DE102019215594A1 - Circuit arrangement and method for controlling semiconductor light sources - Google Patents
Circuit arrangement and method for controlling semiconductor light sources Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019215594A1 DE102019215594A1 DE102019215594.4A DE102019215594A DE102019215594A1 DE 102019215594 A1 DE102019215594 A1 DE 102019215594A1 DE 102019215594 A DE102019215594 A DE 102019215594A DE 102019215594 A1 DE102019215594 A1 DE 102019215594A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor light
- circuit arrangement
- switch
- led
- connection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 85
- 230000005405 multipole Effects 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
- H05B45/40—Details of LED load circuits
- H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
- H05B45/48—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices
Landscapes
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen. Die Schaltungsanordnung weist einen Energiespeicher auf, der in einem Teil der Netzhalbwelle seriell zu den Halbleiterlichtquellen aufgeladen wird und in einem anderen Teil der Netzhalbwelle parallel zu den Halbleiterlichtquellen entladen wird. Für die Umschaltung von der Seriell- zur Parallelschaltung des Energiespeichers wird ein Schalter verwendet.The invention relates to a circuit arrangement and a method for controlling semiconductor light sources. The circuit arrangement has an energy store, which is charged in series with the semiconductor light sources in one part of the network half-wave and is discharged parallel to the semiconductor light sources in another part of the network half-wave. A switch is used to switch from serial to parallel connection of the energy storage system.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung handelt von Schaltungen zum Ansteuern von Halbleiterlichtquellen mittels einer Wechselspannung, wobei die Wechselspannung direkt an die Halbleiterlichtquellen angelegt wird, ohne einen Spannungswandler zwischenzuschalten.The invention concerns circuits for controlling semiconductor light sources by means of an alternating voltage, the alternating voltage being applied directly to the semiconductor light sources without interposing a voltage converter.
Hintergrundbackground
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind Schaltungsanordnungen bekannt, die mehrere, in Serie geschaltete LEDs ohne Energiespeicher direkt an einer Netzwechselspannung betreiben können.The invention is based on a circuit arrangement for controlling semiconductor light sources according to the preamble of the main claim. Circuit arrangements are known which can operate a plurality of LEDs connected in series without an energy storage device directly on an AC mains voltage.
Nachteil beider Varianten ist jedoch eine Lücke im Strom durch die Halbleiterlichtquellen, da im Spannungsnulldurchgang der Netzspannung die Flussspannung des kleinsten Teilstranges über der Eingangsspannung liegt, und somit kein Strom fließt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Gesamtzahl der seriell geschalteten Halbleiterlichtquellen an die Netzeingangsspannung angepasst sein muss. Es sind bei einer Netzeingangsspannung von z.B. 230V sehr viele einzelne Halbleiterlichtquellen notwendig was bei vielen Anwendungen heutzutage unerwünscht ist.The disadvantage of both variants, however, is a gap in the current through the semiconductor light sources, since when the mains voltage crosses zero, the forward voltage of the smallest sub-string is above the input voltage, and thus no current flows. Another disadvantage is that the total number of series-connected semiconductor light sources must be adapted to the mains input voltage. With a mains input voltage of e.g. 230V, a large number of individual semiconductor light sources are necessary, which is undesirable in many applications today.
Aufgabetask
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen anzugeben, die die vorgenannten Nachteile nicht mehr aufweist.It is the object of the invention to provide a circuit arrangement for controlling semiconductor light sources which no longer has the aforementioned disadvantages.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einer Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen, aufweisend einen Netzeingang zum Eingeben einer Netzspannung, und einen Gleichrichter zum Gleichrichten der Netzspannung und Ausgeben einer gleichgerichteten Netzspannung; eine Halbleiterlichtquellenkette, welche eine Serienschaltung aus zumindest zwei LED-Strängen ist, einen Energiespeicher, dessen erster Anschluss über eine erste Entkoppeldiode an einen ersten Anschluss der Halbleiterlichtquellenkette gekoppelt ist, und über eine zweite Entkoppeldiode an einen zweiten Anschluss der Halbleiterlichtquellenkette gekoppelt ist, und dessen zweiter Anschluss mit dem Gleichrichter gekoppelt ist; einen ersten Schalter, dessen erster Anschluss mit dem zweiten Anschluss des Energiespeichers gekoppelt ist, und dessen zweiter Anschluss mit dem Verbindungspunkt zwischen der ersten Entkoppeldiode und dem ersten Anschluss der Halbleiterlichtquellenkette gekoppelt ist, wobei die Schaltungsanordnung eingerichtet ist, den Energiespeicher bei offenem ersten Schalter in Serie mit der ersten Entkoppeldiode und der Halbleiterlichtquellenkette zu laden und den Energiespeicher bei geschlossenem ersten Schalter über die zweite Entkoppeldiode in die Halbleiterlichtquellenkette zu entladen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren des Ladens des Energiespeicherns in Serie mit den Halbleiterlichtquellen und des Entladens parallel zu den Halbleiterlichtquellen werden gleich zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen: Zum einen kann die minimale Anzahl der notwendigen Halbleiterlichtquellen halbiert werden, da die Hälfte der Netzeingangsspannung im Ladezyklus an dem Speicherkondensator anliegt und die Halbleiterlichtquellenkette nur noch für die halbe Netzspannung ausgelegt sein muss. Zum anderen wird im Netznulldurchgang die Ladung auf dem Speicherkondensator in die Halbleiterlichtquellenkette entladen, so dass ein kontinuierlicher Stromfluß durch die Halbleiterlichtquellenkette und damit eine kontinuierliche Lichtabgabe über die gesamte Netzhalbwelle gegeben ist. Die bei diesen Schaltungen gefürchtete hohe Lichtmodulation kann deutlich reduziert werden.The object is achieved according to the invention with a circuit arrangement for controlling semiconductor light sources, having a mains input for inputting a mains voltage, and a rectifier for rectifying the mains voltage and outputting a rectified mains voltage; a semiconductor light source chain, which is a series circuit of at least two LED strings, an energy store, the first connection of which is coupled to a first connection of the semiconductor light source chain via a first decoupling diode, and is coupled to a second connection of the semiconductor light source chain via a second decoupling diode, and the second Port is coupled to the rectifier; a first switch, the first connection of which is coupled to the second connection of the energy store, and the second connection of which is coupled to the connection point between the first decoupling diode and the first connection of the semiconductor light source chain, the circuit arrangement being set up to connect the energy store in series with the first switch open to charge with the first decoupling diode and the semiconductor light source chain and to discharge the energy store with the first switch closed via the second decoupling diode into the semiconductor light source chain. The inventive method of charging the energy storage device in series with the semiconductor light sources and discharging parallel to the semiconductor light sources kills two birds with one stone: On the one hand, the minimum number of semiconductor light sources required can be halved, since half of the mains input voltage in the charging cycle on the Storage capacitor is present and the semiconductor light source chain only needs to be designed for half the mains voltage. On the other hand, the charge on the storage capacitor in discharge the semiconductor light source chain, so that there is a continuous flow of current through the semiconductor light source chain and thus a continuous light output over the entire network half-wave. The high light modulation that is feared in these circuits can be significantly reduced.
In einer ersten Ausführungsform wird der erste Schalter in Abhängigkeit des Momentanwertes der gleichgerichteten Netzspannung geschaltet. Damit kann die Strom- und damit die Lichtmodulation der Halbleiterlichtquellenkette vorteilhaft auf einem niedrigen Wert gehalten werden.In a first embodiment, the first switch is switched as a function of the instantaneous value of the rectified mains voltage. In this way, the current and thus the light modulation of the semiconductor light source chain can advantageously be kept at a low value.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet die Halbleiterlichtquellenkette zumindest zwei Segmente. Durch zwei oder mehr Segmente lässt sich die Flussspannung vorteilhaft besser an die momentane Netzspannung anpassen.In a further preferred embodiment, the semiconductor light source chain forms at least two segments. With two or more segments, the forward voltage can advantageously be better adapted to the current line voltage.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt ein Teil der gleichgerichteten Netzspannung während der Aufladephase, in der der Speicherkondensator in Serie zur Halbleiterlichtquellenkette geschaltet ist, am Speicherkondensator an.In a particularly preferred embodiment, part of the rectified mains voltage is applied to the storage capacitor during the charging phase in which the storage capacitor is connected in series with the semiconductor light source chain.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Vielpolnetzwerk mit der Halbleiterlichtquellenkette und mit der gleichgerichteten Netzspannung gekoppelt. Dieses Vielpolnetzwerk kann vorteilhaft verschiedene Funktionen der Schaltungsanordnung übernehmen.In a further embodiment, a multipole network is coupled to the semiconductor light source chain and to the rectified mains voltage. This multipole network can advantageously take over various functions of the circuit arrangement.
Besonders bevorzugt ist die gleichgerichtete Netzspannung bei mindestens einem Segment über eine Entkoppeldiode geführt. Die Entkoppeldiode stellt vorteilhaft sicher, dass der Speicherkondensator bei geschlossenem Schalter parallel zur Halbleiterlichtquellenkette geschaltet ist, und bei offenem Schalter seriell zur Halbleiterlichtquellenkette geschaltet ist.Particularly preferably, the rectified mains voltage is routed via a decoupling diode in at least one segment. The decoupling diode advantageously ensures that the storage capacitor is connected in parallel to the semiconductor light source chain when the switch is closed, and is connected in series with the semiconductor light source chain when the switch is open.
In einer anderen Ausführungsform sind im Vielpolnetzwerk weitere Schalter vorgesehen, die einen Teil der gleichgerichteten Netzspannung entsprechend dem Momentanwert der Netzspannung an einen Verbindungspunkt zwischen zwei Segmenten beziehungsweise an einen Verbindungspunkt eines LED-Stranges und einer Strombegrenzung anlegen. Damit kann die Flussspannung der Halbleiterlichtquellenkette an die momentane Netzspannung angepasst werden und der Strom durch die Halbleiterlichtquellen kann über eine Netzhalbwelle sehr gleichmäßig fließen.In another embodiment, further switches are provided in the multipole network that apply part of the rectified line voltage corresponding to the instantaneous value of the line voltage to a connection point between two segments or to a connection point of an LED string and a current limiter. The forward voltage of the semiconductor light source chain can thus be adapted to the instantaneous network voltage and the current through the semiconductor light sources can flow very evenly over a network half-wave.
Besonders bevorzugt ist dabei ein erster Anschluss der weiteren Schalter jeweils mit einem Verbindungspunkt zwischen zwei LED-Strängen beziehungsweise mit einem Verbindungspunkt eines LED-Stranges und der ersten Entkoppeldiode verbunden, und ein zweiter Anschluss der weiteren Schalter mit einem gemeinsamen Bezugspotential verbunden. Dadurch kann die Ansteuerung der Schalter abhängig von der momentanen Netzspannung vorteilhaft besonders einfach ausgeführt werden.A first connection of the further switches is particularly preferably connected to a connection point between two LED strings or to a connection point of an LED strand and the first decoupling diode, and a second connection of the further switches is connected to a common reference potential. As a result, the control of the switches can advantageously be carried out in a particularly simple manner depending on the current line voltage.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist parallel zu mindestens einem Segment ein weiterer Speicherkondensator geschaltet. Dies vergleichmäßigt den Stromfluß und damit die Lichtabgabe weiter und stellt vorteilhaft eine hohe Lichtqualität sicher.In a preferred embodiment, a further storage capacitor is connected in parallel with at least one segment. This further even out the current flow and thus the light output and advantageously ensures a high quality of light.
Besonders bevorzugt sind dabei die weiteren Schalter stromgesteuert ausgeführt. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit einen möglichst gleichmäßigen Stromfluss zu erreichen.The further switches are particularly preferably designed to be current-controlled. This is a particularly simple way of achieving a current flow that is as uniform as possible.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der erste Schalter derart gesteuert, dass er eine strombegrenzende Wirkung auf den Strom durch sich selbst aufweist oder dass seriell zu dem ersten Schalter eine Strombegrenzungsvorrichtung zur Begrenzung des Stroms durch den ersten Schalter vorgesehen ist. Damit kann eine Überlastung der Komponenten und eine ungleichmäßige Lichtabgabe durch eine zu hohe Strommodulation vorteilhaft vermieden werden.In another preferred embodiment, the first switch is controlled in such a way that it has a current-limiting effect on the current through itself or that a current-limiting device for limiting the current through the first switch is provided in series with the first switch. Overloading of the components and uneven light output due to excessive current modulation can thus advantageously be avoided.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Ansteuern von Halbleiterlichtquellen mit einer oben beschriebenen Schaltungsanordnung gekennzeichnet durch folgende Schritte: Seriellschalten des Speicherkondensators mit dem LED-Strang durch Öffnen des ersten Schalters, Laden des Speicherkondensators mittels der eingegebenen gleichgerichteten Netzspannung, Parallelschalten des Speicherkondensators mit dem LED-Strang durch Schließen des ersten Schalters, Entladen des Speicherkondensators in die Halbleiterlichtquellen. Dieses Verfahren stellt eine gute Ausnutzung der Speicherkapazität des Speicherkondensators sicher und ermöglicht somit einen gleichmäßigen Stromfluss und damit eine gleichmäßige Lichtabgabe.The invention also relates to a method for controlling semiconductor light sources with a circuit arrangement as described above, characterized by the following steps: series connection of the storage capacitor with the LED string by opening the first switch, charging of the storage capacitor by means of the rectified mains voltage input, parallel connection of the storage capacitor with the LED String by closing the first switch, discharging the storage capacitor into the semiconductor light sources. This method ensures good utilization of the storage capacity of the storage capacitor and thus enables a uniform flow of current and thus a uniform emission of light.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.Further advantageous developments and refinements of the circuit arrangement according to the invention for controlling semiconductor light sources emerge from further dependent claims and from the following description.
FigurenlisteFigure list
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
-
1 eine bekannte Schaltungsanordnung mit einem LED-Strang von in Serie geschalteten Leuchtdioden, wobei Teilstücke des LED-Stranges von gesteuerten Schaltern überbrückt werden können, und die Schalter seriell angeordnet sind. -
2 eine bekannte Schaltungsanordnung mit einem LED-Strang von in Serie geschalteten Leuchtdioden, wobei Teilstücke des LED-Stranges von gesteuerten Schaltern überbrückt werden können, und die Schalter parallel angeordnet sind. -
3a eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer ersten Ausführungsform mit einem LED-Strang von in Serie geschalteten Leuchtdioden, wobei Teilstücke des LED-Stranges über gesteuerte Schalter und über Entkoppelungsdioden mit der gleichgerichteten Netzspannung verbunden werden können, und die Schalter seriell angeordnet sind, und parallel zum LED-Strang ein Speicherkondensator angeordnet ist. -
3b eine Wahrheitstabelle zur Schaltungsanordnung gemäß der ersten Ausführungsform. (1 =Schalter geschlossen, 0=Schalter offen) -
3c eine Spannung UG über der Zeit mit den in der Wahrheitstabelle eingetragenen Zeitpunkten t1..t6. -
4a die Schaltungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform mit einem LED-Strang von in Serie geschalteten Leuchtdioden, wobei Teilstücke des LED-Stranges über gesteuerte Schalter und über Entkoppelungsdioden mit der gleichgerichteten Netzspannung verbunden werden können, und die Schalter auf ein gemeinsames Potential bezogen sind, und parallel zum LED-Strang ein Speicherkondensator angeordnet ist. -
4b eine Wahrheitstabelle zur Schaltungsanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform. -
5a die Schaltungsanordnung in einer dritten Ausführungsform mit einem LED-Strang von in Serie geschalteten Leuchtdioden, wobei Teilstücke des LED-Stranges über gesteuerte Schalter und über Entkoppelungsdioden mit der gleichgerichteten Netzspannung verbunden werden können, und die Schalter seriell angeordnet sind, und parallel zum LED-Strang ein Speicherkondensator angeordnet ist. -
5b eine Wahrheitstabelle zur Schaltungsanordnung gemäß der dritten Ausführungsform. -
6a eine die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer vierten Ausführungsform mit einem LED-Strang von in Serie geschalteten Leuchtdioden, wobei Teilstücke des LED-Stranges über gesteuerte Schalter und über Entkoppelungs-dioden mit der gleichgerichteten Netzspannung verbunden werden können, und die Schalter auf ein gemeinsames Potential bezogen sind, und parallel zum LED-Strang ein Speicherkondensator angeordnet ist. -
6b eine Wahrheitstabelle zur Schaltungsanordnung gemäß der vierten Ausführungsform. -
7a eine die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer fünften Ausführungsform mit einem LED-Strang von in Serie geschalteten Leuchtdioden, wobei Teilstücke des LED-Stranges über gesteuerte Schalter und über Entkoppelungsdioden mit der gleichgerichteten Netzspannung verbunden werden können, und die Schalter seriell angeordnet sind, und parallel zum LED-Strang ein Speicherkondensator angeordnet ist, und parallel zu einem Teil der in Serie geschalteten Leuchtdioden eine gesteuerte Stromquelle angeordnet ist. -
7b eine Wahrheitstabelle zur Schaltungsanordnung gemäß der fünften Ausführungsform. -
8 die Schaltungsanordnung der zweiten Ausführungsform, wobei die gesteuerten Schalter durch eine reale Anordnung aus Bipolartransistoren ersetzt sind, -
9 die Schaltungsanordnung in einer sechsten Ausführungsform, die ähnlich der dritten Ausführungsform ist, wobei der Speicherkondensator jedoch nicht fest parallel zum LED-Strang geschaltet ist, sondern in Serie zum LED-Strang geladen wird und parallel zum LED-Strang entladen wird -
10 die Schaltungsanordnung in einer siebten Ausführungsform, die ähnlich der sechsten Ausführungsform ist, wobei die optionalen Entkoppeldioden weggelassen wurden, -
11 die Schaltungsanordnung in einer achten Ausführungsform, die ähnlich der sechsten Ausführungsform ist, wobei die Entkoppeldioden in Serie zum LED-Strang geschaltet sind, -
12 die Ausgestaltung der Schaltungsanordnung in einer achten Ausführungsform als analoge Schaltung mit einem LED-Strang von in Serie geschalteten Leuchtdioden und einem Speicherkondensator, bei der der Speicherkondensator in Serie zum LED-Strang geladen wird und parallel zum LED-Strang entladen wird, wobei die gesteuerten Schalter durch eine reale Anordnung aus Bipolartransistoren ersetzt sind.
-
1 a known circuit arrangement with an LED string of light-emitting diodes connected in series, parts of the LED string being able to be bridged by controlled switches, and the switches being arranged in series. -
2 a known circuit arrangement with an LED string of light-emitting diodes connected in series, parts of the LED string being able to be bridged by controlled switches, and the switches being arranged in parallel. -
3a a circuit arrangement according to the invention in a first embodiment with an LED string of light-emitting diodes connected in series, with sections of the LED string being able to be connected to the rectified mains voltage via controlled switches and decoupling diodes, and the switches are arranged in series, and parallel to the LED Strand a storage capacitor is arranged. -
3b a truth table for the circuit arrangement according to the first embodiment. (1 = switch closed, 0 = switch open) -
3c a voltage UG over time with the times t 1 ... t 6 entered in the truth table. -
4a the circuit arrangement in a second embodiment with an LED string of light-emitting diodes connected in series, parts of the LED string can be connected to the rectified mains voltage via controlled switches and decoupling diodes, and the switches are related to a common potential, and parallel to the LED string a storage capacitor is arranged. -
4b a truth table for the circuit arrangement according to the second embodiment. -
5a the circuit arrangement in a third embodiment with an LED string of light-emitting diodes connected in series, parts of the LED string being able to be connected to the rectified mains voltage via controlled switches and decoupling diodes, and the switches are arranged in series and parallel to the LED string a storage capacitor is arranged. -
5b a truth table for the circuit arrangement according to the third embodiment. -
6a a circuit arrangement according to the invention in a fourth embodiment with an LED string of light-emitting diodes connected in series, parts of the LED string being able to be connected to the rectified mains voltage via controlled switches and decoupling diodes, and the switches are related to a common potential , and a storage capacitor is arranged parallel to the LED string. -
6b a truth table for the circuit arrangement according to the fourth embodiment. -
7a a circuit arrangement according to the invention in a fifth embodiment with an LED string of series-connected light-emitting diodes, parts of the LED string can be connected to the rectified mains voltage via controlled switches and decoupling diodes, and the switches are arranged in series and parallel to the LED -Strang a storage capacitor is arranged, and a controlled current source is arranged parallel to part of the series-connected light-emitting diodes. -
7b a truth table for the circuit arrangement according to the fifth embodiment. -
8th the circuit arrangement of the second embodiment, the controlled switches being replaced by a real arrangement of bipolar transistors, -
9 the circuit arrangement in a sixth embodiment, which is similar to the third embodiment, but the storage capacitor is not permanently connected in parallel to the LED string, but is charged in series with the LED string and is discharged parallel to the LED string -
10 the circuit arrangement in a seventh embodiment, which is similar to the sixth embodiment, wherein the optional decoupling diodes have been omitted, -
11 the circuit arrangement in an eighth embodiment, which is similar to the sixth embodiment, wherein the decoupling diodes are connected in series with the LED cluster, -
12th the configuration of the circuit arrangement in an eighth embodiment as an analog circuit with an LED string of light-emitting diodes connected in series and a storage capacitor, in which the storage capacitor is charged in series with the LED string and is discharged parallel to the LED string, with the controlled switch are replaced by a real arrangement of bipolar transistors.
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Ein LED-Strang umfasst mehrere Segmente
Eine Netzspannung
Zur Ansteuerung der in Reihe geschalteten LED-Segmente werden kombinatorische Möglichkeiten der den LED-Segmenten entsprechende Vorwärtsspannungen ausgenutzt. Entsprechend der Anzahl der in einem Segment in Reihe geschalteten LEDs ergibt sich eine Vorwärtsspannung als Summe der Flussspannungen aller LEDs. Durch unterschiedliche Anzahlen von in Reihe geschalteten LEDs können sich unterschiedliche Vorwärtsspannungen für unterschiedliche LED-Segmente ergeben.Combinational possibilities of the forward voltages corresponding to the LED segments are used to control the series-connected LED segments. According to the number of LEDs connected in series in a segment, a forward voltage results as the sum of the forward voltages of all LEDs. Different numbers of LEDs connected in series can result in different forward voltages for different LED segments.
Hierbei sei angemerkt, dass unterschiedliche LEDs gleichen oder unterschiedlichen Typs (z.B. unterschiedliche LED-Module und/oder LEDs mit unterschiedlichen Farben) in Reihe geschaltet sein können. Es ist auch möglich, dass einzelne LEDs eine Parallelschaltung mindestens eines Halbleiterleuchtelements umfassen.It should be noted here that different LEDs of the same or different types (e.g. different LED modules and / or LEDs with different colors) can be connected in series. It is also possible for individual LEDs to include a parallel connection of at least one semiconductor luminous element.
Parallel zu mindestens einem LED-Segment N1..Nn, insbesondere parallel zu mehreren LED-Segmenten, können elektronische Schalter vorgesehen sein, die den Versorgungspfad vom Gleichrichter über einzelne oder mehrere LED-Segmente kurzschließen, jedoch aufgrund der Enkoppeldioden den Strompfad für den Speicherkondensator nicht verändern. Durch Ansteuerung der elektronischen Schalter kann erreicht werden, dass die Spannung der für den Versorgungspfad vom Netz-Gleichrichter wirksamen LED-Segmenten ULED(t) der gleichgerichteten Netzspannung UG(t) (d.h. den oben genannten Halbwellen) folgt (bzw. nachgeführt wird):
Hierbei können die LED-Segmente unterschiedlich ausgeführt sein, d.h. sie können zumindest teilweise zueinander unterschiedliche Vorwärtsspannungen aufweisen. Insbesondere können zumindest zwei der LED-Segmente unterschiedliche Anzahlen und/oder Typen von LEDs aufweisen. Mit anderen Worten müssen nicht alle LED-Segmente zwingend mit gleicher Anzahl LEDs gleichen Typs in gleicher Verschaltung bestückt sein.
Ein zweiter Schalter S2 ist zwischen die Anode der Entkopplungsdiode D2 und den Verbindungspunkt zwischen Segment
Ein Speicherkondensator
Die nachfolgende tabellarische Aufstellung zeigt beispielhaft Kombinationsmöglichkeiten bei einer Anordnung mit drei LED-Segmenten
ti den Schaltzustand,
Sm mit m=1 bis 3 den Schalter,
0 einen offenen Schalter,
1 einen geschlossenen Schalter,
UN1(l) bis UN3(l) eine Vorwärtsspannung der netzseitig nicht überbrückten LEDs bei dem Strom I für das LED-Segment 1 bis 3 bezeichnen.
t i the switching state,
S m with m = 1 to 3 the switch,
0 an open switch,
1 a closed switch,
U N1 (l) to U N3 (l) denote a forward voltage of the LEDs not bridged on the mains side at the current I for the
Die Restspannung
UG(t) - ULED(t)
fällt an dem Stromregler
UG (t) - ULED (t)
falls on the
Aufgrund dieser geringen Restspannung kann der Stromregler beispielsweise als ein einfacher und kostengünstig zu realisierender Linearregler ausgeführt sein. Der Stromregler kann auch so ausgelegt sein, dass der Strom (nahezu) ideal der Netzspannung folgt, so dass ein Powerfaktor (Netzleistungsfaktor) der Schaltung nahe 1,0 ist und keine (nennenswerten) Oberwellen auftreten.Because of this low residual voltage, the current regulator can be designed, for example, as a linear regulator that is simple and inexpensive to implement. The current regulator can also be designed so that the current (almost) ideally follows the mains voltage, so that a power factor (mains power factor) of the circuit is close to 1.0 and no (noteworthy) harmonics occur.
Im Extremfall kann der Stromregler sogar entfallen, z.B. wenn die Dynamik der LED Kennlinie bei einer begrenzen Strommodulation ausreicht um die Abstände zwischen den Schaltstufen zu füllen.In extreme cases, the current regulator can even be omitted, e.g. if the dynamics of the LED characteristic curve with a limited current modulation is sufficient to fill the gaps between the switching stages.
Im Folgenden wird die Funktion der Schaltungsanordnung anhand der
Zum Zeitpunkt t1 ist die Netzspannung im Nulldurchgang und die gleichgerichtete Netzspannung dementsprechend null. Es wird im Folgenden angenommen, dass der Speicherkondensator
Zum Zeitpunkt t2 sind die Schalter S1 und S2 geschlossen während der Schalter S3 geöffnet ist. Dadurch fließt der von der gleichgerichteten momentanen Netzspannung getriebene Strom über die geschlossenen Schalter S1 und S2 und die Entkopplungsdiode D3 durch das Segment
Zum Zeitpunkt t4 hat die Netzspannung ihren Scheitelwert erreicht, und alle Schalter S1 bis S3 sind geöffnet. Der Strom aus dem Gleichrichter fließt über die Entkopplungsdiode
Zum Zeitpunkt t6 ist die Netzspannung weiter abgesunken, und die Schalter S1 und S2 sind geschlossen. Der Schalter S3 ist weiterhin geöffnet. Der Netzstrom fließt vom Gleichrichter
Zum nächsten Zeitpunkt t1 ist die Netzspannung wieder im nächsten Nulldurchgang, und aus dem Gleichrichter fließt kein Strom in die Segmente
Zu den folgenden Zeitpunkten t2 und t3 kann weiterhin zusätzlich zum oben beschriebenen Strom aus dem Gleichrichter ein Strom aus dem Speicherkondensator
Die Entkopplungsdioden
Die
In der zweiten Ausführungsform sind die Schalter S1 bis S3 alle auf ein gemeinsames Potential bezogen. Die zweiten Anschlüsse jedes Schalters sind mit dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Entkopplungsdiode
Zum Zeitpunkt t1 sind alle Schalter S1 bis S3 geschlossen. Der Schalter S1 schließt dabei den gesamten LED-Strang kurz, die Schalter S2 und S3 sind zu diesem Zeitpunkt eigentlich nicht notwendig und könnten ebenso offen sein.At time t 1 , all switches S 1 to S 3 are closed. The switch S 1 short-circuits the entire LED string, the switches S 2 and S 3 are actually not necessary at this point in time and could also be open.
Zum Zeitpunkt t2 sind die Schalter S2 und S3 geschlossen, der Schalter S1 geöffnet. Es fließt ein Strom vom Gleichrichter
Zum Zeitpunkt t3 sind die beiden Schalter S1 und S2 offen, der Schalter S3 ist geschlossen. Der Strom fließt vom Gleichrichter
Zum Zeitpunkt t4 ist die sinusförmige Halbwelle der Netzspannung in ihrem Scheitelpunkt, und es sind alle Schalter S1 bis S3 offen. Der Strom fließt vom Gleichrichter
Zum Zeitpunkt t5 ist der Schalter S3 wieder geschlossen, ein Strom fließt vom Gleichrichter
Zum Zeitpunkt t6 sind die Schalter S2 und S3 geschlossen, der Schalter S1 ist offen. Der Schalter S3 ist unwirksam und könnte ebenso offen sein. Es fließt ein Strom vom Gleichrichter
Zum nächsten Zeitpunkt t1 sind alle Schalter geschlossen. Da der Schalter S1 die beiden Schalter S2 und S3 überbrückt, ist deren Zustand irrelevant. Sie könnten ebenso auch geöffnet sein. Zum Zeitpunkt t1 ist die Netzspannung in ihrem Nulldurchgang, die Spannung
Die Schaltungsanordnung der
In der Schaltungsanordnung der
Auch hier sind zum Zeitpunkt t1 des Nulldurchgangs der Netzeingangsspannung
Zum Zeitpunkt t4, zu dem der Scheitelwert der Netzeingangsspannung
Die Schaltungsanordnung der
In der Schaltungsanordnung der
Auch hier sind zum Zeitpunkt t1 des Nulldurchgangs der Netzeingangsspannung
Zum Zeitpunkt t4, zu dem der Scheitelwert der Netzeingangsspannung
Die
Die fünfte Ausführungsform entspricht der ersten Ausführungsform, mit lediglich zwei Schaltern
Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass ein Teil der LEDs des LED-Segmentes
Die Schaltung kann nun so dimensioniert werden, dass sehr lange ein Strom durch den LED-Strang fließt, auch wenn der Speicherkondensator C1 in seiner Spannung tiefer als die eigentliche Flussspannung des LED-Stranges entladen wird. Tritt dies auf, wird der Transistor T1 niederohmiger, und die Spannung UCE über dem Transistor sinkt. Dadurch sinkt die Flussspannung des gesamten LED-Stranges ebenfalls, und der LED-Strang kann weiterhin betrieben werden.The circuit can now be dimensioned so that a current flows through the LED string for a very long time, even if the voltage of the storage capacitor C1 is discharged lower than the actual forward voltage of the LED string. If this occurs, the transistor T1 has a lower resistance and the voltage U CE across the transistor drops. As a result, the forward voltage of the entire LED string also drops, and the LED string can continue to be operated.
R3<R2<R1;
R 3 <R 2 <R 1 ;
Die Shunts R1, R2, R3 sind also so gewählt, dass die Transistoren T1, T2, T3 jeweils bei einem bestimmten Strom durch den LED-Strang Ein-beziehungsweise Ausschalten. Die Transistoren sind also als stromgesteuerte Schalter angeordnet. Die Schaltung ist so angeordnet, dass die Transistoren bei kleinen Strömen eingeschaltet sind, und ab einer gewissen Stromschwelle ausschalten. Durch den kleinen Widerstandswert des Shunts R3 wird der Transistor T3 erst bei relativ hohen Strömen ausgeschaltet. Sinkt die Spannung nach Durchlaufen ihres Scheitelwertes ab, wird der Transistor T3 zum Zeitpunkt t5 somit als erster wieder eingeschaltet. Die Schaltung basiert auf der Erkenntnis, dass bei einer hohen treibenden Spannung UG auch der resultierende Strom durch den LED-Strang höher ist. Durch das Einschalten des Transistors T3 wird der LED-Strang verkürzt, und die Flussspannung des weiterhin aktiven LED-Stranges sinkt dadurch. Bei weiter sinkender Eingangsspannung
Die Versorgung der stromgeregelten Schalter S11 bis S13 kann durch einen Abgriff in dem untersten LED-Strang erfolgen.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- SchaltungsanordnungCircuit arrangement
- 33
- Stromregelungsschaltung, StromregelschaltungCurrent control circuit, current control circuit
- 55
- LeuchtdiodenLight emitting diodes
- 1010
- GleichrichterRectifier
- 11, 1211, 12
- NetzeingangPower input
- 1313th
- positiver Gleichrichterausgangpositive rectifier output
- 1414th
- negativer Gleichrichterausgangnegative rectifier output
- N1..N3N1..N3
- LED-SträngeLED strands
- UinUin
- NetzspannungMains voltage
- UGBasement
- gleichgerichtete Netzspannungrectified mains voltage
- C1C1
- SpeicherkondensatorStorage capacitor
- D1D1
- EntkoppeldiodeDecoupling diode
- D8D8
- EntkoppeldiodeDecoupling diode
- VN1VN1
- VielpolnetzwerkMultipole network
- S1, S2, S3S1, S2, S3
- Schaltercounter
- ZZ
- Anordnungarrangement
- UinUin
- NetzspannungMains voltage
- UGBasement
- gleichgerichtete Netzspannungrectified mains voltage
- P12, P23P12, P23
- KnotenpunkteNodes
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019215594.4A DE102019215594A1 (en) | 2019-10-11 | 2019-10-11 | Circuit arrangement and method for controlling semiconductor light sources |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019215594.4A DE102019215594A1 (en) | 2019-10-11 | 2019-10-11 | Circuit arrangement and method for controlling semiconductor light sources |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019215594A1 true DE102019215594A1 (en) | 2021-04-15 |
Family
ID=75155192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019215594.4A Pending DE102019215594A1 (en) | 2019-10-11 | 2019-10-11 | Circuit arrangement and method for controlling semiconductor light sources |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102019215594A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100181923A1 (en) * | 2007-07-23 | 2010-07-22 | Nxp B.V. | Self-powered led bypass-switch configuration |
DE102011003931A1 (en) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | Osram Ag | Control of several series-connected bulbs |
US10070490B2 (en) * | 2015-03-23 | 2018-09-04 | Philips Lighting Holding B.V. | Light unit and method for controlling a light unit |
-
2019
- 2019-10-11 DE DE102019215594.4A patent/DE102019215594A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100181923A1 (en) * | 2007-07-23 | 2010-07-22 | Nxp B.V. | Self-powered led bypass-switch configuration |
DE102011003931A1 (en) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | Osram Ag | Control of several series-connected bulbs |
US10070490B2 (en) * | 2015-03-23 | 2018-09-04 | Philips Lighting Holding B.V. | Light unit and method for controlling a light unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102012207456B4 (en) | Control of semiconductor light elements | |
DE102007040152B4 (en) | Device and method for driving an LED | |
EP2668822A2 (en) | Actuating a plurality of series-connected luminous elements | |
DE112009004979T5 (en) | Light-emitting device and driver circuit thereof | |
WO2014005981A1 (en) | Arrangement and method for controlling light-emitting diodes in accordance with an input voltage level, by means of branch switches | |
DE102007041131A1 (en) | Arrangement, use and method for driving light-emitting components | |
DE212015000247U1 (en) | LED drive circuit with improved flicker performance and LED lighting device containing this | |
DE102013207245B4 (en) | Control of semiconductor light elements and lamp, luminaire or lighting system with such control | |
WO2015062790A1 (en) | Circuit assembly for operating at least a first and a second cascade of leds | |
EP3257328B1 (en) | Circuit arrangement for operating semiconductor light sources | |
DE102012207457A1 (en) | Circuit for controlling e.g. LEDs of lamp or lamp system, has driver controlling LED-segments, including electronic switches, and coupled with rectified power supply voltage by separate voltage source | |
DE102010002081A1 (en) | LED voltage measurement | |
DE102012006316B4 (en) | LED dimming device with super dimming operation and method for operating the LED lighting device | |
EP3195697B1 (en) | Circuit assembly for operating at least a first and a second cascade of leds | |
DE102017102352A1 (en) | LIGHTING DEVICE AND LIGHT | |
DE102019215594A1 (en) | Circuit arrangement and method for controlling semiconductor light sources | |
DE102016225978A1 (en) | Circuit arrangement for operating a load | |
DE112015002852T5 (en) | lighting device | |
EP3473060B1 (en) | Arrangement and method for operating leds | |
DE102019215592A1 (en) | Circuit arrangement and method for controlling semiconductor light sources | |
DE112015007243B4 (en) | solid state lighting assembly | |
EP2443728A1 (en) | Power supply connected in parallel to a power switch for the control circuit thereof | |
EP2826126B1 (en) | Electronic power assembly having balancing of a voltage node in the intermediate circuit | |
DE212015000282U1 (en) | LED circuit with improved flicker performance and lighting device comprising same | |
EP2187707B1 (en) | Switching device for controlling organic LEDs |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H05B0037020000 Ipc: H05B0045480000 |
|
R163 | Identified publications notified | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: INVENTRONICS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: OSRAM GMBH, 80807 MUENCHEN, DE Owner name: OPTOTRONIC GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: OSRAM GMBH, 80807 MUENCHEN, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: INVENTRONICS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: OPTOTRONIC GMBH, 85748 GARCHING, DE |