DE102020111798B4

DE102020111798B4 - Treiberschaltung für Beleuchtungsmittel, Lampe und Verfahren zum Betreiben einer Lampe

Info

Publication number: DE102020111798B4
Application number: DE102020111798.1A
Authority: DE
Inventors: Ming Li; Nilesh S. Patel; YuHao LIU
Original assignee: Ledvance LLC
Current assignee: Ledvance LLC
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2023-08-24
Anticipated expiration: 2040-05-01
Also published as: US11234311B2; US20200351994A1; US10841999B1; DE102020111798A1; US11963276B2; CN111867192A; US20230132813A1; CN111867192B; US20210037629A1

Abstract

Eine Treiberschaltung umfassend:eine Eingangsseite (5) mit einer Stromeingangsschaltung (25) und eine Ausgangsseite (10) mit einer LED-Ausgangsstromschaltung (90), wobei die Ausgangsseite (10) der Treiberschaltung einen Ausgangsglättungskondensator (81) zur Steuerung des Flickerprozentsatzes aufweist;eine LED-Stromversorgungsschaltung (15), die zwischen der Eingangsseite (5) und der Ausgangsseite (10) der Treiberschaltung angeordnet ist, wobei die LED-Stromversorgungsschaltung (15) zum Steuern des Stroms von der Stromeingangsschaltung (25) zu der LED-Ausgangsstromschaltung (90) dient, wobei die LED-Stromversorgungsschaltung (15) mindestens einen linearen Stromregler (16a, 16b) enthält; undeine Steuerschaltung (10) mit einem Steuergerät zur Signalgebung an die LED-Stromversorgungsschaltung (15), den Strom zur LED-Ausgangsstromschaltung (90) zu steuern, so dass eine Lichtcharakteristik bereitgestellt wird, wobei die Treiberschaltung ferner ein Kommunikationsmodul (450) umfasst, das mit der Steuerschaltung (10) kommuniziert, und wobei das Kommunikationsmodul (450) ein Pulsweitenmodulationssignal in die Eingangsseite (5) der Treiberschaltung einspeist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Strukturen, die lineare Stromversorgungen in lichtemittierende Geräte integrieren und gleichzeitig einen geeigneten Leistungsfaktor und Flickerprozentsatz für die Lampe bereitstellen. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf Verfahren und Strukturen, die lineare Stromversorgungen in lichtemittierende Vorrichtungen integrieren, die eine akzeptable thermische Leistung aufweisen und eine EMI-Filterung bei gleichzeitigem Empfang von Pulsweitenmodulations-(PWM)-Steuersignalen ermöglichen.
STAND DER TECHNIK
Verbesserungen in der Beleuchtungstechnik beruhen oft auf finiten Lichtquellen (z.B. Leuchtdioden-basierte (LED)-Vorrichtungen), um Licht zu erzeugen. In vielen Anwendungen bieten LED-Vorrichtungen eine bessere Leistung als herkömmliche Lichtquellen (z.B. Glüh- und Halogenlampen). Außerdem sind Lampen in den letzten Jahren intelligenter geworden. Die Menschen können nun herkömmliche Glühbirnen durch intelligente Lampen ersetzen, die sich drahtlos mit Smartphones oder Tablets steuern lassen. Die Herstellung von intelligenten Lampen mit guter Qualität, die alle Normen erfüllt, und zu einem niedrigen Preis, stellt jedoch eine Herausforderung dar. Dies kann durch Beleuchtungsstandards verkompliziert werden, die für ein bestimmtes Gebiet oder eine bestimmte Jurisdiktion erforderlich sein können. Zum Beispiel müssen intelligente Beleuchtungsprodukte, die in Kalifornien verkauft werden, die CEC Title 21 Tier 2-Normen erfüllen. Die Druckschrift DE 10 2011 088 426 A1 beschreibt ein elektronisches Vorschaltgerät mit zwei Einheiten zum Betreiben von zwei LED-Kaskaden und mit einer linearen Strombegrenzungsschaltung. Die Druckschrift US 2015 / 0 351 188 A1 beschreibt eine Treiberschaltung mit einem selektiv aktivierbaren Schaltelement und mit einer Steuerung zum Aktivieren des Schaltelements. Die Druckschrift DE 10 2017 108 687 A1 beschreibt eine in unterschiedlichen Emissionsmodi betreibbare Festkörper-Lampe und zugehöriges Steuerungs-/Regelungsverfahren, wobei das Umschalten zwischen den Emissionsmodi mittels eines Beleuchtungsschalters erfolgen kann. Die Druckschrift US 2017 / 0 223 795 A1 beschreibt ein digital dimmbares Treibersystem mit einer Treiberschaltung, mit einem Phasenschnittdimmer und mit einem Phasenprozessor, wobei der Phasenprozessor konfiguriert ist, die Treiberschaltung basierend auf einer Phasenwinkel-Einschaltzeit des Phasenschnittdimmers anzusteuern.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Ausführungsform ermöglichen die Verfahren und Strukturen der vorliegenden Offenbarung eine intelligente Lampe mit geringer Standby-Leistung, geringer EMI-Emission, geringen Kosten, niedrigem Flickerprozentsatz und einem hohen Leistungsfaktor in einem linearen Stromversorgungsdesign.
Ein Aspekt ist die Bereitstellung einer Treiberschaltung für Beleuchtungsanwendungen, die eine lineare Stromversorgungsschaltung umfasst, bei der die Schaltungen, wenn sie in eine intelligente Lampe integriert sind, eine niedrige Standby-Leistung, eine niedrige EMI-Emission, niedrige Kosten, einen niedrigen Flickerprozentsatz und einen hohen Leistungsfaktor liefern können.
In einer Ausführungsform umfasst die Treiberschaltung eine Eingangsseite mit einer Stromeingangsschaltung und eine Ausgangsseite mit einer Leuchtdioden-(LED)-Ausgangsstromschaltung (hierin auch als „LED-Ausgangsstromschaltung“ bezeichnet). Die Ausgangsseite der Treiberschaltung enthält einen Ausgangsglättungskondensator zur Steuerung des Flickerprozentsatzes. Eine Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung (hierin auch als „LED-Stromversorgungsschaltung“ bezeichnet) ist zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Treiberschaltung angeordnet. Die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung dient zur Steuerung des Stroms von der Wechselstrom-Stromeingangsschaltung (hierin auch als „Stromeingangsschaltung“ bezeichnet) zur Leuchtdioden-(LED)-Ausgangsstromschaltung, wobei die LED-Stromversorgungsschaltung mindestens einen linearen Stromregler enthält. Die Treiberschaltung umfasst eine Steuerschaltung umfassend ein Steuergerät zur Signalisierung der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgung, um den Strom zur Leuchtdioden (LED)-Ausgangsstromschaltung zu steuern, um eine Beleuchtungscharakteristik bereitzustellen. In einer Ausführungsform enthält der mindestens eine lineare Stromregler mindestens zwei lineare Stromregler, die parallel geschaltet sind, wobei durch die Parallelschaltung die thermische Belastung zwischen den mindestens zwei linearen Stromreglern aufgeteilt wird.
In einigen Ausführungsformen kann die Treiberschaltung gleichzeitig sowohl einen Flickerprozentsatz von weniger als 30% als auch einen Leistungsfaktor von mehr als 0,7 aufweisen. In einigen Ausführungsformen enthält die Treiberschaltung keinen Eingangsglättungskondensator zur Steuerung des Flickerns auf der Eingangsseite der Treiberschaltung. Bei der Treiberschaltung wird der Flickerprozentsatz nur durch die Ausgangskapazität über den Ausgangsglättungskondensator gesteuert.
In einigen Ausführungsformen enthält die Treiberschaltung außerdem ein Kommunikationsmodul in Kommunikation mit der Steuerschaltung. Das Kommunikationsmodul kann der Eingangsseite der Treiberschaltung ein Pulsweitenmodulations-(PWM)-Signal zuführen. Dieses Signal kann verwendet werden, um die Dimmeinstellungen der Light-Engine der durch die Treiberschaltung gespeisten Lampe zu steuern. In einigen Ausführungsformen enthält die Treiberschaltung außerdem einen elektromagnetischen Interferenz-(EMI)-Filter auf der Eingangsseite der Treiberschaltung. Der elektromagnetische Interferenz-(EMI)-Filter kann zwischen dem Brückengleichrichter der Stromeingangsschaltung und der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung angeordnet sein.
Ein weiterer Aspekt ist die Bereitstellung einer Lampe, die eine lineare Stromversorgungsschaltung enthalten kann, bei der die Schaltungen, wenn sie in eine intelligente Lampe integriert sind, eine niedrige Standby-Leistung, eine geringe EMI-Emission, niedrige Kosten, einen niedrigen Flickerprozentsatz und einen hohen Leistungsfaktor bieten können. In einigen Ausführungsformen enthält die Lampe Leuchtdioden (LEDs) zur Bereitstellung von Licht; und ein Treiberpaket mit einer Eingangsseite mit einer Stromeingangsschaltung und einer Ausgangsseite mit einer Leuchtdioden-(LED)-Ausgangsstromschaltung zur Light-Engine, wobei die Ausgangsseite der Treiberschaltung einen Ausgangsglättungskondensator zur Steuerung des Flickerprozentsatzes enthält. Die Treiberschaltung kann auch eine Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung enthalten, die zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Treiberschaltung vorhanden ist, wobei die LED-Stromversorgungsschaltung mindestens einen linearen Stromregler aufweist. Die Treiberschaltung kann auch eine Steuerschaltung umfassen, die ein Steuergerät zur Signalisierung der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgung umfasst, um den Strom zur Leuchtdioden-(LED)-Ausgangsstromschaltung zur Versorgung der Light-Engine zu steuern. In einer Ausführungsform umfasst der mindestens eine lineare Stromregler mindestens zwei lineare Stromregler, die parallel geschaltet sind, wobei durch die Parallelschaltung die thermische Belastung zwischen den mindestens zwei linearen Stromreglern aufgeteilt wird.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Leuchtdioden (LEDs) einer Lampe zwischen 5 Leuchtdioden (LEDs) und 25 Leuchtdioden (LEDs), die in Reihe geschaltet sind. In einigen Ausführungsformen kann die Lampe gleichzeitig sowohl einen Flickerprozentsatz von weniger als 30% als auch einen Leistungsfaktor von mehr als 0,7 aufweisen. Die Lampe kann außerdem ein Kommunikationsmodul enthalten, das mit der Steuerschaltung kommuniziert. Das Kommunikationsmodul kann ein Pulsweitenmodulations-(PWM)-Signal an die Eingangsseite der Treiberschaltung einspeisen. Die Lampe kann ferner einen elektromagnetischen Interferenz-(EMI)-Filter auf der Eingangsseite der Treiberschaltung enthalten. Der EMI-Filter kann das Rauschen des Pulsweitenmodulations-(PWM)-Signals, das der Treiberschaltung zugeführt wird, filtern.
Ein weiterer Aspekt ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Stromversorgung einer Beleuchtungsvorrichtung, bei dem das Verfahren eine Lampe mit geringer Standby-Leistung, geringer EMI-Emission, niedrigen Kosten, niedrigem Flickerprozentsatz und hohem Leistungsfaktor liefern kann. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Positionierung einer Treiberschaltung zwischen einer Stromquelle und einer Light-Engine, wobei die Treiberschaltung eine Eingangsseite mit einer Stromeingangsschaltung zur Kommunikation mit der Stromquelle und eine Ausgangsseite in Kommunikation mit der Light-Engine umfasst. Das Verfahren umfasst ferner die Steuerung des Flickerverhaltens durch Positionieren eines Ausgangsglättungskondensators auf der Ausgangsseite der Treiberschaltung, wobei die Eingangsseite der Schaltung keinen Eingangsglättungskondensator aufweist. Das Verfahren umfasst ferner die Steuerung des Stroms von der Stromquelle zur Light-Engine mittels einer Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung, die zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Treiberschaltung angeordnet ist. Die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung beinhaltet einen linearen Stromregler. In einigen Ausführungsformen umfasst der mindestens eine lineare Stromregler mindestens zwei lineare Stromregler, die in Parallelschaltung geschaltet sind, wobei durch die Parallelschaltung die thermische Belastung zwischen den mindestens zwei linearen Stromreglern aufgeteilt wird. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren eine Lampe mit einem Flickerprozentsatz von weniger als 30% und einem Leistungsfaktor von mehr als 0,7 bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung des Stroms durch die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung ein Pulsweitenmodulations-(PWM)-Steuersignal umfassen, das in die Eingangsseite der Schaltung eingespeist wird. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren außerdem das Filtern von Rauschen aus dem Pulsweitenmodulations-(PWM)-Steuersignal umfassen, wobei ein EMI-Filter zwischen der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung und der Stromquelle angeordnet ist.
Figurenliste
Die folgende Beschreibung enthält Einzelheiten zu Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Abbildungen:

1 ist ein Graph, der die Spitzen und Täler einer Lichtausgabewellenform (Modulation) und die Form der Wellenform, wie sie zur Beschreibung einer Flickerprozentsatzmessung verwendet wird, als Beispiel illustriert.
2 ist ein Schaltplan einer linearen Stromversorgung zur Integration in intelligente Lampen, wie z.B. intelligente Leuchtdioden-(LED)-Lampen, bei der die Eingangskapazität der linearen Stromversorgung entfallen ist und nur die Ausgangskapazität zur Steuerung des Flickerprozentsatzes in einem Design verwendet wird, das die CEC-Anforderungen, wie z.B. die Anforderungen von CEC Titel 21 Tier 2, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erfüllt.
3 ist ein Schaltplan einer vergleichbaren linearen Stromversorgung.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine lineare Stromversorgungsschaltung, wie in 2 dargestellt, veranschaulicht, die in eine intelligente Lampe integriert ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
5 ist eine Explosionsdarstellung einer Lampe mit einer linearen Stromversorgung, wie sie in der in 2 dargestellten Schaltung und dem in 4 dargestellten Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist.

DETAILED DESCRIPTION
Die Bezugnahme in der Spezifikation auf „eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ der vorliegenden Erfindung sowie auf andere Varianten davon bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur, ein bestimmtes Charakteristikum usw., das im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher beziehen sich die an verschiedenen Stellen in der Beschreibung an verschiedenen Stellen auftretenden Formulierungen „in einer Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ sowie alle anderen Variationen nicht notwendigerweise alle auf dieselbe Ausführungsform.
In einigen Ausführungsformen bieten die hier beschriebenen Verfahren und Strukturen eine lineare Stromversorgung für die Versorgung intelligenter Lampen, wie z.B. einer intelligenten Lampe, die eine Light-Engine aus Leuchtdioden (LEDs) enthält. Die intelligenten Lampen, die die hier beschriebene lineare Stromversorgungsschaltung enthalten und in einer Ausführungsform in 2 dargestellt sind, können eine niedrige Standby-Leistung, eine niedrige EMI-Emission, niedrige Kosten, einen niedrigen Flickerprozentsatz und einen hohen Leistungsfaktor haben. Wie hier verwendet, bezeichnet der Begriff „intelligente Lampe“ oder „intelligente LED-Lampe“ eine Beleuchtungsvorrichtung, wie z.B. eine Birne oder Lampe, mit einem Mikrocontroller als einer der Komponenten der Vorrichtung, in der der Mikrocontroller mindestens einen Satz von Befehlen zur Steuerung mindestens einer Eigenschaft des von der Vorrichtung emittierten Lichts ausführt. Ein Mikrocontroller kann ein integrierter Schaltkreis (IC) sein, der dazu bestimmt ist, einen bestimmten Vorgang in einem eingebetteten System zu steuern. In einigen Ausführungsformen umfasst der Mikrocontroller einen Prozessor, einen Speicher und Ein-/Ausgabe-Peripheriegeräte (I/O) auf einem einzigen Chip. Der Mikrocontroller kann manchmal auch als eingebettetes Steuergerät oder Mikrocontroller-Einheit (MCU) bezeichnet werden. In intelligenten Lampen kann ein Mikrocontroller verwendet werden, um Funktionen der Lampe zu steuern, wie z.B. Beleuchtungseigenschaften, z.B. Lichtfarbe, Lichtintensität, Lichttemperatur, Lichtdimmung, Lichtflickern und Kombinationen davon. Der Mikrocontroller kann auch dazu verwendet werden, die Lampen als Reaktion auf Zeit und Kalenderdatum ein- und auszuschalten. Der Mikrocontroller kann auch verwendet werden, um die Beleuchtungseigenschaften als Reaktion auf Befehle zu ändern, die drahtlos empfangen werden, z.B. von einer Benutzerschnittstelle eines Desktop-Computers und/oder eines drahtlosen Geräts, wie z.B. eines Tabletts, Smartphones oder ähnlichen Geräten. Der Mikrocontroller kann auch die Beleuchtungseigenschaften als Reaktion auf ein von einem Sensor, wie z.B. einem Lichtsensor, Bewegungssensor oder einem ähnlichen Sensor, empfangenes Signal ändern.
Die Verfahren und Strukturen der vorliegenden Offenbarung stellen eine intelligente Lampe mit geeigneter Lichtqualität und niedrigen Herstellungskosten zur Verfügung, die gleichzeitig Beleuchtungsnormen, wie z.B. CEC Title 21 Tier 2 Standards, erfüllt. Um z.B. die CEC-Titel 21 Tier 2-Normen für intelligente Glühlampen mit weniger als 10W zu erfüllen, sollte die Glühlampe die folgenden Bedingungen erfüllen:

1. Flickerprozentsatz: weniger als 30% für Lichtkomponente unter 200 Hz, entweder bei 100% oder 20% Lichtleistung;
2. Standby-Leistung: weniger als 0,2 W;
3. Leistungsfaktor: größer als 0,7;
4. EMI: erfüllt FCC-Norm
5. Lichteffizienz: Lumen pro Watt + 2,3 * CRI größer als 297.

Darüber hinaus können, aus Sicht des elektrischen Designs, die Verfahren und Strukturen der vorliegenden Offenbarung eine Lampe mit geringerem Leistungsbedarf, guter thermischer Leistung und Pulsweitenmodulation (PWM) für die RF-Steuerung (drahtlose Steuerung) bieten und gleichzeitig ein kostengünstiges Design ermöglichen. Die Verfahren und Strukturen der vorliegenden Offenbarung lösen auch die Schwierigkeiten, die bei kommerziell erhältlichen linearen Stromversorgungen und Schaltnetzteilen auftreten.
Eine geschaltete Stromversorgung (Switching-Mode-Stromversorgung, Switch-Mode-Stromversorgung, Schaltnetzteil, geschaltete Netzteile, SMPS oder Switcher) ist eine elektronische Stromversorgung, die einen Schaltregler zur Umwandlung elektrischer Leistung enthält. Eine geschaltete Stromversorgung überträgt Leistung von einer Wechselstromquelle (oft Netzstrom) zu Gleichstromverbrauchern und wandelt dabei Spannungs- und Stromcharakteristiken um. Im Gegensatz zu einer linearen Stromversorgung wechselt der Durchlasstransistor einer schaltenden Stromversorgung kontinuierlich zwischen den Zuständen mit geringer Verlustleistung, Voll-Ein und Voll-Aus und verbringt nur wenig Zeit in den Übergängen mit hoher Verlustleistung, wodurch die Energieverluste minimiert werden. Im Idealfall verbraucht eine geschaltete Stromversorgung keine Leistung. Die Spannungsregelung wird durch Variation des Verhältnisses von Ein- und Ausschaltzeit erreicht. Im Gegensatz dazu reguliert eine lineare Stromversorgung die Ausgangsspannung durch kontinuierliche Verlustleistung in einem Durchgangstransistor.
Ein linearer Spannungsregler, d.h. eine lineare Stromversorgung, wandelt eine variierende Spannung in eine konstante, oft spezifische, niedrigere Gleichspannung um. Darüber hinaus bieten sie oft eine Strombegrenzungsfunktion, um die Stromversorgung und die Last vor einer zu hohen Stromstärke (übermäßiger, potenziell zerstörerischer Strom) zu schützen. Eine konstante Ausgangsspannung ist in vielen Anwendungen der Stromversorgung erwünscht, aber die von vielen Energiequellen gelieferte Spannung variiert mit Änderungen der Lastimpedanz. Wenn eine ungeregelte Gleichstromversorgung die Energiequelle ist, variiert ihre Ausgangsspannung ebenfalls mit der sich ändernden Eingangsspannung. Um dies zu umgehen, verwenden einige Stromversorgungen einen linearen Spannungsregler, d.h. eine lineare Stromversorgung, um die Ausgangsspannung unabhängig von Schwankungen der Eingangsspannung und der Lastimpedanz auf einem konstanten Wert zu halten. Linearregler können auch die Größe der Welligkeit und des Rauschens der Ausgangsspannung verringern.
Schaltende Stromversorgungen verwenden zum Betrieb magnetische Komponenten, Kondensatoren und eine Schaltvorrichtung, wie z.B. einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen bipolaren Sperrschichttransistor (BJT) oder eine Diode, und diese Komponenten können kostspielig sein. Im Gegensatz dazu benötigen lineare Stromversorgungen keine Schaltvorrichtungen oder magnetischen Komponenten, und es wurde festgestellt, dass lineare Stromversorgungen in kostengünstigen Designs implementiert werden können. Es wurde auch festgestellt, dass lineare Stromversorgungen mit Pulsweitenmodulationssteuerung (PMW) integriert werden können, da die lineare Stromversorgung das Pulsweitenmodulationssignal (PMW) direkt an den Steueranschluss der Stromversorgungseinrichtung einspeisen kann. Das Schaltnetzteil-Steuergerät muss den Pulsweitenmodulations-Eingang (PMW) in andere interne Signale übersetzen und benötigt dazu zusätzliche Schaltungen, was die Kosten für Designs, die Schaltnetzteil-Steuergeräte integrieren, erhöht.
Vor den Verfahren und Strukturen der vorliegenden Offenbarung wurden lineare Stromversorgungen jedoch nicht in Beleuchtungsprodukten wie intelligenten Lampen eingesetzt, die die oben genannten Anforderungen des CEC-Titels 21 Tier 2 erfüllen können. Es wurde festgestellt, dass der Grund dafür, dass lineare Stromversorgungen nicht in Beleuchtungsprodukten wie intelligenten Lampen in Produkten zur Erfüllung der Anforderungen von CEC Titel 21 Tier 2 eingesetzt werden, darin liegt, dass es viele andere Herausforderungen gibt, die auftreten, wenn lineare Stromversorgungen in intelligenten LED-Lampen eingesetzt werden.
Es wurde zum Beispiel festgestellt, dass lineare Stromversorgungen in intelligenten Lampenanwendungen, wie z.B. intelligente LED-Lampen, nicht in der Lage waren, einen Leistungsfaktor von mehr als 0,7 zu erreichen und gleichzeitig einen Flickerprozentsatz von weniger als 30% zu liefern. Der „Leistungsfaktor“ wird durch den Winkel zwischen der tatsächlichen Leistung und der Scheinleistung bestimmt, der aus dem Winkel zwischen Eingangsstrom und Eingangsspannung abgeleitet werden kann. Je höher der Winkel zwischen Eingangsstrom und Eingangsspannung ist, desto geringer ist der Leistungsfaktor. Das Hinzufügen eines Eingangskondensators zur Stromversorgungsschaltung zur Erhöhung der Kapazität vergrößert den Winkel zwischen dem Eingangsstrom und der Eingangsspannung, wodurch der Leistungsfaktor verringert wird.
Trotz der Nachteile der Hinzufügung eines Kondensators zu einer Stromversorgungsschaltung, z.B. die Verringerung des Leistungsfaktors in einer linearen Stromversorgung, die sich aus der Hinzufügung eines Kondensators ergibt, kann die Verwendung von Kondensatoren in Stromversorgungsschaltungen jedoch erforderlich sein, um das Flickerverhalten der Stromversorgung zu steuern. Wechselstrom-Beleuchtung einschließlich Glühlampen-, CFL- und LED-Typen weisen im Allgemeinen unterschiedliche Flickerwerte auf; gewöhnlich bei der doppelten Netzfrequenz (100Hz Flicker bei einer Netzfrequenz von 50Hz oder 120Hz bei einer Netzfrequenz von 60Hz). Während Flickern oberhalb von 75 Hz für die meisten Personen nicht wahrnehmbar ist, ist die Wahrnehmbarkeit von Flicker nicht nur eine Funktion der Frequenz, sondern auch der relativen Intensität der Spitzen und Täler der Lichtausgangswellenform (Modulation) und der Form der Wellenform, die die Dauer der sich über die Zeit verändernden Lichtpegel innerhalb jedes Zyklus (Tastverhältnis) beschreibt. 1 stellt Flicker für ein 120 Hz-Frequenzsignal dar. Unter Bezugnahme auf 1 ist der Flickerprozentsatz ein Maß für die Modulationstiefe des Flickers und wird mit der folgenden Formel berechnet: Flickerprozentsatz = 100% x (max - min)/(max + min)
Je geringer der Flickerprozentsatz, desto weniger stark ist das Flickern.
In einem Beispiel benötigt ein Treiber, d. h. die Stromversorgung, einer intelligenten Lampe mit linearer Stromversorgung im Allgemeinen einen großen Eingangskondensator, z. B. in der Größenordnung von 0,1 µF bis 1 mF, um einen Flickerprozentsatz von weniger als 30 % zu erreichen. Die Wechselstrom-Wellenform ist sinusförmig. Nach der Brücke wird die negative Halbwelle umgekehrt. Jedoch beträgt die Modulationstiefe oder der Flickerprozentsatz 100. Wenn der Schaltung ein Elektrolytkondensator (E-Cap) hinzugefügt wird, wird nahe dem Scheitelpunkt der Wellenform für die Eingangsspannung der E-Cap aufgeladen, und während er sich nahe dem Tal der Wellenform befindet, gibt die E-Cap Energie ab, um die Leuchtdioden (LEDs) zu betreiben. In diesem Beispiel dient die E-Cap als Talfüller für den Ausgang, wodurch der Ausgang glatter wird. In einigen Fällen wird die Ausgangsspannung umso glatter, je größer die E-Cap ist.
Eine Herausforderung bei der Integration einer linearen Stromversorgung in eine intelligente Lampe, z. B. eine intelligente Leuchtdioden-(LED)-Lampe, besteht darin, gleichzeitig einen Leistungsfaktor von mehr als 0,7 und einen Flickerprozentsatz von weniger als 30 % zu erreichen, während die lineare Stromversorgung verwendet wird. Der Treiber sollte eine geringere Eingangskapazität haben, um einen höheren Leistungsfaktor zu erhalten. Der Leistungsfaktor wird durch den Winkel zwischen tatsächlicher Leistung und Scheinleistung bestimmt, der aus dem Winkel zwischen Eingangsstrom und Eingangsspannung abgeleitet werden kann. Je größer der Winkel zwischen Eingangsstrom und Eingangsspannung ist, desto geringer ist der Leistungsfaktor. Das Hinzufügen einer größeren Eingangskapazität vergrößert natürlich den Winkel zwischen Eingangsstrom und Eingangsspannung und verringert somit den Leistungsfaktor.
Der Treiber benötigt jedoch eine sehr große Eingangskapazität, um einen Flickerprozentsatz von weniger als 30% zu erreichen, und dies wird durch die RC-Zeitkonstante bestimmt. Die LED-Last kann als relativ konstanter Widerstand betrachtet werden, wenn sie mit stabiler Spannung über ihr und stabilem Strom durch sie arbeitet. Auf diese Weise kann bei einigen Ausführungsformen die RC-Zeitkonstante bestimmen, wie lange es dauert, bis der Strom durch die LED abklingt. Je länger die Abklingzeit mit dem Treiber ist, desto weniger Flickerprozentsatz wird er zur Verfügung stellen können. Um einen Flickerprozentsatz von weniger als 30% zu erhalten, kann eine große Eingangskapazität, z.B. im Bereich von 0,1 µF bis 1 mF, verwendet werden, um die RC-Zeitkonstante ziemlich lang und damit die Abklingzeit zu verlängern und den Flickerprozentsatz zu verringern.
Im Hinblick auf die obigen Bestimmungen widersprechen sich die Anforderungen an die Eingangskapazität für einen höheren Leistungsfaktor als 0,7 und einen Flickerprozentsatz von weniger als 30%, und ein einziger Wert der Eingangskapazität erfüllt nicht immer beide Anforderungen.
Ein weiteres Problem bei der Verwendung von linearen Versorgungen in intelligenten LED-Lampen ist das thermische Design. Die thermische Belastung der Ausgabe-LED ist eher gering, aber für das Leistungsbauelement und das RF-Modul hoch. Dies kann auf die lineare Stromversorgungstopologie zurückzuführen sein, bei der ein Großteil der Verlustleistung auf den Linearregler entfällt.
Eine weitere Schwierigkeit beim Einsatz von linearen Stromversorgungen in intelligenten LED-Lampen besteht darin, die EMI/EMV-Anforderungen mit implementierter PWM und ohne Eingangskapazität zu erfüllen. Elektromagnetische Interferenz (EMI) ist eine von einer externen Quelle erzeugte Störung, die einen elektrischen Schaltkreis durch elektromagnetische Induktion, elektrostatische Kopplung oder Leitung beeinflusst. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist der Zweig der Elektrotechnik, der sich mit der unbeabsichtigten Erzeugung, Ausbreitung und dem Empfang von elektromagnetischer Energie befasst, die unerwünschte Effekte wie elektromagnetische Interferenz (EMI) verursachen kann.
Bei einer linearen Stromversorgung stellt EMI/EMV im Allgemeinen kein Problem dar, da es im Treiber kein Schaltrauschen gibt. In einigen Beispielen wird jedoch zur Implementierung der PWM-Steuerung das PWM-Signal auf der Wechselstrom-Eingangsseite eingespeist. Außerdem sollte die Frequenz des PWM-Signals hoch sein, um niederfrequentes Rauschen zu vermeiden, das ein sichtbares Flickern der Lampe verursachen kann. Die hohe PWM-Frequenz ist jedoch auch schlecht für die EMI/EMV-Leistung, da Signale mit hoher PWM-Frequenz schwieriger herauszufiltern sind. Außerdem kann die Ausgangskapazität im Allgemeinen das von der PWM erzeugte Rauschen nicht herausfiltern.
Vor den Verfahren und Strukturen der vorliegenden Offenbarung wurden geschaltete Stromversorgungen in intelligenten Glühbirnen verwendet, die den CEC-Anforderungen entsprachen. Dieser Ansatz führte zu höheren Kosten, so dass die intelligenten Glühbirnen mit den Schaltnetzteilen, die den CEC-Anforderungen, wie z.B. den CEC Title 21 Tier 2-Anforderungen, entsprachen, für die meisten Haushalte weniger erschwinglich waren.
In einigen Ausführungsformen werden im Hinblick auf die oben genannten Erkenntnisse und Beobachtungen Verfahren und Strukturen beschrieben, mit denen kostengünstige intelligente Lampenprodukte auf der Grundlage einer linearen Stromversorgung bereitgestellt werden können, die alle CEC Title 21 Tier 2-Anforderungen erfüllen. Wie in 2 dargestellt, kann in einigen Ausführungsformen die lineare Stromversorgung, die in die intelligenten Lampen, d.h. die intelligenten Leuchtdioden-(LED)-Lampen, der vorliegenden Offenbarung eingebaut ist, die CEC-Anforderungen, wie z.B. die Anforderungen des CEC-Titels 21 Tier 2, in einem Design erfüllen, das Flickerprozentsatz, Leistungsfaktor, thermische Leistung und die Fähigkeit des PWM-Steuereingangs, mit drahtloser RF-Steuerung zu arbeiten, miteinander in Einklang bringt.
Die in 2 dargestellte Schaltung der linearen Stromversorgung 100a bietet eine kostengünstige Lösung mit einem linearen Stromversorgungsansatz. Bei diesem Ansatz kann eine gleichgerichtete Wechselspannung über die LEDs 351 angelegt und eine integrierte Schaltung (IC) mit linearem Regler bereitgestellt werden. Durch den Wegfall von Induktivität und Schaltgerät werden die Kosten für den Treiber erheblich reduziert.
Zur Erzielung eines hohen Leistungsfaktors befindet sich in der in 2 abgebildeten Schaltung der linearen Stromversorgung 100a ein Filterkondensator (sog. Ausgangsglättungskondensator 81) auf der Ausgangsstufe, d.h. Ausgangskondensatorschaltung 80, direkt zwischen dem Ausgangsanschluss zu den Leuchtdioden (LEDs) (sog. LED-Ausgangsschaltung 90, hierin auch als „LED-Ausgangsstromschaltung“ bezeichnet). Ein „Kondensator“ ist ein passives elektronisches Bauelement mit zwei Anschlüssen, das elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. Bei einigen Ausführungsformen sind die Anschlüsse im Inneren des Kondensators mit zwei Metallplatten verbunden, die durch eine nichtleitende Substanz oder ein Dielektrikum getrennt sind. 3 zeigt eine Vergleichsschaltung für eine lineare Stromversorgung 100b, bei der sich der Filterkondensator (auch Eingangskondensator 82 genannt) unmittelbar nach dem Brückengleichrichter 26 des Wechselstromeingangs 25 und vor dem Stromsteuergerät 83 befindet. Der Eingangskondensator 82 kann auch als Glättungskondensator bezeichnet werden. Der Eingangsglättungskondensator 82 kann verwendet werden, um die mittlere Gleichstromleistung des Gleichrichters zu verbessern, z.B. Brückengleichrichter 26, und gleichzeitig die Wechselstromschwankung der gleichgerichteten Ausgangsleistung zu verringern, indem der Eingangsstabilisierungskondensator 82 zur Filterung der Ausgangswellenform verwendet wird. In der Vergleichsschaltung der linearen Stromversorgung 100b liefert der Eingangskondensator 82 eine stabile Stromquelle für das Steuergerät, wobei jedoch der Leistungsfaktor beeinträchtigt wird. In der linearen Stromversorgung 100a, die in der Treiberelektronik 250 (wie in 4 dargestellt) der vorliegenden Offenbarung eingesetzt wird, ist der Filterkondensator (als Ausgangsglättungskondensator 81 bezeichnet) zwischen den Ausgangsklemmen der LED-Ausgangsschaltung 90 zu den Leuchtdioden (LEDs) 91 angeordnet, um einen guten Leistungsfaktor, z.B. einen Leistungsfaktor von mehr als 0,7, und einen geringen Flickerprozentsatz zu erzielen (siehe 2).
Die Schaltung der linearen Stromversorgung 100a, die in 2 abgebildet ist, kann auch drahtlos über das RF-Modul 450 und Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert werden. Damit die Lampe 500 über drahtlose Kommunikation wie Bluetooth, Wi-Fi und ZigBee steuerbar ist, kann die Steuerschaltung 10 der Lampe 500 mit einem RF-Modul 450 in Verbindung stehen, um Befehle von einem Benutzerendgerät 460 zu empfangen, die von einem Telefon, einem Tablet oder sogar von einem Sprachsteuerungsgerät wie AlexaTM und GoogleTM home bereitgestellt werden können, und auch eine Leistungssteuerschaltung 30, z.B. Spannungsregler 31, mit der Fähigkeit eines PWM-Eingangs zur Steuerung der Ausgangsleistung, so dass der Benutzer die Lampe 500 ferngesteuert dimmen kann.
Unter Bezugnahme auf 2 wird in einigen Ausführungsformen zur Kompensation des durch die PWM des Eingangsstroms hervorgerufenen EMI-Rauschens eine EMI-Filterschaltung 27 innerhalb der linearen Stromversorgungsschaltung 100a angeordnet, wobei die EMI-Filterschaltung 27 vor dem Stromkreis, d.h. der LED-Stromversorgungsschaltung 15, angeordnet ist. Die in 2 dargestellte lineare Stromversorgungsschaltung 100a, die die EMI-Filterschaltung 27 enthalten kann, kann die FCC-Anforderungen erfüllen. In einigen Ausführungsformen hat die EMI-Filterschaltung 27 zwei Arten von Komponenten, die zusammenwirken, um diese Signale zu unterdrücken. Zum Beispiel kann die EMI-Filterschaltung 27 Kondensatoren 28 und Induktivitäten 29 enthalten. Der Kondensator 28 kann Gleichstrom, bei dem ein erheblicher Anteil der elektromagnetischen Interferenz in ein Gerät geleitet wird, unterdrücken, während er Wechselstrom durchlässt. Die Induktivität ist im Wesentlichen ein winziger Elektromagnet, der in der Lage ist, Energie in einem Magnetfeld zu halten, wenn elektrischer Strom durch ihn geleitet wird, wodurch die Gesamtspannung verringert wird. Die in der EMI-Filterschaltung 27 verwendeten Kondensatoren 28 können als EMI-Kondensatoren bezeichnet werden, die den Strom in einem bestimmten Bereich, nämlich der Hochfrequenz, von einem Schaltkreis oder einer Komponente weglenken. Der EMI-Kondensator 28 speist den hochfrequenten Strom/die hochfrequenten Störungen in mindestens eine Induktivität 29 ein, wobei bei Verwendung mehrerer Induktivitäten 29 diese in Reihe geschaltet werden können. Indem der Strom durch die Induktivität 29 fließt, wird die Gesamspannung reduziert.
Unter Bezugnahme auf 2, versorgt die lineare Stromversorgungsschaltung 100a in einigen Ausführungsformen eine dedizierte LED-Last (achtzehn 8,2-V-LEDs in Reihe) mit Strom, wobei der Treiber mit einem relativ hohen Wirkungsgrad unter einem Standard 120-V-Wechselstromeingang arbeiten kann. Zum Beispiel liegt der stabilisierte Wirkungsgrad über 88%. Ein stabilisierter Wirkungsgrad von mehr als 88% ist sogar höher als bei den meisten Schaltstromversorgungen. Bei den LEDs kann es sich um oberflächenmontierte Bauelemente (SMD) vom Typ 2835 LEDs handeln. Die Vorwärtsspannung für die LEDs kann größer als 8,2V sein, z.B. größer als 8,7V.
In einigen Ausführungsformen enthält die LED-Stromversorgungsschaltung 15 mindestens einen linearen Stromregler. Unter Bezugnahme auf 2 werden in einigen Ausführungsformen der linearen Stromversorgungsschaltung 100a in der LED-Stromversorgungsschaltung 15 zwei lineare Stromversorgungsmodule (IC), d.h. lineare Stromregler 16a, 16b, parallel eingesetzt, um die thermische Belastung zu teilen. Der Begriff „parallel“ bei der Beschreibung von elektrischen Komponenten in einem Stromkreis bedeutet, dass die zwei oder mehr Komponenten parallelgeschaltet sind, so dass sie an ihren Enden die gleiche Potentialdifferenz (Spannung) aufweisen. Die Potentialunterschiede zwischen den Komponenten sind gleich groß, und sie haben auch identische Polaritäten. An alle parallel geschalteten Schaltungskomponenten wird die gleiche Spannung angelegt. Der Gesamtstrom ist die Summe der Ströme durch die einzelnen parallel geschalteten Schaltungskomponenten gemäß dem Kirchhoffschen Stromgesetz.
Ein Linearregler ist ein System zur Aufrechterhaltung eines konstanten Stroms oder einer konstanten Spannung. Beispielsweise variiert der Widerstand des Reglers in Abhängigkeit von der Last, was zu einer konstanten Ausgangsspannung führt. Die Regeleinrichtung ist so ausgelegt, dass sie wie ein variabler Widerstand wirkt, indem sie ein Spannungsteilernetzwerk kontinuierlich anpasst, um eine konstante Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten, und die Differenz zwischen der Eingangs- und der geregelten Spannung kontinuierlich als Abwärme abführt. Linearregler können die Regeleinrichtung parallel zur Last schalten (Shunt-Regler) oder die Regeleinrichtung zwischen der Quelle und der geregelten Last schalten (ein Serienregler). Einfache Linearregler dürfen nur eine Zenerdiode und einen Reihenwiderstand enthalten; kompliziertere Regler enthalten separate Stufen der Spannungsreferenz, des Fehlerverstärkers und des Leistungspass-Elements.
Durch den Einsatz einer LED-Stromversorgungsschaltung 15 mit zwei parallel geschalteten linearen Stromversorgungsmodulen (IC), d.h. den linearen Stromreglern 16a, 16b, sorgen die hier beschriebenen Verfahren dafür, dass die durch die lineare Stromversorgungsschaltung 100a erzeugte Wärme gleichmäßiger verteilt und die Spitzentemperatur am Treiber reduziert wird. Auf diese Weise ist der Treiber zuverlässiger und thermisch stabiler.
Mit den Strukturen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung, einschließlich der in 2 dargestellten linearen Stromversorgungsschaltung 100a, kann eine intelligente Lampe bereitgestellt werden, die kostengünstig ist (unter Verwendung einer linearen Stromversorgungstopologie), die die Anforderungen des CEC-Titels 21 Tier 2 erfüllt und von anderen Geräten drahtlos über PWM intern gesteuert werden kann. Die in 2 und 4 dargestellten Komponenten werden jetzt ausführlicher beschrieben.
Um die Problematik der Tatsache zu lösen, dass es keinen Eingangskapazitätswert gibt, mit dem der Leistungsfaktor höher als 0,7 und gleichzeitig ein Flickerprozentsatz von weniger als 30% erreicht werden könnte, verzichtet die in 2 dargestellte lineare Stromversorgungsschaltung 100a auf die Eingangskapazität und verwendet nur die Ausgangskapazität über den Ausgangsglättungskondensator 81. Ein Beispiel für eine Schaltung, die einen Eingangskondensator 82 enthält, ist in 3 zu sehen, die eine Vergleichsschaltung 100b mit einem Eingangskondensator 82 darstellt, der zwischen dem Brückengleichrichter 26 der Wechselstrom-Eingangsschaltung 25 und einer linearen Stromversorgung 83 angeordnet ist. Der Eingangskondensator 82 der Vergleichsschaltung 100b ist in der linearen Stromversorgungsschaltung 100a, die in 2 dargestellt ist, nicht vorhanden. Unter Bezugnahme auf 2 regelt, weil der Eingangskondensator 82 in der linearen Stromversorgungsschaltung 100a nicht vorhanden ist, die LED-Stromversorgungsschaltung 15 der linearen Stromversorgungsschaltung 100a, die zwei lineare Stromversorgungsmodule (IC), d.h. lineare Stromregler 16a, 16b verwendet, nicht mehr den Ausgangsstrom, sondern den Eingangsstrom. Das Ergebnis ist eine geringere Kapazität auf der Wechselstromleitung, d.h. es kann ein Eingangswechselstrom und ein Leistungsfaktor von mehr als 0,7 erreicht werden. In der Zwischenzeit kann durch eine geeignete Kapazität auf der Ausgangsseite der linearen Stromversorgungsschaltung 100a der Flickerprozentsatz auf weniger als 30% reduziert werden.
Wie in 2 und 4 dargestellt, ist die Ausgangsseite 10 der linearen Stromversorgungsschaltung 100a zwischen der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 und der LED-Ausgangsschaltung 90 angeordnet und enthält den Ausgangsglättungskondensator 81. Die Eingangsseite 5 der linearen Stromversorgungsschaltung 100a ist zwischen der Wechselstromquellenschaltung 25 und der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 angeordnet und kann die EMI-Filterschaltung 27, die Steuergerät-Stromversorgungsschaltung 30 und die Steuerschaltung 10 umfassen. Auf der Eingangsseite 5 der linearen Stromversorgungsschaltung 100a befindet sich kein Eingangskondensator (auch als Glättungseingangskondensator bezeichnet).
In einigen Ausführungsformen kann der Leistungsfaktor, der bei intelligenten Lampen 500 mit der in 2 dargestellten linearen Stromversorgungsschaltung 100a erreicht werden kann, im Bereich von 0,7 bis 0,999 liegen. In einigen Beispielen kann der Leistungsfaktor, der mit der in 2 dargestellten linearen Stromversorgungsschaltung 100a erreicht werden kann, gleich 0,7, 0,725, 0,75, 0,775, 0,8, 0,825, 0,85, 0,875, 0,9, 0,925, 0,95, 0,975, 0,98, 0,985 sein, und jeder Bereich von Leistungsfaktoren kann eine untere Grenze, die aus den vorgenannten Beispielen ausgewählt wurde, und eine obere Grenze, die aus einem der vorgenannten Beispiele ausgewählt wurde, enthalten. Der Leistungsfaktor kann auch eine Zahl zwischen der Ober- und Untergrenze der oben genannten Bereiche sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Flickerprozentsatz, der bei intelligenten Lampen 500 unter Verwendung der in 2 dargestellten linearen Stromversorgungsschaltung 100a erreicht werden kann, zwischen 1% und 30% liegen. In einigen Beispielen kann der Flickerprozentsatz, der durch die in 2 dargestellte lineare Stromversorgungsschaltung 100a erreicht werden kann, gleich 1 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 % und 30 % sein, ebenso wie jeder Bereich von Flickerprozentsätzen eine untere Grenze, die aus den oben genannten Beispielen ausgewählt wurde, und eine obere Grenze, die aus einem der oben genannten Beispiele ausgewählt wurde, beinhaltet. Der Flickerprozentsatz kann auch eine Zahl zwischen der Ober- und Untergrenze der oben genannten Bereiche sein.
Der Ausgangsglättungskondensator 81 kann ein Elektrolytkondensator (E-Cap) sein. Ein E-Cap ist ein polarisierter Kondensator, dessen Anode oder positive Platte aus einem Metall besteht, das durch Anodisierung eine isolierende Oxidschicht bildet. Diese Oxidschicht wirkt als Dielektrikum des Kondensators. Ein fester, flüssiger oder Gel-Elektrolyt bedeckt die Oberfläche dieser Oxidschicht und dient als (Kathode) oder negative Platte des Kondensators. Aufgrund ihrer sehr dünnen dielektrischen Oxidschicht und der vergrößerten Anodenoberfläche haben Elektrolytkondensatoren ein höheres Kapazitäts-Spannungs (CV)-Produkt pro Volumeneinheit als Keramikkondensatoren oder Folienkondensatoren und können daher große Kapazitätswerte aufweisen. Der Elektrolytkondensator für den Ausgangsglättungskondensator 81 kann durch mindestens einen Aluminium-Elektrolytkondensator, einen Tantal-Elektrolytkondensator, einen Niob-Elektrolytkondensator oder Kombinationen davon gebildet werden. In einem Beispiel hat der Ausgangsglättungskondensator 81 einen Wert im Bereich von 0,1 µF bis 1 mF. In einem anderen Beispiel hat der Ausgangsglättungskondensator 81 einen Wert im Bereich von 0,5 µF bis 0,5 mF.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Ausgangsglättungskondensator 81 nicht nur auf die oben genannten Beispiele beschränkt ist. Beispielsweise kann der Ausgangglättungskondensator 81 zusätzlich zum Ausgangglättungskondensator 81, der durch einen Elektrolytkondensator (E-Cap) bereitgestellt wird, in einigen Beispielen auch durch einen Keramik- und/oder Folienkondensator bereitgestellt werden. Darüber hinaus ist der in 2 dargestellte Ausgangsglättungskondensator 81 nicht darauf beschränkt, nur ein einzelner Kondensator zu sein. Für den Ausgangsglättungskondensator 81 können mehrere Kondensatoren verwendet werden, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Beispielsweise kann die Anzahl der Kondensatoren, die für den in 2 dargestellten einzelnen Ausgangsglättungskondensator 81 ersetzt werden können, 2, 4, 6 oder 8 Kondensatoren in jeder Kombination von Reihen- oder Parallelschaltungen betragen.
Die in 2 und 4 dargestellte lineare Stromversorgungsschaltung 100a liefert Strom von einer Wechselstromquelle 24 (hierin auch als „Stromquelle“ bezeichnet) und versorgt eine Light-Engine 350 (wie in 5 dargestellt). Die Wechselstromquelle 24 wird durch einen Brückengleichrichter 26, z.B. Diodenbrückengleichrichter, in Gleichstrom umgewandelt, und ein Spannungsregler 31 einer Steuergerät-Stromversorgungsschaltung 30 liefert eine konstante Spannung an eine Steuerschaltung 10, die einen Mikrocontroller 11 enthalten kann. Die Steuerschaltung 10, z.B. Mikrocontroller 11, steht in elektrischer Verbindung mit der LED-Stromversorgungsschaltung 15. Die LED-Stromversorgungsschaltung 15 bestimmt den Stromfluss zum LED-Ausgang 90, der die Leuchtdioden (LEDs) der Light-Engine 350 versorgt. Das Signal des Mikrocontrollers 11 kann die LED-Stromversorgungsschaltung 15 so steuern, dass der Strom, der an den LED-Ausgang 90 geschickt wird, entsprechend der durch den Mikrocontroller 11 gesteuerten Lichtcharakteristik geregelt wird.
Ein Linearregler, wie z.B. jeder der beiden linearen Stromregler 16a, 16b in der LED-Stromversorgungsschaltung 15, ist ein System zur Aufrechterhaltung eines konstanten Stroms oder einer konstanten Spannung. Zum Beispiel variiert der Widerstand des Reglers in Abhängigkeit von der Last, was zu einer konstanten Ausgangsspannung führt. Die Regeleinrichtung ist so ausgelegt, dass sie wie ein variabler Widerstand wirkt, indem sie ein Spannungsteilernetzwerk kontinuierlich anpasst, um eine konstante Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten, und die Differenz zwischen der Eingangs- und der geregelten Spannung kontinuierlich als Abwärme abführt. Einfache lineare Regler können nur eine Zener-Diode und einen Reihenwiderstand enthalten; kompliziertere Regler enthalten separate Stufen der Spannungsreferenz, des Fehlerverstärkers und des Leistungspass-Elements.
In einem Beispiel können die linearen Stromregler 16a, 16b ein Zweikanal-Pulsweitenmodulationstreiber (PWM)/analoger dimmbarer linearer Konstantstrom-Leuchtdioden-(LED)-Treiber sein. Der zweikanalige Pulsweitenmodulations-(PWM)/analoge dimmbare, lineare Konstantstrom-Leuchtdioden(LED)-Treiber kann ein 120mA/500V Metalloxid-Halbleiter(MOS)-Bauelement enthalten. Der zweikanalige Pulsweitenmodulations-(PWM)/analoge dimmbare, lineare Konstantstrom-Leuchtdioden(LED)-Treiber kann eine PWM-Frequenz von bis zu 10 kHz unterstützen. Der zweikanalige Pulsweitenmodulations-(PWM)/analoge dimmbare lineare Konstantstrom-Leuchtdioden(LED)-Treiber kann in einem ESOP-8-Gehäuse erhältlich sein.
In einigen Ausführungsformen sind zur Verringerung der thermischen Belastung der Stromversorgung 100a die mindestens zwei linearen Stromregler 16a, 16b parallelgeschaltet, um die thermische Belastung zu teilen. Auf diese Weise wird die Wärme gleichmäßiger verteilt und die Spitzentemperatur am Treiber reduziert. Auf diese Weise ist der Treiber zuverlässiger und thermisch stabiler. Zusätzlich wird der Leistungsverlust am Leistungsbauelement (Linearregler) durch die Spannungsdifferenz zwischen Eingangsspannung (vom gleichgerichteten AC-Eingang) und Ausgangsspannung (Vorwärtsspannung der LED-Last) bestimmt. Um den thermischen Verlust auf dem Leistungsbauelement zu verringern, ist eine LED-Last mit hoher Vorwärtsspannung in dem in 2 dargestellten Design implementiert. In einer Ausführungsform kann die hohe Vorwärtsspannung im Bereich von 135V bis 155V liegen. In einer anderen Ausführungsform beispielsweise kann die hohe Vorwärtsspannung im Bereich von etwa 140V bis 150V liegen. In einem Beispiel kann die Vorwärtsspannung der LED-Last 148 V betragen.
Unter Berücksichtigung des Beispiels, in dem die LED-Last mit Vorwärtsspannung 148V beträgt und der Haushaltsstrom in Nordamerika bei 120VAC (Volt Wechselstrom) 60 Hz geliefert wird, beträgt die Spitzenspannung 120 Volt x √2 ~ 169 Volt. Die LEDs 351 und die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 (auch Linearregler-IC genannt), die die linearen Stromregler 16a, 16b beinhalten, sind in Reihe geschaltet. In dem Beispiel, in dem die LED-Last 148V beträgt, wird der größte Teil der LED-Last an die LED-Last angelegt und der Rest an die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 (auch als Linearregler-IC bezeichnet), zu der die linearen Stromregler 16a, 16b gehören. Wenn zum Beispiel die Spitzenspannung 169V beträgt und die LED-Last 148V, dann beträgt der Rest 21V, der an die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 angelegt wird. In diesem Beispiel führt eine höhere LED-Spannung zu einer niedrigeren Spannung an der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 (auch als Linearregler-IC bezeichnet), und eine niedrigere Spannung an der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 (auch als Linearregler-IC bezeichnet) führt zu einer geringeren Wärmeentwicklung in der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 (auch als Linearregler-IC bezeichnet).
Die Anzahl der linearen Stromversorgungsmodule (IC), d.h. der linearen Stromregler 16a, 16b, ist nicht auf nur zwei beschränkt. Es können auch in Einklang mit der vorliegenden Offenbarung mehrere Stromversorgungsmodule oder ein größer dimensioniertes Stromversorgungsmodul eingesetzt werden.
Noch unter Bezugnahme auf 2 wird in einigen Ausführungsformen zur Lösung des Problems der elektromagnetischen Interferenz (EMI), das durch ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) auf der Eingangsseite der linearen Stromversorgungsschaltung 100a, d.h. der Seite der linearen Stromversorgungsschaltung 100a zwischen der Wechselstrom-Eingangsschaltung 25 und dem Eingang zur Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15, hervorgerufen wird, unmittelbar nach der gleichgerichteten Wechselstrom-Eingangsschaltung 25 eine EMI-Filterschaltung 27 implementiert. In einigen Ausführungsformen ist die EMI-Filterschaltung 27 als EMI-Filter mit geringer Stromaufnahme implementiert, um die Standby-Leistung (die Leistung, die der Treiber verbraucht, wenn kein Licht ausgegeben wird) unter 0,2 W zu halten, um die CEC-Anforderung zu erfüllen. Zum Beispiel kann die Standby-Leistung zwischen 0,025W und 0,2W liegen. In einem anderen Beispiel kann die Standby-Leistung für die lineare Stromversorgungsschaltung 100a im Bereich von 0,075W bis 0,175W liegen. Es wird darauf hingewiesen, dass die obigen Bereiche für die Standby-Leistung nur zur Veranschaulichung dienen und nicht dazu gedacht sind, die vorliegende Offenbarung zu begrenzen. In anderen Beispielen kann die Standby-Leistung gleich 0,05 W, 0,075 W, 0,10 W, 0,125 W, 0,15 W, 0,175 W und 0,2 W sein, sowie jeder Bereich von Werten für die Standby-Leistung, wobei einer der oben genannten Werte als untere Grenze des Bereichs und einer der oben genannten Werte als obere Grenze des Bereichs verwendet wird. Die Standby-Leistung kann auch ein beliebiger Wert sein, der innerhalb der oben genannten Bereiche liegt.
Die EMI-Filterschaltung 27 kann eine Induktivität 29 enthalten. Eine Induktivität 29, auch Spule, Drossel oder Reaktor genannt, ist eine passive elektrische Komponente mit zwei Anschlüssen, die Energie in einem Magnetfeld speichert, wenn elektrischer Strom durch sie fließt. Die Induktivität 29 kann eine Induktivität mit Keramikkern oder eine Induktivität mit Luftkern sein. In einem Beispiel kann die Induktivität der Induktivität 29 zwischen 100 Nanohenry (nH) und 20 Milli-Henry (mH) liegen. In einem anderen Beispiel kann die Induktivität 29 der EMI-Filterschaltung 27 eine Induktivität im Bereich von 200 nH bis 15 mH haben. In einem weiteren Beispiel kann die Induktivität 29 im Bereich von 1 mH bis 10 mH liegen.
Der Kondensator 29 der EMI-Filterschaltung 27 kann ein Elektrolytkondensator (E-Kondensator) sein. Der Elektrolytkondensator für die EMI-Filterschaltung 27 kann durch mindestens einen Aluminium-Elektrolytkondensator, einen Tantal-Elektrolytkondensator, einen Niob-Elektrolytkondensator oder Kombinationen davon gebildet werden. In einem Beispiel hat die EMI-Filterschaltung 27 einen Kondensator 29 mit einer Kapazität im Bereich von 10 nF bis 20 µF. In einem anderen Beispiel hat die EMI-Filterschaltung 27 einen Kondensator 29 mit einer Kapazität im Bereich von 1 µF bis 15 µF. Es wird darauf hingewiesen, dass die EMI-Filterschaltung 27 nicht auf Ausführungsformen beschränkt ist, in denen die EMI-Filterschaltung 27 nur einen Kondensator 29 enthält. Die EMI-Filterschaltung 27 kann mehrere Kondensatoren enthalten, z.B. können zwei Kondensatoren 29 in der EMI-Filterschaltung 27 vorhanden sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass die EMI-Filterschaltung 27 nicht nur auf die Pi (π) Struktur beschränkt ist, z.B. mit zwei Kondensatoren 29 und einer Induktivität 29. Sie kann auf jede beliebige Kombination von m Kondensatoren 29 und n Induktivitäten 29 geändert werden (sowohl m als auch n sind ganze Zahlen, und m und n können nicht gleichzeitig Null sein), z.B. ein Kondensator und eine Induktivität, ein Kondensator und keine Induktivitäten, zwei Kondensatoren und zwei Induktivitäten usw.
Unter Bezugnahme auf 2 ist die Wechselstrom-Eingangsquelle 24 für die lineare Stromversorgungsschaltung 100a eine Komponente einer Wechselstrom-Stromeingangsschaltung 25, die einen Brückengleichrichter enthält. In einigen Ausführungsformen ist der Brückengleichrichter 26 ein Diodenbrückengleichrichter, der an den Wechselstromeingang 24 angeschlossen ist. Die Dioden D1, D2, D3, D4 können zusammengeschaltet werden, um einen Vollweggleichrichter zu bilden, der Wechselspannung in Gleichspannung zur Verwendung in Stromversorgungen umwandelt. Der Diodenbrückengleichrichter kann vier Dioden D1, D2, D3, D4 enthalten, die paarweise in Reihe angeordnet sind, wobei nur zwei Dioden während jeder Halbperiode Strom leiten. Während des positiven Halbzyklus der Versorgung sind die Dioden D1 und D2 in Reihe geschaltet, während die Dioden D3 und D4 in Sperrrichtung vorgespannt sind und der Strom durch die Last fließt. Während des negativen Halbzyklus der Versorgung sind die Dioden D3 und D4 in Reihe geschaltet, aber die Dioden D1 und D2 schalten „AUS“, da sie jetzt in Sperrrichtung vorgespannt sind. Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei der Stromquelle nicht unbedingt um eine Wechselstromquelle handeln muss. So kann z.B. die Stromquelle für die lineare Stromversorgungsschaltung 100a eine Gleichstromquelle mit geringfügigen Anpassungen wie dem Entfernen der Gleichrichterkomponenten sein. Die EMI-Filterschaltung 27 wird zwischen der Wechselstromquelle 24 und der LED-Stromversorgungsschaltung 15 positioniert, die mindestens einen linearen Regler enthält, wie z.B. die beiden linearen Stromregler 16a, 16b, die parallel geschaltet sind, wie in 2 dargestellt.
In einigen Ausführungsformen sendet die Steuerschaltung 10, die einen Mikrocontroller 11 enthalten kann, der in 2 dargestellt ist, Signale an die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15. Die Steuerschaltung 10 steht in elektrischer Verbindung zur Wechselstrom-Stromeingangsschaltung 25 durch eine Steuergerät-Stromversorgungsschaltung 30, die einen Spannungsregler 31 enthält, um eine konstante Spannung der Steuerschaltung 10 bereitzustellen. In Übereinstimmung mit den vom Mikrocontroller 11 gesendeten Signalen, z.B. Befehlen, wird die Leistung für den LED-Ausgangsschaltung 90 durch die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 eingestellt, die die Eigenschaften des von der Lichtquelle emittierten Lichts verändern kann.
Ein „Mikrocontroller“ ist eine integrierte Schaltung (IC), die für die Steuerung einer bestimmten Operation ausgelegt ist. In einigen Ausführungsformen enthält der Mikrocontroller 11 einen Prozessor, Speicher und Ein-/Ausgabe-Peripheriegeräte (E/A) auf einem einzigen Chip. In einigen Ausführungsformen können Anpassungen an das von der Lampe ausgestrahlte Licht mit einem Mikrocontroller 11 implementiert werden, der über Ein-/Ausgabefähigkeiten (z.B. Eingänge zum Empfang von Benutzereingaben; Ausgänge zur Steuerung anderer Komponenten) und eine Reihe eingebetteter Routinen zur Ausführung der Gerätefunktionalität verfügt. Der Mikrocontroller 11 kann durch jede Art von Steuergerät ersetzt werden, das die LED-Stromversorgung steuern kann.
Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 10 Speicher und einen oder mehrere Prozessoren enthalten, die in den Mikrocontroller 11 integriert werden können. Der Speicher kann von jeder geeigneten Art (z.B. RAM und/oder ROM oder anderer geeigneter Speicher) und Größe sein, und in einigen Fällen kann er mit flüchtigem Speicher, nichtflüchtigem Speicher oder einer Kombination davon implementiert werden. Ein gegebener Prozessor der Steuerschaltung 10 kann z.B. so konfiguriert werden, dass er über die LED-Ausgangsschaltung 90 Operationen in Verbindung mit der Light-Engine 350 (wie in 5 dargestellt) ausführt. In einigen Fällen kann der Speicher so konfiguriert werden, dass Medien, Programme, Anwendungen und/oder Inhalte auf der Steuerschaltung 10a vorübergehend oder dauerhaft gespeichert werden. Auf das eine oder die mehreren im Speicher gespeicherten Module kann z.B. von dem einen oder den mehreren Prozessoren der Steuerschaltung 10 zugegriffen und diese ausgeführt werden. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann ein bestimmtes Speichermodul in jeder geeigneten Standard- und/oder kundenspezifischen/proprietären Programmiersprache implementiert werden, wie z.B. C, C++, Objective C, JavaScript und/oder andere geeignete kundenspezifische oder proprietäre Befehlssätze, wie aus dieser Offenbarung ersichtlich wird. Die Speichermodule können z.B. auf einem maschinenlesbaren Medium kodiert werden, das, wenn es von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt wird, die Funktionalität der Steuerschaltung 10, z.B. des Mikrocontrollers 11, ganz oder teilweise ausführt. Das maschinenlesbare Medium kann z.B. mit Gate-Level-Logik oder einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder einem Chipsatz oder einer anderen speziell angefertigten Logik implementiert sein. Einige Ausführungsformen können mit einem Mikrocontroller 11 implementiert werden, der über Ein-/Ausgabefähigkeiten (z.B. Eingänge zum Empfang von Benutzereingaben; Ausgänge zur Steuerung anderer Komponenten) und eine Reihe von eingebetteten Routinen zur Ausführung der Gerätefunktionalität verfügt. Der Speicher kann ein Betriebssystem (OS) enthalten. Wie im Lichte dieser Offenbarung gewürdigt wird, kann das Betriebssystem so konfiguriert werden, dass es z.B. die Beleuchtungssteuerung bei der Bereitstellung von Rückstellfunktionen unterstützt und die Eigenschaften des Lichts steuert, das von der Light-Engine 350 (wie in 5 dargestellt) durch die LED-Ausgangsschaltung 90 ausgestrahlt wird.
Unter Bezugnahme auf 2 und 4 kann der Mikrocontroller 11 Signale für die Einstellung der von der Light-Engine 350 (wie in 5 dargestellt) emittierten Lichtcharakteristik in Übereinstimmung mit der vom Benutzer der Lichtquelle programmierten Lichtcharakteristik bereitstellen. Der Benutzer kann die Light-Engine 350 programmieren, z.B. den Mikrocontroller 11 der Light-Engine 350 über eine Benutzerschnittstelle 460, wie sie von einem Computer, Desktop-Computer, Laptop-Computer, Tablet-Computer, Smartphone, Mobilgerät usw. zur Verfügung gestellt wird. Die Benutzerschnittstelle 460 kann drahtlos mit dem Mikrocontroller 11 kommunizieren.
Unter Bezugnahme auf 2 und 4 kann die Kommunikation von der Benutzerschnittstelle 460 zur Steuerschaltung 10, die einen Mikrocontroller 11 enthalten kann, über ein Kommunikationsmodul 450, z.B. ein RF-Modul, erfolgen. Ein RF-Modul (Radiofrequenz-Modul) ist ein (normalerweise) kleines elektronisches Gerät, das zum Senden und/oder Empfangen von Funksignalen zwischen zwei Geräten verwendet wird. Das Protokoll des RF-Moduls ist nicht auf Bluetooth und/oder ein anderes Bluetooth-Protokoll, wie z.B. BLE-Mesh, beschränkt. Es kann Wi-Fi, ZigBee, ZWave, Thread, WeMo und jede andere Form der drahtlosen Kommunikation sein.
Das Kommunikationsmodul 450 kann auch eine Pulsweitenmodulations-(PWM)-Steuerung der Treiberelektronik 250 (hierin auch als „Treiberbaugruppe“ bezeichnet) implementieren, wie in 2, 4 und 5 dargestellt. Die Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine Technik zur Steuerung analoger Schaltungen mit den digitalen Ausgängen eines Mikroprozessors. Die in 2 dargestellte lineare Stromversorgung 100a kann eine Pulsweitenmodulation-(PWM)-Steuerung realisieren, da sie das PWM-Signal direkt an den Steueranschluss der Lampe 500 einspeisen kann, wobei der Steueranschluss ein Bestandteil der Steuerschaltung 10 ist, die den Mikrocontroller 11 enthalten kann. Das Kommunikationsmodul 450 enthält typischerweise ein PWM-Leistungssteuergerät 455 mit der Fähigkeit des PWM-Eingangs, die Ausgangsleistung zur LED-Ausgangsschaltung 90 zu steuern. In einigen Ausführungsformen kann der PWM-Eingang dafür sorgen, dass ein Benutzer die Leuchtdioden (LEDs) der Light-Engine 350 fernbedient dimmen kann. Für das PWM-Dimmen liefert die Treiberelektronik 250 Impulse mit Strom voller Amplitude an die Leuchtdioden (LEDs) der Light-Engine. Der Treiber variiert das Tastverhältnis der Impulse, um die scheinbare Helligkeit zu steuern. Die PWM-Dimmung hängt von der Fähigkeit des menschlichen Auges ab, die durchschnittliche Lichtmenge der Pulse zu integrieren. Vorausgesetzt die Pulsfrequenz ist hoch genug, nimmt das Auge nicht die Pulse, sondern nur den Gesamtdurchschnitt wahr. Bei einigen Ausführungsformen kann die PWM-Dimmung ein PWM-Steuergerät und einen MOSFET-Schalter in der Treiberelektronik 250 am Ausgang der DC-Stromversorgung verwenden. Diese Komponenten können von der Steuerschaltung 10 bereitgestellt werden, z.B. der Mikrocontroller 11 der Steuerschaltung 10.
In Übereinstimmung mit den Strukturen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung wird zur Realisierung der PWM-Steuerung das PWM-Signal in die lineare Stromversorgungsschaltung 100a auf der AC-Eingangsseite 5 der linearen Stromversorgungsschaltung 100a eingespeist. Bei einigen Ausführungsformen liegt die Wechselstrom-Eingangsseite 5 zwischen der Stromeingangsschaltung 25 und der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15. Die Ausgangsseite 10 der linearen Stromversorgungsschaltung 100a befindet sich zwischen der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 und dem LED-Ausgangsschaltung 90. Die Ausgangsseite 10 der linearen Stromversorgungsschaltung 100a enthält den Ausgangsglättungskondensator 81.
In einigen Ausführungsformen wird die Frequenz des PWM-Signals hoch gewählt, um niederfrequentes Rauschen zu vermeiden, das ein sichtbares Flickern der Lampe verursachen kann. Beispielsweise kann die Frequenz des PWM-Steuersignals im Bereich von 100 Hz bis 1 GHz liegen. Bei einigen Ausführungsformen kann das PWM-Steuersignal im Bereich von 500 Hz bis 500 kHz liegen. In einem Beispiel beträgt die Frequenz des PWM-Steuersignals 7,5 kHz. Für das PWM-Signal ist jede Frequenz im Bereich von XY möglich. Der PWM-Ausgang des HF-Moduls, z. B. des Kommunikationsmoduls 450, kann in eine analoge Spannung, z. B. zwischen 0-10 V, übersetzt werden, oder es kann ein Digitalmodul zur Steuerung der Stromversorgung verwendet werden.
Die hohe PWM-Frequenz kann sich nachteilig auf die EMI/EMV-Leistung auswirken, insbesondere auf leitungsgeführte EMI-Bereiche, die von 150 kHz bis 30 MHz gemäß FCC 47 CFR Teil 15 Klasse B reichen. Um jedoch das Problem der elektromagnetischen Interferenz (EMI) zu lösen, das durch ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) auf der Eingangsseite 5 der linearen Stromversorgungsschaltung 100a, d.h. der Seite der linearen Stromversorgungsschaltung 100a zwischen der Wechselstrom-Eingangsschaltung 25 und dem Eingang zur Leuchtdiode-(LED) Stromversorgungsschaltung 15, wird eine EMI-Filterschaltung 27 direkt nach der gleichgerichteten Wechselstrom-Eingangsschaltung 25 implementiert.
Bezogen auf 2 kann die Steuerschaltung 10, z.B. Mikrocontroller 11, über einen Spannungsregler 31 versorgt werden, der der Steuerschaltung 10 einen konstanten Spannungspegel zur Verfügung stellt. Der Eingang der Steuergerät-Stromversorgungsschaltung 30 erfolgt über den Brückengleichrichter 26 des Wechselstromeingangs 25. Der Ausgang der Steuergerät-Stromversorgungsschaltung 30 geht an die Steuerschaltung 10, wobei der Strom, der von der Stromversorgungsschaltung 30 an die Steuerschaltung 10 übermittelt wird, zur Versorgung der Steuerschaltung 10 dient. Die Steuerschaltung 10, die einen Mikrocontroller 11 enthalten kann, hat einen Steuerausgang zur LED-Stromversorgungsschaltung 15. Die Stromversorgungsschaltung 15 kann einen Ausgang in elektrischer Verbindung mit der Ausgangs-LED-Schaltung 90 haben. In diesem Beispiel kann der Mikrocontroller 11 Signale zur Steuerung der Stromversorgungsschaltung 15 bereitstellen. Der Mikrocontroller 11 kann Signale zur Steuerung der Stromversorgungsschaltung 15 bereitstellen, um die der Ausgangs-LED-Schaltung 15 zugeführte Leistung einzustellen, wobei die Einstellung der Leistung der Ausgangs-LED-Schaltung 15 in Übereinstimmung mit den vom Mikrocontroller 11 gesteuerten Beleuchtungseigenschaften erfolgt.
Die in 2 dargestellte Steuergerät-Stromversorgungsschaltung 30 kann einen Spannungsregler 31 enthalten. Ein Spannungsregler ist ein System zur Aufrechterhaltung eines konstanten Spannungsniveaus. Ein Spannungsregler kann ein einfaches Feed-Forward-Design verwenden oder eine negative Rückkopplung enthalten. Er kann einen elektromechanischen Mechanismus oder elektronische Komponenten verwenden. In einigen Ausführungsformen kann der Spannungsregler 31 ein nicht isolierter Buck-Schalter für Anwendungen mit konstanter Ausgangsspannung sein, bei denen die Ausgangsspannung eingestellt werden kann. Die programmierbare Ausgangsspannung des nicht isolierten Buck-Schalters kann 3,0V bis 3,5V ohne LDO unterstützen. Der LDO ist der Low-Drop-Out-Regler. Der nicht isolierte Buck-Schalter kann einen 700-V-Leistungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) integrieren. Der nicht isolierte Buck-Schalter kann in einem SOP-8-Gehäuse erhältlich sein. Es wird darauf hingewiesen, dass das oben angeführte Beispiel für den Spannungsregler 31 nur zur Veranschaulichung dient. In einigen Ausführungsformen kann die Stromversorgung, z.B. der Spannungsregler 31 für die Steuergerät-Stromversorgungsschaltung 30, eine lineare Stromversorgung oder eine geschaltete Stromversorgung sein.
Die lineare Stromversorgungsschaltung 100a kann in die Treiberelektronik 250 (auch als Treiberpaket bezeichnet) einer Lampe 500 integriert werden, die eine Light-Engine 350 mit einer Festkörperlichtquelle, wie Leuchtdioden (LEDs), wie in 5 dargestellt, verwendet. So ist z.B. die Treiberelektronik 250, z.B. die Beleuchtungsschaltung, eine Schaltung, die die Leuchtdioden (LEDs) der Light-Engine 350 zum Leuchten bringt und im Grundgehäuse 200 untergebracht ist. Genauer gesagt, die Treiberelektronik 250, z.B. die Beleuchtungsschaltung, enthält eine Vielzahl von Schaltungselementen und eine Leiterplatte, auf der jedes der Schaltungselemente montiert ist. In dieser Ausführungsform wandelt die Treiberelektronik 250, z.B. die Beleuchtungsschaltung, den vom Sockel 150 des Grundgehäuses 200 empfangenen Wechselstrom in Gleichstrom um und liefert den Gleichstrom an die LEDs der Light-Engine 350. Die lineare Stromversorgungsschaltung 100a kann mindestens ein Bestandteil der Treiberelektronik 250 sein.
Unter Bezugnahme auf 5 kann die Treiberelektronik 250 ein Kommunikationsmodul 450 zur drahtlosen Kommunikation von einer Benutzerschnittstelle für den Empfang der vom Benutzer empfangenen programmierten Einstellungen der Lichtcharakteristik enthalten. Das Kommunikationsmodul 251 kann je nach Wunsch für eine drahtgebundene (z.B. Universal Serial Bus oder USB, Ethernet, FireWire, usw.) und/oder drahtlose (z.B. Wi-Fi, Bluetooth, usw.) Kommunikation unter Verwendung jeder geeigneten drahtgebundenen und/oder drahtlosen Übertragungstechnologie (z.B. Hochfrequenz- oder HF-Übertragung; Infrarot- oder IR-Lichtmodulation, usw.) konfiguriert werden. In einigen Ausführungsformen kann das Kommunikationsmodul 450 für die Kommunikation durch Mobilfunksignale konfiguriert werden, die in Mobiltelefonen und zellularen Geräten verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Kommunikationsmodul 450 so konfiguriert werden, dass es lokal und/oder ferngesteuert unter Verwendung eines beliebigen aus einer Vielzahl von drahtgebundenen und/oder drahtlosen Kommunikationsprotokollen kommuniziert, z.B.: (1) ein digitales Multiplexer-(DMX)-Schnittstellenprotokoll; (2) ein Wi-Fi-Protokoll; (3) ein Bluetooth-Protokoll oder Bluetooth Low Energy (BLE) oder BLE-Mesh; (4) ein digitales adressierbares Beleuchtungs-Schnittstellenprotokoll (DALI); (5) ein ZigBee-Protokoll oder Thread; (6) ein Nahfeld-Kommunikationsprotokoll (NFC); (7) ein auf einem lokalen Netzwerk (LAN) basierendes Kommunikationsprotokoll; (8) ein zellularbasiertes Kommunikationsprotokoll; (9) ein internetbasiertes Kommunikationsprotokoll; (10) ein satellitengestütztes Kommunikationsprotokoll; (11) Powerline Communications (PLC); (12) 0-10V-Dimmer; (13) Digital Addressable Lighting Interface (DALI) und/oder (14) eine Kombination aus einem oder mehreren davon. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung nicht so sehr auf diese Beispielkommunikationsprotokolle beschränkt ist, sondern dass in einem allgemeineren Sinne und in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen jedes geeignete Kommunikationsprotokoll, verdrahtet und/oder drahtlos, standardisiert und/oder kundenspezifisch/proprietär, von Kommunikationsmodul 251 verwendet werden kann, wie es für eine bestimmte Zielanwendung oder Endnutzung gewünscht wird.
Die Treiberelektronik 250 einschließlich der linearen Stromversorgungsschaltung 100a kann in einem Grundgehäuse 200 untergebracht werden, das aus einem Harzmaterial besteht. Das Grundgehäuse 200 kann an der Öffnung der Kugel 400 vorgesehen werden. Genauer gesagt wird das Grundgehäuse 200 an der Kugel 400 mit einem Klebstoff, wie z.B. Zement befestigt, um die Öffnung der Kugel 400 abzudecken. Der Sockel 150 wird mit dem Ende des Grundgehäuses 200 verbunden, das dem Ende des Grundgehäuses 200 gegenüberliegt, das der Kugel 400 am nächsten liegt. In der in 5 dargestellten Ausführungsform ist der Sockel 150 ein E26-Sockel. Die birnenförmige Lampe 500 kann an einem Sockel für E26-Sockel befestigt werden, der zur Verwendung an die kommerzielle Wechselstromquelle angeschlossen wird. Es ist zu beachten, dass der Sockel 150 nicht unbedingt ein E26-Sockel sein muss, und vielleicht ein Sockel anderer Größe, wie z.B. E17 zu verwenden ist. Darüber hinaus muss der Sockel 150 kein Schraubsockel sein und kann ein Sockel in einer anderen Form sein, wie z.B. ein Stecksockel.
Bezogen auf 5 verwendet die Lampe 500 die Light-Engine 350 mit Festkörper-Lichtemittern, z.B. Leuchtdioden (LEDs) 351, zur Beleuchtung. Der Begriff „Festkörper“ bezieht sich auf Licht, das durch Festkörperelektrolumineszenz emittiert wird, im Gegensatz zu Glühbirnen (die Wärmestrahlung verwenden) oder Leuchtstoffröhren. Im Vergleich zu Glühlampen erzeugt Festkörperbeleuchtung sichtbares Licht mit geringerer Wärmeentwicklung und weniger Energieverlust. Einige Beispiele für Festkörper-Lichtemitter, die für die hier beschriebenen Verfahren und Strukturen geeignet sind, sind Halbleiter-Leuchtdioden (LEDs), organische Leuchtdioden (OLED), Polymer-Leuchtdioden (PLED) oder Kombinationen davon. Obwohl die folgende Beschreibung eine Ausführungsform beschreibt, in der die Festkörper-Lichtemitter durch Leuchtdioden bereitgestellt werden, können die LEDs durch jeden der oben genannten Festkörper-Lichtemitter ersetzt werden.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform bilden Leuchtdioden (LEDs) 351 die Lichtquelle für die Light-Engine. Im weitesten Sinne ist eine Leuchtdiode (LED) 351 ein Halbleiterbauelement, das sichtbares Licht aussendet, wenn ein elektrischer Strom durch es hindurchfließt. Einige Beispiele für Festkörper-Lichtemitter, die für die hier beschriebenen Verfahren und Strukturen geeignet sind, sind anorganische Halbleiter-Leuchtdioden (LEDs), organische Halbleiter-Leuchtdioden (OLEDs), oberflächenmontierte Leuchtdioden (SMT-LEDs), Polymer-Leuchtdioden (PLEDs), Leuchtdioden vom Filamenttyp (LEDs) oder Kombinationen davon.
Die LEDs 351 können auf einer Platte, auch als Substrat bezeichnet, montiert werden, wobei die LEDs mehrere oberflächenmontierte (SMD) Leuchtdioden (LEDs) enthalten können. In einem Beispiel kann eine LED-Lampe, wie in 5 dargestellt, eine einzelne LED 351 bis hin zu Anordnungen von 5 bis 10 LEDs 351 enthalten.
Die Light-Engine 350 kann Leuchtdioden (LEDs) 351 enthalten, die auf einer Leiterplatte einschließlich Substrat aufgebracht sind. Die LEDs 351 können durch Löten, eine Schnappverbindung oder andere Einrastmechanismen auf die Leiterplatte montiert werden. In einigen Beispielen werden die LEDs 351 durch eine Vielzahl von oberflächenmontierten (SMD) Leuchtdioden (LED) bereitgestellt. Bei der Leiterplatte kann es sich um eine gedruckte Schaltung (PCB) handeln, die elektronische Komponenten, wie z.B. die LEDs 351, mechanisch trägt und elektrisch verbindet, indem Leiterbahnen, Pads und andere Merkmale aus Kupferblechen geätzt werden, die auf ein nichtleitendes Substrat laminiert werden. Die gedruckte Leiterplatte besteht typischerweise aus einem dielektrischen Material. Zum Beispiel kann die Leiterplatte aus faserverstärktem Kunststoff (FRP) bestehen (auch faserverstärktes Polymer oder faserverstärkter Kunststoff genannt) ist ein Verbundmaterial, das aus einer mit Fasern verstärkten Polymermatrix besteht. Die Fasern sind in der Regel Glas-, Kohlenstoff-, Aramid- oder Basaltfasern. Das Polymer ist in der Regel ein wärmehärtbarer Epoxid-, Vinylester- oder Polyesterkunststoff, obwohl Phenolformaldehydharze immer noch in Gebrauch sind. In einigen Ausführungsformen besteht die Leiterplatte (PCB) aus einem Verbundstoff, der der obigen Beschreibung entspricht und FR-4 genannt wird. Die Leiterplatte kann in einem Stück oder in Längsabschnitten hergestellt werden, die durch elektrische Brückenverbinder verbunden sind. In einigen Fällen kann die Leiterplatte auch andere Komponenten enthalten, wie z.B. Widerstände, Transistoren, Kondensatoren, integrierte Schaltkreise (ICs) und Leistungs- und Steueranschlüsse für eine bestimmte LED, d.h. einen Festkörper-Lichtemitter, um nur einige Beispiele zu nennen.
In einigen Ausführungsformen kann die Light-Engine 350 LEDs enthalten, die Teil einer LED-Filamentstruktur sind. Die LED-Filamentstruktur kann ein Substrat und eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden (LEDs) umfassen, die auf dem Substrat vorhanden sind und sich von einem Kathodenkontaktteil der LED-Filamentstruktur zu einem Anodenkontaktteil der LED-Filamentstruktur erstrecken. Die in Reihe geschalteten Leuchtdioden (LEDs) der LED-Filamentstruktur können mit einer Phosphorschicht überzogen werden. In einigen Ausführungsformen enthält jede der Leuchtdioden-(LED)-Filamentstrukturen LEDs, die in Reihen auf kleinen Streifen angeordnet sind. Beispielsweise kann die Anzahl der LEDs, die auf dem Substrat der Leuchtdioden-(LED)-Filamentstruktur angeordnet sind, von 10 LEDs bis zu 50 LEDs reichen. In einigen Ausführungsformen besteht die LED-Filamentstruktur aus einem Metallstreifen mit einer Reihe von LEDs, die entlang dieses Streifens angeordnet sind. Ein transparentes Substrat, normalerweise aus Glas, z.B. Silizium (Si) und/oder Siliziumoxid (SiO2), oder Saphir, z.B. Aluminiumoxid (Al2O3), werden zur Abdeckung der LEDs verwendet. Diese Transparenz ermöglicht eine gleichmäßige und gleichmäßige Streuung des abgestrahlten Lichts ohne Interferenzen oder Lichtverluste. Die LEDs können als Chip on Board (COB) und/oder Chip on Glass (COG) bezeichnet werden. In einem Beispiel strahlen die LEDs auf dem Filamentband ein blaufarbiges Licht ab. Zum Beispiel kann das blaue Licht, das von den LEDs auf dem Filamentband der LED-Filamente ausgestrahlt wird, Wellenlängen im Bereich von etwa 490 nm bis 450 nm haben. Um „weißes Licht“ zu erzeugen, wird eine Beschichtung aus Phosphor in einem Silikonharz-Bindematerial über die LEDs und das Glas gelegt, um das von den LEDs der LED-Filamentstruktur erzeugte blaue Licht umzuwandeln. Weißes Licht ist keine Farbe, sondern eine Kombination aller Farben, daher enthält weißes Licht alle Wellenlängen von etwa 390 nm bis 700 nm. Verschiedene Phosphorfarben können verwendet werden, um die Farbe des von den LEDs emittierten Lichts zu verändern. Zum Beispiel, je gelber der Phosphor, desto gelber und wärmer wird das Licht. Jede der Leuchtdioden-(LED)-Filamentstrukturen kann eine Länge in der Größenordnung von 4" und eine Breite in der Größenordnung von 1/8" haben.
In einigen Ausführungsformen kann die Light-Engine 350 weißes Licht mit einer Farbtemperatur zwischen 1600K und 8000K aussenden. In einem Beispiel kann das von den LEDs 351 ausgestrahlte weiße Licht auf ein „Tagesweiß“ mit einer Temperatur zwischen 3800K und 4200K bezogen werden. In einem anderen Beispiel kann das von der Leuchtdioden-(LED)-Filamentstruktur 50a, 50b ausgestrahlte weiße Licht ein warmweißes Licht mit einer Temperatur von etwa 2600K bis 3000K haben. Es wird darauf hingewiesen, dass die obigen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und nicht dazu bestimmt sind, die vorliegende Offenbarung einzuschränken.
Die LEDs 351 der Light-Engine 350 der Lampe 500 können durch die Steuerschaltung 10a so ausgewählt oder eingestellt werden, dass sie eine bestimmte Farbe ausstrahlen. Der Begriff „Farbe“ bezeichnet ein Phänomen des Lichts oder der visuellen Wahrnehmung, das es ermöglicht, Gegenstände zu unterscheiden. Farbe kann einen Aspekt des Erscheinungsbildes von Objekten und Lichtquellen in Bezug auf Farbton, Helligkeit und Sättigung beschreiben. Einige Beispiele für Farben, die für die Verwendung mit dem Verfahren zur Steuerung der Beleuchtung gemäß der hier beschriebenen Verfahren, Strukturen und Computerprogrammprodukten geeignet sein können, sind Rot (R), Orange (O), Gelb (Y), Grün (G), Blau (B), Indigo (I), Violett (V) und Kombinationen davon sowie die zahlreichen Schattierungen der oben genannten Farbfamilien.
Die LEDs 351 der Light-Engine 350 der Lampe 500 können von der Steuerschaltung 10a so ausgewählt oder eingestellt werden, dass sie eine bestimmte Farbtemperatur abgeben. Die „Farbtemperatur“ einer Lichtquelle ist die Temperatur eines idealen Schwarzkörperstrahlers, der Licht in einer Farbe abstrahlt, die mit der der Lichtquelle vergleichbar ist. Die Farbtemperatur ist eine Eigenschaft des sichtbaren Lichts, die in der Beleuchtung, Fotografie, Videografie, im Verlagswesen, in der Fertigung, in der Astrophysik, im Gartenbau und in anderen Bereichen Anwendung findet. Die Farbtemperatur ist bedeutsam für Lichtquellen, die tatsächlich in etwa der Strahlung eines schwarzen Körpers entsprechen, d.h. die auf einer Linie von rötlich/orange über gelb und mehr oder weniger weiß bis bläulich-weiß. Die Farbtemperatur wird konventionell in Kelvin ausgedrückt, wobei das Symbol K, eine Maßeinheit für die absolute Temperatur, verwendet wird. Farbtemperaturen über 5000 K werden als „kühle Farben“ (bläuliches Weiß) bezeichnet, während niedrigere Farbtemperaturen (2700-3000 K) als „warme Farben“ (gelbliches Weiß bis Rot) bezeichnet werden. „Warm“ ist in diesem Zusammenhang eher eine Analogie zum abgestrahlten Wärmestrom der traditionellen Glühlampenbeleuchtung als zur Temperatur. Die spektrale Spitzenleistung von warm gefärbtem Licht liegt näher am Infrarot, und die meisten natürlichen warm gefärbten Lichtquellen geben eine signifikante Infrarotstrahlung ab. Die LEDs der hier vorgestellten Lampe 500 können Licht mit den oben genannten Beispielen von Farbtemperaturen ausstrahlen. In einigen Beispielen sind die LEDs 351 der Light-Engine 350 der Lampe 500 in der Lage, die „Farbtemperatur“ des von ihnen ausgestrahlten Lichts einzustellen.
Die LEDs 351 der Light-Engine 350 der Lampe 500 können durch die Steuerschaltung 10a so ausgewählt oder eingestellt werden, dass sie eine bestimmte Lichtintensität ausstrahlen. In einigen Beispielen kann das Dimmen oder die Lichtintensität mit Lux gemessen werden. In einigen Ausführungsformen können die LEDs der Light-Engine 350 eine Beleuchtung mit einer Intensität zwischen 100 Lux und 1000 Lux liefern. Zum Beispiel kann die Beleuchtung für Büroarbeit problemlos bei einem Wert zwischen 250 Lux bis 500 Lux erfolgen. Für Anwendungen mit höherer Intensität, wie z.B. Arbeitsbereiche, in denen gezeichnet oder andere Detailarbeiten ausgeführt werden, kann die Intensität der Lampen in einem Bereich von 750 Lux bis 1.000 Lux eingestellt werden. Bei einigen Ausführungen können die LEDs der Light-Engine 350 der Leuchte 500 so eingestellt werden, dass die Lichtintensität/Dimmung des von ihnen ausgestrahlten Lichts angepasst werden kann.
In einigen Ausführungsformen bieten die LEDs 351 der Light-Engine 350 eine LED-Last von achtzehn in Reihe geschalteten 8,2V Leuchtdioden (LEDs). In einigen Ausführungen kann die Anzahl der LEDs 351 der Light-Engine 350 zwischen 5 und 25 liegen, wobei die LEDs in Reihe geschaltet sind. Um Licht von einer Lichtquelle 350 einschließlich dieser Anordnung von LEDs 351 zu emittieren, kann der Treiber mit einer ziemlich hohen Effizienz unter Standard 120V Wechselstrom-Eingang arbeiten. Die stabilisierte Effizienz kann über 88% liegen, was höher ist als die Effizienz von Schaltstromversorgungen.
Die Light-Engine 350 ist unter der Kugel 400 der Lampe 500 positioniert. Bei einigen Ausführungen ist die Kugel 400 ein hohles, lichtdurchlässiges Bauteil, das im Inneren die Light-Engine 350 beherbergt und das Licht der Light-Engine 350 zur Außenseite der Lampe 500 überträgt. In einigen Ausführungsformen ist die Kugel 400 ein hohler Glaskolben aus Quarzglas, der für sichtbares Licht durchlässig ist. Die Kugel 400 kann eine Form haben, bei der ein Ende kugelförmig geschlossen ist und das andere Ende eine Öffnung hat. In einigen Ausführungen ist die Kugel 400 so gestaltet, dass ein Teil der Hohlkugel verengt ist, während sie sich vom Kugelmittelpunkt weg erstreckt, und die Öffnung an einem vom Kugelmittelpunkt entfernten Teil ausgebildet ist. In der in 5 dargestellten Ausführung hat die Kugel 400 die Form des Typs A (JIS C7710), die der Form einer gewöhnlichen Glühbirne entspricht. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Geometrie nur zu Illustrationszwecken zur Verfügung gestellt wird und nicht beabsichtigt ist, die vorliegende Offenbarung einzuschränken. Zum Beispiel kann die Form der Kugel 400 auch Typ G, Typ BR oder andere sein. Der der Öffnung gegenüberliegende Teil der Kugel 400 kann als „kuppelförmiger Teil der Optik“ bezeichnet werden.
Unter Bezugnahme auf 5 kann die Lampe 500 optional einen Kühlkörperteil 300 enthalten, der so konfiguriert ist, dass er in thermischer Verbindung mit der Light-Engine 350 steht, um die Wärmeableitung für die Lampe 500 zu erleichtern. Zu diesem Zweck kann der optionale Kühlkörperteil 300 monolithisch oder polylithisch aufgebaut sein und ganz oder teilweise aus einem geeigneten wärmeleitenden Material bestehen. Zum Beispiel kann der optionale Kühlkörperteil 300 aus einem oder einer Kombination von Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Gold (Au), Messing, Stahl oder einem Verbundmaterial oder Polymer (z.B. Keramik, Kunststoff usw.), das mit wärmeleitendem Material dotiert ist, hergestellt werden. Die Geometrie und Abmessungen des optionalen Kühlkörperteils 300 können je nach Wunsch für eine bestimmte Zielanwendung oder Endanwendung angepasst werden. In einigen Fällen kann optional eine thermische Zwischenschicht 301 (z.B. ein wärmeleitendes Band oder ein anderes Medium) zwischen dem Kühlkörperteil 300 und der Light-Engine 350 angeordnet werden, um die thermische Kommunikation dazwischen zu erleichtern. Andere geeignete Konfigurationen für den optionalen Kühlkörperteil 300 und die optionale thermische Schnittstellenschicht 301 hängen von der jeweiligen Anwendung ab.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich der Aufbau und die Lampensysteme der vorliegenden Offenbarung nicht nur auf den Formfaktor der Lampe 500 beschränken, der in 5 dargestellt ist. Wie im Lichte dieser Offenbarung erläutert wird, kann die hier unterschiedlich beschriebene Lampe auch so konfiguriert werden, dass sie einen Formfaktor aufweist, der mit Steckdosen/Gehäusen kompatibel ist, die typischerweise in bestehenden Leuchtenstrukturen verwendet werden. Beispielsweise können einige Ausführungen eine PAR20-, PAR30-, PAR38- oder eine andere Konfiguration mit parabolischem aluminisiertem Reflektor (PAR) aufweisen. Einige Ausführungsformen können als BR30, BR40 oder in einer anderen Konfiguration mit gewölbtem Reflektor (BR) ausgeführt sein. Einige Ausführungsformen können eine A19, A21 oder eine andere A-Linien-Konfiguration haben. Einige Ausführungsformen können eine T5-, T8- oder eine andere Röhrenkonfiguration haben.
Ein weiterer Aspekt ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Stromversorgung einer Beleuchtungseinrichtung, bei dem das Verfahren eine Lampe 500 mit niedriger Standby-Leistung, geringer EMI-Emission, niedrigen Kosten, niedrigem Flickerprozentsatz und einem hohen Leistungsfaktor liefern kann. Bezugnehmend auf die 2, 4 und 5, in einer Ausführungsform, beinhaltet das Verfahren die Positionierung einer Treiberschaltung, z.B. einer linearen Stromversorgung 100a, zwischen einer Stromquelle (z.B. die von der 150 eingeschaltet wird) und einer Light-Engine 350. Die Treiberschaltung umfasst eine Eingangsseite 5 mit einer Stromeingangsschaltung 25 zur Kommunikation zur Stromquelle, und eine Ausgangsseite 10 in Kommunikation mit der Light-Engine 350. Beispielsweise kann die Ausgangsseite 10 über eine LED-Ausgangsschaltung 90 mit der Light-Engine 350 in Verbindung stehen.
Das Verfahren umfasst ferner die Steuerung des Flickerverhaltens durch Positionieren eines Ausgangsglättungskondensators 81 in der Ausgangsseite 10 der Treiberschaltung, wobei die Eingangsseite 5 der Schaltung keinen Eingangsglättungskondensator enthält. Das Verfahren umfasst ferner die Steuerung des Stroms von der Stromquelle zur Light-Engine 350 mit einer Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15, die zwischen der Eingangsseite 5 und der Ausgangsseite 10 der Treiberschaltung vorhanden ist. Die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 umfasst mindestens zwei in Parallelschaltung geschaltete lineare Stromregulatoren 16a, 16b, wobei durch diese Parallelschaltung die thermische Last zwischen den mindestens zwei lineare Stromregulatoren 16a, 16b aufgeteilt wird. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren eine Lampe mit einem Flickerprozentsatz von weniger als 30 % und einem Leistungsfaktor von mehr als 0,7 bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung des Stroms durch die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 ein Pulsweitenmodulations-(PWM)-Steuersignal (hierin auch als „Pulsweitenmodulations-Steuersignal“ bezeichnet) beinhalten, das in die Eingangsseite der Schaltung eingespeist wird. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner die Filterung des Rauschens aus dem PWM-Steuersignal mit einem EMI-Filter 27 beinhalten, das zwischen der Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgungsschaltung 15 und der Stromquelle angeordnet ist, z.B. die Stromquellenschaltung 25.
Es ist zu beachten, dass die Verwendung eines der folgenden „/“, „und/oder“ und „mindestens eines von“, zum Beispiel in den Fällen „A/B“, „A und/oder B“ und „mindestens eines von A und B“, nur die Auswahl der ersten aufgeführten Option (A) oder nur die Auswahl der zweiten aufgeführten Option (B) oder die Auswahl beider Optionen (A und B) umfassen soll. Als weiteres Beispiel soll in den Fällen „A, B und/oder C“ und „mindestens eine der Optionen A, B und C“ eine solche Formulierung nur die Auswahl der ersten aufgeführten Option (A) oder nur die Auswahl der zweiten aufgeführten Option (B) oder nur die Auswahl der dritten aufgeführten Option (C) umfassen, oder nur die Auswahl der ersten und der zweiten aufgeführten Optionen (A und B), oder nur die Auswahl der ersten und der dritten aufgeführten Optionen (A und C), oder nur die Auswahl der zweiten und der dritten aufgeführten Optionen (B und C), oder die Auswahl aller drei Optionen (A und B und C). Dies kann, wie leicht ersichtlich, durch eine gewöhnliche Fertigkeit in dieser und verwandten Gebieten auf ebenso viele der aufgeführten Punkte ausgedehnt werden.
Räumlich relative Begriffe, wie „vorwärts“, „rückwärts“, „links“, „rechts“, „im Uhrzeigersinn“, „gegen den Uhrzeigersinn“, „unter", „unten“, „niedriger", „oben“, „oberhalb", „höher" und dergleichen, kann hier der Einfachheit halber verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal oder anderen Elementen oder Merkmalen, wie in den Figs. dargestellt, zu beschreiben. Es wird davon ausgegangen, dass die räumlich relativen Begriffe dazu gedacht sind, zusätzlich zu der in den Figs. dargestellten Ausrichtung verschiedene Ausrichtungen des Geräts im Gebrauch oder Betrieb zu umfassen.
Nach der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen einer Treiberschaltung für Beleuchtungsmittel sowie einer Lampe und eines Verfahrens zum Betreiben einer Lampe wird angemerkt, dass Modifikationen und Variationen von Fachleuten im Lichte der obigen Lehren vorgenommen werden können. Es ist daher davon auszugehen, dass Änderungen an den einzelnen offengelegten Ausführungsformen vorgenommen werden können, die in den Anwendungsbereich der Erfindung fallen, wie er in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist. Nachdem auf diese Weise Aspekte der Erfindung mit den von den Patentgesetzen geforderten Einzelheiten und Besonderheiten beschrieben worden sind, wird in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, was durch das Patentschrift beansprucht und geschützt werden soll.

Claims

Eine Treiberschaltung umfassend: eine Eingangsseite (5) mit einer Stromeingangsschaltung (25) und eine Ausgangsseite (10) mit einer LED-Ausgangsstromschaltung (90), wobei die Ausgangsseite (10) der Treiberschaltung einen Ausgangsglättungskondensator (81) zur Steuerung des Flickerprozentsatzes aufweist; eine LED-Stromversorgungsschaltung (15), die zwischen der Eingangsseite (5) und der Ausgangsseite (10) der Treiberschaltung angeordnet ist, wobei die LED-Stromversorgungsschaltung (15) zum Steuern des Stroms von der Stromeingangsschaltung (25) zu der LED-Ausgangsstromschaltung (90) dient, wobei die LED-Stromversorgungsschaltung (15) mindestens einen linearen Stromregler (16a, 16b) enthält; und eine Steuerschaltung (10) mit einem Steuergerät zur Signalgebung an die LED-Stromversorgungsschaltung (15), den Strom zur LED-Ausgangsstromschaltung (90) zu steuern, so dass eine Lichtcharakteristik bereitgestellt wird, wobei die Treiberschaltung ferner ein Kommunikationsmodul (450) umfasst, das mit der Steuerschaltung (10) kommuniziert, und wobei das Kommunikationsmodul (450) ein Pulsweitenmodulationssignal in die Eingangsseite (5) der Treiberschaltung einspeist.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine lineare Stromregler (16a, 16b) zwei lineare Stromregler (16a, 16b) enthält, die parallel geschaltet sind.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei kein Eingangsglättungskondensator zur Steuerung des Flickerns auf der Eingangsseite (5) der Treiberschaltung vorhanden ist, so dass der Flickerprozentsatz nur durch die Ausgangskapazität über den Ausgangsglättungskondensator (81) gesteuert wird.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei die Treiberschaltung, wenn sie in eine Lampe (500) integriert ist, einen Flickerprozentsatz bewirkt, der weniger als 30% beträgt.
Treiberschaltung nach Anspruch 4, wobei die Treiberschaltung, wenn sie in eine Lampe (500) integriert ist, einen Leistungsfaktor von mehr als 0,7 bewirkt.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine EMI-Filterschaltung (27) für elektromagnetische Interferenz auf der Eingangsseite (5) der Treiberschaltung.
Treiberschaltung nach Anspruch 6, wobei die EMI-Filterschaltung (27) zwischen einem Brückengleichrichter (26) der Stromeingangsschaltung (25) und der LED-Stromversorgungsschaltung (15) angeordnet ist.
Eine Lampe (500) aufweisend: eine Light-Engine (350) mit Leuchtdioden (351) zur Bereitstellung von Licht; und eine Treiberschaltung, umfassend eine Eingangsseite (5) mit einer Stromeingangsschaltung (25) und eine Ausgangsseite (10) mit einer LED-Ausgangsstromschaltung (90) für die Light-Engine (350), wobei die Ausgangsseite (10) der Treiberschaltung einen Ausgangsglättungskondensator (81) zur Steuerung des Flickerprozentsatzes enthält, eine LED-Stromversorgungsschaltung (15), die zwischen der Eingangsseite (5) und der Ausgangsseite (10) der Treiberschaltung angeordnet ist, wobei die LED-Stromversorgungsschaltung (15) mindestens einen linearen Stromregler (16a, 16b) aufweist, und eine Steuerschaltung (10) mit einem Steuergerät zur Signalgebung an die Leuchtdioden-(LED)-Stromversorgung, um den Strom zur LED-Ausgangsstromschaltung (90) zu steuern, so dass die Light-Engine (350) mit Strom versorgt wird, wobei die Lampe ein Kommunikationsmodul (450) in Kommunikation mit der Steuerschaltung (10) umfasst, und wobei das Kommunikationsmodul (450) ein Pulsweitenmodulationssignal in die Eingangsseite (5) der Treiberschaltung einspeist.
Lampe (500) nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine lineare Stromregler (16a, 16b) zwei lineare Stromregler (16a, 16b) enthält, die parallel geschaltet sind.
Lampe (500) nach Anspruch 8, wobei die Leuchtdioden (351) 5 bis 25 Leuchtdioden (351) umfassen, die in Reihe geschaltet sind.
Lampe (500) nach Anspruch 8, wobei der Flickerprozentsatz der Lampe (500) weniger als 30% beträgt und der Leistungsfaktor der Lampe (500) größer als 0,7 ist.
Lampe (500) nach Anspruch 8, ferner umfassend eine EMI-Filterschaltung (27) für elektromagnetische Interferenz auf der Eingangsseite (5) der Treiberschaltung.
Verfahren zum Betreiben einer Lampe (500), umfassend: Anordnen einer Treiberschaltung zwischen einer Stromquelle (24) und einer Light-Engine (350), wobei die Treiberschaltung eine Eingangsseite (5) mit einer Stromeingangsschaltung (25) zur Kommunikation mit der Stromquelle (24) und eine Ausgangsseite (10) in Kommunikation mit der Light-Engine (350) aufweist; Steuern des Flickerverhaltens durch Anordnen eines Ausgangsglättungskondensators (81) in der Ausgangsseite (10) der Treiberschaltung, wobei die Eingangsseite (5) der Schaltung keinen Eingangsglättungskondensator enthält; und Steuern des Stroms von der Stromquelle (24) zur Light-Engine (350) mit einer LED-Stromversorgungsschaltung (15), die zwischen der Eingangsseite (5) und der Ausgangsseite (10) der Treiberschaltung angeordnet ist, wobei die LED-Stromversorgungsschaltung (15) einen linearen Stromregler (16a, 16b) enthält, wobei die Steuerung des Stroms durch die LED-Stromversorgungsschaltung (15) ein Pulsweitenmodulations-Steuersignal umfasst, das in die Eingangsseite (5) der Schaltung eingespeist wird, wobei das Verfahren ferner das Filtern von Rauschen aus dem Pulsweitenmodulations-Steuersignal mit einem zwischen der LED-Stromversorgungsschaltung (15) und der Stromquelle (24) angeordneten EMI-Filterschaltung (27) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der mindestens eine lineare Stromregler (16a, 16b) mindestens zwei lineare Stromregler (16a, 16b) umfasst, die parallel geschaltet sind, wobei durch die Parallelschaltung die thermische Last zwischen den mindestens zwei linearen Stromreglern (16a, 16b) aufgeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Flickerprozentsatz der Lampe (500) weniger als 30% beträgt und der Leistungsfaktor der Lampe (500) größer als 0,7 ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Light-Engine (350) Leuchtdioden (351) mit einer Spannungslast umfasst, die annähernd der von der Stromquelle (24) gelieferten Spitzenspannung entspricht, wobei die Spannungslast, die annähernd der Spitzenspannung entspricht, die an die LED-Stromversorgungsschaltung (15) angelegte Spannung verringert, wobei eine Verringerung der an die LED-Stromversorgungsschaltung (15) angelegten Spannung die von den mindestens zwei parallelgeschalteten linearen Stromreglern (16a, 16b) erzeugte Wärme verringert.