DE102018124376B4 - Multi-channel LED driver - Google Patents

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DE102018124376B4 DE102018124376.6A DE102018124376A DE102018124376B4 DE 102018124376 B4 DE102018124376 B4 DE 102018124376B4 DE 102018124376 A DE102018124376 A DE 102018124376A DE 102018124376 B4 DE102018124376 B4 DE 102018124376B4
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Abstract

LED-Treiber (1) für eine LED-Lampe oder Leuchte mit zwei oder mehr LEDs (50), wobei der LED-Treiber (1) aufweist:
einen Spannungseingang (11a, 11b), der eingerichtet ist, um den LED-Treiber (1) mit einer Wechselstromquelle zu verbinden;
eine Gleichrichterschaltung (12) zum Umwandeln des vom Spannungseingang (11a, 11b) empfangenen Wechselstroms in einen den LEDs (50) zuzuführenden Gleichstrom;
eine Schaltkomponente (40), die zwischen der Gleichrichterschaltung (12) und den LEDs (50) geschaltet ist und zwei oder mehr Schalter (41) umfasst, wobei jeder Schalter einer einzelnen LED (50) oder einer Gruppe der LEDs (50) zugeordnet und eingerichtet ist, diese zu schalten;
eine PWM-Komponente (30), die mit der Schaltkomponente (40) verbunden und eingerichtet ist, um ein PWM-Signal zum Betätigen der Schalter (41) der Schaltkomponente (40) zu erzeugen, wobei
die Schaltkomponente (40) und die PWM-Komponente (30) jeweils als eine Mehrkanalkomponente ausgebildet sind.

Figure DE102018124376B4_0000
LED driver (1) for an LED lamp or luminaire with two or more LEDs (50), the LED driver (1) having:
a voltage input (11a, 11b) arranged to connect the LED driver (1) to an AC power source;
a rectifier circuit (12) for converting the alternating current received from the voltage input (11a, 11b) into a direct current to be supplied to the LEDs (50);
a switching component (40) connected between the rectifier circuit (12) and the LEDs (50) and comprising two or more switches (41), each switch associated with an individual LED (50) or a group of the LEDs (50) and set up to switch them;
a PWM component (30) which is connected to the switching component (40) and set up to generate a PWM signal for actuating the switches (41) of the switching component (40), wherein
the switching component (40) and the PWM component (30) are each designed as a multi-channel component.
Figure DE102018124376B4_0000

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft einen LED-Treiber für eine LED-Lampe oder Leuchte mit zwei oder mehr LEDs, wobei der LED-Treiber einen Spannungseingang, der eingerichtet ist, um den LED-Treiber mit einer Wechselstromquelle zu verbinden, und eine Gleichrichterschaltung zum Umwandeln der vom Spannungseingang empfangenen Wechselspannung in eine den LEDs zuzuführende Gleichspannung aufweist.The invention relates to an LED driver for an LED lamp or luminaire with two or more LEDs, the LED driver having a voltage input which is set up to connect the LED driver to an AC power source, and a rectifier circuit for converting the Voltage input received AC voltage in a DC voltage to be supplied to the LEDs.

Hintergrundbackground

Mit dem Aufkommen von LED-Lampen oder Leuchten stehen effiziente und langlebige Beleuchtungsmittel zur Verfügung. Im Vergleich zu anderen herkömmlichen Beleuchtungseinrichtungen, wie z.B. Leuchtstofflampen, sind die Materialien von LED-Lampen sicherer, da beispielsweise kein Quecksilber benötigt wird.With the advent of LED bulbs or lights, efficient and durable means of lighting are available. Compared to other traditional lighting devices, such as fluorescent lamps, the materials of LED lamps are safer because, for example, no mercury is required.

In der Regel umfassen LED-Lampen oder Leuchten einen LED-Treiber oder sind mit einem solchen verbunden, der die Wechselstrom-Eingangsleistung einer konventionellen Leistungszufuhr oder eines elektronischen Vorschaltgeräts (z.B. bei Verwendung mit herkömmlichen Leuchtstofflampenfassungen) in für den Betrieb der LEDs geeignete(n) Gleichspannung und -strom umwandelt.Typically, LED lamps or luminaires include or are associated with an LED driver that converts the AC input power from a conventional power supply or electronic ballast (e.g. when used with conventional fluorescent lampholders) into appropriate ratings for driving the LEDs. Converts DC voltage and current.

Herkömmliche LED-Treiber implementieren eine zweistufige Topologie, um einen hohen Leistungsfaktor (>0,9) und einen hohen Strom, zuzuführen an die LED-Ketten, zu erreichen. Die erste Stufe stellt eine AC/DC-Wandlung bereit, z.B. über eine BUCK-PFC-Stufe realisiert, um einen geeigneten Leistungsfaktor zu erhalten, und die zweite Stufe stellt eine DC/DC-Wandlung bereit, z.B. über eine BUCK-DC/DC-Stufe realisiert, um den erforderlichen LED-Strom zu erzielen. Um Anwendungen zu ermöglichen, die den Betrieb mehrerer LED-Ketten erfordern, wie z.B. zum Mischen von Farben, können Schalter parallel zu jeder LED-Kette bereitgestellt werden, um den Strom durch jede LED-Kette zu steuern.Conventional LED drivers implement a two-tier topology to achieve high power factor (>0.9) and high current to be delivered to the LED strings. The first stage provides an AC/DC conversion, e.g. realized via a BUCK-PFC stage to get a suitable power factor, and the second stage provides a DC/DC conversion, e.g. via a BUCK-DC/DC -Stage realized to achieve required LED current. To enable applications that require the operation of multiple LED strings, such as mixing colors, switches can be provided in parallel with each LED string to control the current through each LED string.

Gewöhnlich verwendet der LED-Treiber mehrere DC/DC-Wandler zum Betreiben mehrerer LED-Ketten, wobei die Anzahl der DC/DC-Wandler gleich der Anzahl der LED-Ketten ist. Dadurch ist die bauliche Komplexität erheblich.Usually, the LED driver uses multiple DC/DC converters to drive multiple LED strings, and the number of DC/DC converters is equal to the number of LED strings. As a result, the structural complexity is considerable.

Darüber hinaus erfordert die zweistufige Umsetzung - AC/DC-Wandlung sowie DC/DC-Wandlung - auch eine Reihe von elektronischen Komponenten. Auf der anderen Seite sind derzeit verfügbare Treiber für mehrere LED-Ketten, die auf einer einstufigen Topologie basieren, darauf beschränkt, jeder LED-Kette die gleiche LED-Spannung zuzuführen, was zu Einschränkungen im LED-Design führt.In addition, the two-stage implementation - AC/DC conversion and DC/DC conversion - also requires a number of electronic components. On the other hand, currently available multiple LED string drivers based on a single-stage topology are limited to supplying the same LED voltage to each LED string, which leads to limitations in LED design.

Ferner ist die für alle LED-Ketten verfügbare Spannung durch die maximale Ausgangsspannung der zweiten Stufe begrenzt. Diese Einschränkung ist schwer zu umgehen und birgt ein Problem niedriger Effizienz und ein thermisches Problem, aufgrund des Betriebs basierend auf niedrigen Spannungen und hohen Strömen.Furthermore, the voltage available for all LED strings is limited by the maximum output voltage of the second stage. This limitation is difficult to circumvent and poses a problem of low efficiency and a thermal problem due to the operation based on low voltage and high current.

Die US 2011/0248640 A1 beschreibt eine Beleuchtungsanwendung mit LEDs. Die WO 2013/110052 A1 beschreibt ein LED-Beleuchtungssystem mit gleichförmiger Helligkeit. Die US 2015/0115816 A1 beschreibt eine LED-Beleuchtungseinrichtung und ein Verfahren zum Betrieb derselben. In der Druckschrift von TEXAS INSTRUMENTS: „Power Factor Correction Using the Buck Topology - Efficiency Benefits and Practical Design Considerations. Texas Instruments Power Supply Design, Seminar 2011“ werden Grundlagen von Tiefsetzer-Schaltungen mit Leistungskorrektur beschrieben.the US 2011/0248640 A1 describes a lighting application with LEDs. the WO 2013/110052 A1 describes an LED lighting system with uniform brightness. the US 2015/0115816 A1 describes an LED lighting device and a method for operating the same. In the TEXAS INSTRUMENTS publication: "Power Factor Correction Using the Buck Topology - Efficiency Benefits and Practical Design Considerations. Texas Instruments Power Supply Design, Seminar 2011” describes the basics of step-down circuits with power correction.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten LED-Treiber bereitzustellen, insbesondere einen LED-Treiber, der kompakt ist und imstande ist, ein breites Spektrum möglicher Eingangs- und Ausgangsspannungen zu realisieren.An object of the present invention is to provide an improved LED driver, in particular an LED driver that is compact and capable of realizing a wide range of possible input and output voltages.

Die Aufgabe wird durch einen LED-Treiber gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, der allgemeinen Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung spezifischer Ausführungsformen und den Zeichnung definiert.The object is achieved by an LED driver according to claim 1. Preferred embodiments are defined in the dependent claims, the general description of the invention and the description of specific embodiments and the drawings.

Der LED-Treiber gemäß der Erfindung ist Teil einer LED-Lampe oder Leuchte mit zwei oder mehr LEDs oder geeignet, um mit einer solchen verbunden zu werden. Der LED-Treiber ist imstande, die mehreren LEDs oder Gruppen derselben individuell zu betreiben bzw. anzusteuern.The LED driver according to the invention is part of, or suitable for being connected to, an LED lamp or luminaire with two or more LEDs. The LED driver is capable of individually driving the multiple LEDs or groups thereof.

Der LED-Treiber weist einen Spannungseingang, der eingerichtet ist, um den LED-Treiber mit einer Wechselstromquelle zu verbinden, und eine Gleichrichterschaltung zum Umwandeln des vom Spannungseingang empfangenen Wechselstroms in einen den LEDs zuzuführenden Gleichstrom auf. Der LED-Treiber weist ferner eine Schaltkomponente auf, die zwei oder mehr Schalter umfasst. Jeder Schalter ist einer einzelnen LED oder einer Gruppe der LEDs zugeordnet und eingerichtet, um diese zu schalten. Die Schaltkomponente ist zwischen der Gleichrichterschaltung und den LEDs verbunden bzw. geschaltet. Mit anderen Worten, die Schalter sind einer Mehrzahl von Kanälen zugeordnet. Jeder Kanal ist mit einer einzelnen LED oder einer Gruppe von LEDs verbindbar. Die Schaltkomponente empfängt die von der Gleichrichterschaltung bereitgestellte Gleichspannung, und die Schalter betreiben die Kanäle, d.h. die LEDs, individuell. Der LED-Treiber weist ferner eine PWM-Komponente auf, die mit der Schaltkomponente verbunden und eingerichtet ist, um ein PWM-Signal zum Betätigen der Schalter der Schaltkomponente zu erzeugen.The LED driver has a voltage input configured to connect the LED driver to an AC power source and a rectifier circuit for converting the AC power received from the voltage input to DC power to be supplied to the LEDs. The LED driver also has a switching component that includes two or more switches. Each switch is associated with and configured to switch an individual LED or a group of the LEDs. The switching component is between the Connected or switched rectifier circuit and the LEDs. In other words, the switches are associated with a plurality of channels. Each channel can be connected to a single LED or a group of LEDs. The switching component receives the DC voltage provided by the rectifier circuit and the switches operate the channels, ie the LEDs, individually. The LED driver further includes a PWM component connected to the switching component and configured to generate a PWM signal for actuating the switches of the switching component.

Der LED-Treiber gemäß der Erfindung integriert einen Mehrkanaltreiber in einen AC/DC-Wandler, wodurch ein kompakter einstufiger Treiber bereitgestellt wird, der mehrere LEDs oder LED-Gruppen einzeln adressieren und betreiben kann. Der LED-Treiber ist für verschiedene LED-Konfigurationen einstellbar, wobei jede LED einzeln gesteuert werden kann, d.h. die Spannungen und/oder Ströme für den Betrieb der LEDs können individuell gewählt und zugeführt werden. Dies wird erreicht, indem das PWM-Signal, vorzugsweise dessen Tastverhältnis, für die Betätigung der Schalter eingestellt wird. Ferner implementiert der LED-Treiber ein breites Spektrum möglicher Ein- und Ausgangsspannungen. Insbesondere ist die technische Lösung imstande, mit vergleichsweise niedrigen Gleichspannungen umzugehen. Der LED-Treiber kombiniert ein flexibles Design, eine präzise Stromsteuerung, Skalierbarkeit hinsichtlich einer Erweiterung der Kanalanzahl und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anwendungen.The LED driver according to the invention integrates a multi-channel driver into an AC/DC converter, providing a compact single-stage driver that can individually address and drive multiple LEDs or LED groups. The LED driver can be set for different LED configurations, whereby each LED can be controlled individually, i.e. the voltages and/or currents for operating the LEDs can be selected and supplied individually. This is achieved by adjusting the PWM signal, preferably its duty cycle, to operate the switches. Furthermore, the LED driver implements a wide range of possible input and output voltages. In particular, the technical solution is able to deal with comparatively low DC voltages. The LED driver combines flexible design, precise current control, scalability in terms of channel count expansion, and adaptability to different applications.

Vorzugsweise umfasst die PWM-Komponente einen ASIC und eine Busleitung, die den ASIC mit den Schaltern verbindet, wobei das ASIC eingerichtet ist, um das PWM-Signal an die Busleitung auszugeben. Somit sind variable Ausgangsspannungen und -ströme durch einen kompakten und kostengünstigen Aufbau realisierbar.The PWM component preferably comprises an ASIC and a bus line which connects the ASIC to the switches, the ASIC being set up to output the PWM signal to the bus line. This means that variable output voltages and currents can be implemented using a compact and cost-effective design.

Vorzugsweise ist das ASIC eingerichtet, um eine Benutzereingabe, vorzugsweise drahtlos, zum Bestimmen des PWM-Signals, vorzugsweise des Tastverhältnisses desselben, zu empfangen. Hierbei wird die Adressierung und Steuerung der Kanäle durch Anpassen bzw. Einstellen des vom ASIC erzeugten PWM-Signals basierend auf der Benutzereingabe erzielt, wodurch der Betrieb des LED-Treibers vereinfacht wird.Preferably, the ASIC is arranged to receive user input, preferably wirelessly, for determining the PWM signal, preferably the duty cycle thereof. Here, channel addressing and control is achieved by adjusting the PWM signal generated by the ASIC based on user input, thereby simplifying the operation of the LED driver.

Vorzugsweise weist der LED-Treiber ferner einen Buck-Wandler auf, der vorzugsweise die Gleichrichterschaltung enthält. Die Verwendung einer Buck-Topologie ermöglicht einen hohen Leistungsfaktor des LED-Treibers.The LED driver preferably also has a buck converter, which preferably contains the rectifier circuit. The use of a buck topology enables the LED driver to have a high power factor.

Vorzugsweise ist nur ein einziger Buck-Wandler zwischen dem Spannungseingang und der Schaltkomponente geschaltet bzw. verbunden, wodurch eine einstufige Buck-Topologie realisiert wird.Preferably, only a single buck converter is switched or connected between the voltage input and the switching component, as a result of which a single-stage buck topology is implemented.

Vorzugsweise sind die Schalter der Schaltkomponente durch einen oder mehrere Transistoren und/oder Relais implementiert, wodurch die Treibertopologie minimiert und vereinfacht wird.Preferably, the switches of the switching component are implemented by one or more transistors and/or relays, thereby minimizing and simplifying the driver topology.

Vorzugsweise umfasst die Schaltkomponente zwei oder mehr Kondensatoren, die parallel zu den LEDs geschaltet sind, um einen den LEDs zugeführten Rippelstrom zu reduzieren. Vorzugsweise umfasst die Schaltkomponente ferner zwei oder mehr Dioden, die in Reihe mit den Kondensatoren geschaltet sind. Vorzugsweise ist eine Gruppe aus einem Kondensator und einer Diode parallel zu einem entsprechenden Schalter geschaltet.Preferably, the switching component includes two or more capacitors connected in parallel with the LEDs to reduce a ripple current supplied to the LEDs. Preferably, the switching component further includes two or more diodes connected in series with the capacitors. Preferably, a set of a capacitor and a diode is connected in parallel with a corresponding switch.

Figurenlistecharacter list

  • Die 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Schaltungsstruktur eines einstufigen LED-Treibers gemäß einer ersten Ausführungsform.the 1 12 shows a schematic diagram of a circuit structure of a single stage LED driver according to a first embodiment.
  • Die 2 zeigt ein schematisches Diagramm einer Schaltungsstruktur eines einstufigen LED-Treibers gemäß einer zweiten Ausführungsform.the 2 12 shows a schematic diagram of a circuit structure of a single stage LED driver according to a second embodiment.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred embodiments

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Hierbei sind Elemente, die identisch oder ähnlich sind, gleich oder ähnlich wirken, mit den gleichen Bezugszeichen in den Figuren versehen. Auf eine Wiederholung der Beschreibung solcher Elemente wurde gegebenenfalls verzichtet, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden.Preferred embodiments of the invention are described below with reference to the drawings. Here, elements that are identical or similar, have the same or similar effect, are provided with the same reference symbols in the figures. Where appropriate, the description of such elements has not been repeated in order to avoid a redundant description.

Die 1 zeigt einen schematischen Schaltplan eines einstufigen LED-Treibers 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der LED-Treiber 1 weist einen Buck-Wandler 10 und eine Steuereinheit 20 auf, die eine PWM-Komponente 30 und einer Schaltkomponente 40 umfasst. Der LED-Treiber 1 ist mit LEDs 50 oder Gruppen von LEDs 50 verbunden oder verbindbar. Im Weiteren wird die Bezeichnung „LED“ verwendet, um sowohl eine einzelne LED als auch eine Gruppe oder Kette von LEDs zu bezeichnen. Die LEDs 50 können eine LED-Last bilden. Die LEDs 50 sind nicht notwendigerweise Teil des LED-Treibers 1. Der LED-Treiber 1 bildet in Verbindung mit den LEDs 50 eine LED-Lampe oder Leuchte bzw. Leuchtmittel aus.the 1 FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a single-stage LED driver 1 according to a first embodiment. The LED driver 1 has a buck converter 10 and a control unit 20 which includes a PWM component 30 and a switching component 40 . The LED driver 1 is connected or connectable to LEDs 50 or groups of LEDs 50 . In the following, the term "LED" is used to designate both an individual LED and a group or chain of LEDs. The LEDs 50 can form an LED load. The LEDs 50 are not necessarily part of the LED driver 1. In conjunction with the LEDs 50, the LED driver 1 forms an LED lamp or luminaire or illuminant.

Der LED-Treiber 1 ist mit einer Leistungsquelle, die eine Wechselspannung bereitstellt, verbindbar. Zu diesem Zweck empfängt der Buck-Wandler 10 über Spannungseingänge 11a und 11b Wechselstrom. Die Eingänge 11a, 11b können beispielsweise mit einer Leistungszufuhr verbunden oder verbindbar sein.The LED driver 1 can be connected to a power source that provides an AC voltage. For this purpose, the buck converter 10 receives alternating current via voltage inputs 11a and 11b. The inputs 11a, 11b can be connected or can be connected to a power supply, for example.

Der Buck-Wandler 10 ist eingerichtet, um die Wechselspannung in einen konstanten Basisstrom für den Betrieb der LEDs 50 umzuwandeln. Zu diesem Zweck weist der Buck-Wandler 10 eine Gleichrichterschaltung 12 auf. Die Gleichrichterschaltung 12 kann über eine Diodenbrücke implementiert sein, wie in 1 dargestellt. Der Buck-Wandler 10 verwendet ferner einen Schalter 13 und einen Buck-PFC-Steuer-IC (Integrated Circuit) 14, um die Gleichstromleistung, die von der Gleichrichterschaltung 12 ausgegeben wird, so einzustellen, dass der gewünschte Leistungsfaktor erzielt wird. Der IC 14 kann beispielsweise eine integrierte Schaltung der BPS233x-Reihe umfassen oder durch eine solche implementiert werden. Gate des Schalters 13 ist mit dem IC 14 verbunden. Drain des Schalters 13 kann mit einer Schaltung zur Ausgabe des gewünschten Gleichstroms verbunden sein. Source des Schalters 13 kann mit GND (Masse) verbunden sein. Der Schalter 13 kann ein Feldeffekttransistor vom Typ n sein. Der Schalter 13 kann beispielsweise ein NMOS umfassen oder durch einen solchen implementiert werden.The buck converter 10 is set up to convert the AC voltage into a constant base current for the operation of the LEDs 50 . The buck converter 10 has a rectifier circuit 12 for this purpose. The rectifier circuit 12 can be implemented via a diode bridge, as in FIG 1 shown. The buck converter 10 also uses a switch 13 and a buck PFC control IC (Integrated Circuit) 14 to adjust the DC power output from the rectifier circuit 12 to achieve the desired power factor. The IC 14 may comprise or be implemented by a BPS233x series integrated circuit, for example. Gate of the switch 13 is connected to the IC 14. The drain of switch 13 may be connected to circuitry for outputting the desired direct current. Source of the switch 13 can be connected to GND (ground). The switch 13 may be an n-type field effect transistor. The switch 13 may comprise or be implemented by an NMOS, for example.

Die 1 veranschaulicht ein besonderes Beispiel für die Implementierung eines Buck-Wandler 10. Modifikationen sind jedoch möglich. So kann der Buck-Wandler 10 beispielsweise eine MCU (Mikrocontroller) aufweisen und verwenden, um die über die Eingänge 11a, 11b empfangene Eingangsspannung zu erfassen bzw. detektieren und/oder einzustellen. Ferner kann die Gleichrichterschaltung 12 über eine andere Topologie implementiert werden. Eine beliebige Einrichtung, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und einen konstanten Basisstrom zum Betreiben der LEDs 50 zuführt, kann verwendet werden.the 1 Figure 12 illustrates a particular example of a buck converter 10 implementation. However, modifications are possible. For example, the buck converter 10 can have and use an MCU (microcontroller) to record or detect and/or adjust the input voltage received via the inputs 11a, 11b. Furthermore, the rectifier circuit 12 can be implemented via a different topology. Any device that converts AC to DC and supplies a constant base current to drive the LEDs 50 can be used.

Die Steuereinrichtung 20 empfängt den vom Buck-Wandler 10 bereitgestellten Gleichstrom und betreibt mehrere Kanäle C1 bis CN individuell. Wenn der LED-Treiber 1 mit LEDs 50 verbunden ist, kann jeder Kanal C1 bis CN einer LED 50 (oder einer Gruppe oder Kette von LEDs 50) entsprechen bzw. zugeordnet sein. Die Kanäle C1 bis CN werden individuell über die PWM-Steuerung betrieben bzw. angesteuert.The controller 20 receives the direct current provided by the buck converter 10 and operates several channels C1 to CN individually. If the LED driver 1 is connected to LEDs 50, each channel C1 to CN can correspond to an LED 50 (or a group or chain of LEDs 50). The channels C1 to CN are operated or controlled individually via the PWM control.

Zu diesem Zweck umfasst die PWM-Komponente 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) 31, die eingerichtet ist, um ein Benutzersignal zu empfangen, das beispielsweise den zu bedienenden Kanal C1 bis CN angibt, d.h. welche LED 50 ein-/ausgeschaltet werden soll. Das Benutzersignal kann auch die Helligkeit, den Dimmfaktor usw. der zu bedienenden LED 50 kennzeichnen bzw. angeben. Das ASIC 31 kann ein Modul sein, das eingerichtet ist, um die Benutzereingaben drahtlos zu empfangen. Ferner ist das ASIC 31 eingerichtet, um ein PWM-Signal mit einem bestimmten Tastverhältnis (duty cycle) an eine Busleitung 32 auszugeben. Die Busleitung 32 weist mehrere Verzweigungen auf, die den Kanälen C1 bis CN entsprechen.For this purpose, the PWM component 30 according to the present embodiment comprises an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 31 arranged to receive a user signal indicating, for example, the channel C1 to CN to be served, i.e. which LED 50 on/off. should be switched off. The user signal may also indicate the brightness, dimming factor, etc. of the LED 50 to be operated. The ASIC 31 can be a module configured to receive the user inputs wirelessly. Furthermore, the ASIC 31 is set up to output a PWM signal with a specific duty cycle to a bus line 32 . The bus line 32 has several branches corresponding to the channels C1 to CN.

Die Busleitung 32 ist mit der Schaltkomponente 40 verbunden, umfassend mehrere Schalter 41, die den Kanälen C1 bis CN entsprechen bzw. zugeordnet sind. Die Schalter 41 können durch einen oder mehrere Transistoren und/oder Relais, beispielsweise MOSFETs, implementiert werden. Die Bedienung bzw. Betätigung der Schaltkomponente 40 kann auf verschiedene Weise realisiert werden, z.B. über eine Optokoppler- oder Gegentaktschaltung (push pull circuit). Die Schalter 41 werden entsprechend dem PWM-Signal betätigt, wodurch sie individuell die den LEDs 50 zuzuführenden Zielströme bestimmen. Mit anderen Worten, das PWM-Signal stellt basierend auf der Benutzereingabe ein Steuerungsschema bereit, so dass Zielströme individuell gewählt und den Kanälen C1 bis CN zugeführt werden.The bus line 32 is connected to the switching component 40 comprising a plurality of switches 41 which correspond to the channels C1 to CN. The switches 41 can be implemented by one or more transistors and/or relays, such as MOSFETs. The operation or actuation of the switching component 40 can be implemented in various ways, e.g. via an optocoupler or push-pull circuit. The switches 41 are actuated according to the PWM signal, thereby determining the target currents to be supplied to the LEDs 50 individually. In other words, the PWM signal provides a control scheme based on user input so that target currents are individually selected and applied to channels C1 through CN.

Die Schaltkomponente 40 kann ferner Kondensatoren 42 aufweisen, die parallel zu den LEDs 50 geschaltet sind. Für jeden Kanal C1 bis CN ist ein Kondensator 42 vorgesehen. Ferner können die Dioden 43 in Reihe zu den Kondensatoren 42 geschaltet sein. Die Kombination aus einem Kondensator 42 und einer entsprechenden benachbarten Diode 43 ist parallel zu einem entsprechenden Schalter 41 geschaltet.The switching component 40 may further include capacitors 42 connected in parallel with the LEDs 50 . A capacitor 42 is provided for each channel C1 to CN. Furthermore, the diodes 43 can be connected in series with the capacitors 42 . The combination of a capacitor 42 and a corresponding adjacent diode 43 is connected in parallel with a corresponding switch 41 .

Die vorstehend beschriebene einstufige Buck-Topologie implementiert einen LED-Treiber 1, der einen hohen Leistungsfaktor erzielen kann. Die technische Lösung ist imstande, mit unterschiedlichen Gleichspannungen flexibel umzugehen, etwa Gleichspannungen nach dem Buck-Wandler 10 von 125 V bis 370 V bei Anschluss an eine Leistungszufuhr von 100 V bis 277 V. Variable Ausgangsspannungen und -ströme sind realisierbar. Der LED-Treiber 1 ist für verschiedene Konfigurationen der LEDs 50 einstellbar. Die LEDs 50 sind in Reihe geschaltet, wobei jede LED 50 einzeln ansteuerbar ist, d.h. die Spannungen und/oder Ströme für den Betrieb der LEDs 50 können individuell gewählt und zugeführt werden. Dies wird, basierend auf einer Benutzereingabe, durch Einstellen des Tastverhältnisses des vom ASIC 31 erzeugten PWM-Signals erreicht.The single stage buck topology described above implements an LED driver 1 that can achieve high power factor. The technical solution is able to deal flexibly with different DC voltages, such as DC voltages after the buck converter 10 from 125 V to 370 V when connected to a power supply of 100 V to 277 V. Variable output voltages and currents can be implemented. The LED driver 1 can be set for different configurations of the LEDs 50 . The LEDs 50 are connected in series, with each LED 50 being individually controllable, i.e. the voltages and/or currents for operating the LEDs 50 can be selected and supplied individually. This is accomplished by adjusting the duty cycle of the PWM signal generated by ASIC 31 based on user input.

Die 2 zeigt einen schematischen Schaltplan eines einstufigen LED-Treibers 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform veranschaulicht einen anderen Aufbau des Buck-Konverters 10.the 2 FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a single-stage LED driver 1 according to a second embodiment. The second embodiment illustrates a different structure of the buck converter 10.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die LED-Treiber 1, wie vorstehend beschrieben und in den 1 und 2 dargestellt, einen großen Bereich möglicher Eingangs- und Ausgangsspannungen ermöglichen. Die LED-Treiber 1 kombinieren ein flexibles Design, eine präzise Stromsteuerung, Skalierbarkeit hinsichtlich einer Erweiterung der Kanalanzahl und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anwendungen, auch wenn diese eine qualitativ hochwertige Lichtabgabe erfordern. Ferner sind die LED-Treiber 1 einstufige Treiber, wodurch Stücklistenkomponenten (BOM components) reduziert werden. Somit sind die LED-Treiber 1 kompakt, effizient und kostengünstig.In summary it can be said that the LED driver 1, as described above and in the 1 and 2 shown, allow a wide range of possible input and output voltages. The LED drivers 1 combine flexible design, precise current control, scalability to expand the number of channels, and adaptability to different applications, even those that require high-quality light output. Furthermore, the LED drivers 1 are single-stage drivers, which reduces bill of materials (BOM) components. Thus, the LED drivers 1 are compact, efficient and inexpensive.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung basierend auf den Ausführungsformen eingeschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal und auch jede Kombination von Merkmalen, insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder beispielhaften Ausführungsformen spezifiziert ist.The invention is not limited by the description based on the embodiments. Rather, the invention includes every new feature and also every combination of features, in particular every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteReference List

11
LED-TreiberLED driver
1010
Buck-Wandlerbuck converter
11a11a
EingangEntry
11b11b
EingangEntry
1212
Gleichrichterschaltungrectifier circuit
1313
SchalterSwitch
1414
Buck-PFC-Steuer-ICBuck PFC Control IC
2020
Steuereinheitcontrol unit
3030
PWM-KomponentePWM component
3131
ASICASIC
3232
Busleitungbus line
4040
Schaltkomponenteswitching component
4141
SchalterSwitch
4242
Kondensatorcapacitor
4343
Diodediode
5050
LED oder Gruppe von LEDsLED or group of LEDs

Claims (11)

LED-Treiber (1) für eine LED-Lampe oder Leuchte mit zwei oder mehr LEDs (50), wobei der LED-Treiber (1) aufweist: einen Spannungseingang (11a, 11b), der eingerichtet ist, um den LED-Treiber (1) mit einer Wechselstromquelle zu verbinden; eine Gleichrichterschaltung (12) zum Umwandeln des vom Spannungseingang (11a, 11b) empfangenen Wechselstroms in einen den LEDs (50) zuzuführenden Gleichstrom; eine Schaltkomponente (40), die zwischen der Gleichrichterschaltung (12) und den LEDs (50) geschaltet ist und zwei oder mehr Schalter (41) umfasst, wobei jeder Schalter einer einzelnen LED (50) oder einer Gruppe der LEDs (50) zugeordnet und eingerichtet ist, diese zu schalten; eine PWM-Komponente (30), die mit der Schaltkomponente (40) verbunden und eingerichtet ist, um ein PWM-Signal zum Betätigen der Schalter (41) der Schaltkomponente (40) zu erzeugen, wobei die Schaltkomponente (40) und die PWM-Komponente (30) jeweils als eine Mehrkanalkomponente ausgebildet sind.LED driver (1) for an LED lamp or luminaire with two or more LEDs (50), the LED driver (1) having: a voltage input (11a, 11b) arranged to connect the LED driver (1) to an AC power source; a rectifier circuit (12) for converting the alternating current received from the voltage input (11a, 11b) into a direct current to be supplied to the LEDs (50); a switching component (40) connected between the rectifier circuit (12) and the LEDs (50) and comprising two or more switches (41), each switch associated with an individual LED (50) or a group of the LEDs (50) and set up to switch them; a PWM component (30) which is connected to the switching component (40) and set up to generate a PWM signal for actuating the switches (41) of the switching component (40), wherein the switching component (40) and the PWM component (30) are each designed as a multi-channel component. LED-Treiber (1) nach Anspruch 1, bei dem die PWM-Komponente (30) ein ASIC (31) und eine Busleitung (32), die das ASIC (31) mit den Schaltern (41) verbindet, umfasst, wobei das ASIC (31) eingerichtet ist, um das PWM-Signal an die Busleitung (32) auszugeben.LED driver (1) after claim 1 , in which the PWM component (30) comprises an ASIC (31) and a bus line (32) which connects the ASIC (31) to the switches (41), the ASIC (31) being set up to convert the PWM - Output signal to the bus line (32). LED-Treiber (1) nach Anspruch 2, bei dem das ASIC (31) ferner eingerichtet ist, um eine Benutzereingabe, vorzugsweise drahtlos, zum Bestimmen des PWM-Signals, vorzugsweise des Tastverhältnisses, zu empfangen.LED driver (1) after claim 2 wherein the ASIC (31) is further configured to receive user input, preferably wireless, for determining the PWM signal, preferably the duty cycle. LED-Treiber (1) nach einem der vorigen Ansprüche, ferner umfassend einen Buck-Wandler (10), der vorzugsweise die Gleichrichterschaltung (12) enthält.LED driver (1) according to one of the preceding claims, further comprising a buck converter (10), which preferably contains the rectifier circuit (12). LED-Treiber (1) nach Anspruch 4, bei dem der Buck-Wandler (10) einen Buck-PFC-Steuer-IC (14) und einen Schalter (13), eingerichtet zum Einstellen des Leistungsfaktors des Buck-Wandlers (10), umfasst.LED driver (1) after claim 4 wherein the buck converter (10) comprises a buck PFC control IC (14) and a switch (13) arranged to adjust the power factor of the buck converter (10). LED-Treiber (1) nach Anspruch 4 oder 5, bei dem nur ein einziger Buck-Wandler (10) zwischen dem Spannungseingang (11a, 11b) und der Schaltkomponente (40) geschaltet ist.LED driver (1) after claim 4 or 5 , in which only a single buck converter (10) is connected between the voltage input (11a, 11b) and the switching component (40). LED-Treiber (1) nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem die Schalter (41) der Schaltkomponente (40) durch einen oder mehrere Transistoren und/oder Relais implementiert sind.LED driver (1) according to one of the preceding claims, in which the switches (41) of the switching component (40) are implemented by one or more transistors and/or relays. LED-Treiber (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schaltkomponente (40) zwei oder mehr Kondensatoren (42) umfasst, die jeweils parallel zu einer entsprechenden LED (50) geschaltet sind.The LED driver (1) of any preceding claim, wherein the switching component (40) comprises two or more capacitors (42), each connected in parallel with a respective LED (50). LED-Treiber (1) nach Anspruch 8, bei dem die Schaltkomponente (40) ferner zwei oder mehr Dioden (43) umfasst, die in Reihe mit den Kondensatoren (42) geschaltet sind.LED driver (1) after claim 8 wherein the switching component (40) further comprises two or more diodes (43) connected in series with the capacitors (42). LED-Treiber (1) nach Anspruch 9, bei dem eine Gruppe aus einem Kondensator (42) und einer Diode (43) parallel zu einem zugehörigen Schalter (41) geschaltet ist.LED driver (1) after claim 9 , in which a group of a capacitor (42) and a diode (43) is connected in parallel with an associated switch (41). LED-Lampe oder Leuchte, die einen LED-Treiber (1) nach einem der vorigen Ansprüche und zwei oder mehr LEDs (50), die mit dem LED-Treiber (1) verbunden sind, umfasst.LED lamp or luminaire comprising an LED driver (1) according to any one of the preceding claims and two or more LEDs (50) connected to the LED driver (1).
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TEXAS INSTRUMENTS: Power Factor Correction Using the Buck Topology - Efficiency Benefits and Practical Design Considerations. Texas Instruments Power Supply Design Seminar. 2011

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