DE102017221729A1

DE102017221729A1 - Hocheffizienter Flimmern-Abschwächer für eine Beleuchtung

Info

Publication number: DE102017221729A1
Application number: DE102017221729.4A
Authority: DE
Inventors: Chenglong Zhang; Nan Shi
Original assignee: Dialog Semiconductor Inc
Current assignee: Dialog Semiconductor Inc
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2037-12-02
Also published as: US10129939B1; DE102017221729B4

Abstract

Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Dimmen von Festkörperbeleuchtungen reduzieren eine Welligkeit und Flimmern bei Dimmpegeln niedriger Last (niedriger LED-Strom, niedrigere Lichtpegel), liefern jedoch eine volle Leistung an die Last bei Dimmpegeln hoher Last (hoher LED-Strom, höhere Lichtpegel), wodurch ein Leistungsverlust im Vergleich zu herkömmlichen Dimmtechniken reduziert wird. Bei einem Dimmen auf niedrigere Lichtpegel arbeitet ein flimmerresistenter Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), der mit der LED verbunden ist, in einem linearen Modus, so dass die Beziehung seiner Drain-Source-Spannung zu dem LED-Strom resistiv ist, um eine Flimmerreduzierung vorzusehen. Umgekehrt wird bei höheren Lichtpegeln der flimmerresistente MOSFET in einem Sättigungsmodus betrieben, so dass die volle Leistung an die LED geliefert wird, da eine Flimmerreduzierung weniger benötigt wird. Die offenbarten Techniken reduzieren auch ein Unterschwingen und Überschwingen der LED-Spannung während Übergängen in einer Dimmsteuerung von hoch zu niedrig beziehungsweise von niedrig zu hoch.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Diese Anmeldung betrifft eine Festkörperbeleuchtung und insbesondere Dimmer für eine Beleuchtung mit lichtemittierenden Dioden (LED - light emitting diode).
HINTERGRUND
Phasenschnittdimmer sind zum Dimmen von Glühlampentypen einer Beleuchtung weit verbreitet. Wenn sie jedoch auf eine Festkörperbeleuchtung angewendet werden, sind die Ergebnisse einer Verwendung von Phasenschnittdimmern oft nicht zufriedenstellend. Bei Verwendung mit einer Leuchtdiode(LED - light emitting diode)-Beleuchtung kann der Dimmer ein wahrnehmbares und störendes Flimmern oder Schimmern des Lichtpegels erzeugen. Solche Variationen in der Lichtintensität (kollektiv als Flimmern bezeichnet) sind normalerweise auffälliger, wenn das Licht auf niedrigere Pegel gedimmt wird, und sind im Allgemeinen bei hohen oder nicht-gedimmten Lichtpegeln weniger wahrnehmbar oder sogar nicht wahrnehmbar.
Eine Festkörper-LED-Beleuchtungsvorrichtung umfasst typischerweise einen LED-Treiber, der AC-Strom in geregelten Strom umwandelt, um die LED-Lasten zu treiben. Bei Treibern, deren Schalten auf der AC-Netzspannung basiert, ist der durchschnittliche LED-Strom möglicherweise von Zyklus zu Zyklus aufgrund von Dimmerphasenjitter nicht konsistent. Die Variation des Laststroms verursacht einen sichtbaren Schimmer, insbesondere bei einem Dimmen auf schwaches Licht. Die Laststromvariation, die aus einem Phasenjitter resultiert, kann von vielen Quellen kommen, wie AC-Netztransientenspannungen oderströme, Phasenschnittdimmerinstabilität oder Steuervariation. Der Umfang an Jitter ist normalerweise als ein Prozentsatz der Gesamtleistung klein genug, um bei helleren Lichtpegeln mit wenig bis keinem Dimmen keine Aufmerksamkeit zu erregen. Bei einem Dimmen auf niedrige Lichtpegel ist jedoch der Prozentsatz einer Stromänderung aufgrund der Variation höher und das resultierende Flimmern oder Schimmern ist wahrnehmbarer. Zusätzlich kann das Flimmern in Umfang oder Intensität zufällig sein oder zu bestimmten Zeiten oder zufällig aufgrund der unvorhersehbaren Natur der Quelle der Variation auftreten. Die Variation und der resultierende Schimmer können bei niedrigeren Frequenzen, wie etwa 4 Hz bis 8 Hz, wahrnehmbarer und störender sein. Ein anderes Beispiel, das bei einem Phasenschnittdimmen auftritt, ist, dass bei niedrigen Lichtdimmpegeln der LED-Strom klein ist und dazu neigt, den AC-Netzpegeln bei 60 oder 120 Hz zu folgen, so dass der Niederfrequenzjitter in dem AC-Netz ein sichtbares Flimmern oder Schimmern verursacht.
Ein üblicher Weg, um Flimmern und Schimmern zu reduzieren, besteht darin, eine Welligkeitsreduzierschaltung hinzuzufügen, zum Beispiel unter Verwendung von entweder diskreten Komponenten oder einer integrierten Schaltung. Der Zweck einer solchen diskreten oder integrierten Schaltung besteht jedoch darin, eine Welligkeit (50-120 Hz) an der Eingangsleistungsversorgung zu reduzieren, nicht Schimmern und Flimmern (4-8 Hz) an der Last. Eine derartige Schaltung filtert nicht nur das Schimmern und Flimmern bei schwachem Licht heraus, sondern auch die normale Ausgangsstromwelligkeit bei höheren Lasten. Wie oben beschrieben, wird jedoch die Flimmerreduzierfunktion bei wenig bis keinem Dimmen bei helleren Lichtpegeln bei höheren Lasten nicht benötigt, da, wenn der Ausgangsstrom groß ist, der Einfluss der Niederfrequenzvariation viel geringer ist, als wenn der Ausgangsstrom niedrig ist. Diese Anwendung von Welligkeitsreduzierschaltungen zum Reduzieren von Flimmern und Schimmern bei niedrigen Lastpegeln sowie hohen Lastpegeln ist eine Verschwendung von Energie im Vergleich zu der Verwendung einer Schaltung, die Schimmern und Flimmern spezifischer bei niedrigen Lastpegeln unterdrückt.
Dementsprechend besteht in der Technik ein Bedarf für hocheffiziente Flimmern-Abschwächer für eine Festkörper-LED-Beleuchtung.
ZUSAMMENFASSUNG
Um den Bedarf in der Technik für hocheffiziente Flimmern-Abschwächer für eine Festkörper-LED-Beleuchtung zu erfüllen, werden Systeme und Verfahren zur Flimmerreduzierung vorgesehen, die zur Reduzierung von Welligkeit und Flimmern bei Dimmpegeln niedriger Last arbeiten (niedriger LED-Strom, niedrigere Lichtpegel) und dennoch ermöglichen, dass der gesamte verfügbare Strom mit einem Volllastleistungspegel direkt an die LED-Last fließt. Die offenbarten Ausführungsbeispiele sehen eine Reduzierung der Welligkeit und des Flimmerns vor, wenn auf niedrigere Lichtpegel gedimmt wird (niedriger LED-Strom, geringe Last), und versorgen die LED bei höheren Lichtpegeln (hoher LED-Strom, hohe Last) direkt mit Energie. Bei einem Dimmen auf niedrigere Lichtpegel wird ein flimmerresistenter Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET - metal oxide semiconductor field effect transistor) in Serie mit der LED in einem linearen Modus betrieben derart, dass die Beziehung seiner Drain-Source-Spannung zu dem LED-Strom resistiv ist, um eine Flimmerreduzierung vorzusehen. Umgekehrt wird, wenn das Dimmen auf höhere Lichtpegel angepasst wird, der flimmerresistente MOSFET in einem Sättigungsmodus betrieben derart, dass die volle Leistung an die LED geliefert wird, da eine Flimmerreduzierung nicht länger benötigt wird. Ein Leistungsverlust bei Volllast wird im Vergleich zu herkömmlichen Dimmern reduziert, die die Flimmerreduzierung bei Volllast beibehalten. In den offenbarten Ausführungsbeispielen reduziert der Betrieb des flimmerresistenten MOSFET zwischen linearen und Sättigungsmodi gemäß dem Dimmpegel ein Unterschwingen und Überschwingen der Spannung, die an die LED angelegt wird, während Übergängen in der Dimmsteuerung von hoch zu niedrig beziehungsweise von niedrig zu hoch.
Diese vorteilhaften Merkmale sind besser durch eine Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung zu verstehen.
Figurenliste

1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Systems für eine hocheffiziente Flimmern-Abschwächungfür eine LED-Beleuchtung gemäß einem Aspekt der Offenbarung.
2A und 2B zeigen Wellenformen, die einen Betrieb eines Systems für eine hocheffiziente Flimmern-Abschwächung für eine LED-Beleuchtung gemäß einem Aspekt der Offenbarung darstellen.
3 zeigt Wellenformen, die einen Betrieb eines Ausführungsbeispiels eines Systems für eine hocheffiziente Flimmern-Abschwächung für eine LED-Beleuchtung mit einem herkömmlichen Betrieb einer LED-Beleuchtung vergleichen.
4 ist ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Systems für eine hocheffiziente Flimmern-Abschwächung für eine LED-Beleuchtung gemäß einem Aspekt der Offenbarung.
5 ist ein Ablaufdiagramm für ein beispielhaftes Betriebsverfahren gemäß einem Aspekt der Offenbarung.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung und ihre Vorteile sind am besten unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung verständlich. Es sollte angemerkt werden, dass gleiche Bezugsziffern verwendet werden, um gleiche Elemente zu identifizieren, die in einer oder mehreren der Figuren dargestellt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden Systeme, Vorrichtungen und Verfahren für eine Dimmsteuerung von Festkörperbeleuchtungen vorgesehen, die Welligkeit und Flimmern bei Dimmpegeln niedriger Last reduzieren (niedriger LED-Strom, niedrigere Lichtpegel) und dennoch eine volle Leistung an die Last bei Dimmpegeln hoher Last (hoher LED-Strom, höhere Lichtstärken) vorsehen. Die offenbarten Ausführungsbeispiele sehen eine Reduzierung der Welligkeit und des Flimmerns vor, wenn auf niedrigere Lichtpegel gedimmt wird (niedriger LED-Strom, geringe Last), und versorgen die LED bei höheren Lichtpegeln (hoher LED-Strom, hohe Last) direkt mit Energie. Bei einem Dimmen auf niedrigere Lichtpegel wird ein mit der LED verbundener Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET - metal oxide semiconductor field effect transistor) in einem linearen Modus betrieben derart, dass die Beziehung seiner Drain-Source-Spannung zu dem LED-Strom resistiv ist, um eine Flimmerreduzierung vorzusehen. Umgekehrt wird, wenn das Dimmen auf höhere Lichtpegel angepasst wird, der flimmerresistente MOSFET in einem Sättigungsmodus betrieben derart, dass die volle Leistung (maximal verfügbarer Strom) an die LED geliefert wird, wenn eine Flimmerreduzierung weniger benötigt wird. Ein Leistungsverlust bei Volllast ist im Vergleich zu herkömmlichen Dimmern reduziert, die eine Flimmerreduzierung bei Volllast beibehalten. In den offenbarten Ausführungsbeispielen reduziert der Betrieb des flimmerresistenten MOSFETs zwischen linearen und Sättigungsmodi gemäß dem Dimmpegel ein Unterschwingen und Überschwingen der Spannung, die an die LED angelegt wird, während Übergängen in der Dimmsteuerung von hoch zu niedrig beziehungsweise von niedrig zu hoch. Da weniger Leistung verschwendet wird, kann die Flimmerreduzierschaltung kleiner und kostengünstiger gemacht werden, so dass es für Ausführungsbeispiele praktikabel wird, in die Basis einer Leuchte mit Standardgröße ohne übermäßiges Erwärmen der Fassung eingebaut zu werden.
Ein beispielhaftes System 100 für eine hocheffiziente Flimmern-Abschwächung für eine LED-Beleuchtung wird in 1 gezeigt. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das System 100 einen LED-Schalttreiber 102 umfassen, der Leistung an das System 100 von seinem eigenen AC(alternating current)-Eingang liefert, wie ein Phasenschnittdimmer, der an ein 120 Volt (V) AC-Stromnetz angeschlossen ist. Somit kann der LED-Schalttreiber 102 zum Beispiel ein Schaltmodus-Sperr(Flyback)-Wandler, ein Boost- bzw. Aufwärtswandler, ein Buck- bzw. Abwärtswandler oder ein Buck-Boost- bzw. Abwärts-AufwärtsWandler sein. Der LED-Schalttreiber 102 liefert eine Ausgangsspannung Vout. Der Ausgangsstrom lout wird durch die Diode D1 geleitet, um einen Gleichstrom I_LED für die Leuchtdiode LED1 vorzusehen. Der mittlere Pegel des Gleichstroms I_LED kann durch einen Benutzer über eine Benutzereingabe an eine Dimmersteuerung gesteuert werden, die ein Phasenschnittdimmen verwendet, zum Beispiel entweder ein „ansteigende Flanke“-Phasenschnittdimmen oder ein „abfallende Flanke“-Phasenschnittdimmen, um Leistung an den LED-Schalttreiber 102 vorzusehen.
Der Ausgangskondensator Cout sieht ein Filtern von lout vor, um den Strom I_LED zu glätten, der die Leuchtdiode LED1 treibt. In dieser Hinsicht bilden Cout und der effektive Serienwiderstand von LED1 und dem flimmerresistenten Transistor Q1 (der flimmerresistente MOSFET) einen Tiefpass-RC-Filter, dessen Zeitkonstante in Abhängigkeit von dem effektiven Widerstand von Q1 variieren kann. Der effektive Widerstand oder die Impedanz von Q1 kann in Abhängigkeit von seinem Betriebsmodus variiert werden, wie unten weiter beschrieben wird. Der Betriebsmodus kann durch eine Steuervorrichtung 110 durch Variieren der Gate-Spannung vg angepasst werden.
Wenn der mittlere Pegel des LED-Stroms I_LED niedrig ist, wird die Impedanz von Q1 hoch gemacht, wodurch die RC-Zeitkonstante des Tiefpassfilters (Cout - LED1 - Q1) erhöht wird derart, dass Cout und der Widerstand von Q1 mehr Tiefpassfiltern vorsehen, um ein Flimmern und Schimmern in dem LED-Strom zu reduzieren. Ein Beispiel ist in 2A gezeigt. Ein Benutzer möchte die Beleuchtung auf einen niedrigen Pegel dimmen. Der Benutzer verringert das Licht unter Verwendung eines Phasenschnittdimmers, der die Phase des AC-Stromnetzeingangs auf einen AC-Eingang 210 mit kleiner Phase reduziert, um den LED-Schalttreiber 102 zu treiben. Der LED-Schalttreiber 102 liefert einen entsprechend niedrigen Pegel (lout low) des Ausgangsstroms (lout in 1), gezeigt als I_OUT 212 in 2A. Die große Impedanz von Q1 (in Kombination mit dem Filterkondensator Cout) hat den Effekt eines Herausfilterns der Variation in I_OUT 212, um einen glatten LED-Strom I_LED 214 bei einem niedrigen Lastpegel vorzusehen. Alternativ ist offensichtlich, dass der Betrieb von Q1 in dem linearen Modus bewirkt, dass der flimmerresistente Transistor Q1 wie ein Widerstand in Bezug auf den Strom I_LED und die Spannung vd wirkt, so dass ein Anstieg des Stroms I_LED einen größeren Spannungsabfall über Q1 erzeugt, dazu neigend, dem Anstieg des Stroms zu widerstehen, und umgekehrt für eine Abnahme von I_LED. In jedem Fall werden Fluktuationen im Strom geglättet, wie durch den I_LED-Strom 214 mit niedrigem Pegel gezeigt wird.
Umgekehrt wird, wenn der mittlere Pegel des LED-Stroms I_LED hoch ist, die Impedanz von Q1 niedrig gemacht, so dass mehr des Leistungsverlusts des LED-Stroms von LED1 verwendet werden kann, wobei weniger von Q1 verschwendet wird. Ein Beispiel ist in 2B gezeigt. Der Benutzer möchte nun die Beleuchtung auf einen hohen Pegel heben („ent-dimmen“). Der Benutzer erhöht das Licht unter Verwendung des Phasenschnittdimmers, der die Phase des AC-Stromnetzeingangs nicht „schneidet“, um einen AC-Eingang 220 mit voller Phase an den LED-Schalttreiber 102 vorzusehen. Der LED-Schalttreiber 102 sieht einen entsprechend hohen Pegel (lout high) des Ausgangsstroms vor, als I_OUT 222 in 2B gezeigt. Die kleine Impedanz von Q1 bei Sättigung hat den Effekt eines Vorsehens des maximal verfügbaren Stroms für LED1, als LED-Strom I_LED 224 gezeigt, bei einem hohen Lastpegel. Der maximal verfügbare Strom wird vorgesehen, indem keine Energie für eine Flimmerreduzierung verschwendet wird, die bei voller Leistung für hohe Last weniger benötigt wird.
Somit bietet das System 100 einen Vorteil bei der Effizienz, da keine Leistung verschwendet wird, die eine Flimmerreduzierung vorsieht, wenn diese bei hohen Lastpegeln / hohen Strompegeln nicht benötigt wird, während eine stärkere Flimmerreduzierung vorgesehen wird, wenn der Last- oder Strompegel abnimmt, wenn Flimmern auffälliger ist und eine Flimmerreduzierung mehr benötigt wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst das System 100 eine Steuervorrichtung 110, die mit dem Gate von Q1 gekoppelt ist, um den Betriebsmodus von Q1 durch Vorsehen einer Gate-Spannung vg anzupassen. Die Steuervorrichtung 110 kann einen Anschluss haben, der mit Masse (gnd) verbunden ist. Ein Widerstand R0 verbindet zwischen dem Ausgang der Diode D1 mit einem Leistungsversorgungseingangfür die Steuervorrichtung 110, um eine Leistungsversorgungsspannung Vcc für die Steuervorrichtung 110 vorzusehen. Die Steuervorrichtung 110 ist auch mit dem Drain von Q1 verbunden, um die Drain-Spannung Vd zu empfangen. Die Steuervorrichtung 110 kann den LED-Strom I_LED oder den Drain-Strom von Q1 unter Verwendung der Drain-Spannung vd erfassen. Die Steuervorrichtung 110 kann den erfassten Strom und die Spannung vd verwenden, um die Gate-Spannung vg anzupassen, um die Impedanz von Q1 anzupassen, abhängig davon, ob der LED-Strom hoch oder niedrig ist. Wenn der LED-Strom hoch ist, passt die Steuervorrichtung 110 die Impedanz von Q1 für eine bessere Leistungseffizienz auf niedrig an. Wenn der LED-Strom niedrig ist, passt die Steuervorrichtung 110 die Impedanz von Q1 für eine bessere Flimmerreduzierung auf hoch an. Der Kondensator C1 ist zwischen dem Gate des flimmerresistenten MOSFETs Q1 und Masse verbunden. Der Kondensator C1 sieht einen Tiefpassfilter für die Gate-Spannung vg vor, um einen Betrieb des flimmerresistenten MOSFET Q1 zu glätten. Die Tiefpassfilterung von vg, die von dem Kondensator C1 vorgesehen wird, verbessert auch eine Verfolgung der Ausgangsspannung, die an LED1 geliefert wird, während Übergängen des Ausgangsstroms von hoch zu niedrig und von niedrig zu hoch, wie in 3 dargestellt ist. Solche Übergänge des Ausgangsstroms treten in Reaktion auf eine Änderung des Eingangs auf, wenn die Phasenschnittdimmung von niedrig zu hoch oder umgekehrt geändert wird.
Zum Beispiel während eines Übergangs 301 des mittleren lout von niedrig zu hoch - wie bei einem Übergang des AC-Eingangs 210 mit kleiner Phase zu dem AC-Eingang 220 mit voller Phase - hilft ein Filtern der Gate-Spannung vg durch den Kondensator C1 während des Übergangs von einem Linearmodusbetrieb zu einem Sättigungsmodusbetrieb des flimmerreduzierenden Transistors Q1, einen glatten Übergang 310 der LED-Spannung in Reaktion auf den plötzlichen Übergang 301 vorzusehen. (Die Ausgangs-LED-Spannung kann aus 1 als Vout - vd bestimmt werden.) Ohne die Filterung des Kondensators C1 ist der Übergang der LED-Spannung in Reaktion auf den plötzlichen Übergang 301 anfällig für ein „Schwingen (ringing)“ oder Überschwingen 305. Ein solches Überschwingen kann als „Blitz“ wahrgenommen werden, wenn ein Benutzer den Dimmpegel des Lichts schnell von niedrig auf hoch ändern möchte. Ähnlich hilft während eines Übergangs 302 von hohem z niedrigem mittleren lout - wie bei einem Übergang des AC-Eingangs 220 mit voller Phase zu einem AC-Eingang 210 mit kleiner Phase - ein Filtern der Gate-Spannung vg durch den Kondensator C1 während des Übergangs von dem Sättigungsmodusbetrieb zu dem Linearbetriebsmodus des flimmerreduzierenden Transistors Q1, einen glatten Übergang 320 der LED-Spannung in Reaktion auf den plötzlichen Übergang 302 vorzusehen. Ohne die Filterung des Kondensators C1 ist der Übergang der LED-Spannung in Reaktion auf den plötzlichen Übergang 302 anfällig für ein Unterschwingen 306, das auch als ein „Ringing“ der Ausgangsspannung bezeichnet werden kann. Ein solches Unterschwingen kann auch als ein Restflimmern oder „Blitz“ wahrgenommen werden, wenn ein Benutzer den Dimmpegel des Lichts schnell von hoch auf niedrig ändern möchte. Die glatte Ausgangsverfolgung von Eingangsänderungen, die durch die offenbarten Ausführungsbeispiele ermöglicht ist, sieht somit einen zusätzlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Flimmern- oder Welligkeitsreduzierschaltungen oder LED-Treiberschaltungen vor, die ein solches „Blitzen“ oder Flimmern in Reaktion auf plötzliche Änderungen des Dimmpegels zeigen.
Ein Beispiel einer Steuervorrichtung 110 des Systems 100 für eine hocheffiziente Flimmern-Abschwächung für eine LED-Beleuchtung ist in 4 gezeigt. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuervorrichtung 110 als eine 4-polige „integrierte Schaltung (IC - integrated circuit)“-Vorrichtung implementiert sein. Es ist jedoch anzumerken, dass bestimmte Komponenten, wie ein integrierender Kondensator, für das Stromerfassungsmodul 120 in einigen Ausführungsbeispielen nicht in einer solchen integrierten Schaltung integriert sein müssen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit zeigt 4 keine Leistungsversorgungs- und Masseanschlüsse, wie in 1 zu sehen. Die Steuervorrichtung 110 kann mit einer LED (LED1) und mit dem Drain eines flimmerresistenten MOSFET (Q1) verbunden sein, um eine Drain-Spannung vd an die Stromerfassungsschaltung 120 vorzusehen. In einem Ausführungsbeispiel kann zum Erfassen des Drain-Stroms von Q1 (der auch der LED-Ausgangsstrom I_LED ist) die Stromerfassungsschaltung 120 einen Stromerfassungs-Duplikat-MOSFET mit einer kleineren Größe als der flimmerresistente MOSFET Q1 umfassen. Der Stromerfassungs-Duplikat-MOSFET hat dann die Parameter sowohl der Drain-Spannung vd als auch der Gate-Spannung vg von Q1 von den Anschlüssen vd und vg und kann die Drain-Spannung vd, die Gate-Spannung vg und das Größenverhältnis des Duplikat-MOSFETs zu dem flimmerresistenten MOSFET verwenden, um den Referenzgenerator 130 mit einem Eingang zu versorgen, der dem Drain-Strom von Q1 angenähert ist oder proportional dazu ist. Es ist anzumerken, dass eine solche momentane Erfassung des Drain-Stroms von Q1 über eine ziemlich lange Zeitkonstante, wie mehrere hundert Millisekunden oder sogar Sekunden, gemittelt werden kann, um den Effekt einer Welligkeit von dem AC-Stromnetz auszugleichen. Auch könnte ein Stromerfassungswiderstand mit dem Duplikat-MOSFET verwendet werden, um eine Spannung proportional zu dem erfassten Strom für den Referenzgenerator 130 vorzusehen. Der Referenzgenerator 130 sieht eine Referenzspannung vref vor, die invers zu dem erfassten Drain-Strom variiert. Der Referenzgenerator 130 kann zum Beispiel durch einen Inverter oder einen invertierenden Verstärker implementiert werden, der ausgebildet ist, eine geeignete Verstärkung zu haben. Die Referenzspannung Vref kann an den negativen Eingang des Transkonduktanzverstärkers 140 vorgesehen werden.
Basierend auf der Differenz zwischen der Drain-Spannung und der Referenzspannung erzeugt der Transkonduktanzverstärker einen Ausgangsstrom, um den Kondensator C1, der zwischen dem Gate des MOSFET Q1 und Masse verbunden ist, entweder zu laden oder zu entladen. Das resultierende Laden oder Entladen des Kondensators C1 regelt somit die Gate-Spannung Vg für den MOSFET Q1. Wenn zum Beispiel der LED-Ausgangsstrom (Q1 Drain-Strom) hoch ist, ist vref niedrig, und vg wird angehoben, um Q1 in den Sättigungsmodus zu bringen oder die Impedanz von Q1 zu senken, wie oben beschrieben. Umgekehrt, wenn der LED-Ausgangsstrom (Q1 Drain-Strom) niedrig ist, ist vref höher, und vg wird verringert, um Q1 in den linearen Modus zu bringen oder die Impedanz von Q1 zu erhöhen, wie oben beschrieben. Der Kondensator C1 kann auch eine Tiefpassfilterung oder eine Glättung von Fluktuationen der Gate-Spannung vg vorsehen, wenn die Gate-Spannung zwischen verschiedenen Betriebspegeln umgeschaltet wird abhängig von dem Ausgangsstrompegel. Der Kondensator C1 arbeitet somit zum Glätten von Übergängen des durch Q1 fließenden Ausgangsstroms in Reaktion auf Änderungen und Übergänge in dem Eingangsdimmpegel, wie oben beschrieben.
Ein Verfahren zum Betrieb des Systems 100 wird nun unter Bezugnahme auf das in 5 gezeigte Ablaufdiagramm diskutiert. Das Verfahren beginnt mit einem Vorgang 510 eines Erfassens eines Pegels eines Leuchtdioden(LED - light emitting diode)-Stroms durch eine LED zu einem Drain eines Feldeffekttransistors (FET - field effecttransistor). Das Erfassen des Drain-Stroms des flimmerresistenten MOSFET Q1 (des LED-Ausgangsstroms I_LED) mit der Stromerfassungsschaltung 120 unter Verwendung eines Stromerfassungs-Duplikat-MOSFET mit einer kleineren Größe als der flimmerresistente MOSFET Q1 ist ein Beispiel für den Vorgang 510.
Das Verfahren umfasst auch einen Vorgang 520 für einen Betrieb des FET in Serie mit der LED entsprechend dem Pegel des LED-Stroms derart, dass der FET in einem linearen Bereich arbeitet, um ein Flimmern der LED zu reduzieren, wenn der Pegel des LED-Stroms niedrig ist, und in einem Sättigungsbereich arbeitet, um einen maximalen Strom an die LED zu liefern, wenn der Pegel des LED-Stroms hoch ist. Ein Betrieb des flimmerresistenten MOSFET Q1 derart, dass, wenn der LED-Ausgangsstrom (Q1 Drain-Strom) hoch ist, die Gate-Spannung vg erhöht wird, um Q1 in den Sättigungsmodus zu bringen, oder die Impedanz von Q1 verringert wird, und umgekehrt, wenn der LED-Ausgangsstrom (Q1 Drain-Strom) niedrig ist, die Gate-Spannung vg gesenkt wird, um Q1 in den linearen Modus (ohmscher Modus) zu bringen, um die Impedanz von Q1 zu erhöhen, ist ein Beispiel des Vorgangs 520.
Das Verfahren umfasst auch einen Vorgang 530 eines Anlegens der Gate-Spannung des FET an einen Tiefpassfilter, um ein Überschwingen und Unterschwingen des LED-Stroms bei einem Übergang von einem niedrigen Pegel des LED-Stroms zu einem hohen Pegel oder umgekehrt zu reduzieren. Ein Vorsehen eines Kondensators C1, der zwischen dem Gate des flimmerresistenten MOSFET Q1 und Masse verbunden ist, so dass der Kondensator C1 einen Tiefpassfilter für die Gate-Spannung vg vorsieht, um einen Betrieb des flimmerresistenten MOSFET Q1 zu glätten, ist ein Beispiel des Vorgangs 530.
Wie für Fachleute auf diesem Gebiet nun offensichtlich ist und in Abhängigkeit von der jeweiligen vorliegenden Anwendung können viele Modifikationen, Substitutionen und Variationen in und an den Materialien, der Vorrichtung, den Konfigurationen und den Verfahren zur Verwendung der Vorrichtungen der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden, ohne von deren Umfang abzuweichen. Angesichts dessen soll der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf denjenigen der hier dargestellten und beschriebenen bestimmten Ausführungsbeispiele beschränkt sein, da sie lediglich einige Beispiele dafür sind, sondern vielmehr in vollem Umfang mit den beigefügten Ansprüchen und ihrer funktionalen Äquivalente übereinstimmen.

Claims

Wir beanspruchen:
Eine elektronische Schaltung, die aufweist: einen flimmerresistenten Transistor, der konfiguriert ist zum Vorsehen eines Stroms an eine Leuchtdiode (LED- light emitting diode); und eine Steuervorrichtung, die mit dem flimmerresistenten Transistor gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist zum: Erfassen eines Pegels des Stroms; und Betreiben des flimmerresistenten Transistors in einem linearen Modus bei einem niedrigeren Pegel des Stroms und Betreiben des flimmerresistenten Transistors in einem Sättigungsmodus bei einem höheren Pegel des Stroms.
Die elektronische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei der flimmerresistente Transistor ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET - metal oxide semiconductor field effect transistor) ist.
Die elektronische Schaltung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung weiter ein Stromerfassungselement aufweist, das ausgebildet ist zum Erfassen eines Drain-Stroms des MOSFET.
Die elektronische Schaltung gemäß Anspruch 3, wobei das Stromerfassungselement ein Duplikat des MOSFET mit reduzierter Größe ist.
Die elektronische Schaltung gemäß Anspruch 4, wobei das Stromerfassungselement weiter einen Stromerfassungswiderstand aufweist, der mit dem Duplikat des MOSFET mit reduzierter Größe gekoppelt ist.
Die elektronische Schaltung gemäß Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung weiter einen Referenzspannungsgenerator aufweist, der mit dem Stromerfassungselement gekoppelt ist und konfiguriert ist zum Vorsehen einer Referenzspannung, die invers zu dem erfassten Drain-Strom variiert.
Die elektronische Schaltung gemäß Anspruch 6, die weiter einen Transkonduktanzverstärker aufweist, der konfiguriert ist zum Vergleichen der Referenzspannung mit einer Drain-Spannung des MOSFET, um einen Ausgangsstrom zu bilden, der mit dem Gate des flimmerresistenten Transistors gekoppelt ist.
Die elektronische Schaltung gemäß Anspruch 7, die weiter einen Filterkondensator aufweist, der zwischen dem Gate des flimmerresistenten Transistors und Masse geschaltet ist.
Die elektronische Schaltung gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuervorrichtung weiter zum Mitteln des Stroms konfiguriert ist.
Die elektronische Schaltung gemäß Anspruch 8, wobei der Filterkondensator konfiguriert ist zum Tiefpassfiltern des Ausgangsstroms des Transkonduktanzverstärkers, um eine Fluktuation einer Gate-Spannung des flimmerresistenten Transistors zu reduzieren.
Ein Verfahren, das aufweist: Erfassen eines Pegels eines Leuchtdioden(LED - light emitting diode)-Stroms durch eine LED an einem Drain eines Feldeffekttransistors (FET - field effecttransistor); und Betreiben des FET in Serie mit der LED entsprechend dem Pegel des LED-Stroms derart, dass der FET in einem linearen Bereich arbeitet, um ein Flimmern der LED zu reduzieren, wenn der Pegel des LED-Stroms niedrig ist, und in einem Sättigungsbereich arbeitet, um einen maximalen Strom an die LED zu liefern, wenn der Pegel des LED-Stroms hoch ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Betrieb des FET in einem linearen Bereich ein Einstellen einer Gate-Spannung für den FET gemäß dem erfassten Pegel des LED-Stroms aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Gate-Spannung an einen Tiefpassfilter angelegt wird, um ein Unterschwingen des LED-Stroms bei einem Übergang von einem hohen Pegel des LED-Stroms zu einem niedrigen Pegel zu reduzieren.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Betrieb des FET in einem Sättigungsbereich ein Einstellen einer Gate-Spannung für den FET gemäß dem erfassten Pegel des LED-Stroms aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Gate-Spannung an einen Tiefpassfilter angelegt wird, um ein Überschwingen des LED-Stroms bei einem Übergang von einem niedrigen Pegel des LED-Stroms zu einem hohen Pegel zu reduzieren.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Tiefpassfilter einen Filterkondensator aufweist, der mit dem Gate des FET verbunden ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, das weiter ein Vorsehen einer Referenzspannung aufweist, die invers zu dem Pegel des erfassten LED-Stroms variiert.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei der Betrieb des FET in einem linearen Bereich ein Einstellen einer Gate-Spannung für den FET basierend auf einer Differenz zwischen einer Drain-Spannung des FET und der Referenzspannung aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der FET ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ist.
Eine Steuervorrichtung, die aufweist: eine Stromerfassungsschaltung, die konfiguriert ist zum Erfassen eines Drain-Stroms eines Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET); eine Referenzgeneratorschaltung, die konfiguriert ist zum Vorsehen einer Referenzspannung, die invers zu dem erfassten Strom variiert; und einen Transkonduktanzverstärker, der konfiguriert ist zum Treiben eines Ausgangsstroms in einen mit dem Gate des MOSFET gekoppelten Kondensator basierend auf einer Differenz zwischen einer Drain-Spannung des FET und der Referenzspannung, um den MOSFET in einem linearen Bereich zu betreiben, wenn der erfasste Strom niedrig ist, und in einem Sättigungsbereich, wenn der erfasste Strom hoch ist.