DE10236872B4

DE10236872B4 - Schaltungsanordnung zur steuerbaren Stromversorgung, insbesondere Schaltungsanordnung zum Dimmen von Leuchtdiodenanordnungen

Info

Publication number: DE10236872B4
Application number: DE10236872A
Authority: DE
Inventors: Josef Studniorz
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2022-08-13
Also published as: DE10236872A1

Abstract

Schaltungsanordnung (1) zur steuerbaren Stromversorgung, insbesondere Schaltungsanordnung (1) zum Dimmen von Leuchtdiodenanordnungen (2), mit folgenden Merkmalen:
– die Schaltungsanordnung (1) weist einen Eingang (5, 5') zum Anschluss an eine Gleichspannung auf;
– die Schaltungsanordnung (1) weist einen Ausgang (6, 6') zur gesteuerten Versorgung einer Last, insbesondere der Leuchtdiodenanordnungen (2), mit Gleichstrom (I) auf;
– die Schaltungsanordnung (1) weist einen Gleichstromsteller (3) auf;
– der Gleichstromsteller (3) weist Kapazitäten (C2, C4) und/oder Induktivitäten (L) auf;
– die Schaltungsanordnung weist Mittel (T3) zum Steuern der Stromstärke des Stroms (I_L) am Ausgang (6, 6') der Schaltungsanordnung (1) auf ;
– die Mittel (T3) zum Steuern arbeiten auf dem Prinzip der Pulsmodulation;
– die Schaltungsanordnung weist Mittel (T2, T3) zum Verhindern eines Entladen der Kapazitäten (C2, C4) des Gleichstromstellers (3) in Pulspausen des gesteuerten Stroms (I_L) auf,
– der Gleichstromsteller (3) weist eine Schalteinheit (4) auf;...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur steuerbaren Stromversorgung, insbesondere eine Schaltungsanordnung zum Dimmen von Leuchtdiodenanordnungen.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 100 13 215 A1 (bzw. aus der Druckschrift WO 01/69980 A1 ) bekannt. Diese Druckschrift offenbart in 2 und der zugehörigen Beschreibung Spalte 2, Zeile 40 bis 53 sowie Spalte 2, Zeile 63 bis Spalte 3, Zeile 22 eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art. Eine der in 2 der genannten Druckschrift aus dem Stand der Technik gleichwertige Schaltungsanordnung ist in 1 dargestellt. Auf diese wird im Folgenden zur Veranschaulichung des der Erfindung zu Grunde liegenden Problems Bezug genommen.
Die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung 1 weist einen Eingang 5, 5' und einen Ausgang 6, 6' auf. An dem Ausgang 6, 6' ist eine Leuchtdiodenanordnung 2 als Last angeschlossen. Diese Leuchtdiodenanordnung 2 soll durch die Schaltungsanordnung 1 mit einem gesteuerten Strom I_L versorgt werden. Der Strom I_L soll dabei durch die Steuerung in seiner Stromstärke so verändert werden, dass die Leuchtdiodenanordnung 2 dimmbar ist. Zur Bereitstellung des gesteuerten Stroms I_L am Ausgang der Schaltungsanordnung 1 ist in der Schaltungsanordnung 1 ein Gleichstromsteller 3 vorgesehen. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Gleichstromsteller 3 um einen Hochsetzsteller. Der Gleichstromsteller 3 weist zwischen dem Anschluss 5 des Eingangs 5, 5' und dem Anschluss 6 des Ausgangs 6, 6' eine Reihenschaltung einer Induktivität L und einer Diode D auf, wobei die Diode D ihre Sperrrichtung vom Ausgang 6, 6' zum Eingang 5, 5' hat. Der Anschluss 5' des Eingangs 5, 5' der Schaltungsanordnung 1 bzw. der entsprechende Anschluss des Eingangs des Gleichstromstellers 3 liegt im Verhältnis zum Anschluss 5 auf negativem Potential, in der Regel dürfte es sich hierbei um das Massenpotential handeln. Zwischen der Induktivität L und der Diode D zweigt eine Leitungsverbindung zu der Drain eines Transistor T1 ab. Die Source dieses Transistors T1 ist mit dem Anschluss 5', das heißt mit dem Massepotential verbunden. Zwischen der Diode D und dem Anschluss 6 zweigt ferner eine Leitungsverbindung zu einem Kondensator C4 ab, dessen anderer Anschluss ebenfalls mit dem Anschluss 5' und somit mit Massepotential verbunden ist. Der Transistor T1 wird von einer Schalteinheit 4 angesteuert und ist dazu mit dem Gate an einem Anschluss 44 der Schalteinheit 4 angeschlossen. Die Schalteinheit 4 weist ferner einen Anschluss 41 auf, welcher mit dem Anschluss 5 des Eingangs der Schaltungsanordnung 1 also mit dem positiven Potential der Versorgungsspannung verbunden ist. Weiter hat die Schalteinheit 4 einen Anschluss 42 für eine Referenzspannung, welche zwischen dem Anschluss 42 über eine Serienschaltung aus einem Kondensator C2 und einem ohmschen Widerstand R2 zum Massepotential, das heißt zum Abschluss 5' der Schaltungsanordnung 1 abfällt.
Die an dem Anschluss 42 anliegende Referenzspannung wird mit einer Spannung 43 welche an einem Anschluss 43 anliegt, verglichen. Der Anschluss 43 ist dazu mit dem Anschluss 6' des Ausgangs 6, 6' der Schaltungsanordnung 1 verbunden, das heißt das Potential am Ausgang der Leuchtdiodenanordnung 2 liegt unmittelbar an dem Anschluss 43 der Schalteinheit 4 an. Die Spannung am Anschluss 43 bzw. am Anschluss 6' fällt von dem Anschluss 6' ausgehend über eine Reihenschaltung von einem Widerstand R3 und einem Transistor T3 zum Massepotential, das heißt zum Anschluss 5' der Schaltungsanordnung 1 ab. Dabei liegt die Source des Transistors T3 auf Massepotential während die Drain des Transistors T3 mit dem Widerstand R3 verbunden ist. Das Gate des Transistors T3 wird von einem externen Signal getriggert. Dieses externe Triggersignal ist pulsmoduliert vorzugsweise pulsweitenmoduliert und liegt an einem Anschluss 7 der Schaltungsanordnung an. Durch das Schalten des Transistors T3 wird der Strom I_L durch die Leuchtdiodenanordnung 2 entsprechend dem Triggersignal am Anschluss 7 der Schaltungsanordnung 1 geschaltet. Durch eine Änderung der Schaltzeiten des Transistors 3 kann so der Laststrom I_L entsprechend dem externen am Anschluss 7 anliegenden Triggersignal geändert werden.
Die Funktionsweise der Schaltung soll zunächst bei einem dauerhaft durchgeschalteten Transistor T3 das heißt bei einem konstanten und nicht gedimmten Strom I_L erläutert werden. Dabei wird die Kenntnis der grundlegenden Funktionsweise des Gleichstromstellers 3, das heißt des Hochsetzstellers vorausgesetzt, da sie dem Durchschnittsfachmann bekannt sind. Es wird daher im Wesentlichen auf die Regelung des Stroms I_L bei durchgeschaltetem Transistor T3 eingegangen. Dazu muss zunächst erwähnt werden, dass der Strom I_L auf einen Wert eingestellt wird, welcher von der Referenzspannung am Anschluss 42 und dem Widerstand der Serienschaltung aus R3 und T3 abhängt. Sowohl durch eine Änderung des Widerstands der Serienschaltung R3 und T3 als auch durch eine Änderung der Spannung am Anschluss 42 kann eine Änderung des Sollwerts des Laststroms I_L bewirkt werden. Die für die Regelung des Laststroms des Laststroms I_L erforderliche Regelgröße ist die über der Serienschaltung aus R3 und T3 abfallende Spannung. Diese Regelgröße wird am Eingang der Serienschaltung also am Anschluss 6' abgegriffen und an den Anschluss 43 der Schalteinheit 4 zurückgeführt. Dort findet ein Vergleich mit der Sollwertvorgabe statt. Entsprechend dem Ergebnis dieses Vergleichs wird ein Signal an den Anschluss 44 der Schalteinheit 4 gegeben und darüber der Transistor T1 entsprechend durchgeschaltet, um den Strom am Ausgang des Gleichstromstellers 3 zu erhöhen oder zu verringern.
Ein eine gewisse Zeit in Anspruch nehmender Regelvorgang zum Einstellen des Stroms I_L auf den in der Schaltungsanordnung 1 festgelegten Sollwert erfolgt bei jedem Einschalten der Schaltungsanordnung 1 und ist als Einschwingen bekannt. Ein solches Einschwingen der Schaltungsanordnung 1 findet beispielsweise auch nach einem Öffnen des Laststromkreises mittels des Transistors T3 statt, da das Potential am Anschluss 6 in folge des fehlenden Stromflusses über die Last 2 auf das Niveau des Anschlusses 6 ansteigt. Diesen Anstieg des Potentials am Anschluss 43 der Schalteinheit 4 versucht die Schalteinheit 4 durch eine Veränderung des Puls/Pause Verhältnisses auszugleichen, wozu die Schalteinheit 4 die Schaltpausen des Transistors T1 vergrößert. Gleichzeitig wird die Kapazität C2 über die Schalteinheit 4 entladen, was zu einer Veränderung des Arbeitspunktes des Transistors T1 führt.
Nach einem Schließen des Transistors T2 muss daher insbesondere die Kapazität C2 erneut aufgeladen und der Arbeitspunkt des Transistors T1 eingestellt werden. Das heißt nach jedem Schließen des Transistors T3 ist zunächst ein erneuter Einschwingvorgang der Schaltungsanordnung 1 erforderlich. Das Einschwingverhalten insbesondere die Einschwingdauer hängt dabei insbesondere von den in der Schaltungsanordnung 1 und dabei insbesondere in dem Gleichstromsteller 3 vorhandenen Induktivitäten L und Kapazitäten C2, C4 ab.
Wie aus der Druckschrift DE 100 13 215 A1 und der Druckschrift WO 01/69980 A1 bekannt ist, kann der Transistor T3 zum Steuern der Stromstärke des Stromes I_L benutzt werden. Im vorliegenden Fall würde dies dem Dimmen der Leuchtdiodenanordnung 2 entsprechen. Die Steuerung des Stroms I_L wird dabei durch ein Schalten des Transistors T3 in Abhängigkeit von dem am Anschluss 7 anliegenden pulsmodulierten Triggersignals eingestellt. Es erfolgt also ein ständiges Einschalten des Transistors T3, welches immer von neuem Einschwingvorgänge der Schaltungsanordnung 1 auslöst. Diese Einschwingvorgänge sind notwendig, um die während der Ausschaltzeit des Transistors T3 entladenen Induktivitäten L und Kapazitäten C2, C4 erneut auf die Betriebsspannungen bzw. Betriebsströme aufzuladen und den Arbeitspunkt des Transistors T1 einzustellen. Wegen der relativ großen Zeitkonstanten der Induktivitäten und Kapazitäten ist die in der 1 dargestellte Schaltungsanordnung 1 für eine Taktung der Leuchtdiodenanordnungen 2 bzw. einer Taktung des Transistors T3 nicht geeignet.
In dem Patent Abstract of Japan 2001-134208 ist eine ähnliche Schaltungsanordnung bekannt bei welcher eine Beleuchtung mit hoher Geschwindigkeit ein- und ausgeschaltet werden kann, wobei verhindert wird, dass eine Kapazität der Schaltungsanordnung in einer Pulspause entladen wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche zum Steuern des am Ausgang anliegenden Stroms und insbesondere zum Dimmen von am Ausgang angeschlossenen Leuchtdiodenanordnungen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schaltungsanordnung Mittel aufweist, welche ein Entladen der Induktivitäten und Kapazitäten der Schaltungsanordnung verhindern. Durch das Verhindern der Entladung der Kapazitäten und der Induktivitäten in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden Einschwingvorgänge nach dem Wechsel von einer Pause zu einem Puls der Pulsmodulation unnötig. Die Arbeitspunkte des Gleichstromstellers werden beibehalten und der Zustand der gesamten Schaltungsanordnung wird bei einem Wechsel von einem Puls zu einer Pause durch die Pulsmodulation eingefroren.
Gemäß der Erfindung können die Mittel zum Verhindern die Mittel zum Steuern einschließen. Das heißt, ein Mittel zum Verhindern kann gleichzeitig auch ein Mittel zum Steuern sein. Gemäß der Erfindung können die Mittel zum Verhindern Schalter umfassen. Vorzugsweise umfassen die Mittel zum Verhindern Transistoren. Ebenso können die Mittel zum Steuern Transistoren umfassen.
Die Transistoren können gemäß der Erfindung mit dem Signal für die Pulsmodulation getriggert werden.
Erfindungsgemäß kann eines der Mittel zum Verhindern in Reihe zu einem der Anschlüsse des Ausgangs der Schaltungsanordnung geschaltet sein, das heißt, dass das Mittel zum Verhindern in einem Strompfad zwischen einem Anschluss des Ausgangs der Schaltungsanordnung und einem Anschluss des Eingangs der Schaltungsanordnung geschaltet sein kann. Dabei kann das Mittel zum Verhindern auch in Serie zu weiteren Bauelementen geschaltet sein. Bei einem derartigen Bauelement kann es sich vorteilhaft um einen ohmschen Widerstand handeln. Gleichzeitig kann dieses Mittel zum Verhindern auch ein Mittel zum Steuern sein.
Erfindungsgemäß kann der Gleichstromsteller eine Schalteinheit aufweisen. Diese Schalteinheit weist insbesondere einen Regler zum Regeln der Ausgangsspannung des Gleichstromstellers auf. Die Schalteinheit kann gemäß der Erfindung einen Anschluss für eine Referenzspannung aufweisen. Ebenso kann die Schalteinheit einen Anschluss zur Einkoppelung des an dem einen Anschluss des Ausgangs der Schaltanordnung 1 anliegenden Potentials in die Schalteinheit aufweisen. Weiterhin kann die Schalteinheit einen Anschluss aufweisen, welcher mit dem Gate eines Transistors des Gleichstromstellers verbunden ist. Der Anschluss der Schalteinheit für die Referenzspannung kann zumindest mittelbar über eines der Mittel zum Verhindern mit dem Massepotential verbunden sein. Dabei kann dieses Mittel zum Verhindern, welches vorzugsweise ein Transistor ist, in Serie mit einer Kapazität und einem ohmschen Widerstand geschaltet sein.
Die Transistoren der Mittel zum Verhindern und der Mittel zum Steuern können vorzugsweise über das gleiche Signal angesteuert werden. Bei diesem Signal kann es sich um das Trägersignal für die Pulsmodulation handeln. Als Pulsmodulationsarten kommt insbesondere die Pulsweitenmodulation aber ebenso jede andere Pulsmodulationsart in Frage.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt
2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer angeschlossenen Last.
Die in 2 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 entspricht im wesentlichen der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung. Daher sind für gleiche Bauelemente und Anschlüsse die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet. Ebenso ist an die Schaltungsanordnung 1 eine identische Last, nämlich eine Leuchtdiodenanordnung 2 an dem Ausgang 6, 6' der Schaltungsanordnung 1 angeschlossen.
Im Unterschied zu der Schaltungsanordnung 1 gemäß der 1 weist die Schaltungsanordnung 1 gemäß 2 jedoch einen zusätzlichen Transistor T2 auf. Dieser Transistor ist in dem Strompfad zwischen dem Anschluss 42 der Schalteinheit 4 und dem Anschluss 5' des Eingangs 5, 5' der Schaltungsanordnung 1 in Serie zu der Kapazität C2 und dem Widerstand R2 geschaltet. Dabei liegt die Drain des Transistors T2 auf dem höheren Potential als die Source, welche auf dem Massepotential des Anschlusses 5' liegt. Das Gate des Transistors T1 ist mit dem Gate des Transistors T3 verbunden und beide sind über den Anschluss 7 mit einem externen Triggergenerator verbunden. Dieser externe Triggergenerator triggert die Transistoren T2 und T3 zum Öffnen und Schließen an. Der Transistor T3 wird zum Steuern des Stroms I_L durch die Leuchtdiodenanordnung 2 genutzt. Das heißt, das Triggersignal am Anschluss 7 dient bezüglich des Transistors T3 der Pulsmodulation des Stroms I durch die Leuchtdiodenanordnung 2. Das Triggersignal am Anschluss 7 dient bezüglich des Transistors T2 dagegen zum synchronen Öffnen eines Stromkreises über die Kapazität C2, um zu verhindern, dass im Moment der Unterbrechung des Stroms I_L durch die Leuchtdiodenanordnung 2 eine Entladung der Kapazität C2 stattfindet, wie es bei der Schaltungsanordnung 1 gemäß 1 aus dem Stand der Technik der Fall ist. Synchron mit dem Transistor T3 wird daher auch der Transistor T2 wieder durchgeschaltet, wodurch einerseits der Strom I_L durch die Leuchtdiodenanordnung 2 wieder fließt und die Schalteinheit 4 ihre regelnde Tätigkeit zum Regeln des Stroms I_L im gleichen Arbeitspunkt des Transistors T1 wieder aufnimmt.

Claims

Schaltungsanordnung (1) zur steuerbaren Stromversorgung, insbesondere Schaltungsanordnung (1) zum Dimmen von Leuchtdiodenanordnungen (2), mit folgenden Merkmalen: – die Schaltungsanordnung (1) weist einen Eingang (5, 5') zum Anschluss an eine Gleichspannung auf; – die Schaltungsanordnung (1) weist einen Ausgang (6, 6') zur gesteuerten Versorgung einer Last, insbesondere der Leuchtdiodenanordnungen (2), mit Gleichstrom (I) auf; – die Schaltungsanordnung (1) weist einen Gleichstromsteller (3) auf; – der Gleichstromsteller (3) weist Kapazitäten (C2, C4) und/oder Induktivitäten (L) auf; – die Schaltungsanordnung weist Mittel (T3) zum Steuern der Stromstärke des Stroms (I_L) am Ausgang (6, 6') der Schaltungsanordnung (1) auf ; – die Mittel (T3) zum Steuern arbeiten auf dem Prinzip der Pulsmodulation; – die Schaltungsanordnung weist Mittel (T2, T3) zum Verhindern eines Entladen der Kapazitäten (C2, C4) des Gleichstromstellers (3) in Pulspausen des gesteuerten Stroms (I_L) auf, – der Gleichstromsteller (3) weist eine Schalteinheit (4) auf; – die Schalteinheit (4) weist einen Anschluss (42) für eine Referenzspannung auf; – der Anschluss (42) für die Referenzspannung ist über eines der Mittel (T2) zum Verhindern, einen ohmschen Widerstand (R2) und einen Kondensator (C2) mit Masse verbunden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (T2, T3) zum Verhindern die Mittel zum Steuern (T3) umfassen.
Schaltungsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (T2, T3) zum Verhindern Schalter umfassen.
Schaltungsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verhindern und/oder zum Steuern Transistoren (T2, T3) umfassen.
Schaltungsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren (T2, T3) mit dem Steuersignal für die Pulsmodulation getriggert sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Mittel (T3) zum Verhindern in Reihe zu einem der Anschlüsse (6, 6') des Ausgangs (6, 6') der Schaltungsanordnung (1) geschaltet ist.