DE102021113015A1 - Circuit arrangement for a flyback power pack for operating and for detecting a temperature of at least one LED - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) für ein Flyback-Netzteil zum Betrieb und zur Erfassung einer Temperatur zumindest einer LED (D6, D7), aufweisend: einen Primärschaltkreis (PSK) mit einer periodisch schaltbaren Stromquelle und einer Primär-Wicklung (L1) eines Transformators (TR); einen Sekundärschaltkreis (SSK) mit einer Sekundärwicklung (L2) des Transformators (TR) und einem Kondensator (C1), der mit der zumindest einen LED (D6, D7) parallel geschaltet ist; und einen Tertiärschaltkreis (TSK) mit einer Bias-Wicklung (L3) des Transformators (TR) und einer Messeinheit (12), die dazu angepasst ist, eine Bias-Spannung (Ubias), die sich an der Bias-Wicklung (L3) des Transformators (TR) einstellt, zu messen, um aus der gemessenen Bias-Spannung (Ubias) die Temperatur der zumindest einen LED (D6, D7) zu bestimmen.The invention relates to a circuit arrangement (10) for a flyback power supply for operating and for detecting a temperature of at least one LED (D6, D7), having: a primary circuit (PSK) with a periodically switchable current source and a primary winding (L1) of a transformer (TR); a secondary circuit (SSK) with a secondary winding (L2) of the transformer (TR) and a capacitor (C1) which is connected in parallel with the at least one LED (D6, D7); and a tertiary circuit (TSK) with a bias winding (L3) of the transformer (TR) and a measuring unit (12) which is adapted to measure a bias voltage (Ubias) which is present at the bias winding (L3) of the Transformer (TR) adjusts to measure in order to determine the temperature of the at least one LED (D6, D7) from the measured bias voltage (Ubias).
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Flyback-Netzteil zum Betrieb und zur Erfassung einer Temperatur zumindest einer LED, sowie ein Verfahren dafür.The invention relates to a circuit arrangement for a flyback power pack for operating and for detecting a temperature of at least one LED, and a method for this.
Licht emittierende Dioden (LEDs) werden vielfältig eingesetzt, beispielsweise als Beleuchtungsmittel in Form von LED-Panels. Um einen sicheren Betrieb der LEDs zu gewährleisten, wird dabei ihre Temperatur fortlaufend überwacht, so dass sichergestellt werden kann, dass diese unterhalb einer schädigenden Grenztemperatur bleibt. Hierfür werden herkömmlicherweise Temperaturfühler eingesetzt, die in der Nähe der LEDs angebracht und mit diesen thermisch gekoppelt werden. Mittels der Temperaturfühler wird die Temperatur der LEDs während ihres Betriebs gemessen.Light-emitting diodes (LEDs) are used in many ways, for example as lighting means in the form of LED panels. In order to ensure safe operation of the LEDs, their temperature is continuously monitored so that it can be ensured that they remain below a damaging limit temperature. For this purpose, temperature sensors are conventionally used, which are attached in the vicinity of the LEDs and are thermally coupled to them. The temperature of the LEDs is measured during operation using the temperature sensors.
Eine solche Temperaturmessung führt jedoch zu zusätzlichen Kosten da teure Bauteile wie Temperatursensoren in eine entsprechende Schaltungsanordnung mit integriert werden müssen. Des Weiteren muss bei einer galvanischen Trennung (d.h. das die LEDs nicht über Leiter mit der Versorgung (Netz) verbunden sind, sondern über andere nicht leitfähige Koppelglieder wie bspw. Transformatoren) dafür gesorgt werden, dass diese auch für die Temperaturmessung gegeben ist. Daher wird die gesamte Schaltung komplizierter, was in einem erhöhten Montageaufwand und mehr Kosten resultiert.However, such a temperature measurement leads to additional costs since expensive components such as temperature sensors have to be integrated into a corresponding circuit arrangement. Furthermore, in the case of galvanic isolation (i.e. that the LEDs are not connected to the supply (mains) via conductors, but via other non-conductive coupling elements such as transformers), care must be taken to ensure that this is also given for the temperature measurement. Therefore, the entire circuit becomes more complicated, resulting in increased assembly work and cost.
Eine Möglichkeit besteht daher darin, Schaltungsanordnungen bereitzustellen, die auf Temperaturfühler verzichten. In der Druckschrift
Für den Betrieb eines LED Panels wird üblicherweise ein konstant Strom Netzteil, wie ein Flyback Netzteil verwendet. Das Flyback-Netzteil stellt eine bestimmte Form eines Gleichwandlers dar und wird auch als Sperrwandler bezeichnet. Die Verwendung eines solchen Flyback-Netzteils als primär geregelte Stromquelle für LEDs ist bekannt und weit verbreitet. Um die Temperatur der LEDs zu bestimmen werden jedoch auch hier Temperatursensoren verwendet.A constant current power supply, such as a flyback power supply, is usually used to operate an LED panel. The flyback power supply is a specific form of DC converter, also known as a flyback converter. The use of such a flyback power supply as a primary regulated current source for LEDs is well known and widespread. However, temperature sensors are also used here to determine the temperature of the LEDs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich eine Schaltungsanordnung für ein Flyback-Netzteil bereitzustellen, die es ermöglicht die Temperatur einer LED indirekt d.h., ohne zusätzliche Bauteile wie Temperatursensoren, zu bestimmen und dabei die LED zu betreiben.The object of the present invention is therefore to provide a circuit arrangement for a flyback power supply which makes it possible to determine the temperature of an LED indirectly, i.e. without additional components such as temperature sensors, and thereby to operate the LED.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by a circuit arrangement according to patent claim 1.
Insbesondere wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltungsanordnung für ein Flyback-Netzteil zum Betrieb und zur Erfassung einer Temperatur zumindest einer LED, aufweisend: einen Primärschaltkreis mit einer periodisch schaltbaren Stromquelle und einer Primär-Wicklung eines Transformators; einen Sekundärschaltkreis mit einer Sekundärwicklung des Transformators und einem Kondensator, der mit der zumindest einen LED parallel geschaltet ist; und einen Tertiärschaltkreis mit einer Bias-Wicklung des Transformators und einer Messeinheit, die dazu angepasst ist, eine Bias-Spannung, die sich an der Bias-Wicklung des Transformators einstellt, zu messen, um aus der gemessenen Bias-Spannung die Temperatur der zumindest einen LED zu bestimmen.In particular, this object is achieved by a circuit arrangement for a flyback power pack for operating and for detecting a temperature of at least one LED, having: a primary circuit with a periodically switchable current source and a primary winding of a transformer; a secondary circuit having a secondary winding of the transformer and a capacitor connected in parallel with the at least one LED; and a tertiary circuit with a bias winding of the transformer and a measuring unit, which is adapted to measure a bias voltage that is established at the bias winding of the transformer, in order to calculate the temperature of the at least one from the measured bias voltage to determine LEDs.
Mittels der sich an der Bias-Wicklung einstellenden Bias-Spannung lässt sich die Temperatur der LED ohne zusätzliche Bauteile wie Temperaturfühler einfach bestimmen. Dadurch wird die gesamte Schaltungsanordnung kompakter und spart Kosten ein.The temperature of the LED can be easily determined without additional components such as temperature sensors by means of the bias voltage that is set at the bias winding. This makes the entire circuit arrangement more compact and saves costs.
Dabei kann sich nach Ablauf einer Verzögerungszeit bei einer Schaltung der Stromquelle an der Bias-Wicklung des Transformators eine von der Vorwärtsspannung der zumindest einen LED abhängige Spannung einstellen. Die Vorwärtsspannung der LED ist temperaturabhängig und sinkt bei steigender Temperatur. Dadurch sinkt auch der differentielle Widerstand der LED. Der im Sekundärschaltkreis fließende Strom führt dann dazu, dass sich an der Sekundär-Wicklung eine von der Vorwärtsspannung der LED abhängige Spannung einstellt, die auf die Bias-Wicklung reflektiert und von der Messeinheit abgegriffen wird. Hieraus kann die aktuelle Temperatur der LED bestimmt werden.After a delay time has elapsed, when the current source is switched, a voltage dependent on the forward voltage of the at least one LED can appear at the bias winding of the transformer. The forward voltage of the LED is temperature dependent and decreases with increasing temperature. This also reduces the differential resistance of the LED. The current flowing in the secondary circuit then causes a voltage that depends on the forward voltage of the LED to appear on the secondary winding, which is reflected onto the bias winding and picked up by the measuring unit. From this, the current temperature of the LED can be determined.
In diesem Zusammenhang kann die Verzögerungszeit kürzer als die Zeitdauer einer Schaltperiode sein.In this context, the delay time can be shorter than the duration of a switching period.
Ferner kann die Verzögerungszeit von der Kapazität des Kondensators und der Induktivität der Bias-Wicklung abhängen.Furthermore, the delay time may depend on the capacitance of the capacitor and the inductance of the bias winding.
Die Schaltungsanordnung kann eine Verarbeitungseinheit aufweisen, die dazu angepasst ist, die von der Messeinheit gemessene Bias-Spannung zu verarbeiten, um daraus die Vorwärtsspannung der zumindest einen LED zu bestimmen. Bei der Verarbeitung spielt das Wicklungsverhältnis der Sekundärwicklung zur Bias-Wicklung eine Rolle. Die gemessene Bias-Spannung entspricht einer sich an der Sekundärwicklung einstellenden Spannung geteilt durch das Wicklungsverhältnis. Diesen Wert kann durch die Verarbeitungseinheit mit der gemessenen Bias-Spannung multipliziert werden, um so die Vorwärtsspannung der LED zu bestimmen.The circuit arrangement can have a processing unit which is adapted to process the bias voltage measured by the measuring unit in order to determine the forward voltage of the at least one LED therefrom. The winding ratio of the secondary winding to the bias winding plays a role in processing. The measured bias voltage corresponds to a voltage appearing on the secondary winding divided by the turns ratio. This value can be multiplied by the measured bias voltage by the processing unit to determine the forward voltage of the LED.
Die Verarbeitungseinheit kann anschließend die bestimmte Vorwärtsspannung mit Vorwärtsspannungswerten einer in der Verarbeitungseinheit gespeicherten Lookup-Tabelle vergleichen, um den bestimmten Vorwärtsspannungswert jeweils einen Temperaturwert der zumindest einen LED zuzuordnen. Dies ermöglicht es aus dem gemessenen und verarbeiteten Bias-Spannungswert die Temperatur der zumindest einen LED zu ermitteln.The processing unit can then compare the determined forward voltage with forward voltage values of a lookup table stored in the processing unit in order to assign a respective temperature value of the at least one LED to the determined forward voltage value. This makes it possible to determine the temperature of the at least one LED from the measured and processed bias voltage value.
Die Temperaturwerte der Lookup-Tabelle können hierfür bei einem werkseitigen Kalibrierungsvorgang festgelegt werden. Dabei kann die Steigung der Vorwärtsspannung einer gängigen LED mit der Temperatur ermittelt und in der Lookup-Tabelle hinterlegt werden.The lookup table temperature values can be set for this during a factory calibration process. The gradient of the forward voltage of a common LED can be determined with the temperature and stored in the lookup table.
Die Schaltungsanordnung kann auch einen im Primärschaltkreis angeordneten Schalter aufweisen, der dazu angepasst ist, die Stromquelle periodisch zu schalten. Der Schalter kann mit der Primär-Wicklung des Transformators in Reihe geschaltet sein.The circuit arrangement can also have a switch which is arranged in the primary circuit and is adapted to switch the current source periodically. The switch can be connected in series with the primary winding of the transformer.
In diesem Zusammenhang kann die Schaltungsanordnung einer im Primärschaltkreis angeordneten Schaltsteuervorrichtung aufweisen, die dazu angepasst ist, ein Steuersignal zum Einschalten und Ausschalten des Schalters zu erzeugen. Die Schaltsteuervorrichtung kann mit dem Schalter parallel geschaltet sein.In this connection, the circuit arrangement may comprise a switching control device arranged in the primary circuit and adapted to generate a control signal for switching the switch on and off. The switching control device may be connected in parallel with the switch.
Ebenso kann die Schaltungsanordnung eine im Sekundärschaltkreis angeordnete Diode aufweisen, die mit der Sekundär-Wicklung des Transformators in Reihe geschaltet und mit dem Kondensator parallel geschaltet ist. In einem Schaltvorgang kann die Diode den Stromfluss sperren, in einem weiteren durchlassen.The circuit arrangement can also have a diode which is arranged in the secondary circuit and which is connected in series with the secondary winding of the transformer and in parallel with the capacitor. In one switching operation, the diode can block the current flow and in another it can let it through.
Die Schaltungsanordnung kann ferner zumindest eine im Tertiärschaltkreis angeordneten Diode aufweisen, die mit der Bias-Wicklung in Reihe geschalten ist, zumindest einen im Tertiärschaltkreis angeordneten Kondensator, der mit der zumindest einen Diode und mit der Bias-Wicklung parallel geschaltet ist und einen im Tertiärschaltkreis angeordneten Spannungsteiler aus zwei Widerständen, deren Mittelpunkt mit der Verarbeitungseinheit elektrisch gekoppelt ist. Der Spannungsteiler kann mit der zumindest einen Diode und mit der Bias-Wicklung parallel geschaltet sein. Der Kondensator filtert die Bias-Spannung bevor der Spannungsteiler diese herunter teilt und der Messeinheit bereitstellt.The circuit arrangement can also have at least one diode arranged in the tertiary circuit, which is connected in series with the bias winding, at least one capacitor arranged in the tertiary circuit, which is connected in parallel with the at least one diode and with the bias winding, and one arranged in the tertiary circuit Voltage divider consisting of two resistors, the midpoint of which is electrically coupled to the processing unit. The voltage divider can be connected in parallel with the at least one diode and with the bias winding. The capacitor filters the bias voltage before the voltage divider divides it down and provides it to the measurement unit.
Die Schaltungsanordnung kann einen Mikrocontroller aufweisen, der die Messeinheit und die Verarbeitungseinheit umfasst.The circuit arrangement can have a microcontroller, which includes the measuring unit and the processing unit.
Die obige Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb und zur Erfassung einer Temperatur zumindest einer LED durch eine Schaltungsanordnung wie oben beschrieben. Das Verfahren umfasset dabei die Schritte: Messen einer sich an der Bias-Wicklung des Transformators einstellenden Bias-Spannung, um aus der gemessenen Bias-Spannung die Temperatur der zumindest einen LED zu bestimmen; und in Abhängigkeit von der bestimmten Temperatur, Betreiben der zumindest einen LED. Hierdurch kann die LED unabhängig von äußeren Einflüssen wie der Umgebungstemperatur eingesetzt werden, da sichergestellt wird, dass ihre Temperatur die schädigende Grenztemperatur nicht überschreitet.The above object is also achieved by a method for operating and for detecting a temperature of at least one LED using a circuit arrangement as described above. The method comprises the steps: measuring a bias voltage occurring at the bias winding of the transformer in order to determine the temperature of the at least one LED from the measured bias voltage; and depending on the determined temperature, operating the at least one LED. As a result, the LED can be used independently of external influences such as the ambient temperature, as it is ensured that its temperature does not exceed the damaging limit temperature.
Das Verfahren kann ferner die Schritte umfassen: Verarbeiten der gemessenen Bias-Spannung, um daraus die Vorwärtsspannung der zumindest einen LED zu bestimmen; Vergleichen der bestimmten Vorwärtsspannung mit Vorwärtsspannungswerten der Lookup-Tabelle, um den bestimmten Vorwärtsspannungswert jeweils einen Temperaturwert der zumindest einen LED zuzuordnen, wobei in einem werkseitigen Kalibrierungsverfahren ferner ein Temperaturkalibrierwert bestimmt wird und die den Vorspannungswerten zugeordneten Temperaturwerte mit dem Temperaturkalibrierwert angepasst werden. Der Temperaturkalibrierwert ermöglicht es Spannungsunterschiede bei Verwendung von mehreren LEDs auszugleichen.The method may further include the steps of: processing the measured bias voltage to determine therefrom the forward voltage of the at least one LED; Comparing the determined forward voltage with forward voltage values of the lookup table in order to assign a temperature value of the at least one LED to the determined forward voltage value, wherein a temperature calibration value is also determined in a factory calibration process and the temperature values assigned to the bias voltage values are adjusted with the temperature calibration value. The temperature calibration value makes it possible to compensate for voltage differences when using multiple LEDs.
Die obige Aufgabe wird auch gelöst durch ein Computerprogramm umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch ein Mikrokontroller diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.The above object is also achieved by a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a microcontroller, cause the microcontroller to carry out the method described above.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das durch die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert wird.The invention is described below using an exemplary embodiment, which is explained in more detail by the accompanying drawings.
Hierbei zeigen schematisch:
-
1 eine Ansicht einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für ein Flyback-Netzteil zum Betrieb und zur Erfassung einer Temperatur zumindest einer LED; -
2 einen zeitlichen Verlauf eines Stroms und einer Spannung in der Schaltungsanordnung; -
3 einen Verlauf einer Bias-Spannung eines Transformators und einer Vorwärtsspannung der zumindest einen LED in Abhängigkeit von der Temperatur der zumindest einen LED; -
4A eine Ansicht einer Ausführungsform eines Tertiärschaltkreises der Schaltungsanordnung; -
4B eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Tertiärschaltkreises der Schaltungsanordnung; -
5 einen zeitlichen Verlauf der Bias-Spannung des Transformators und der Vorwärtsspannung der zumindest einen LED für verschiedene Temperaturen unter Zuschaltung einer Last; und -
6 einen schematischen Ablaufplan einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betrieb und zur Erfassung einer Temperatur zumindest einer LED durch die Schaltungsanordnung.
-
1 a view of an embodiment of a circuit arrangement for a flyback power supply for operating and for detecting a temperature of at least one LED; -
2 a time course of a current and a voltage in the circuit arrangement; -
3 a profile of a bias voltage of a transformer and a forward voltage of the at least one LED as a function of the temperature of the at least one LED; -
4A a view of an embodiment of a tertiary circuit of the circuit arrangement; -
4B a view of a further embodiment of the tertiary circuit of the circuit arrangement; -
5 a time course of the bias voltage of the transformer and the forward voltage of the at least one LED for different temperatures with connection of a load; and -
6 a schematic flowchart of an embodiment of a method for operating and for detecting a temperature of at least one LED by the circuit arrangement.
Im Folgenden werden für gleiche und gleichwirkende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet.In the following, the same reference numbers are used for the same components and those with the same effect.
Der Primärschaltkreis PKS umfasst dabei eine periodisch schaltbare Stromquelle (nicht in
Der Sekundärschaltkreis SSK umfasst eine Sekundärwicklung L2 des Transformators TR und einen Kondensator C1, der mit der LED D6, D7 in Reihe geschaltet ist. Hierbei kann die Sekundär-Wicklung L2 des Transformators TR eine zu der Primär-Wicklung L1 des Transformators TR entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen, was durch entsprechende Punkte in
Der Tertiärschaltkreis TSK weist eine Bias-Wicklung L3 des Transformators TR und eine Messeinheit 12 auf. Die Messeinheit 12 misst eine Bias-Spannung Ubias, die sich an der Bias-Wicklung L3 des Transformators TR einstellt. Aus dieser gemessenen Bias-Spannung Ubias wird die Temperatur der LED D6, D7 bestimmt.The tertiary circuit TSK has a bias winding L3 of the transformer TR and a measuring
Mittels dieser Schaltungsanordnung 10 lässt sich die Temperatur der LED D6, D7 ohne zusätzliche Temperatursensoren bestimmen.This
Die Betriebsweise der Schaltungsanordnung 10 läuft dabei in zwei sich wiederholenden Phasen ab, der Leitphase und der Sperrphase. Welche der beiden Phasen gerade aktiv ist, hängt davon ab, wie die Stromquelle geschaltet ist. Die Schaltung der Stromquelle erfolgt mittels des Schalter S. Wenn der Schalter S zu ist, ist die Stromquelle zugeschaltet (d.h. die Stromquelle ist nicht unterbrochen) und die Schaltungsanordnung 10 befindet sich in der Leitphase. Ist der Schalter S geöffnet, ist die Stromquelle nicht zugeschaltet (d.h. die Stromquelle ist unterbrochen) und die Schaltungsanordnung 10 befindet sie sich in der Sperrphase.The mode of operation of the
In der Leitphase fließt ein Strom Iprim durch den Primärschaltkreis PSK und somit durch die Primär-Wicklung L1 des Transformators TR. Der Strom Iprim steigt mit der Zeit linear an. Da die Diode D3 im Sekundärschaltkreis SSK einen Stromfluss durch die Sekundär-Wicklung L2 des Transformators TR sperrt, ist diese stromlos. Die Energie wird im Transformator TR als magnetische Induktion gespeichert. Die im Kondensator C1 gespeicherte Energie fließt dabei in die LED D6, D7 ab. In diesem Zusammenhang zeigt die untere Abbildung in
Wird der Schalter S geöffnet, geht die Betriebsweise in die Sperrphase über. Dabei endet der Stromfluss durch die Primär-Wicklung L1 des Transformators TR abrupt. Der Strom Isek durch den Sekundärschaltkreis SSK und somit durch die Sekundär-Wicklung L2 des Transformators TR beginnt mit einem hohen Wert und fällt dann linear ab, wie aus der unteren Abbildung in
Nach einer Schaltung der Stromquelle kann sich nach Ablauf einer Verzögerungszeit an der Bias-Wicklung L3 des Transformators TR eine von der Vorwärtsspannung ULED der LED D6, D7 abhängige Spannung einstellen. Die Verzögerungszeit wird später noch im Detail beschrieben.After the current source has been switched, after a delay time has elapsed, a voltage dependent on the forward voltage U LED of the LEDs D6, D7 can appear at the bias winding L3 of the transformer TR. The delay time will be described later in detail.
Die Vorwärtsspannung ULED der LED D6, D7 ist temperaturabhängig. Sie sinkt mit steigender Temperatur der LED D6, D7. Während eines Betriebs der LED D6, D7 und einer daraus resultierenden Erwärmung wird der Widerstand der LED D6, D7 geringer, so dass ein Übergang von einem hochohmischen in einen niederohmischen Zustand stattfindet. Die an der Sekundär-Wicklung L2 anliegende Spannung sinkt ebenfalls mit sinkender Vorwärtsspannung ULED der LED D6, D7. Dies überträgt sich auf die Bias-Spannung Ubias, die sich an der Bias-Wicklung L3 des Transformators TR einstellt. Somit kann anhand der Bias-Spannung Ubias auf die Vorwärtsspannung ULED der LED D6 und auf die Temperatur der LED D6, D7 zurückgeschlossen werden.The forward voltage U LED of the LED D6, D7 depends on the temperature. It decreases with increasing temperature of the LED D6, D7. During operation of the LED D6, D7 and resulting heating, the resistance of the LED D6, D7 decreases, so that a transition from a high-impedance to a low-impedance state takes place. The voltage present at the secondary winding L2 also falls as the forward voltage U LED of the LEDs D6, D7 falls. This is transferred to the bias voltage U bias , which is set at the bias winding L3 of the transformer TR. Thus, based on the bias voltage U bias , the forward voltage U LED of the LED D6 and the temperature of the LEDs D6, D7 can be inferred.
Die Verzögerungszeit kann dabei proportional zur Ladezeit Δt des Kondensators C1 sein. Beispielsweise kann sich an der Bias-Wicklung L3 eine von der Vorwärtsspannung ULED der LED D6, D7 abhängige Spannung einstellen nachdem der Kondensator C1 in dem Sekundärschaltkreis SSK aufgeladen worden ist. Dies ist zum Beispiel nach einem Startvorgang des Flyback-Netzteils der Fall. Ein entsprechender zeitlicher Spannungsverlauf der Schaltungsanordnung 10 in der Leit- und Sperrphase ist dabei vereinfacht in der oberen Abbildung in der
Die Ladezeit des Kondensators C1 wird durch die Gleichung zum Laden eines Kondensators mit Konstantstrom beschrieben: (ΔUc ist die Spannung am Kondensator, Ic der Konstantstrom und C die Kapazität des Kondensators)
Da die temperaturabhängigen Spannungsänderungen beim bereits aufgestarteten Flyback-Netzteil nun sehr klein sind und auch von der Anzahl N der in Reihe geschalteten LEDs D6, D7 abhängig sind kann das auch Einfluss auf die Verzögerungszeit haben, siehe Gleichung. Da hier aber die Bias-Spannung Ubias über einen makroskopischen Zeitraum betrachtet wird, hat die zeitliche Verzögerung eines Zyklusses einen nicht so großen Einfluss. Beispielsweise liegt eine übliche Frequenz eines Flyback-Netzteil im Bereich von 40 bis 130kHz. Das ist der Takt in dem der Schalter S in einem gewissen Duty Cycle öffnet und schließt. Die Betrachtung der Spannung nach Ablauf der Verzögerung nach einem einzigen Zyklus ist hier nicht nötig. Der Betrachtungszeitraum ist makroskopisch im höheren Sekunden- oder Minutenbereich zu wählen. Somit sieht man das die Verzögerungszeit keinen wirklichen Einfluss ausübt.Since the temperature-dependent voltage changes in the flyback power supply that has already started up are now very small and also depend on the number N of LEDs D6, D7 connected in series, this can also affect the delay time, see equation. However, since the bias voltage Ubias is considered over a macroscopic period of time, the time delay of a cycle does not have such a great influence. For example, a common frequency of a flyback power supply is in the range of 40 to 130kHz. This is the cycle in which the switch S opens and closes in a certain duty cycle. Considering the voltage after the delay after a single cycle has elapsed is not necessary here. The observation period is to be selected macroscopically in the higher seconds or minutes range. So you can see that the delay time has no real influence.
Die Verzögerungszeit kann dabei kürzer sein als die Zeitdauer einer Schaltperiode.The delay time can be shorter than the duration of a switching period.
Auch kann sie, wie oben beschrieben von der Kapazität des Kondensators C1 (beispielsweise der Ladezeit) und von der Induktivität der Bias-Wicklung L3 des Transformators TR abhängig sein.As described above, it can also depend on the capacitance of the capacitor C1 (for example the charging time) and on the inductance of the bias winding L3 of the transformer TR.
Der Verlauf der Bias-Spannung Ubias ist jedoch nicht ganz linear. Dies kann an einer Belastung der Bias-Spannung Ubias liegen. In der Schaltungsanordnung 10 wird die Schaltsteuervorrichtung 16 durch die Bias-Spannung Ubias versorgt (nicht in
Um die Lastabhängigkeit der Bias-Spannung Ubias zu untersuchen, kann eine zusätzliche Last in den Tertiärschaltkreis TSK integriert werden. Dies ist in
Der zeitliche Spannungsverlauf der Bias-Spannung Ubias und der Vorwärtsspannung ULED für verschiedene Temperaturen der LED D6, D7 bei Zuschaltung der Last ist in
Die Schaltungsanordnung 10 kann eine Verarbeitungseinheit 14 aufweisen, die die von der Messeinheit 12 gemessene Bias-Spannung Ubias verarbeitet, um daraus die Vorwärtsspannung ULED der LED D6, D7 zu bestimmen.The
Die Bias-Spannung Ubias hängt dabei von dem Wicklungsverhältnis der Sekundär-Wicklung L2 zur Bias-Wicklung L3 ab. Sie entspricht der Spannung an der Sekundär-Wicklung L2 geteilt durch das Wicklungsverhältnis der Sekundär-Wicklung L2 zur Bias-Wicklung L3. Die Verarbeitungseinheit 14 multipliziert diesen Wert mit der gemessenen Bias-Spannung Ubias, um die Vorwärtsspannung ULED zu erhalten. Falls mehrere LEDs D6, D7 im Betrieb sind muss die gemessene Bias-Spannung Ubias noch durch die Anzahl N der LEDs D6, D7 geteilt werden.The bias voltage Ubias depends on the turns ratio of the secondary winding L2 to the bias winding L3. It corresponds to the voltage across the secondary winding L2 divided by the turns ratio of the secondary winding L2 to the bias winding L3. The
Die Verarbeitungseinheit 14 kann die bestimmte Vorwärtsspannung ULED dann mit Vorwärtsspannungswerten einer in der Verarbeitungseinheit 14 gespeicherten Lookup-Tabelle vergleichen, um der bestimmten Vorwärtsspannung ULED jeweils einen Temperaturwert der zumindest einen LED D6, D7 zuzuordnen.The
Die Temperaturwerte der Lookup-Tabelle können bei einem werkseitigen Kalibrierungsvorgang festgelegt werden. In dem Kalibrierungsvorgang kann beispielsweise ein Spannungs-Temperaturverlauf einer Vorwärtsspannung ULED einer gängigen LED D6, D7 gemessen und in der Lookup-Tabelle hinterlegt werden. Um Spannungsunterschiede von in Reihe geschalteter LEDs D6, D7 auszugleichen, kann ferner ein Temperaturkalibrierwert bestimmt werden, der die Temperaturwerte anpasst.The lookup table temperature values can be set during a factory calibration process. In the calibration process, for example, a voltage-temperature profile of a forward voltage U LED of a common LED D6, D7 can be measured and stored in the lookup table. In order to compensate for voltage differences between LEDs D6, D7 connected in series, a temperature calibration value can also be determined, which adjusts the temperature values.
Die Schaltungsanordnung 10 kann, wie oben bereits beschrieben, den im Primärschaltkreis PSK angeordneten Schalter S umfassen, der die Stromquelle periodisch schaltet. Bei dem Schalter S kann es sich um einen Halbleiterschalter handeln, wie beispielsweise einem MOSFET Schalter. Dies ist aber nur beispielhaft und weitere Ausführungsformen für den Schalter S sind möglich. Der Schalter S ist mit der Primär-Wicklung L1 des Transformators TR in Reihe geschaltet, wie in
In diesem Zusammenhang kann die Schaltungsanordnung auch die im Primärschaltkreis PKS angeordnete Schaltsteuervorrichtung 16 aufweisen, die ein Steuersignal zum Einschalten und Ausschalten des Schalters S erzeugt. Die Schaltsteuervorrichtung 16 ist mit dem Schalter S parallel geschaltet.In this context, the circuit arrangement can also have the switching
Die Schaltungsanordnung 10 kann ferner die im Sekundärschaltkreis SSK angeordnete Diode D3 aufweisen, die mit der Sekundär-Wicklung L2 des Transformators TR in Reihe geschaltet und mit dem Kondensator C1 parallel geschaltet ist. Wie oben beschrieben, sperrt die Diode D3 in der Leitphase den Stromfluss durch den Sekundärschaltkreis SSK und lässt diesen in der Sperrphase durch.The
Die Schaltungsanordnung 10 kann weiterhin eine im Tertiärschaltkreis TSK angeordnete Diode D8, die mit der Bias-Wicklung L3 des Transformators TR in Reihe geschaltet ist, einem im Tertiärschaltkreis TSK angeordneten Kondensator C2, der mit der zumindest einen Diode D8 und mit der Bias-Wicklung L3 des Transformators TR parallel geschaltet ist, und einem im Tertiärschaltkreis TSK angeordneten Spannungsteiler aus zwei Widerständen R3, R5, deren Mittelpunkt mit der Messeinheit 12 und der Verarbeitungseinheit 14 elektrisch gekoppelt ist, aufweisen. Der Spannungsteiler kann mit der zumindest einen Diode D8 und mit der Bias-Wicklung L3 des Transformators TR parallel geschaltet sein. Der Spannungsteiler fungiert als Tiefpass und teilt die Spannung herunter.
Die Schaltungsanordnung kann auch einen Mikrocontroller aufweisen, der die Messeinheit 12 und die Verarbeitungseinheit 14 umfasst.The circuit arrangement can also have a microcontroller, which includes the measuring
Im Schritt S110 wird die sich an der Bias-Wicklung L3 des Transformators TR einstellende Bias-Spannung Ubias gemessen, um aus der gemessenen Bias-Spannung Ubias die Temperatur der LED D6, D7 zu bestimmen.In step S110, the bias voltage Ubias occurring at the bias winding L3 of the transformer TR is measured in order to determine the temperature of the LEDs D6, D7 from the measured bias voltage Ubias.
Im Schritt S120 wird die LED D6, D7 in Abhängigkeit von der bestimmten Temperatur betrieben. Dies ermöglicht es die LED D6, D7 so zu betreiben, dass ihre Temperatur unterhalb der schädlichen Grenztemperatur bleibt. Dadurch wird sichergestellt, dass sie ihre maximale Lebensdauer erreicht unabhängig von äußeren Einflüssen (zum Beispiel der Umgebungstemperatur). Ein LED Panel mit einer solchen Schaltungsanordnung 10 ist somit vielseitig einsetzbar und kann auch bei höheren Umgebungstemperaturen benutzt werden. Ferner ermöglicht dies designtechnisch anspruchsvolle Kühlkörper mit geringer Kühlfläche zu verwenden, da es nicht mehr zu einer Überhitzung der LEDs D6, D7 kommen kann.In step S120, the LED D6, D7 is operated depending on the determined temperature. This enables the LED D6, D7 to be operated in such a way that their temperature remains below the damaging limit temperature. This ensures that it reaches its maximum service life regardless of external influences (e.g. the ambient temperature). An LED panel with such a
Im Schritt S112 kann dabei die gemessene Bias-Spannung Ubias verarbeitet werden, um daraus die Vorwärtsspannung ULED der LED D6, D7 zu bestimmen.The measured bias voltage Ubias can be processed in step S112 in order to determine the forward voltage U LED of the LEDs D6, D7 from it.
Im Schritt S114 kann die bestimmte Vorwärtsspannung ULED mit Vorwärtsspannungswerten der Lookup-Tabelle verglichen werden, um der bestimmten Vorwärtsspannung ULED jeweils einen Temperaturwert der zumindest einen LED D6, D7 zuzuordnen. Hierfür kann in einem werkseitigen Kalibrierungsverfahren der Temperaturkalibrierwert bestimmt und die den Vorspannungswerten zugeordneten Temperaturwerte mit dem Temperaturkalibrierwert angepasst werden.In step S114, the determined forward voltage U LED can be compared with forward voltage values in the lookup table in order to assign a respective temperature value of the at least one LED D6, D7 to the determined forward voltage U LED . For this purpose, the temperature calibration value can be determined in a factory calibration method and the temperature values assigned to the prestress values can be adjusted with the temperature calibration value.
Weiterhin ist ein Computerprogramm bereitgestellt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch ein Mikrokontroller diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren 100 auszuführen.Furthermore, a computer program is provided which includes instructions which, when the program is executed by a microcontroller, cause the latter to execute the
Dabei kann das Computerprogramm eine Anwendung umfassen (beispielsweise eine „Active Thermo App“), die es ermöglicht einem Nutzer die Temperarturwerte der LED D6, D7 auszugeben und gegebenenfalls ein interaktives Interface bereitzustellen, mit welcher der Nutzer manuelle Einstellungen vornehmen kann.The computer program can include an application (for example an “Active Thermo App”) that enables a user to output the temperature values of the LEDs D6, D7 and, if necessary, to provide an interactive interface with which the user can make manual settings.
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- DE 102014019434 B4 [0004]DE 102014019434 B4 [0004]
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