DE102016208069A1

DE102016208069A1 - Amplitudendimmen von Leuchtdioden in einem sehr niedrigen Dimmwertebereich mittels einer analogen Bypass-Schaltung

Info

Publication number: DE102016208069A1
Application number: DE102016208069.5A
Authority: DE
Inventors: Remo Fenaroli
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2017-11-16
Also published as: AT17142U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Betriebsgerät zum Betreiben einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode bereit, wobei das Betriebsgerät umfasst: a) einen Ausgang zum elektrischen Anschließen der Leuchtdiodenstrecke mit der wenigstens einen Leuchtdiode an das Betriebsgerät; b) wenigstens eine Konverterstufe zum Bereitstellen eines Betriebsstroms am Ausgang des Betriebsgerätes für die wenigstens eine Leuchtdiode der an das Betriebsgerät anschließbaren Leuchtdiodenstrecke; c) eine Bypass-Schaltung, die parallel zu dem Ausgang des Betriebsgerätes geschaltet ist und dazu eingerichtet ist, einen Strom aufzunehmen; und d) eine Steuerschaltung, die für ein Amplitudendimmen der wenigstens einen Leuchtdiode der an dem Ausgang des Betriebsgerätes anschließbaren Leuchtdiodenstrecke dazu eingerichtet ist, durch Steuern der wenigstens einen Konverterstufe und der Bypass-Schaltung die Amplitude des Betriebsstroms gemäß einem zu erzielenden Dimmwert einzustellen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Beleuchtungsgerät umfassend ein solches Betriebsgerät und eine Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Betriebsgeräts zum Amplitudendimmen einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsgerät zum Betreiben einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode, das auf einer vorteilhaften Weise ein Amplitudendimmen der wenigstens einen Leuchtdiode in einem sehr niedrigen Dimmwertebereich von bspw. 1% bis 0,1% durchführen kann. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Beleuchtungsgerät umfassend ein solches Betriebsgerät und eine Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Betriebsgeräts zum Amplitudendimmen einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode.
2. Hintergrund
Aus dem Stand der Technik sind Betriebsgeräte zum Betreiben einer Lichtquelle, wie zum Beispiel einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode, bekannt, welche wenigstens eine Konverterstufe zum Bereitstellen eines Betriebsstroms für die Lichtquelle umfassen, wobei über den Betriebsstrom die Lichtemission der Lichtquelle gesteuert wird.
Ferner ist es bekannt ein Dimmen einer Leuchtdiode bzw. des von einer Leuchtdiode emittierten Lichts durch eine PWM-Modulation (PWM-Dimmen) oder eine Amplitudenmodulation (Amplitudendimmen) des der Leuchtdiode zugeführten Betriebsstroms durchzuführen.
Ein Dimmen mittels einer PWM-Modulation hat den Nachteil, dass dadurch ein Flackern bzw. Flimmern des emittierten Lichts und/oder ein stroboskopischer Effekt erzeugt werden kann, welche durch das menschliche Auge wahrnehmbar sein können und somit einen Einfluss auf den menschlichen Körper haben können.
Um diesen Nachteil eines PWM-Dimmens zu umgehen, kann ein Amplitudendimmen der Leuchtdiode bzw. des durch die Leuchtdiode emittierten Lichts durchgeführt werden.
Ein Dimmen mittels einer Amplitudenmodulation hat aber den Nachteil, dass mit Standardbetriebsgeräten für Leuchtdioden, ohne spezielle Zusatzkomponenten zum Dimmen, nur Dimmwerte zwischen 10 und 15% erreicht werden können. Betriebsgeräte aus dem Premiumsegment erreichen ohne spezielle Zusatzkomponenten zum Dimmen Dimmwerte von bis zu 1%.
Unter einem „Dimmwert von 100%” wird der Dimmwert verstanden, bei dem die Lichtquelle, wie zum Beispiel eine Leuchtdiode, mit dem Nennstrom betrieben wird und somit die Nennstrahlungsleistung (Nennlichtleistung) abgibt. Folglich wird bei einem Dimmwert von bspw. 40% die Lichtquelle nur mit 40% ihres Nennstroms betrieben. Je kleiner der Dimmwert ist, bei dem eine Lichtquelle betrieben wird, desto kleiner ist die abgegebene Strahlungsleistung, d. h. desto kleiner ist die abgegebene Lichtmenge und folglich die Lichtintensität des durch die Lichtquelle abgestrahlten Lichts. Bei einem Dimmwert von 0% emittiert eine Lichtquelle kein Licht, d. h. die Lichtquelle ist ausgeschaltet bzw. inaktiv.
Unter dem „Nennstrom einer Lichtquelle” wird der vom Hersteller spezifizierte Wert des elektrischen Stroms im Normalbetrieb der Lichtquelle verstanden. Folglich entspricht der Nennstrom einer Lichtquelle dem maximal zulässigen Betriebsstrom, bei dem durch den Hersteller der Lichtquelle ein sicherer Betrieb der Lichtquelle gewährleistet wird, ohne dass es zu Schäden oder Zerstörung der Lichtquelle kommt. Daher kann es bei Dimmwerten von größer als 100%, d. h. bei Werten des Betriebsstroms größer als der Nennstrom, zur Beschädigung oder sogar Zerstörung der Lichtquelle kommen.
Um bei einem Amplitudendimmen sehr niedrige Dimmwerte, bspw. zwischen 1% und 0,1% zu erreichen, welche gemäß dem DALI-Standard („Digital Addressable Lighting Interface Standard”) möglich sind, muss ein Betriebsgerät mit einer hoch dynamischen Steuerschaltung verwendet werden. Dies ist aber aufgrund der hohen Komplexität und den hohen Kosten eines solchen Betriebsgerätes nachteilig.
Im Lichte dieses Stands der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Betriebsgerät zum Betreiben von Leuchtdioden bereitzustellen, das auch für ein Amplitudendimmen bei sehr niedrigen Dimmwerten, bspw. zwischen 1% und 0,1%, geeignet ist, ohne dass eine aufwendige und kostenintensive hoch dynamische Steuerschaltung hierfür bereitgestellt werden muss.
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
3. Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Betriebsgerät zum Betreiben einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode bereitgestellt, wobei das Betriebsgerät umfasst:

a) einen Ausgang zum elektrischen Anschließen der Leuchtdiodenstrecke mit der wenigstens einen Leuchtdiode an das Betriebsgerät;
b) wenigstens eine Konverterstufe zum Bereitstellen eines Betriebsstroms am Ausgang des Betriebsgerätes für die wenigstens eine Leuchtdiode der an das Betriebsgerät anschließbaren Leuchtdiodenstrecke;
c) eine Bypass-Schaltung, die parallel zu dem Ausgang des Betriebsgerätes geschaltet ist und dazu eingerichtet ist, einen Strom aufzunehmen; und
d) eine Steuerschaltung, die für ein Amplitudendimmen der wenigstens einen Leuchtdiode der an dem Ausgang des Betriebsgerätes anschließbaren Leuchtdiodenstrecke dazu eingerichtet ist, durch Steuern der wenigstens einen Konverterstufe und der Bypass-Schaltung die Amplitude des Betriebsstroms gemäß einem zu erzielenden Dimmwert einzustellen.

Mit anderen Worten wird ein Betriebsgerät bereitgestellt, bei dem ein Teil des durch die Konverterstufe bereitgestellten Stroms durch eine Bypass-Schaltung aufgenommen werden kann bzw. durch die Bypass-Schaltung an der an dem Ausgang des Betriebsgerätes anschließbaren Leuchtdiodenstrecke vorbei geleitet werden kann, wobei dann der andere Teil des durch die Konverterstufe bereitgestellten Stroms dem Betriebsstrom zum Betreiben der Leuchtdiodenstrecke entspricht. Hierbei kann die Steuerschaltung für ein Amplitudendimmen der wenigstens einen Leuchtdiode der Leuchtdiodenstrecke die Amplitude des der Leuchtdiodenstrecke zugeführten Betriebsstroms durch Steuern der Konverterstufe und der Bypass-Schaltung steuern. D. h. für ein Amplitudendimmen kann die Steuerschaltung die Amplitude des Betriebsstrom steuern, indem sie die Amplitude des durch die wenigstens eine Konverterstufe bereitgestellten Stroms und die Amplitude des durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Stroms einstellt bzw. steuert.
Es wird also durch Parallelschalten einer Bypass-Schaltung zu dem Ausgang eines Betriebsgerätes zum Betreiben einer Leuchtdiodenstrecke ein Amplitudendimmen in einem sehr niedrigen Dimmwertebereich, bspw. zwischen 1% und 0,1%, ermöglicht, ohne dass eine komplexe und kostenintensive hoch dynamische Steuerschaltung benötigt wird.
Unter einer „Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode” wird eine Lichtquelle verstanden, die eine oder mehrere Leuchtdioden umfasst. Der Begriff „Leuchtdiode (LED)” umfasst Leuchtdioden mit Primäranregung, Leuchtdioden mit Sekundäranregung, anorganische Leuchtdioden, organische Leuchtdioden (OLEDs) sowie alle weiteren bekannten Arten von Leuchtdioden.
Vorzugsweise umfasst eine Konverterstufe einen aktiv getakteten DC/DC-Wandler bzw. Gleichspannungswandler, der dazu eingerichtet ist an seinem Ausgang einen Betriebsstrom zum Betreiben einer Leuchtdiodenstrecke bereitzustellen. Mit anderen Worten entspricht eine Konverterstufe vorzugsweise einem LED-Konverter der als Energieversorgung einen Betriebsstrom (LED-Strom) der Leuchtdiodenstrecke zuführt, wobei die Lichtemission der wenigstens einen Leuchtdioden der Leuchtdiodenstrecke von dem zugeführten Betriebsstrom abhängt und folglich die Lichtemission durch Steuern bzw. Einstellen des zugeführten Betriebsstroms gesteuert werden kann.
Die wenigstens eine Konverterstufe kann zum Beispiel einen potentialgetrennten getakteten DC/DC-Wandler (getakteter DC/DC-Wandler mit galvanischer Trennung zwischen Eingang und Ausgang), wie z. B. einen Sperrwandler („flyback converter”), Gegentaktwandler („push pull converter”) oder einen Resonanzwandler („resonant converter”), oder einen nicht-isolierten bzw. nicht-potentialgetrennten getakteten DC/DC-Wandler (getakteter DC/DC-Wandler ohne galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang) umfassen, wie z. B. einen Abwärtswandler („buck-converter, step-down-converter”), Aufwärtswandler („boost-conuerter, step-up-converter”) oder einen invertierender Wandler („buck boost-converter”).
Die Konverterstufe kann zusätzlich oder alternativ einen AC/DC-Wandler umfassen, der vorzugsweise als PFC-Schaltung ausgebildet ist. Unter einer „PFC-Schaltung” wird eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung verstanden. Mit anderen Worten entspricht eine PFC-Schaltung einer elektrischen Schaltung die dazu eingerichtet ist, einen Leistungsfaktor nahezu 1 bzw. gemäß gesetzlichen Vorgaben zu gewährleisten. Folglich kann die Konverterstufe einem DC/DC-Wandler und/oder einem AC/DC-Wandler entsprechen.
Der einen Konverterstufe können im Betriebsgerät noch weitere Konverterstufen vorgeschaltet sein, sodass die Konverterstufe die letzte Stufe in einer Kette von Konverterstufen ist, die den Betriebsstrom bzw. LED-Strom zum Betreiben der Leuchtdiodenstrecke bereitstellt.
Ferner kann der wenigstens einen Konverterstufe des Betriebsgerätes auch ein AC/DC-Wandler vorgeschaltet sein, wobei der AC/DC-Wandler vorzugsweise als eine PFC-Schaltung ausgebildet ist. Hierbei kann der AC/DC-Wandler sowohl in dem Betriebsgerät wie auch extern angeordnet sein.
Unter einer „Bypass-Schaltung” wird eine Schaltung verstanden, die dazu eingerichtet ist, in einem eingeschalteten bzw. aktiven Zustand einen Strom aufzunehmen, wobei die Menge bzw. Amplitude des aufgenommenen Stroms durch eine Steuerschaltung einstellbar ist und die Bypass-Schaltung durch eine Steuerschaltung ein- und ausgeschaltet werden kann.
Unter einem „Amplitudendimmen” wird ein Dimmen einer Lichtquelle, wie zum Beispiel einer Leuchtdiode, verstanden, bei dem die Amplitude des als Energieversorgung der Lichtquelle zugeführten Betriebsstroms verändert wird, um eine Dimmung zu erzielen. Je kleiner die Amplitude des Betriebsstroms, desto größer ist das Ausmaß bzw. der Grad der Dimmung. Eine Lichtquelle in einem gedimmten Zustand, d. h. eine gedimmte Lichtquelle, emittiert weniger Licht bzw. Licht mit einer kleineren Lichtintensität im Vergleich zu einem nicht-gedimmten bzw. weniger stark gedimmten Zustand.
Durch einen „Dimmwert” wird das Ausmaß bzw. der Grad der Dimmung einer Lichtquelle, wie z. B. einer Leuchtdiode, bzw. des durch die Lichtquelle emittierten Lichts angegeben. Die Begriffe „Dimmlevel”, „Dimmniveau”, „Dimmgrad” usw. werden im Folgenden synonym verwendet. Der Dimmwert wird in Prozent (%) bezogen auf den Nennstrom einer Lichtquelle angegeben. Zum Beispiel wird bei einem Dimmwert von 100% der Nennstrom als Betriebsstrom der Lichtquelle zugeführt. Bei einem Dimmwert von 40% wird ein Betriebsstrom der Lichtquelle zugeführt, dessen Amplitude 40% der Amplitude des Nennstroms entspricht. Je kleiner der Dimmwert ist, desto kleiner ist die Amplitude des der Lichtquelle zugeführten Betriebsstrom und folglich desto kleiner ist die durch die Lichtquelle abgegebene Lichtmenge bzw. Lichtintensität.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, wird unter dem „Nennstrom einer Lichtquelle” der vom Hersteller spezifizierte Wert des elektrischen Stroms im Normalbetrieb der Lichtquelle verstanden. Folglich entspricht der Nennstrom einer Lichtquelle dem maximal zulässigen Betriebsstrom, bei dem durch den Hersteller der Lichtquelle ein sicherer Betrieb der Lichtquelle gewährleistet wird, ohne dass es zu Schäden oder Zerstörung der Lichtquelle kommt.
Die Steuerschaltung ist vorzugsweise ein Mikrokontroller, ein ASIC oder ein Hybrid daraus. Jede dem Fachmann bekannte andere Steuerschaltung kann ebenfalls verwendet werden.
Vorzugsweise werden der Steuerschaltung die Dimmwerte als DALI-Dimmbefehle zugeführt. Folglich umfasst die Steuerschaltung vorzugsweise eine DALI-Schnittstelle, um gemäß dem DALI-Standard kommunizieren zu können. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung dann DALI-Befehle, wie z. B. Dimmbefehle, sowie Informationen erhalten sowie Informationen und/oder Befehle nach extern ausgeben.
Die Amplitude des durch die wenigstens eine Konverterstufe an ihrem Ausgang bereitgestellten Stroms entspricht vorzugsweise der Summe aus der Amplitude des durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Stroms und der Amplitude des am Ausgang des Betriebsgerätes bereitgestellten Betriebsstroms.
Mit anderen Worten kann über die Stromaufnahme der Bypass-Schaltung der der Leuchtdiodenstrecke zugeführte Betriebsstrom ausgehend von dem durch die wenigstens eine Konverterstufe bereitgestellten Strom eingestellt werden.
Ferner ist die Bypass-Schaltung vorzugsweise eine Stromsenken-Schaltung, die dazu eingerichtet ist, im eingeschalteten Zustand einen Strom mit einer durch die Steuerschaltung einstellbaren Amplitude aufzunehmen und im ausgeschalteten Zustand keinen Strom aufzunehmen.
Des Weiteren ist die Steuerschaltung vorzugsweise dazu eingerichtet, die Bypass-Schaltung ein- und auszuschalten sowie im eingeschalteten Zustand der Bypass-Schaltung die Amplitude des durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Stroms einzustellen.
Vorzugsweise umfasst die Bypass-Schaltung wenigstens einen Transistor und Widerstand, die in Serie geschaltet sind; und die Steuerschaltung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, durch Steuern des Transistors die Bypass-Schaltung ein- und auszuschalten.
Vorzugsweise kann die Steuerschaltung durch Steuern des Transistors die Stromaufnahme der Bypass-Schaltung steuern bzw. einstellen. Der durch die Bypass-Schaltung aufgenommene Strom wird vorzugsweise durch den Widerstand in Wärmeenergie dissipiert bzw. umgewandelt.
Dies ist vorteilhaft, da durch kostengünstige elektrische Bauelemente eine Bypass-Schaltung realisiert werden kann.
Ferner umfasst die Bypass-Schaltung vorzugsweise einen Operationsverstärker, einen Bipolartransistor und eine Widerstandsschaltung mit wenigstens einem Widerstand, wobei der Basis-Anschluss des Bipolartransistors mit dem Ausgang des Operationsverstärkers, der Kollektor-Anschluss des Bipolartransistors mit dem das höhere Potential aufweisenden Anschluss des Ausgangs des Betriebsgerätes und der Emitter-Anschluss seriell mit einem ersten Anschluss der Widerstandsschaltung verbunden ist. Ein zweiter Anschluss der Widerstandsschaltung ist mit dem das niedrigere Potential aufweisenden Anschluss des Ausgangs des Betriebsgerätes verbunden, der Knoten zwischen dem Emitter-Anschluss des Bipolartransistors und dem ersten Anschluss der Widerstandschaltung ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden; und der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist mit der Steuerschaltung verbunden.
Dies ist vorteilhaft, da aufgrund der Regeleigenschaften des Operationsverstärkers eine stabile Stromaufnahme durch die Bypass-Schaltung gewährleistet ist, wobei die Stromaufnahme, insbesondere das Ausmaß des aufgenommenen Stroms, durch die Steuerschaltung gesteuert wird. Vorzugsweise stellt die Steuerschaltung zum Steuern der Stromaufnahme der Bypass-Schaltung eine stabile Steuerspannung am nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers bereit.
Unter „einer Widerstandschaltung” wird eine elektrische Schaltung verstanden, die einen oder mehrere Widerstände umfasst, wobei die Widerstände seriell und/oder parallel verschaltet sind.
Des Weiteren ist die Steuerschaltung vorzugsweise dazu eingerichtet, für einen zu erzielenden Dimmwert, der größer gleich wie ein erster vorbestimmter Dimmwert ist, die Amplitude des Betriebsstroms durch Steuerung nur der wenigstens einen Konverterstufe entsprechend dem zu erzielenden Dimmwert vorzugsweise geregelt einzustellen, während die Bypass-Schaltung ausgeschaltet ist.
Mit anderen Worten, solange der zu erzielende Dimmwert (z. B. 30%) größer gleich wie ein erster vorbestimmter Dimmwert ist, steuert die Steuerschaltung für ein Amplitudendimmen vorzugsweise nur die wenigstens eine Konverterstufe, wobei die Bypass-Schaltung ausgeschaltet ist und keinen Strom aufnimmt. Folglich entspricht bei einem Amplitudendimmen in diesem Dimmwertbereich (zu erzielende Dimmwerte die größer gleich wie der erste vorbestimmte Dimmwert sind) der am Ausgangs des erfindungsgemäßen Betriebsgeräts zum Betreiben der Leuchtdiodenstrecke bereitgestellte Betriebsstrom (LED-Strom) vorzugsweise dem Strom, der durch die wenigstens eine Konverterstufe an ihrem Ausgang bereitgestellt wird.
Die Steuerschaltung steuert also ein Einschalten bzw. Ausschalten der Bypass-Schaltung vorzugsweise in Abhängigkeit des zu erzielenden Dimmwertes, wobei die Steuerschaltung vorzugsweise für zu erzielende Dimmwerte, die größer gleich wie der erste vorbestimmte Dimmwert sind, die Bypass-Schaltung ausschaltet und für zu erzielende Dimmwerte, die kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert sind, die Bypass-Schaltung einschaltet.
Vorzugsweise steuert die Steuerschaltung die wenigstens eine Konverterstufe geregelt, d. h. mit einer Rückkopplung, wobei vorzugsweise der am Ausgang der wenigstens eine Konverterstufe bereitgestellte Strom und/oder der am Ausgang des Betriebsgerätes bereitgestellte Betriebsstrom als Rückführgröße der Steuerschaltung zugeführt wird. Hierbei entspricht vorzugsweise ein dem zu erzielenden Dimmwert entsprechender Strom oder Spannung der Führungsgröße bzw. dem Sollwert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerschaltung vorzugsweise dazu eingerichtet, für einen zu erzielenden Dimmwert, der kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert ist, die wenigstens eine Konverterstufe in einem Arbeitspunkt zu betreiben, der dem ersten vorbestimmten Dimmwert entspricht, und die Amplitude des Betriebsstroms durch Steuerung der Bypass-Schaltung entsprechend dem zu erzielenden Dimmwert vorzugsweisse geregelt einzustellen.
Mit anderen Worten wird vorzugsweise für einen zu erzielenden Dimmwert (z. B. 0,5% oder 0,1%), der kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert ist, die wenigstens eine Konverterstufe durch die Steuerungsschaltung derart gesteuert, dass die wenigstens eine Konverterstufe einen dem ersten vorbestimmten Dimmwert entsprechenden Strom bereitstellt. Währenddessen steuert die Steuerschaltung die Bypass-Schaltung derart, dass durch die Stromaufnahme der Bypass-Schaltung ein Betriebsstrom am Ausgang des Betriebsgerätes eingestellt wird, der dem zu erzielenden Dimmwert entspricht.
Hierbei steuert die Steuerschaltung die wenigstens eine Konverterstufe zum Bereitstellen des dem ersten vorbestimmten Dimmwert entsprechenden Stroms vorzugsweise ungeregelt. Zum Einstellen des dem zu erzielenden Dimmwert (der kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert ist) entsprechenden Betriebsstroms steuert die Steuerschaltung die Bypass-Schaltung vorzugsweise geregelt, d. h. mit einer Rückkopplung, wobei vorzugsweise der durch die Bypass-Schaltung aufgenommene Strom und/oder der am Ausgang des Betriebsgerätes bereitgestellte Betriebsstrom als Rückführgröße der Steuerschaltung zugeführt wird. Hierbei entspricht vorzugsweise ein dem zu erzielenden Dimmwert entsprechender Strom oder Spannung der Führungsgröße bzw. dem Sollwert. Vorzugsweise wird der Steuerschaltung auch ein Messsignal zugeführt, das den am Ausgang der wenigstens einen Konverterstufe bereitgestellten Strom (der auf den ersten vorbestimmten Dimmwert eingestellt ist) wiedergibt.
Vorzugsweise entspricht der erste vorbestimmte Dimmwert einer Grenze bzw. einem Schwellenwert, unter dem ein stabiles Dimmen mit nur der wenigstens einen Konverterstufe nicht möglich ist. Der erste vorbestimmte Dimmwert entspricht vorzugsweise 3%, besonders vorzugsweise 1%.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerschaltung vorzugsweise dazu eingerichtet, für einen zu erzielenden Dimmwert, der kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert ist, die wenigstens eine Konverterstufe in einem Arbeitspunkt zu betreiben, der einem zweiten vorbestimmten Dimmwert entspricht, und die Amplitude des Betriebsstroms durch Steuerung der Bypass-Schaltung entsprechend dem zu erzielenden Dimmwert vorzugsweise geregelt einzustellen. Hierbei ist der zweite vorbestimmte Dimmwert kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert.
Mit anderen Worten wird vorzugsweise für einen zu erzielenden Dimmwert (z. B. 0,5% oder 0,1%), der kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert ist, die wenigstens eine Konverterstufe durch die Steuerungsschaltung derart gesteuert, dass die wenigstens eine Konverterstufe einen einem zweiten vorbestimmten Dimmwert (der kleiner als der ersten vorbestimmten Dimmwert ist) entsprechenden Strom bereitstellt. Währenddessen steuert die Steuerschaltung die Bypass-Schaltung derart, dass durch die Stromaufnahme der Bypass-Schaltung ein Betriebsstrom am Ausgang des Betriebsgerätes eingestellt wird, der dem zu erzielenden Dimmwert entspricht.
Hierbei steuert die Steuerschaltung die wenigstens eine Konverterstufe zum Bereitstellen des dem zweiten vorbestimmten Dimmwert entsprechenden Stroms vorzugsweise ungeregelt. Zum Einstellen des dem zu erzielenden Dimmwert (der kleiner als der erste Dimmwert und vorzugsweise kleiner als der zweite vorbestimmte Dimmwert ist) entsprechenden Betriebsstroms steuert die Steuerschaltung die Bypass-Schaltung vorzugsweise geregelt, d. h. mit einer Rückkopplung, wobei vorzugsweise der durch die Bypass-Schaltung aufgenommene Strom und/oder der am Ausgang des Betriebsgerätes bereitgestellte Betriebsstrom als Rückführgröße der Steuerschaltung zugeführt wird. Hierbei entspricht vorzugsweise ein dem zu erzielenden Dimmwert entsprechender Strom oder Spannung der Führungsgröße bzw. dem Sollwert. Vorzugsweise wird der Steuerschaltung auch ein Messsignal zugeführt, das den am Ausgang der wenigstens einen Konverterstufe bereitgestellten Strom (der auf den zweiten vorbestimmten Dimmwert eingestellt ist) wiedergibt.
Vorzugsweise wird der zweite vorbestimmte Dimmwert derart gewählt, dass er dem zu erzielenden Dimmwert entspricht. In diesem Fall stellt dann die Steuerschaltung durch die wenigstens eine Konverterstufe (deren Arbeitspunkt auf den zweiten vorbestimmten Dimmwert eingestellt wird) den zu erzielenden Dimmwert ungeregelt ein, wobei die Regelung auf den zu erzielenden Dimmwert durch die Bypass-Schaltung erfolgt.
Vorzugsweise ist die Steuerschaltung dazu eingerichtet, den Arbeitspunkt der wenigstens einen Steuerschaltung auf einen Arbeitspunkt anzupassen, der einem kleineren Dimmwert im Vergleich zu dem ersten vorbestimmten Dimmwert und/oder dem zweiten vorbestimmten Dimmwert entspricht, wenn die Amplitude des durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Stroms einen vorbestimmten oberen Schwellenwert für den durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Strom übersteigt.
Mit anderen Worten wird bei einem Amplitudendimmen auf einen zu erzielenden Dimmwert (z. B. 0,5% oder 0,1%), der kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert ist, festgestellt, dass die Amplitude des durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Stroms einen vorbestimmten oberen Schwellenwert übersteigt (während die Steuerschaltung die wenigstens eine Konverterstufe in einem Arbeitspunkt betreibt, der dem ersten vorbestimmten Dimmwert oder dem zweiten vorbestimmten Dimmwert entspricht), dann stellt die Steuerschaltung vorzugsweise den Arbeitspunkt der wenigstens einen Konverterstufe auf einen Arbeitspunkt ein, der einem kleineren Dimmwert im Vergleich zu dem ersten vorbestimmten Dimmwert und/oder dem zweiten vorbestimmten Dimmwert entspricht.
D. h. die Steuerschaltung kann den Arbeitspunkt der wenigstens einen Konverterstufe auf einen Arbeitspunkt eines niedrigeren Dimmwertes im Vergleich zu dem ersten vorbestimmten Dimmwert und/oder dem zweiten vorbestimmten Dimmwert einstellen, wenn erkannt wird, dass die Regelmarge der Bypass-Schaltung zu groß ist.
Vorzugsweise stellt die Steuerschaltung den Arbeitspunkt der wenigstens einen Konverterstufe derart ein, dass eine vorbestimmte Leistung, die an der Bypass-Schaltung abfällt, nicht überschritten wird bzw. ein vorbestimmter oberer Schwellenwert für die an der Bypass-Schaltung abfallende Leistung nicht überschritten wird. Hierbei hängt die vorbestimmte Leistung, die an der Bypass-Schaltung abfallen darf, vorzugsweise von den für die Bypass-Schaltung verwendeten Bauteilen, deren thermischen Ankopplung und/oder der vorhandenen Kühlung ab. Ferner hängt die vorbestimmte Leistung vorzugsweise von der LED-Spannung und somit von der Bypass-Spannung ab, da die vorbestimmte Leistung sowohl vom Strom als auch der Spannung abhängt. Die LED-Spannung entspricht vorzugsweise der Spannung, mit der die an dem Betriebsgerät anschließbare Leuchtdiodenstrecke im angeschlossenen Zustand betrieben bzw. versorgt wird, und die Bypass-Spannung entspricht vorzugsweise der Spannung, die an der Bypass-Schaltung abfällt bzw. anliegt.
Die vorbestimmte Leistung bzw. der vorbestimmte obere Schwellenwert für die an der Bypass-Schaltung abfallende Leistung entspricht vorzugsweise 1 W, besonders vorzugsweise 0,5 W. Mit anderen Worten ist 1 W oder 0,5 W eine beispielhafte Grenze bzw. ein beispielhafter oberer Schwellenwert für die Leistung, die an der Bypass-Schaltung abfallen darf.
Der vorbestimmte obere Schwellenwert für den durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Strom ist derart gewählt, dass durch den aufgenommenen Strom die Funktionsweise des Betriebsgerätes bzw. eines seiner Komponenten nicht gestört wird und/oder das Betriebsgerät bzw. eines seiner Komponenten nicht beschädigt oder zerstört wird und/oder die Funktionsweise der Leuchtdiodenstrecke nicht gestört wird (wenn die Leuchtdiodenstrecke an dem Betriebsgerät angeschlossen ist).
Vorzugsweise ist der obere Schwellenwert für den durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Strom derart gewählt, dass eine vorbestimmte Leistung, die an der Bypass-Schaltung anliegen darf, nicht überschritten wird. Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist die vorbestimmte Leistung, die an der Bypass-Schaltung abfallen darf, vorzugsweise von dem Strom und der Spannung sowie von den für die Bypass-Schaltung verwendeten Bauteilen, der thermischen Kopplung dieser Bauteile und/oder der vorhandenen Kühlung abhängig. Mit anderen Worten ist die vorbestimmte Leistung vorzugsweise von dem Design und/oder den verwendeten Bauteilen des Betriebsgerätes abhängig.
Zum Beispiel der obere Schwellenwert für den durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Strom entspricht vorzugsweise 5 mA, wenn die LED-Spannung bzw. die Bypass-Spannung 100 V beträgt und der obere Schwellenwert für den durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Strom entspricht vorzugsweise 10 mA, wenn die LED-Spannung bzw. die Bypass-Spannung 50 V beträgt. Mit anderen Worten ist der obere Schwellenwert für den durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Strom vorzugsweise derart gewählt, dass eine vorbestimmte Leistung von zum Beispiel 0,5 W (100 V × 5 mA oder 50 V × 10 mA), die an der Bypass-Schaltung anliegt, nicht überschritten wird.
Wie bereits oben ausgeführt, entspricht die vorbestimmte Leistung vorzugsweise 1 W, besonders vorzugsweise 0,5 W.
Zum Beispiel für den Fall einer Konverterstufe mit 1000 mA entspricht der obere Schwellenwert für den durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Strom vorzugsweise 5 mA, wenn die LED-Spannung bzw. Bypass-Spannung 100 V beträgt, und vorzugsweise 10 mA, wenn die LED-Spannung bzw. Bypass-Spannung 50 V beträgt.
Vorzugsweise dissipiert bzw. wandelt die Bypass-Schaltung den aufgenommenen Strom in Wärmeenergie um; und die Steuerschaltung ist vorzugswiese dazu eingerichtet, den Arbeitspunkt auf einen Arbeitspunkt anzupassen, der einem kleineren Dimmwert im Vergleich zu dem ersten vorbestimmten Dimmwert und/oder dem zweiten vorbestimmten Dimmwert entspricht, wenn die Energiedissipation einen vorbestimmten oberen Schwellenwert für die Energiedissipation übersteigt.
Mit anderen Worten wird während eines Amplitudendimmens auf einen zu erzielenden Dimmwert (z. B. 0,5% oder 0,1%), der kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert ist, festgestellt, dass die Energiedissipation in der Bypass-Schaltung einen vorbestimmten oberen Schwellenwert übersteigt (während die Steuerschaltung die wenigstens eine Konverterstufe in einem Arbeitspunkt betreibt, der dem ersten vorbestimmten Dimmwert oder dem zweiten vorbestimmten Dimmwert entspricht), dann stellt die Steuerschaltung vorzugsweise den Arbeitspunkt der wenigstens einen Konverterstufe auf einen Arbeitspunkt ein, der einem kleineren Dimmwert im Vergleich zu dem ersten vorbestimmten Dimmwert und/oder dem zweiten vorbestimmten Dimmwert entspricht.
D. h. die Steuerschaltung kann den Arbeitspunkt der wenigstens einen Konverterstufe auf einen Arbeitspunkt eines niedrigeren Dimmwertes im Vergleich zu dem ersten vorbestimmten Dimmwert und/oder dem zweiten vorbestimmten Dimmwert einstellen, wenn erkannt wird, dass die Regelmarge der Bypass-Schaltung zu groß ist.
Der vorbestimmte obere Schwellenwert für die Energiedissipation ist derart gewählt, dass durch die Energiedissipation die Funktionsweise des Betriebsgerätes bzw. eines seiner Komponenten nicht gestört wird und/oder das Betriebsgerät bzw. eines seiner Komponenten nicht beschädigt/zerstört wird und/oder die Funktionsweise der Leuchtdiodenstrecke nicht gestört wird (wenn die Leuchtdiodenstrecke an dem Betriebsgerät angeschlossen ist).
Vorzugsweise ist der obere Schwellenwert für die Energiedissipation derart gewählt, dass eine vorbestimmte Leistung, die an der Bypass-Schaltung anliegen darf, nicht überschritten wird. Die vorstehenden Ausführungen bezüglich dem oberen Schwellenwert für den durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Strom sind auch für den vorbestimmten oberen Schwellenwert für die Energiedissipation zutreffend. Folglich ist der obere Schwellenwert für die Energiedissipation vorzugsweise derart gewählt, dass eine vorbestimmte Leistung von vorzugsweise 1 W, besonders vorzugsweise 0,5 W, nicht überschritten wird. Wenn die Amplitude des durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Stroms einen vorbestimmten unteren Schwellenwert für den durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Strom unterschreitet und/oder die Energiedissipation in der Bypass-Schaltung einen vorbestimmten unteren Schwellenwert für die Energiedissipation unterschreitet, dann ist die Steuerschaltung vorzugsweise dazu eingerichtet, den Arbeitspunkt der wenigstens einen Konverterstufe auf einen Arbeitspunkt anzupassen, der einem höheren Dimmwert entspricht im Vergleich zu dem Dimmwert, dem der anzupassende Arbeitspunkt entspricht.
Mit anderen Worten kann die Steuerschaltung den Arbeitspunkt der wenigstens einen Konverterstufe auf einen Arbeitspunkt eines höheren Dimmwertes einstellen, wenn erkannt wird, dass die Regelmarge der Bypass-Schaltung zu klein ist.
Der untere Schwellenwert für den aufgenommenen Strom entspricht vorzugsweise 1 mA, besonders vorzugsweise 0,1 mA.
Wenn die Leistung, die an der Bypass-Schaltung anliegt, einen vorbestimmten unteren Schwellenwert für die Leistung unterschreitet, dann ist die Steuerschaltung vorzugsweise dazu eingerichtet, den Arbeitspunkt der wenigstens einen Konverterstufe auf einen Arbeitspunkt anzupassen, der einem höheren Dimmwert entspricht im Vergleich zu dem Dimmwert, dem der anzupassende Arbeitspunkt entspricht.
Vorzugsweise umfasst das Betriebsgerät eine Einrichtung zum Erfassen bzw. Messen des durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Stroms und/oder eine Einrichtung zum Erfassen bzw. Messen der Energiedissipation in der Bypass-Schaltung, wobei diese Einrichtungen dann dazu eingerichtet sind, die Erfassungsergebnisse der Steuerschaltung zuzuführen.
Der erste vorbestimmte Dimmwert entspricht vorzugsweise 3%, besonders vorzugsweise 1%.
Vorzugsweise entspricht der zweite vorbestimmte Dimmwert dem zu erzielenden Dimmwert, d. h. dem Dimmwert der durch die Bypass-Schaltung vorzugsweise geregelt einzustellen ist (wobei der zweite Dimmwert und der zu erzielende Dimmwert kleiner als der erste Dimmwert sind). Der zweite vorbestimmte Dimmwert liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1% bis 1%, kann aber auch viel kleineren Dimmwerten, wie z. B. 0,03%, entsprechen.
Ferner ist die Steuerschaltung zum Amplitudendimmen vorzugsweise dazu eingerichtet, die wenigstens eine Konverterstufe und/oder die Bypass-Schaltung auf der Basis der Amplitude des Strom, der durch die Bypass-Schaltung aufgenommen wird, und/oder auf der Basis der Amplitude des Stroms, der durch die wenigstens eine Konverterstufe an ihrem Ausgang bereitgestellt wird, und/oder auf der Basis der Amplitude des Betriebsstroms, der am Ausgang des Betriebsgerätes für die wenigstens eine Leuchtdiode der am Ausgang anschließbaren Leuchtdiodenstrecke bereitgestellt wird, zu steuern.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Betriebsgerät Einrichtungen zum Erfassen bzw. Messen dieser Ströme, welche dann dazu eingerichtet sind, die Erfassungsergebnisse der Steuerschaltung zuzuführen.
Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Betriebsgerät vorzugsweise eine Stromerfassungsschaltung zum Erfassen der Amplitude des Betriebsstroms, der am Ausgang des Betriebsgerätes für die wenigstens eine Leuchtdiode der am Ausgang anschließbaren Leuchtdiodenstrecke bereitgestellt wird, und/oder der Amplitude des Stroms, der durch die Bypass-Schaltung aufgenommen wird. Hierbei ist die Steuerschaltung vorzugsweise dazu eingerichtet, auf der Basis des Erfassungsergebnisses der Stromerfassungsschaltung die Bypass-Schaltung im eingeschalteten Zustand zu steuert.
Vorzugsweise ist die Steuerschaltung dazu eingerichtet, die Stromerfassungsschaltung derart zu steuern, dass die Stromerfassungsschaltung eingeschaltet ist, wenn die Bypass-Schaltung eingeschaltet ist und die Stromerfassungsschaltung ausgeschaltet ist, wenn die Bypass-Schaltung ausgeschaltet ist.
Die vorstehend genannten optionalen Merkmale können gemäß der vorliegenden Erfindung beliebig kombiniert werden, um die erfindungsgemäße Vorrichtung zu ergeben.
Des Weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Beleuchtungsgerät bereitgestellt, das ein erfindungsgemäßes Betriebsgerät, wie vorstehend beschreiben, und eine Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode umfasst; wobei die Leuchtdiodenstrecke an dem Ausgang des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes angeschlossen ist.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts, wie vorstehend beschrieben, zum Amplitudendimmen einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode bereitgestellt, bei dem die Steuerschaltung durch Steuern der wenigstens einen Konverterstufe und der Bypass-Schaltung die Amplitude des Betriebsstroms gemäß einem zu erzielenden Dimmwert einstellt.
4. Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben. Darin zeigt:
1 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes;
2 schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes; und
3 schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes.
In den Figuren weisen sich entsprechende Komponenten dieselben Bezugszeichen auf.
1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes. Das Betriebsgerät 2 umfasst eine Konverterstufe 3, eine Bypass-Schaltung 4, eine Stromerfassungsschaltung 5 sowie eine Steuerschaltung 7. Das Betriebsgerät 2 und die Leuchtdiodenstrecke 6 mit wenigstens einer Leuchtdiode bilden zusammen das Beleuchtungsgerät 1, wobei die Leuchtdiodenstrecke 6 an den beiden Anschlüssen A1 und A2 des Ausgangs A1, A2 des Betriebsgerätes 2 elektrisch angeschlossen ist.
Die Konverterstufe 3 bzw. der Ausgang der Konverterstufe 3 ist seriell mit dem Ausgang A1, A2 des Betriebsgerätes 2 verbunden, wobei die Bypass-Schaltung 4 parallel mit der Konverterstufe 3 und dem Ausgang A1, A2 des Betriebsgerätes 2 verbunden ist. Folglich entspricht der durch die Konverterstufe 3 bereitgestellte Strom I₁ vorzugsweise der Summe aus dem durch die Bypass-Schaltung 4 aufgenommenen Strom I₃ und dem am Ausgang A1, A2 des Betriebsgerätes 2 bereitgestellten Betriebsstrom I₂: I₂ = I₂ + I₃
Wenn die Bypass-Schaltung 4 keinen Strom aufnimmt, dann entspricht der am Ausgang A1, A2 des Betriebsgerätes 2 bereitgestellte Betriebsstrom I₂ dem durch die Konverterstufe 3 bereitgestellten Strom I₁. Folglich kann durch die Bypass-Schaltung 4 ein Teil des durch die Konverterstufe 3 bereitgestellten Stroms I₁ an dem Ausgang A1, A2 des Betriebsgerätes 2 und somit an der Leuchtdiodenstrecke 6 vorbei geleitet werden, sodass der Betriebsstrom I₂ zum Betreiben der Leuchtdiodenstrecke 6 kleiner als der Strom I₁ eingestellt wird.
Wie bereits vorstehend ausgeführt umfasst die Konverterstufe 3 vorzugsweise einen aktiv getakteter DC/DC-Wandler der durch die Steuerschaltung 7 derart gesteuert wird, dass am Ausgang der Konverterstufe 3 der Strom I₁ zum Betreiben der Leuchtdiodenstrecke 6 bereitgestellt wird. Vorzugsweise umfasst das Betriebsgeräte mehr als eine Konverterstufe, sodass dann der Konverterstufe 3 eine oder mehrere Konverterstufen vorgeschaltet sein können. Ferner kann der Konverterstufe 3 auch einen AC/DC-Wandler umfassen oder der Konverterstufe 3 kann ein AC/DC-Wandler als weitere Konverterstufe vorgeschaltet sein, wobei der AC/DC-Wandler vorzugsweise als PFC-Schaltung ausgebildet ist. Weitere Konverterstufen, die der Konverterstufe 3 vorgeschaltet sein können, können dann auch durch die Steuerschaltung 7 gesteuert werden.
Die Bypass-Schaltung 4 ist vorzugsweise eine Stromsenke, die im eingeschalteten bzw. aktiven Zustand einen durch die Steuerschaltung 7 eingestellten Strom I₃ aufnimmt und im ausgeschalteten Zustand keinen Strom aufnimmt. Die Steuerschaltung 7 ist dazu eingerichtet, die Bypass-Schaltung zu steuern, insbesondere die Bypass-Schaltung ein- und auszuschalten sowie die Amplitude des Stroms I₃ zu steuern bzw. einzustellen, d. h. das Ausmaß der Stromaufnahme der Bypass-Schaltung 4 zu steuern bzw. einzustellen.
Die Steuerschaltung 7 kann in dem Betriebsgerät 2 und/oder dem Beleuchtungsgerät 1 angeordnet sein oder außerhalb des Betriebsgerätes 2 und/oder des Beleuchtungsgerätes 1 angeordnet sein.
Die Stromerfassungsschaltung 5 ist gemäß der 1 in dem Strompfad des Betriebsgerätes 2 angeordnet, über den der Betriebsstrom bzw. LED-Strom I₂ zurückfließt, wobei die Stromerfassungsschaltung 5 dazu eingerichtet ist, den Betriebsstrom I₂ mit dem die Leuchtdiodenstrecke 2 betrieben wird zu erfassen bzw. zu messen und als Messsignal der Steuerschaltung zuzuführen. Die von der wenigstens einen Leuchtdiode der Leuchtdiodenstrecke 6 abgegebene Lichtmenge ist von dem Betriebsstrom I₂ abhängig bzw. wird durch den Betriebsstrom I₂ festgelegt.
Vorzugsweise wird durch die Stromerfassungsschaltung 5 der Steuerschaltung 7 ein Messsignal zugeführt, die den Betriebsstrom I₂ und/oder den durch die Bypass-Schaltung 4 aufgenommenen Strom I₃ wiedergibt.
Vorzugsweise wird die Stromerfassungsschaltung 5 durch die Steuerschaltung 7 ausgeschaltet, wenn die Bypass-Schaltung ausgeschaltet ist, um durch die Stromerfassung der Stromerfassungsschaltung 5 verursachte Verluste zu minimieren bzw. zu eliminieren
Die Stromerfassungsschaltung 5 kann auch in dem Betriebsgerät 2 anders als in der 1 gezeigt angeordnet sein, um zum Beispiel den durch die Konverterstufe 3 bereitgestellten Strom I₁ und/oder den durch die Bypass-Schaltung 4 aufgenommenen Strom I₃ zu erfassen.
Die Steuerschaltung 7 ist dazu eingerichtet die Konverterstufe 3 und die Bypass-Schaltung 4 zu Steuern sowie vorzugsweise die Stromerfassungsschaltung 5 zu steuern. Zum Amplitudendimmen der wenigstens einen Leuchtdiode der Leuchtdiodenstrecke 6 ist die Steuerschaltung dazu eingerichtet, Dimmbefehle, vorzugsweise Dimmbefehle gemäß dem DALI-Standard, von innerhalb des Betriebsgerätes 2 und/oder des Beleuchtungsgerätes 1 (von intern) oder von außerhalb des Betriebsgerätes 2 und/oder des Beleuchtungsgerätes 1 (von extern) zu erhalten. Ferner ist die Steuerschaltung dazu eingerichtet, die Konverterstufe 3 und die Bypass-Schaltung 4 für ein Amplitudendimmen vorzugsweise geregelt zu steuern.
Die Steuerung der Konverterstufe 3 und der Bypass-Schaltung 4 durch die Steuerschaltung 7 zum Amplitudendimmen der Leuchtdiodenstrecke 6, insbesondere zum Amplitudendimmen in einem sehr niedrigen Dimmwertebereich von bspw. 1% bis 0,1%, ist wie vorstehend beschrieben.
2 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes, wobei eine bevorzugte Ausführungsform der Bypass-Schaltung 4 sowie der Stromerfassungsschaltung 5 gezeigt ist. Die vorstehenden Ausführungen sind ebenfalls für die in 2 gezeigte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes zutreffend.
Gemäß der 2 umfasst die Bypass-Schaltung 4 vorzugsweise einen Operationsverstärker 0 V, einen Bipolartransistor T1 sowie einen Widerstand R1. Der nicht-invertierende Eingang e1 des Operationsverstärkers 0 V ist mit der Steuerschaltung 7 verbunden. Der invertierende Eingang e2 des Operationsverstärkers 0 V ist mit denn Emitter-Anschluss des Bipolartransistors T1 sowie einem ersten Anschluss des Widerstands R1 verbunden, d. h. mit einem Konten zwischen dem Emitter-Anschluss des Bipolartransistors T1 und dem ersten Anschluss des Widerstands R1. Der Ausgang a1 des Operationsverstärkers 0 V ist mit dem Basis Anschluss des Bipolartransistors T1 verbunden.
Der Kollektor-Anschluss des Bipolartransistors T1 ist mit dem Anschluss A1 des Ausgangs A1, A2, des Betriebsgerätes 2 verbunden, welcher das höhere Potential der beiden Anschlüsse des Ausgangs A1, A2, des Betriebsgerätes 2 aufweist. Der zweite Anschluss des Widerstands R1 ist mit dem zweiten Anschluss A2 des Ausgangs A1, A2 des Betriebsgerätes 2 verbunden, der das niedrigere Potential der beiden Anschlüsse des Ausgangs A1, A2, des Betriebsgerätes 2 aufweist.
Die Steuerschaltung kann durch bereitstellen einer stabilen Steuerspannung am nicht-invertierenden Ausgang e1 des Operationsverstärkers 0 V den durch die Bypass-Schaltung 4 aufgenommenen Strom I₃ steuern bzw. einstellen. Der Widerstand R1 ist entsprechend zu dimensionieren. Der aufgenommene Strom I₃ wird vorzugsweise über den Widerstand R1 in Wärmeenergie dissipiert bzw. umgewandelt.
Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist zu erkennen, dass auch andere Schaltungen als die in 2 gezeigte Schaltung für die Bypass-Schaltung 4 verwendet werden können, wobei die Schaltung in der Lage sein muss gesteuert durch die Steuerschaltung 7 einen Strom I₃ aufzunehmen. Mit anderen Worten kann jede Schaltung, die eine steuerbare Stromsenke darstellt, für die Bypass-Schaltung 4 verwendet werden. Zum Beispiel kann statt dem Bipolartransistor auch ein anderer Transistor, wie z. B. ein Feldeffekttransistor (z. B. MOSFET), verwendet werden. Der Operationsverstärker 0 V kann auch weggelassen werden, wobei aus Stabilitätsgründen ein Operationsverstärker für die Einstellung der Stromaufnahme der Bypass-Schaltung 4 empfohlen wird.
Gemäß der 2 umfasst die Stromerfassungsschaltung 5 einen Schalter S1 und einen Widerstand R2 (Shunt-Widerstand), welche parallel zueinander geschaltet sind. Der Schalter S1 ist vorzugsweise ein Transistor, wie zum Beispiel ein Bipolartransistor oder ein Feldeffekttransistor.
Die Steuerschaltung 7 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den Schalter S1 ein- bzw. auszuschalten, um den Shunt-Widerstand R2 zu überbrücken bzw. nicht zu überbrücken. Wenn der Shunt-Widerstand R2 nicht überbrückt ist, dann kann über die an dem Shunt-Widerstand R2 abfallende Spannung der Betriebsstrom I₂ gemessen bzw. erfasst werden. Folglich entspricht dies einem eingeschalteten Zustand der Stromerfassungsschaltung 5. Wenn der Shunt-Widerstand R2 durch den Schalter S1 überbrückt wird, dann fließt der Betriebsstrom I₂ nicht über den Shunt-Widerstand R2 und folglich kommt es an dem Shunt-Widerstand R2 zu keinen Verlusten. Der überbrückte Zustand, d. h. wenn der Schalter S1 eingeschaltet bzw. geschlossen ist, entspricht dem ausgeschalteten Zustand der Stromerfassungsschaltung 5.
Vorzugsweise kann jede andere dem Fachmann bekannte Schaltung für die Stromerfassungsschaltung 5 verwendet werden, wobei die Schaltung in der Lage sein muss, einen Strom, insbesondere den Betriebsstrom I₂, zu erfassen bzw. zu messen.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist die Steuerschaltung 7 zum Amplitudendimmen vorzugsweise dazu eingerichtet, die wenigstens eine Konverterstufe 3 und/oder die Bypass-Schaltung 4 auf der Basis der Amplitude des Strom I₃, der durch die Bypass-Schaltung 4 aufgenommen wird, und/oder auf der Basis der Amplitude des Stroms L, der durch die wenigstens eine Konverterstufe 3 an ihrem Ausgang bereitgestellt wird, und/oder auf der Basis der Amplitude des Betriebsstroms I₂, der am Ausgang A1, A2, des Betriebsgerätes 2 für die wenigstens eine Leuchtdiode der am Ausgang A1, A2 anschließbaren Leuchtdiodenstrecke 6 bereitgestellt wird, zu steuern.
Wie in 2 gezeigt, werden hierfür der Steuerschaltung vorzugsweise von der Bypass-Schaltung 4 und der Stromerfassungsschaltung 5 entsprechende Messsignale zugeführt, wie z. B. der Amplitudenwert des Stroms I₃ von der Bypass-Schaltung 4 und der Amplitudenwert des Stroms I₂ von der Stromerfassungsschaltung 5.
3 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes, wobei eine bevorzugte Ausführungsform der Bypass-Schaltung 4 sowie der Stromerfassungsschaltung 5 gezeigt ist. Die vorstehenden Ausführungen sind ebenfalls für die in 3 gezeigte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes zutreffend.
Die in 3 gezeigte Bypass-Schaltung 4 entspricht der in 2 gezeigten Bypass-Schaltung 4, wobei die Bypass-Schaltung 4 nun einen Kondensator C1 sowie zwei weitere Widerstände R3 und R4 aus Stabilitätsgründen umfasst.
Das Betriebsgerät 2 der 3 umfasst ferner eine Schaltung zum Ansteuern bzw. Schalten des Schalters S1, die mehrere Widerstände R5, R6, R7 und R8, zwei Bipolartransistoren T2 und T3 sowie einen Kondensator C2 umfasst. Vorzugsweise stellt die Steuerschaltung 7 an dem Eingang e3 dieser Schaltung eine konstante Versorgungsspannung, von bspw. 13 V, bereit und legt am Eingang e4 eine Steuerspannung an, über die der Schalter S1 ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Widerstände R5 bis R8, die Bipolartransistor T2 und T3 sowie die Kapazität C2 sind entsprechend zu dimensionieren.
Vorzugsweise kann die Steuerschaltung 7 den Schalter S1 der Stromerfassungsschaltung 5 auch über eine andere dafür geeignete Schaltungsanordnung steuern.
Ferner ist gemäß der 3 vorzugsweise eine Zenerdiode D1 als Überspannungsschutz parallel zu der Stromerfassungsschaltung 5, insbesondere zu dem Shunt-Widerstand R2, geschaltet. Es kann auch jede andere für einen Überspannungsschutz geeignete Komponente verwendet werden.
Vorzugsweise wird die den Betriebsstrom I₂ widergebende Spannung bzw. Spannungssignal über einen Tiefpass bestehend aus dem Widerstand R9 und dem Kondensator C3 gefiltert, bevor diese der Steuerschaltung 7 als Messsignal zugeführt wird.

Claims

Betriebsgerät (2) zum Betreiben einer Leuchtdiodenstrecke (6) mit wenigstens einer Leuchtdiode, wobei das Betriebsgerät (2) umfasst: a) einen Ausgang (A1, A2) zum elektrischen Anschließen der Leuchtdiodenstrecke (6) mit der wenigstens einen Leuchtdiode an das Betriebsgerät (2); b) wenigstens eine Konverterstufe (3) zum Bereitstellen eines Betriebsstroms (I₂) am Ausgang (A1, A2) des Betriebsgerätes (2) für die wenigstens eine Leuchtdiode der an das Betriebsgerät (2) anschließbaren Leuchtdiodenstrecke (6); c) eine Bypass-Schaltung (4), die parallel zu dem Ausgang (A1, A2) des Betriebsgerätes (2) geschaltet ist und dazu eingerichtet ist, einen Strom (I₃) aufzunehmen; und d) eine Steuerschaltung (7), die für ein Amplitudendimmen der wenigstens einen Leuchtdiode der an dem Ausgang (A1, A2) des Betriebsgerätes (2) anschließbaren Leuchtdiodenstrecke (6) dazu eingerichtet ist, durch Steuern der wenigstens einen Konverterstufe (3) und der Bypass-Schaltung (4) die Amplitude des Betriebsstroms (I₂) gemäß einem zu erzielenden Dimmwert einzustellen.
Betriebsgerät (2) gemäß Anspruch 1, – wobei die Amplitude des durch die wenigstens eine Konverterstufe (3) an ihrem Ausgang bereitgestellten Stroms (I₁) der Summe aus der Amplitude des durch die Bypass-Schaltung (4) aufgenommenen Stroms (I₃) und der Amplitude des am Ausgang (A1, A2) des Betriebsgerätes (2) bereitgestellten Betriebsstroms (I₂) entspricht.
Betriebsgerät (2) gemäß Anspruch 1 oder 2, – wobei die Bypass-Schaltung (4) eine Stromsenken-Schaltung ist, die dazu eingerichtet ist, im eingeschalteten Zustand einen Strom (I₃) mit einer durch die Steuerschaltung (7) einstellbaren Amplitude aufzunehmen und im ausgeschalteten Zustand keinen Strom aufzunehmen.
Betriebsgerät (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Steuerschaltung (7) dazu eingerichtet ist, die Bypass-Schaltung (4) ein- und auszuschalten sowie im eingeschalteten Zustand der Bypass-Schaltung (4) die Amplitude des durch die Bypass-Schaltung (4) aufgenommenen Stroms (I₃) einzustellen.
Betriebsgerät (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Bypass-Schaltung (4) wenigstens einen Transistor (T1) und Widerstand (R1) umfasst, die in Serie geschaltet sind; und – wobei die Steuerschaltung (7) dazu eingerichtet ist, durch Steuern des Transistors (T1) die Bypass-Schaltung (4) ein- und auszuschalten.
Betriebsgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Bypass-Schaltung (4) einen Operationsverstärker (0 V), einen Bipolartransistor (T1) und eine Widerstandsschaltung mit wenigstens einem Widerstand (R1) umfasst; – wobei der Basis-Anschluss des Bipolartransistors (T1) mit dem Ausgang (a1) des Operationsverstärkers (0 V), der Kollektor-Anschluss des Bipolartransistors (T1) mit dem das höhere Potential aufweisenden Anschluss (A1) des Ausgangs (A1, A2) des Betriebsgerätes (2) und der Emitter-Anschluss seriell mit einem ersten Anschluss der Widerstandsschaltung verbunden ist; – wobei ein zweiter Anschluss der Widerstandsschaltung mit dem das niedrigere Potential aufweisenden Anschluss (A2) des Ausgangs (A1, A2) des Betriebsgerätes (2) verbunden ist; – wobei der Knoten zwischen dem Emitter-Anschluss des Bipolartransistors (T1) und dem ersten Anschluss der Widerstandschaltung mit dem invertierenden Eingang (e2) des Operationsverstärkers (0 V) verbunden ist; und – wobei der nicht-invertierende Eingang (e1) des Operationsverstärkers (0 V) mit der Steuerschaltung (7) verbunden ist.
Betriebsgerät (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Steuerschaltung (7) dazu eingerichtet ist, für einen zu erzielenden Dimmwert, der größer gleich wie ein erster vorbestimmter Dimmwert ist, die Amplitude des Betriebsstroms (I₂) durch Steuerung nur der wenigstens einen Konverterstufe (3) entsprechend dem zu erzielenden Dimmwert vorzugsweise geregelt einzustellen, während die Bypass-Schaltung (4) ausgeschaltet ist.
Betriebsgerät (2) gemäß Anspruch 7, – wobei die Steuerschaltung (7) dazu eingerichtet ist, für einen zu erzielenden Dimmwert, der kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert ist, die wenigstens eine Konverterstufe (3) in einem Arbeitspunkt zu betreiben, der dem ersten vorbestimmten Dimmwert entspricht, und die Amplitude des Betriebsstroms (I₂) durch Steuerung der Bypass-Schaltung (4) entsprechend dem zu erzielenden Dimmwert vorzugsweise geregelt einzustellen.
Betriebsgerät (2) gemäß Anspruch 7, – wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, für einen zu erzielenden Dimmwert, der kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert ist, die wenigstens eine Konverterstufe in einem Arbeitspunkt zu betreiben, der einem zweiten vorbestimmten Dimmwert entspricht, und die Amplitude des Betriebsstroms (I₂) durch Steuerung der Bypass-Schaltung (4) entsprechend dem zu erzielenden Dimmwert vorzugsweise geregelt einzustellen; – wobei der zweite vorbestimmte Dimmwert kleiner als der erste vorbestimmte Dimmwert ist.
Betriebsgerät (2) gemäß Anspruch 8 oder 9, – wobei die Steuerschaltung (7) dazu eingerichtet ist, den Arbeitspunkt auf einen Arbeitspunkt anzupassen, der einem kleineren Dimmwert im Vergleich zu dem ersten vorbestimmten Dimmwert und/oder dem zweiten vorbestimmten Dimmwert entspricht, wenn die Amplitude des durch die Bypass-Schaltung aufgenommenen Stroms (I₃) einen vorbestimmten oberen Schwellenwert für den durch die Bypass-Schaltung (4) aufgenommenen Strom (I₃) übersteigt.
Betriebsgerät (2) gemäß Anspruch 8 bis 10, – wobei die Bypass-Schaltung (4) den aufgenommenen Strom (I₃) in Wärmeenergie dissipiert; und – wobei die Steuerschaltung (7) dazu eingerichtet ist, den Arbeitspunkt auf einen Arbeitspunkt anzupassen, der einem kleineren Dimmwert im Vergleich zu dem ersten vorbestimmten Dimmwert und/oder dem zweiten vorbestimmten Dimmwert entspricht, wenn die Energiedissipation einen vorbestimmten oberen Schwellenwert für die Energiedissipation übersteigt.
Betriebsgerät (2) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, – wobei der erste vorbestimmte Dimmwert 1% entspricht.
Betriebsgerät (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Steuerschaltung (7) zum Amplitudendimmen dazu eingerichtet ist, die wenigstens eine Konverterstufe (3) und/oder die Bypass-Schaltung (4) – auf der Basis der Amplitude des Strom (I₃), der durch die Bypass-Schaltung (4) aufgenommen wird, und/oder – auf der Basis der Amplitude des Stroms (I₁), der durch die wenigstens eine Konverterstufe (3) an ihrem Ausgang bereitgestellt wird, und/oder – auf der Basis der Amplitude des Betriebsstroms (I₂), der am Ausgang (A1, A2) des Betriebsgerätes (2) für die wenigstens eine Leuchtdiode der am Ausgang anschließbaren Leuchtdiodenstrecke (6) bereitgestellt wird, zu steuern.
Betriebsgerät (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei das Betriebsgerät (2) eine Stromerfassungsschaltung (5) zum Erfassen – der Amplitude des Betriebsstroms (I₂), der am Ausgang (A1, A2) des Betriebsgerätes (2) für die wenigstens eine Leuchtdiode der am Ausgang anschließbaren Leuchtdiodenstrecke (6) bereitgestellt wird, und/oder – der Amplitude des Stroms (I₃), der durch die Bypass-Schaltung (4) aufgenommen wird, umfasst; und – wobei die Steuerschaltung (7) dazu eingerichtet ist, auf der Basis des Erfassungsergebnisses der Stromerfassungsschaltung (5) die Bypass-Schaltung (4) im eingeschalteten Zustand zu steuert.
Betriebsgerät (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Steuerschaltung (7) dazu eingerichtet ist, die Stromerfassungsschaltung (5) derart zu steuern, dass die Stromerfassungsschaltung (5) eingeschaltet ist, wenn die Bypass-Schaltung (4) eingeschaltet ist und die Stromerfassungsschaltung (5) ausgeschaltet ist, wenn die Bypass-Schaltung (4) ausgeschaltet ist.
Beleuchtungsgerät (1) mit – einem Betriebsgerät (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, und – einer Leuchtdiodenstrecke (6) mit wenigstens einer Leuchtdiode; – wobei die Leuchtdiodenstrecke (6) an dem Ausgang (A1, A2) des Betriebsgerätes (2) angeschlossen ist.
Verfahren zum Betreiben eines Betriebsgeräts (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Amplitudendimmen einer Leuchtdiodenstrecke (6) mit wenigstens einer Leuchtdiode, – wobei die Steuerschaltung (7) durch Steuern der wenigstens einen Konverterstufe (3) und der Bypass-Schaltung (4) die Amplitude des Betriebsstroms (I₂) gemäß einem zu erzielenden Dimmwert einstellt.