichtquellenkomponenten zuzuführen und die gesamte Betriebsqualität der Lampe zu stabilisieren. Die 1 zeigt eine Ansteuerungsschaltung 1 nach dem Stand der Technik, wobei diese Ansteuerungsschaltung 1 generell in einem 15,7 W-Lampenschirm nach dem Stand der Technik verwendet wird, der generell einen potenzialbehafteten Kraftverstärkungsrichter aufweist, wobei die Ansteuerungsschaltung 1 einen Induktor (L), eine Diode (D), einen Kondensator (C), einen Schalter 10, einen Detektionswiderstand (RS) und einen PWM-Controller 11 umfasst und dabei der Induktor mit einer Anode der Diode serienverbunden und mit einem Auslass des Schalters 10 verbunden ist, der PWM-Controller 11 mit einem Gate und einer Quelle des Schalters 10 verbunden ist, während der Detektionswiderstand und eine Kathode der Diode mit dem Kondensator und danach elektrisch mit mindestens einer LED 12 verbunden sind. Der Induktor empfängt eine Eingangsspannung (Vin) und bewahrt die Energie auf, wenn der Schalter 10 elektrisch geleitet wird. Beim Abschalten des Schalters 10 wird die mit dem Induktor gespeicherte Energie mit dem Kondensator gefiltert, um eine treibende Spannung (Vout) oder einen treibenden Strom (Iout) zu erzeugen und auszugeben. Die einfache und kostengünstige Ansteuerungsschaltung 1 hat einen Verstärkungseffekt und betreibt das LED 12 um Ausstrahlen des Lichts mit einer Struktur eines Niedrigspannung – Stromversorgungskreises. Die Ansteuerungsschaltung 1 ist eine potenzialbehaftete Schaltung mit einem ziemlich niedrigen Effekt auf einen präzisen Konstantstrom, was zu einem Problem der Sicherheitsregeln und der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMC) führt, wobei die Mindestanforderungen an die Dimmung der Lampenschirme nicht erfüllt werden. Außerdem hat der Lampenschirm oder die Unterbauleuchte einen relativ großen Lichtquellenbereich und ist eine Lampe mit einer diffusen Lichtquelle. Ist der Ausgangsstrom der Ansteuerungsschaltung 1 nicht konstant, flimmert die Lampe offensichtlich, was die Beleuchtungsqualität beeinträchtigt (wie dies Durchschnittspersonen wohl bekannt ist).
  • Andererseits weist die selbsterregte Stromrichterschaltung 9 eine potenzialgetrennte Schaltungsstruktur auf und wird generell in Glüh- oder Halogenlampen nach dem Stand der Technik verwendet, wobei bei dieser Stromrichterschaltung 9 die obengenannten Probleme nicht auftreten, da ein Halbbrücken-Schwingungskreis vorgesehen ist, mit dem der Effekt der direkten Konvertierung erzielt wird und dieser die Merkmale für einen flimmerfreien und universellen Betrieb mit schnellem Start in großen und kleinen Leistungskreisen sowie die Vorteile eines einfachen Aufbaus und der Kostengünstigkeit aufweist. Auch wenn die selbsterregte Ansteuerungsschaltung einen einfachen Aufbau aufweist, verfügt diese über keinen Mechanismus der Konstantleistungsregelung. Der Ausgangsstrom erhöht üblicherweise die Eingangsspannung, so dass die Lampe keine stabile Helligkeit behalten kann, was zu einer schnellen Alterung der Lampe führt.
  • Angesichts der obengenannten Nachteile der Ansteuerungsschaltung nach dem Stand der Technik betrifft die vorliegende Erfindung die Integrierung der obengenannten Struktur eines potentialgetrennten Kreises in einen LED-Lampenschirm nach dem Stand der Technik, der generell eine Struktur einer potenzialbehafteten Schaltung aufweist, um ein Flimmern beim Betrieb der Lampe mit einem relativ großen Lichtquellenbereich und einer TRIAC-Dimmungsfunktion zu verhindern und somit die Anforderungen der Sicherheitsregeln zu erfüllen, die Anpassungsfähigkeit des Produkts zu verbessern und die industrielle Herstellung zu fördern.
  • In den Patentanmeldungsveröffentlichungen US 2013/0249437 A1 , US 2014/0265916 A1 und US 2013/0049589 A1 sind Abblendschaltungen für Leuchtdioden gemäß dem Stand der Technik beschrieben.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Nachteile der Ausführungsform nach dem Stand der Technik zu umgehen, indem ein flimmerfreier Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle für einen kommerziellen Lampenschirm oder eine Unterbauleuchte mit einem großen Lichtquellenbereich geschaffen wird, wobei der Benutzer die Helligkeit der Beleuchtung nach Bedarf einstellen kann, das Flimmern verhindert und eine hohe Beleuchtungsqualität erzielt werden kann.
  • Technische Lösung
  • Zum Erreichen der obengenannten Ziele wird mit der vorliegenden Erfindung ein flimmerfreier Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle mit den Merkmalen von Anspruch 1 geschaffen. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der erfindungsgemäße Dimmschalter umfasst ein Eingangsmodul, ein Konvertierungsmodul und ein Ausgangsmodul, wobei das Eingangsmodul elektrisch mit einer externen Stromquelle verbunden ist und mit der eine Eingangsspannung ausgegeben wird, das Konvertierungsmodul elektrisch mit dem Eingangsmodul und dem Ausgangsmodul verbunden ist und mit dem nach dem Empfang eines Eingangsstroms eine Betriebsspannung an das Ausgangsmodul ausgegeben wird, und das Ausgangsmodul eine treibende Spannung ausgibt, um mindestens eine Lampe mit einem großen Lichtquellenbereich für den Betrieb anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass der flimmerfreie Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle ein TRIAC-Modul zum Regulieren eines Umsetzungsphasenwinkels der Eingangsspannung umfasst, und das Konvertierungsmodul eine Struktur eines Boost-Schaltkreises aufweist und aus einer Konvertierungsspule und einem Konverter besteht, während der Spannungswert der Eingangsspannung mit der Konvertierungsspule und dem Konverter auf den Spannungswert der Betriebsspannung erhöht wird, das Ausgangsmodul eine Struktur eines Rückführschaltkreises aufweist, aus einem Regelwendelmodul und einem Regulierer besteht und mit dem Regelwendelmodul die Betriebsspannung abgetastet wird, um die treibende Spannung zu erzeugen, während mit dem Regulierer eine Betriebsperiode der treibenden Spannung reguliert wird, um einen konstanten Spannungswert zu erzielen.
  • Die Betriebsspannung hat einen Spannungswert von 220 Volt.
  • Weiter besteht der Konverter aus einer Sendespule, einem ersten Kern, einem Wandlerchip und aus einem Umschalter. Die Konvertierungsspule ist auf einer primären Seite des ersten Kerns und die Sendespule auf einer sekundären Seite des ersten Kerns installiert und elektrisch mit dem Wandlerchip verbunden, während der Umschalter elektrisch mit dem Wandlerchip und mit der Konvertierungsspule verbunden ist. Beim Übertragen der Eingangsspannung von der Konvertierungsspule erkennt die Sendespule eine Abtastspannung mit dem ersten Kern, wobei die Abtastspannung vom Wandlerchip als Bezugnahme zugeführt wird, wonach die Betriebsperiode des Umschalters reguliert wird, um den Spannungswert der Eingangsspannung konstant zu halten. Das Regelwendelmodul umfasst eine Primärspule, einen zweiten Kern, eine Sekundärspule und einen Regelwendel, wobei die Primärspule und der Regelwendel dabei auf einer primären Seite des zweiten Kerns installiert sind und die Sekundärspule auf einer sekundären Seite des zweiten Kerns installiert ist, während der Regulierer elektrisch mit der Primärspule und dem Regelwendel verbunden ist. Die Primärspule ist elektrisch mit dem Konvertierungsmodul verbunden, um die Betriebsspannung aufzunehmen. Mit der Sekundärspule wird die treibende Spannung durch magnetische Induktion des zweiten Kerns erzeugt, während der Regelwendel ein Reglersignal durch magnetische Induktion des zweiten Kerns erzeugt, wonach der Regulierer mit dem Reglersignal die Betriebsperiode der Primärspule reguliert. Der Regulierer besteht aus einem Reguliererchip, einem Regulierungsschalter und aus einem Detektionselement, wobei das Detektionselement elektrisch mit dem Regelwendel und mit dem Reguliererchip verbunden ist. Der Regulierungsschalter ist elektrisch mit dem Reguliererchip und der Primärspule verbunden. Beim Aufnehmen einer Spannungsregulierung von der Betriebsspannung der magnetischen Induktion des Regelwendels erkennt das Detektionselement ein Reglersignal und erzeugt dieses, wonach dieses Reglersignal zurück an den Reguliererchip gesendet wird, um mit dem Reguliererchip die Betriebsperiode des Regulierungsschalters zu regulieren und somit die Taktzeit der Betriebsspannung, die von der Primärspule empfangen wird, zu regulieren, um so einen Effekt der konstanten Spannung zu erhalten.
  • Zusammenfassend basiert die vorliegende Erfindung auf dem Gedanken zur Anwendung einer zweistufigen potenzialgetrennten Stromrichterschaltung nach dem Stand der Technik in der LED-Lampe mit einem großen Lichtquellenbereich und verwendet einen Boost-Schaltkreis auf der primären Seite, um den Spannungswert der Eingangsspannung auf einen konstanten Wert anzuheben, wonach ein Rückführschaltkreis zur Regulierung auf der primären Seite (PSR) verwendet, um eine konstante Leistung der treibenden Spannung zu erzeugen und die Wellenamplituden effektiv zu reduzieren, den flimmerfreien Lichteffekt zu erreichen und den Erwartungen der wirtschaftlichen Entwicklung der internationalen Industrien zu entsprechen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen Schaltplan einer potenzialbehafteten Ansteuerungsschaltung nach dem Stand der Technik;
  • 2 zeigt eine Abbildung des Schwingungsverlaufs einer potenzialbehafteten Ansteuerungsschaltung nach dem Stand der Technik;
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 4A und 4B zeigen Schaltpläne eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
  • 5 zeigt eine Abbildung des Schwingungsverlaufs einer potenzialbehafteten Ansteuerungsschaltung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Die obengenannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der untenstehenden detaillierten Beschreibung mit Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen offensichtlicher dargestellt.
  • Die 3 bis 5 zeigen ein Blockdiagramm, einen Schaltplan bzw. eine Abbildung des Schwingungsverlaufs eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Der flimmerfreie 15,7 W-Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle 2 weist eine zweistufige Struktur einer potenzialbehafteten Schaltung auf, mit der die Lampe mit einem großen Lichtquellenbereich betrieben wird und mit dem die Benutzer die Helligkeit der Lampe nach Bedarf einstellen können, wobei die Effekte eines flimmerfreien Lichteffekts erzielt und die Anforderungen an die hohe Qualität für die Benutzer erfüllt werden. Der flimmerfreie Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle 2 umfasst ein TRIAC-Modul 20, ein Eingangsmodul 21, ein Konvertierungsmodul 22 und ein Ausgangsmodul 23, wobei das Eingangsmodul 21 eine AC-Spannung aufnimmt, das TRIAC-Modul 20 elektrisch mit einer externen Stromquelle (nicht gezeigt), das Konvertierungsmodul 22 elektrisch mit dem Eingangsmodul 21 und dem Ausgangsmodul 23 und das Ausgangsmodul 23 elektrisch mit mehreren LEDs (nicht gezeigt) der Lampe verbunden sind. Das Eingangsmodul 21 besteht aus einem EMC-Gerät 210 und einem Brückengleichrichter 211, während das Konvertierungsmodul 22 eine Struktur eines Boost-Schaltkreises aufweist und aus einer Konvertierungsspule 220 und einem Konverter 221 besteht. Der Konverter 221 besteht aus einer Sendespule 2210, einem ersten Kern (T1), einem Wandlerchip 2211 und aus einem Umschalter 2212. Weiter weist das Ausgangsmodul 23 eine PSR-Struktur eines Rückführschaltkreises auf und besteht aus einem Regelwendelmodul 230 und einem Regulierer 231, während das Regelwendelmodul 230 eine Primärspule (NP), einen zweiten Kern (T2), eine Sekundärspule (NS) und einen Regelwendel (NA) umfasst. Der Regulierer 231 besteht aus einem Reguliererchip 2310, einem Regulierungsschalter 2311 und aus einem Detektionselement 2312.
  • Das TRIAC-Modul 20 weist eine Klemme auf, die elektrisch mit der externen Stromquelle verbunden ist, während die andere Klemme über das EMC-Gerät 210 elektrisch mit dem Brückengleichrichter 211 verbunden ist. Der Brückengleichrichter 211 ist elektrisch mit der Konvertierungsspule 220 verbunden, so dass nachdem das TRIAC-Modul 20 einen Umsetzungsphasenwinkels einer AC-Spannung von der externen Stromquelle empfangen und eingestellt hat der Umsetzungsphasenwinkel an den Brückengleichrichter 211 übertragen wird, um eine Eingangsspannung zu berichtigen und zu erzeugen und diese Eingangsspannung an die Konvertierungsspule 220 auszugeben.
  • Auf der primären Seite und auf der sekundären Seite des ersten Kerns sind die Konvertierungsspule 220 bzw. die Sendespule 2210 vorgesehen, wobei die Sendespule 2210 elektrisch mit dem Wandlerchip 2211 und der Umschalter 2212 elektrisch mit dem Wandlerchip 2211 und der Konvertierungsspule 220 verbunden ist. Wenn die Konvertierungsspule 220 die Eingangsspannung empfängt, wird der Spannungswert der Eingangsspannung mit einer elektrischen Entladung auf den Spannungswert einer (Vwork) erhöht. Gleichzeitig erkennt die Sendespule 2210 eine Abtastspannung und erzeugt diese mit dem ersten Kern. Nach dem Zuführen der Abtastspannung an den Wandlerchip 2211 als Bezugnahme wird die Betriebsperiode des Umschalters 2212 reguliert, wobei der Spannungswert der Eingangsspannung auf einem Konstantwert der Betriebsspannung, wie z. B. 220 V, gehalten wird.
  • Die Primärspule und der Regelwendel sind auf einer primären Seite des zweiten Kerns und die Sekundärspule ist auf einer sekundären Seite des zweiten Kerns montiert, während die Primärspule elektrisch mit der Konvertierungsspule 220 und die Sekundärspule elektrisch mit den LEDs verbunden ist. Der Reguliererchip 2310 ist elektrisch mit der Primärspule und mit dem Regelwendel und das Detektionselement 2312 ist elektrisch mit dem Regulierungsschalter 2311 verbunden, während der Regulierungsschalter 2311 elektrisch mit der Primärspule verbunden ist. Nachdem die Primärspule die Betriebsspannung empfangen hat erzeugt die Sekundärspule eine treibende Spannung (Vout) durch die magnetische Induktion des zweiten Kerns, um die LEDs zum Ausstrahlen des Lichts zu betreiben. Gleichzeitig erzeugt der Regelwendel eine Spannungsregulierung durch die magnetische Induktion des zweiten Kerns. Nachdem das Detektionselement 2312 die Spannungsregulierung empfangen hat und ein Reglersignal erkennt und erzeugt, werden die Spannungsregulierung und das Reglersignal an den Reguliererchip 2310 zurückgeführt, wobei der Reguliererchip 2310 die Betriebsperiode des Regulierungsschalters 2311 reguliert und die Primärspule korrigiert, um die Taktzeit der Betriebsspannung zu empfangen und die Größe der treibenden Spannung, die mit der magnetischen Induktion der Sekundärspule erzeugt wird, zu beeinflussen und somit die Spannung (VLED) oder den Strom (ILED), der mit den LEDs empfangen wird, zu stabilisieren, um die Wellenamplituden um 1,1 Mal zu reduzieren.

Claims (4)

  1. Flimmerfreier Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle umfassend ein Eingangsmodul (21), ein Konvertierungsmodul (22) und ein Ausgangsmodul (23), wobei das Eingangsmodul (21) elektrisch mit einer externen Stromquelle verbunden ist und mit diesem eine Eingangsspannung ausgegeben wird, während das Konvertierungsmodul (22) elektrisch mit dem Eingangsmodul (21) und dem Ausgangsmodul (23) verbunden ist und mit diesem nach dem Empfang des Eingangsstroms eine Betriebsspannung an das Ausgangsmodul (23) ausgegeben wird, wobei das Ausgangsmodul (23) eine treibende Spannung ausgibt, um mindestens eine Lampe mit einem großen Lichtquellenbereich zu betreiben, wobei der flimmerfreie Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle ein TRIAC-Modul (20) zum Regulieren eines Umsetzungsphasenwinkels der Eingangsspannung umfasst, das Konvertierungsmodul (22) eine Struktur eines Boost-Schaltkreises aufweist und aus einer Konvertierungsspule (220) und einem Konverter (221) besteht, wobei mit der Konvertierungsspule (220) und dem Konverter (221) der Spannungswert der Eingangsspannung auf den Spannungswert der Betriebsspannung erhöht wird, wobei das Ausgangsmodul (23) eine Struktur eines Rückführschaltkreises aufweist und aus einem Regelwendelmodul (230) und einem Regulierer (231) besteht, wobei mit dem Regelwendelmodul (230) die Betriebsspannung erkannt wird, um die treibende Spannung zu erzeugen, während mit dem Regulierer (231) eine Betriebsperiode der treibenden Spannung reguliert, um einen konstanten Spannungswert zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter (221) aus einer Sendespule (2210), einem ersten Kern (T1), einem Wandlerchip (2211) und aus einem Umschalter (2212) besteht, wobei die Konvertierungsspule (220) auf einer primären Seite des ersten Kerns (T1) und die Sendespule (2210) auf einer sekundären Seite des ersten Kerns (T1) montiert und elektrisch mit dem Wandlerchip (2211) verbunden sind, während der Umschalter (2212) elektrisch mit dem Wandlerchip (2211) und mit der Konvertierungsspule (220) verbunden ist, wobei beim Übertragen der Eingangsspannung mit der Konvertierungsspule (220) die Sendespule (2210) eine Abtastspannung mit dem ersten Kern (T1) erkennt, wobei die Abtastspannung dem Wandlerchip (2211) als Bezugnahme zugeführt wird, wonach die Betriebsperiode des Umschalters (2212) reguliert wird, um den Spannungswert der Eingangsspannung konstant zu halten.
  2. Flimmerfreier Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Betriebsspannung einen Spannungswert von 220 Volt aufweist.
  3. Flimmerfreier Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei das Regelwendelmodul (230) eine Primärspule (NP), einen zweiten Kern (T2), eine Sekundärspule (NS) und einen Regelwendel (NA) umfasst, wobei die Primärspule (NP) und der Regelwendel auf einer primären Seite des zweiten Kerns (T2) und die Sekundärspule auf einer sekundären Seite des zweiten Kerns (T2) installiert sind; der Regulierer (231) elektrisch mit der Primärspule (NP) und mit dem Regelwendel (NA) und die Primärspule (NP) elektrisch mit dem Konvertierungsmodul (220) zur Aufnahme der Betriebsspannung verbunden sind, wobei die Sekundärspule (NS) die treibende Spannung durch die magnetische Induktion des zweiten Kerns (T2) erzeugt, während mit dem Regelwendel (NA) durch die magnetische Induktion des zweiten Kerns (T2) ein Reglersignal erzeugt und mit diesem Reglersignal für den Regulierer (231) die Betriebsperiode der Primärspule (NP) reguliert wird.
  4. Flimmerfreier Dimmschalter für eine diffuse Lichtquelle nach Anspruch 3, wobei der Regulierer (231) aus einem Reguliererchip (2310), einem Regulierungsschalter (2311) und aus einem Detektionselement (2312) besteht, das Detektionselement (2312) elektrisch mit dem Regelwendel (NA) und dem Reguliererchip (2310) und der Regulierungsschalter (2311) elektrisch mit dem Reguliererchip (2310) und der Primärspule (NP) verbunden ist, wobei beim Empfang einer Spannungsregulierung von der Betriebsspannung der magnetischen Induktion des Regelwendels (NA) das Detektionselement (2312) ein Reglersignal erkennt und erzeugt und dieses Reglersignal an den Reguliererchip (2310) zurückführt, um mit dem Reguliererchip (2310) die Betriebsperiode des Regulierungsschalters (2311) zu regulieren, um die Taktzeit der Betriebsspannung, die mit der Primärspule (NP) empfangen wird, zu regulieren, um einen kostanten Spannungseffekt zu erzielen.
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