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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Betriebs von LED-Strecken, also einer oder mehrerer LEDs, die ausgehend von einem Betriebsgerät für Leuchtmittel betrieben werden.
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Die Erfindung bezieht sich genauer gesagt auf die Ausgestaltung derartiger Betriebsgeräte sowie Verfahren, wobei der Ausschaltvorgang derart ablaufen soll, dass über einen verhältnismäßig langen Zeitraum für das menschliche Auge die Leuchtmittelleistung im Wesentlichen kontinuierlich auf null abgesenkt wird. Es soll also beim Ausschaltvorgang eine abrupte Verringerung der Leuchtmittelleistung auf null für das menschliche Auge vermieden werden. Dies wir auf als „Soft Fading Out“ bezeichnet.
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Die Erfindung setzt dabei voraus die Verwendung eines sogenannten LLC-Resonanzkreises die, der typischerweise eine Halbbrückenschaltung mit zwei in Serie geschalteten und wechselseitig getakteten Schaltern aufweist, die einen Resonanzkreis versorgen, der wiederum die primärseitige Wicklung eines Übertragers speist, welche primärseitige Wicklung der sekundärseitigen Wicklung des Übertragers gekoppelt ist. Die Leuchtmittelstrecke wird ausgehend von Anschlüssen des Betriebsgeräts versorgt, welche Anschlüsse mit der sekundärseitigen Wicklung des Übertragers verbunden sind. Der Übertrager sorgt also in erwünschter Weise für eine galvanische Trennung zwischen den Leuchtmitteln und der typischerweise mit Netzspannung versorgende Primärseite des Übertragers.
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Die an die Leuchtmittel abgegebene elektrische Leistung ist eine Funktion der Frequenz der wechselseitigen Taktung der beiden Schalter des Wechselrichters entsprechend der Resonanzkurve der Resonanzkreisschaltung.
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Zur Verringerung der Leuchtmittelleistung, beispielsweise bei einem Ausschaltvorgang, wird also in einem Frequenzbereich oberhalb der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises die Betriebsfrequenz des Wechselrichters zunehmend erhöht.
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Dies kann indessen im geregelten Betrieb (unter Verwendung wenigstens einer Rückführgrösse als Ist-Grösse) nur bis zu einer vorgegebenen maximalen Frequenz erfolgen. Bis zu dieser genannten maximalen Frequenz erfolgt also das Erhöhen der Wechselrichterfrequenz in einem geregelten Betrieb, also unter Verwendung einer Rückführgröße, die direkt oder indirekt die Leuchtmittelleistung wiedergibt. Ab dieser genannten Frequenz (Schwellenwert) ist es dann bekannt, die Leuchtmittelleistung weiter zu verringern, und zwar unter Deaktivierung der Rückführ-Regelung und unter reiner Vorwärts-Steuerung der Erhöhung der Wechselrichterfrequenz.
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Dabei kann indessen das Problem entstehen, dass bei einer typischen LLC-Topologie, die weitere Erhöhung der Wechselrichterfrequenz entweder nur ein sehr geringes Absenken der Leuchtmittelleistung bewirkt (da die LLC-Resonanzkurve sehr flach verlaufen kann) oder im schlimmsten Fall sogar wieder ein Ansteigen der Resonanzkurve und der somit übertragenen Leuchtmittelleistung zeigt, beispielsweise durch parasitäre Effekte des Übertragers der LLC-Schaltung.
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Die Erfindung setzt nunmehr an diesem Problem an, und schlägt eine Lösung vor, wie ein Betriebsgerät bzw. ein Verfahren zum Betrieb von Leuchtmitteln derart ausgestaltet werden kann, in effektiver Weise eine bessere Verringerung der Leuchtmittelleistung ausgehend von einer LLC-Topologie erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
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Gemäß wird also ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere ein Konverter zum Betrieb von einer oder mehreren LEDs vorgeschlagen. Das Betriebsgerät weist eine LLC-Resonanzkreisschaltung auf, ausgehend von der Anschlüsse des Betriebsgeräts zum Anschluss der Leuchtmittel versorgbar sind. Das Betriebsgerät weist über die normalen Bestandteile eine LLC-Resonanzkreisschaltung hinaus ein kapazitives Element, beispielsweise einen oder mehrere Transistoren auf, das/die parallel zu einer Primär- oder Sekundärwicklung, bevorzugt einer Hilfs-Sekundärwicklung, des Übertragers selektiv aktiv schaltbar sind. Bei Aktivschalten des kapazitiven Elements wird also die LLC-Resonanzkreisschaltung in eine sogenannte LLCC-Resonanzkreis-Topologie überführt. Ein LLCC-Resonanzkreis ist ein Resonanzkreis vierter Ordnung, siehe bspw. die
WO2006/038157 .
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Dadurch, dass das kapazitive Element selektiv, insbesondere bei niedrigen Dimmwerten (Leuchtmittelleistungen) oder im Zuge eines Ausschaltvorganges aktiv schaltbar ist, kann verhindert werden, dass sich die Energiebilanz des Betriebsgeräts durch einen dauernden Mitbetrieb des kapazitiven Elements verschlechtert.
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Durch das selektive Überführen der LLC-Resonanzkreisschaltung in die LLCC-Topologie vorzugsweise bei einem Ausschaltvorgang oder bei insgesamt allgemein sehr niedrigen Dimmwerten wird eine gezielte Absenkung der Resonanzkurve („gain curve“) erreicht, was bedeutet, dass eine Erhöhung der Wechselrichter-Betriebsfrequenz in diesem Bereich in gewünschter Weise eine stärkere Absenkung der übertragenen Leuchtmittelleistung zur Folge hat.
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Das kapazitive Element ist vorzugsweise in Serie mit einem Schalter gekoppelt, der aktiv von einer Steuerschaltung aus angesteuert ist.
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Das kapazitive Element kann parallel zu einer Hilfs-Sekundärwicklung schaltbar sein, die also unabhängig und zusätzlich zu wenigstens einer Haupt-Sekundärwicklung vorgesehen ist, die zum Übertragen der Leuchtmittelleistung vorgesehen ist und dazu mit diesen Anschlüssen für die Leuchtmittel verbunden ist.
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Die Steuerschaltung kann das kapazitive Element insbesondere bei Dimmwerten unterhalb eines Schwellenwertes aktiv schalten. Vorzugsweise wird beim Aktivschalten des kapazitiven Elements gleichzeitig auch eine Rückführregelung des Betriebsgeräts deaktiviert, so dass also bei dem aktiv geschalteten kapazitiven Element eine Erhöhung der Wechselrichter-Betriebsfrequenz in einer reinen Vorwärtssteuerung ohne Berücksichtigung eines Rückführsignales erfolgt.
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Diese Steuerschaltung kann darüber hinaus auch die Schalter eines Wechselrichters der LLC-Schaltung ansteuern, von dessen Mittenpunkt aus die Resonanzkreisschaltung versorgt ist.
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Das kapazitive Element liegt vorzugsweise auf dem Potential der Primärseite des Übertragers. Dies ist von Vorteil, da somit die auf diesem Potential liegende Steuerschaltung, die vorzugsweise auch die Schalter des Wechselrichters versorgt, ohne Potentialtrennung die Aktivierung / Deaktivierung des kapazitiven Elements durchführen kann.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere LED-Konverter,
aufweisend eine LLC-Resonanzkreisschaltung mit einem Übertrager, ausgehend von der Anschlüsse des Betriebsgeräts zum Anschluss der Leuchtmittel versorgbar sind,
aufweisend ein zusätzliches kapazitives Element zur Erreichung einer LLCC-Resonanzkreis-Übertragungskurve, das auf dem Potential der Primärseite des Übertragers vorgesehen ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beenden des Betriebs (Ausschalten) einer Leuchtmittel-Strecke, die vorzugsweise LEDs aufweist, dabei weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
- - In einem ersten Leuchtmittelleistungsbereich zwischen der Maximalleistung und einem Schwellenwert, wird die Leuchtmittelleistung unter Verwendung einer Rückführregelung verringert, bis ein vorgegebener Schwellenwert für die Lichtleistung oder der Frequenz eines Wechselrichters erreicht ist, welcher Wechselrichter eine Resonanzschaltung mit LLC-Topologie versorgt. Bei Erreichen des Schwellenwerts wird die Rückführregelung deaktiviert und die Topologie der LLC-Resonanzkreisschaltung aktiv auf eine LLCC-Topologie umgeschaltet. Eine weitere Erhöhung des Wechselrichters erfolgt somit in reiner Vorwärts-Steuerung (deaktivierte Rückführregelung) und mit einer Resonanzkurve, die aufgrund der LLCC-Topologie nunmehr stärker abfällt als eine LLC-Resonanzkreiskurve.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung, insbesondere ASIC, der zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgelegt ist.
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Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine LED-Leuchte, aufweisend ein Betriebsgerät der oben genannten Art; sowie wenigstens eine dadurch versorgte LED.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnung näher erläutert werden.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch ein Betriebsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 1 ersichtlich, weißt das erfindungsgemäße Betriebsgerät einen Wechselrichter 13 auf, der zwei in Serie geschaltete Schalter HS („High side“, Hochpotentialschalter) bzw. LS („Low side“, Niederpotentialschalter) aufweist, die aktiv von einer Steuerschaltung aus wechselseitig getaktet sind.
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Der Wechselrichter 13 wird mit einer DC-Busspannung 14 versorgt, die beispielsweise durch einen vorgeschalteten AC/DC-Gleichrichter und ggf. weiteren DC/DC-Schaltungen wie beispielsweise eine aktiv angesteuerte PFC-Schaltung erzeugt werden kann. Typischerweise ist diese DC-Busspannung 14 über einen Speicherkondensator stabilisiert. Ausgehend von dem Mittenpunkt 20 der Wechselrichterschaltung 13 wird eine Resonanzschaltung 14 aufweisend einen Kondensator CR und eine Induktivität LR versorgt. In Serie zu dieser Resonanzschaltung 14 ist eine primärseitige Wicklung LM eines Übertragers verbunden. Die Sekundärseite 5 des Übertragers 6 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel 2 sekundärseitige Hauptwicklungen L6 , L6 auf, die über eine Diodenschaltung 3, 4 einen Kondensator 2 speisen, zu dem die Leuchtmittelstrecke aufweisend eine oder mehrere LEDs 1 parallel geschaltet ist. Die Ausgänge 21, 21' zum Anschluss der Leuchtmittelstrecke speisen also die Spannung an die Leuchtmittelstrecke, die über dem Kondensator 2 anliegt. Indessen ist es auch möglich, dass die Sekundärseite des Übertragers 5 noch weitere aktiv geschaltete Konverterstufen aufweist.
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Gemäß der Erfindung ist nunmehr eine sekundärseitige Hilfs-Wicklung Lsens vorgesehen, die über eine Diodenschaltung 10 zu einem Widerstandsteiler 8 führt, der ein Messsignal für einen Eingangspin 9 für eine Steuerschaltung (nicht gezeigt) wie beispielsweise einen Mikrocontroller oder einem ASIC erzeugt. Einerseits kann diese sekundärseitige Hilfswicklung Lsens somit verwendet werden, um Fehlerzustände, wie beispielsweise übermäßig große Spannungen oder Ströme zu erfassen und ein dementsprechendes Erfassungssignal an den Eingangspin 9 der Steuerschaltung zu liefern.
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Das kapazitive Element kann also parallel zu einer Hilfs-Sekundärwicklung aktiv/nicht aktiv schaltbar sein. Die Hilfs-Sekundärwicklung ist also unabhängig und zusätzlich zu wenigstens einer Haupt-Sekundärwicklung vorgesehen ist, die zum Übertragen der Leuchtmittelleistung vorgesehen ist und dazu mit diesen Anschlüssen für die Leuchtmittel verbunden ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nunmehr parallel zu der Wicklung Lsens ein kapazitives Element, wie beispielsweise ein oder mehrere Kondensatoren 11 vorgesehen, das in Serie geschaltet ist mit einem Schalter 12, beispielsweise einem FET-Transistor. Wenn das Schaltelement 12 leitfähig ist, ist der Kondensator 11 aktiv geschaltet, was zur Folge hat, dass die Topologie der Schaltung nunmehr eine LLCC- oder auch L2C2-Schaltung entspricht, während er bei nicht leitend schalten des Schalters 12 die Schaltung eine LLC-Topologie aufweist.
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Funktionell hat das Aktivschalten des Kondensators 11 parallel zu der Hilfswicklung Lsens zur Folge, dass sich bei einem hohen Frequenzbereich des Betriebs der Schalter HS, LS des Wechselrichters 20 die Resonanzkurve („gain curve“) schneller absenkt als mit steigenden Betriebsfrequenzen stärker absenkt als bei Nicht-Vorhandensein oder Nicht-Aktivierung dieses Kondensators 11.
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Erfindungsgemäß wird wie gesagt der Schalter 11 selektiv und aktiv bzw. deaktiv geschaltet, beispielsweise über ausgehend von einem Ausgangspin 25 einer Steuerschaltung, die eben auch den Eingangspin 9 aufweist und darüber hinaus die Steuersignale zum Betrieb der Schalter HS, LS des Wechselrichters 13 erzeugen kann.
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Vorzugsweise erfolgt das Aktivschalten des Kondensators 11 nur in einem hohen Frequenzbereich, bezüglich des Betriebs der Schalter des Wechselrichters 13, also oberhalb eines vorgegebenen Frequenz-Schwellenwerts.
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Bei niedrigeren Frequenzen, also Frequenzen zwischen dem Peak der Resonanzkurve und dem Schwellenwert ist der Kondensator nicht aktiv geschaltet und kann somit auch nicht die Energiebilanz des Betriebsgeräts verschlechtern.
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Dies wird gemäß der Erfindung insbesondere ausgenutzt bei einem Beendigen des Betriebs der Leuchtmittel 1. Dies erfolgt gemäß folgendem Ablauf:
- - In einem Frequenzbereich des Betriebs des Wechselrichters 13 oberhalb des Peaks der Resonanzkurve wird unter Verwendung einer Rückführregelung die Betriebsfrequenz ständig erhöht, bis der Schwellenwert der Betriebsfrequenz erreicht ist. Die Leuchtmittelleistung wird sich in diesem Bereich folgend der Resonanzkurve eines LLC-Konverters (also bei deaktiviertem Kondensator 11) stetig absenken. Zur Rückführregelung wird in an sich bekannter Weise ein oder mehrere Rückführsignale von der Primärseite und/oder der Sekundärseite des Übertragers 6 an die Steuerschaltung zurückgeführt, so dass diese die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 13 abhängig von der einen oder mehreren Rückführgrößen in einem geregelten Betrieb einstellen kann.
Wenn der genannte Schwellenwert für die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 13 erreicht ist, schaltet die Steuerschaltung durch ein Signal von dem Ausgangspin 25 den Schalter 12 leitend, was bedeutet, dass dann der Kondensator 11 aktiv parallel zu der Wicklung Lsens geschaltet ist. Gleichzeitig wird der Betrieb des Wechselrichters 13 von der Rückführregelung auf eine reine Vorwärts-Steuerung umgeschaltet, so dass also eine weitere Erhöhung der Betriebsfrequenz nunmehr ohne Berücksichtigung von Rückführsignalen erfolgt und gleichzeitig durch Aktivschalten des Transistors 11 die weitere Verringerung der Leuchtmittelleistung bei Erhöhung der Betriebsfrequenz des Wechselrichters 13 entsprechend einer abgesenkten Resonanzkurve erfolgt, die der Resonanzkurve nunmehr eines LLCC-Resonanzkreises entspricht.
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Der gesamte Ausschaltvorgang kann ab dem Eingang eines Ausschalt-Befehls bspw. 0,3 bis 10 s vorzugsweise 0,6 bis 5 s, mehr bevorzugt 0.9 bis 2s dauern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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