DE112011101249T5 - Transformatoranordnung zum Schützen von optoelektrischen Komponenten - Google Patents

Transformatoranordnung zum Schützen von optoelektrischen Komponenten Download PDF

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Harri Naakka
Jussi Hämäläinen
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Helvar Oy AB
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Abstract

Die Aufgabe der Erfindung ist eine Transformatorschaltungsanordnung, die eine erste Schutzeinheit (116) umfasst, integriert mit einer Sekundärschaltung (104) eines Transformators (100) in Reihenschaltung zu mindestens einem kapazitiven Element (112) zum Schützen von mindestens einer optoelektronischen Einheit (114) vor im Wesentlichen hohen Sekundärschaltungs-Stromwerten, die hervorgerufen werden in einer Entladung von dem mindestens einen kapazitiven Element (112), wobei die erste Schutzeinheit (116) umfasst mindestens einen Widerstand (123, 124, 125) mit einem ersten Anschluss, gekoppelt an das kapazitive Element (112), einen ersten Transistor (126) mit einem ersten Anschluss, gekoppelt mit einem zweiten Anschluss des mindestens einen Widerstands (123, 124, 125), einen zweiten Anschluss, gekoppelt mit der optoelektronischen Einheit (114) und einen Steueranschluss zum Ausführen von Steuerfunktionen, und einen zweiten Transistor (122) mit einem ersten Anschluss, verbunden mit dem ersten Anschluss des mindestens einen Widerstands (123, 124, 125), einen zweiten Anschluss, gekoppelt mit einem Steueranschluss des ersten Transistors (126), und einen Steueranschluss, verbunden mit dem zweiten Endgerät des mindestens einen Widerstands (123, 124, 125).

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Einige elektrische Geräte, beispielsweise unterschiedliche Arten von Beleuchtungsgeräten, verwenden eine Art von Transformatorschaltungselektronik.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Transformator ist ein Gerät, das elektrische Energie von einer Schaltung, d. h. Primärschaltung, an eine andere, d. h. Sekundärschaltung, transferiert durch induktiv gekoppelte Leiter, welches die Spulen eines Transformators sind. Ein variierender Strom in der Primärwicklung erzeugt einen variierenden magnetischen Fluss in dem Kern des Transformators, und daher ein variierendes Magnetfeld durch die Sekundärwicklung. Dieses variierende Magnetfeld induziert eine variierende elektromotorische Kraft (EMF, Electromotive Force), d. h. Spannung in der Sekundärwicklung.
  • In vielen Stand-der-Technik-Ausführungsformen war die Spannung und Leistung der Sekundärschaltung im Wesentlichen gering, und es gab keinen Bedarf für eine große Energiespeicherung, d. h. einen Kondensator, auf der Sekundärschaltung. Eine sich erhöhende Anzahl von Ausführungsformen elektrischer Geräte, beispielsweise bei Beleuchtungsgeräten, benötigt, dass an der Sekundärschaltung eine im Wesentlichen hohe Spannung und Leistung verwendet wird. Dies führt zu einem Bedarf für einen größeren Energiespeicher, d. h. Kondensator, auf der Sekundärschaltung. Das Problem betrifft die Situation, wenn eine Last, wie zum Beispiel eine optoelektronische Einheit, zuerst von der Schaltung unter Betriebsbedingungen abgetrennt wird. Wenn die Last wieder mit der Schaltung verbunden wird, existiert eine Stromspitze in der Schaltung, sobald elektrische Ladung sich von dem Kondensator entlädt. Diese Stromspitze kann Beschädigungen an der optoelektronischen Einheit hervorrufen, beispielsweise Beschädigungen an einer lichtemittierenden Diode (LED, Light Emitting Diode), was daher zu Fehlern in dem Schaltungsbetrieb und zusätzlichen Kosten führt, weil beschädigte LEDs durch neue ersetzt werden müssen.
  • Einige Stand-der-Technik-Probleme beziehen sich auch auf die Tatsache, dass die Sekundärschaltung ein Konstantstromgerät ist. In dem normalen Betrieb gibt es einen Bedarf für sowohl eine Spannungsmessanordnung als auch eine Strommessanordnung zum Messen von beidem, Spannung und Strom der Last. Ein Frequenzansprechen der Spannungsmessung muss schnell sein, und ein Frequenzansprechen der Strommessung muss langsam sein, weil eine Strommessung nicht auf Wellensignale oder Wellensignalteile reagieren darf, was hervorgerufen wird durch eine Versorgungsspannung im Normalbetrieb der Sekundärschaltung. Im Stand der Technik wurde die Spannungsmessung bereitet durch einen ersten Verstärker und die Strommessung wurde bereitet durch einen zweiten Verstärker.
  • In Leistungsfehlersituationen und/oder in Sensoranwendungen treten trotzdem Stromspitzen auf. Typischerweise existiert die Stromspitze in der Sekundärschaltung, wenn die Last, wie zum Beispiel eine optoelektronische Einheit, wieder verbunden wird mit der Schaltung, beispielsweise in oder nach einer Leistungsfehlersituation. Daher besteht auch ein Bedarf für eine schnell ansprechende Strommessung, um Stromspitzen daran zu hindern, einer optoelektronischen Einheit Schäden zuzufügen, beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED) zu beschädigen, was daher zu Fehlern in dem Schaltungsbetrieb und anderen zusätzlichen Kosten führt, weil beschädigte LEDs mit neuen ersetzt werden müssen. Eine Stand-der-Technik-Lösung für diese schnell ansprechende Strommessung ist die Verwendung eines dritten Verstärkers, was zuerst eine teuere Lösung darstellt, und des Weiteren nimmt der dritte Verstärker mehr Platz auf einer Platine ein, auf der die Verstärker und andere Komponenten der Transformatorschaltung angeordnet sind.
  • Als ein beispielhaftes Dokument des Stands der Technik wird die Patentanmeldung WO 2006/046207 A1 genannt. Während eines Hochfahrens bzw. Energiezuführens an die LED, wird Strom an die LED durch einen Widerstand gerichtet, um die Spannung über der LED zu verringern, was Pegel verhindert, die die LED-Lichtausgabe dazu bringen würden, die LED-Lichtausgabe entsprechend dem Dim-Befehl-Signal zu überschreiten. Daher wird ein Flackern der LED unterdrückt. Der Widerstand schützt jedoch die LED nicht vor Stromspitzen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Transformatorschaltungsanordnung zu erreichen, in der erfolgreich und mit vernünftigen Kosten das Risiko einer Beschädigung einer optoelektronischen Einheit minimiert wird. Dies wird erreicht durch eine Transformatorschaltungsanordnung, die einen Transformator umfasst, sowie eine Primärschaltung an einer Primärseite des Transformators und eine Sekundärschaltung an einer Sekundärseite des Transformators, wobei der Transformator angeordnet ist zum Transferieren elektrischer Energie von der Primärschaltung an die Sekundärschaltung, wobei die Sekundärschaltung mindestens ein kapazitives Element umfasst zum Realisieren einer kapazitiven Eigenschaft in der Sekundärseite, und mindestens eine optoelektronische Einheit zum Ausführen einer optoelektronischen Funktion. Die Anordnung umfasst eine erste Schutzeinheit, integriert mit der Sekundärschaltung in einer Reihenschaltung mit dem mindestens einen kapazitiven Element, um die mindestens eine optoelektronische Einheit vor wesentlich hohen Sekundärschaltungs-Stromwerten zu schützen, die bei einer Entladung des mindestens einen kapazitiven Elements hervorgerufen werden, wobei die erste Schutzeinheit mindestens einen Widerstand mit einem ersten Anschluss, gekoppelt mit dem kapazitiven Element, umfasst, sowie einen ersten Transistor mit einem ersten Anschluss, gekoppelt mit einem zweiten Anschluss des mindestens einen Widerstands und einem zweiten Anschluss, gekoppelt mit der optoelektronischen Einheit, und einen zweiten Transistor mit einem ersten Anschluss, verbunden mit dem ersten Anschluss von dem mindestens einen Widerstand, einem zweiten Anschluss, gekoppelt mit einem Steueranschluss des ersten Transistors, und einem Steueranschluss, verbunden mit dem zweiten Anschluss des mindestens einen Widerstands.
  • Die Erfindung basiert darauf, dass mindestens ein kapazitives Element zum Realisieren einer kapazitiven Eigenschaft, d. h. einer Energiespeicherfunktion, sich auf der Sekundärschaltung befindet, und dass auch zu der Sekundärschaltung eine erste Schutzeinheit integriert ist in Reihenschaltung zu dem mindestens einen kapazitiven Element zum Schützen von mindestens einer optoelektronischen Einheit in der Sekundärseite vor wesentlich hohen Sekundärschaltungs-Spannungswerten, die hervorgerufen werden bei einer Entladung des mindestens einen kapazitiven Elements, wobei die Entladung speziell in Situationen existiert, wenn die optoelektronische Einheit angeschaltet wird zu der Transformatorschaltung, beispielsweise nachdem eine Komponente mit einer anderen in der optoelektronischen Schaltung ersetzt wurde und/oder nach einem Leistungsfehler.
  • Der Vorteil der Erfindung ist der, dass sie eine bequeme und relativ günstige Implementierung bereitstellt, um Beschädigungen an einer optoelektronischen Einheit in der Sekundärseite der Transformatorschaltung zu verhindern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 stellt ein Blockdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dar.
  • 2 stellt ein detailliertes Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung dar.
  • 3 stellt ein Blockdiagramm dar, das eine zweite Schutzanordnung darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER Erfindung
  • In 1 wird ein Blockdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Ein Transformator 100 ist ein Gerät, das elektrische Energie von einer Schaltung zu einer anderen Schaltung durch induktiv gekoppelte Leiter N1, N2 transferiert. Die Transformatorschaltungsanordnung in 1 umfasst eine Primärschaltung 102 an der Primärseite des Transformators 100, und eine Sekundärschaltung 104 in der Sekundärseite des Transformators 100, und der Transformator transferiert elektrische Energie von der Primärschaltung an die Sekundärschaltung. Ein Block 106 in der Primärschaltung umfasst Verbindungsmittel für eine Eingangsspannung, die beispielsweise 230 V und eine 50 Hz alternierende Spannung ist. Der Block 106 in der Primärschaltung kann auch mindestens ein Filter umfassen zum Ausführen elektrischer Filterbetriebe, beispielsweise RFI(Funkfrequenzinterferenz)-Filtern, sowie einen Gleichrichter zum Umwandeln eines Wechselstroms (AC) in einen Gleichstrom (DC), aber der Block 106 kann auch einen unterschiedlichen Inhalt abhängig von der Ausführungsform aufweisen, in der die Erfindung verwendet wird.
  • Die Sekundärschaltung 104 kann eine Strommesselektronik 108 umfassen zum Ausführen von Stromüberwachungsoperationen und Spannungsmesselektronik 110 zum Ausführen von Spannungsüberwachungsoperationen. Mindestens ein kapazitives Element 112 befindet sich auf der Sekundärschaltung zum Realisieren einer Energiespeicherfunktion, d. h. kapazitive Eigenschaft auf der Sekundärseite. Das kapazitive Element 112 ist bevorzugt mindestens ein Kondensator 112. Mindestens eine optoelektronische Einheit 114 auf der Sekundärschaltung 104 führt optoelektronische Funktionen aus, wie zum Beispiel eine Beleuchtung oder Signalisierung. Die optoelektronische Einheit 114 umfasst eine lichtemittierende Diode (LED) oder bevorzugt mehrere von diesen (LEDs). Die optoelektronische Einheit 114 kann auch beispielsweise mindestens PIN umfassen, d. h. intrinsische Barriere, Diode und/oder mindestens eine Laserdiode, um beispielsweise Transceiver-Funktionen als optoelektronische Funktionen auszuführen. Ein erste Schutzeinheit 116 ist verbunden in Reihe mit mindestens einem Kondensator 112 zum Schützen der mindestens einen optoelektronischen Einheit 114 von hohen Sekundärschaltungs-Spannungs- und/oder Stromwerten. Beispielsweise existiert ein Spitzenstromwert wegen eines Entladens des mindestens einen Kondensators 112. Eine typische Situation für dies ist, wenn die optoelektronische Einheit 114 angeschaltet wird bzw. zugeschaltet wird zu der Sekundärschaltung 104.
  • Ferner kann die Anordnung in 1 zwischen der Primärschaltung 102 und der Sekundärschaltung 104 eine Rückkopplungsanordnung 118 umfassen zum Bereitstellen von Information von der Sekundärseite an die Primärseite. Diese Information kann beispielsweise Spannungs- und/oder Strominformation der Sekundärschaltung 104 enthalten, welche Information bereitgestellt wird an die Primärschaltung beispielsweise durch eine optoelektronische Kopplung, welche die Rückkopplungsschaltung 118 umfassen kann. Die Primärschaltung 102 kann Fly-Back-Elektronik 120 bzw. Zeilen-(Kipp/Rücklauf)-Elektronik umfassen zum Empfangen der bereitgestellten Information von der Sekundärschaltung 104 über die Rückkopplungsanordnung 118 und zum Verwenden der empfangenen Information im Betrieb der Transformatorschaltung.
  • Das oben dargestellte und auf 1 bezogene ist auch anwendbar auf 2, aber in 2 wird ein detailliertes und beispielhaftes Schaltungsdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung präsentiert. Die Sekundärschaltung 104 umfasst einen Kondensator 112 zum Realisieren einer kapazitiven Eigenschaft auf der Sekundärschaltung. Eine integrierte Schaltung 135 umfasst Verstärker, bevorzugt Operationsverstärker. Der erste Verstärker ist Teil der Strommesselektronik 108, und der zweite Verstärker ist Teil der Spannungsmesselektronik 110. Die optoelektronische Einheit 114 umfasst mindestens drei lichtemittierende Dioden (LEDs) mit einem Bedarf für wesentliche höhere Spannungs- und Leistungswerte auf der Sekundärschaltung 104, als es der Fall bei einer einzelnen LED ist.
  • Eine erste Schutzeinheit 116 ist in einer Reihenschaltung verbunden mit dem mindestens einen Kondensator 112, um die mindestens eine optoelektronische Einheit 114 vor hohen Sekundärschaltungs-Spannungs- und/oder Stromwerten zu schützen. Beispielsweise existiert ein Spitzenstromwert wegen der Entladung des mindestens einen Kondensators 112. Eine typische Situation für dies ist, wenn die optoelektronische Einheit 114 in der Sekundärschaltung angeschaltet bzw. zugeschaltet wird.
  • Die erste Schutzeinheit 116 umfasst mindestens einen Widerstand 125, einen ersten Transistor 126 und einen zweiten Transistor 127. Die erste Schutzeinheit kann mehrere Widerstände, beispielsweise drei Widerstände 123, 124, 125 umfassen, die parallel verbunden sind. Der erste Anschluss des Widerstands 125 oder parallel verbundenen Widerständen 123, 124, 125, ist mit dem Kondensator 112 gekoppelt, und der zweite Anschluss des Widerstands 125 oder parallel verbundenen Widerständen 123, 124, 125 ist mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors 126 verbunden. Der zweite Anschluss des ersten Transistors 126 ist verbunden mit der optoelektronischen Einheit 114. Der erste Anschluss des zweiten Transistors 122 ist verbunden mit dem ersten Anschluss des Widerstands 125 oder parallel verbundenen Widerständen 123, 124, 125 und der zweite Anschluss des zweiten Transistors 122 ist verbunden mit dem Steueranschluss des ersten Transistors 126. Der Steueranschluss des zweiten Transistors 122 ist verbunden mit dem zweiten Anschluss des Widerstands 125 oder parallel verbundenen Widerständen 123, 124, 125.
  • Bevorzugt ist der erste Transistor 126 ein Feld-Effekt-Transistor (FET, Field Effect Transistor), wobei der erste Anschluss des ersten Transistors 126 die Source des FET ist, der zweite Anschluss das Drain des FET ist, und der Steueranschluss das Gate des FET ist.
  • Bevorzugt ist der zweite Transistor 122 ein bipolarer Transistor, wobei der erste Anschluss des zweiten Transistors 122 der Emitter des bipolaren Transistors ist, der zweite Anschluss der Collector des bipolaren Transistors ist, und der Steueranschluss die Basis des bipolaren Transistors ist. Deshalb entspricht die Potentialdifferenz zwischen dem Emitter und der Basis des bipolaren Transistors 122 der Spannung über dem Widerstand 123, 124, 125.
  • Mit dem Steueranschluss des ersten Transistors 126 ist auch eine Anode einer Diode 127, bevorzugt eine Zener-Diode, verbunden. Die Kathode der Diode 127 ist verbunden mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors 126. Im Fall eines FET ist die Anode der Diode 127 verbunden mit dem Gate des FET, und die Kathode der Diode 127 ist verbunden mit der Source des FET. Ein Kondensator 128 kann parallel mit der Diode 127 verbunden werden.
  • Während eines Normalbetriebs bleibt, wenn der Strom an die optoelektronische Einheit 114 nicht übermäßig wird, die Spannung über den Widerständen 123, 124, 125 niedrig. Der geringe Potentialunterschied zwischen dem Emitter und Basis des bipolaren Transistors 122 hält den bipolaren Transistor 122 in einem nicht-leitenden Zustand. Unter diesen Bedingungen gibt es eine konstante Spannung über der Zener-Diode 127, und daher zwischen dem Gate und der Source des FET 126. Die Konstantspannung stellt sicher, dass der FET 126 in einem leitenden Zustand während eines Normalbetriebs ist.
  • Übermäßige Ströme können beispielsweise auftreten, wenn eine getrennte optoelektronische Einheit 114 ersetzt wird, was die Sekundärschaltung 104 vervollständigt. Eine signifikante Menge an Ladung kann am Kondensator 112 angesammelt worden sein, und sie wird entladen, wenn die Schaltung vervollständigt ist. Ein Strom, der aus dieser Entladung austritt, kann groß genug sein, um eine Beschädigung an der optoelektronischen Einheit 114 hervorzurufen. Unter Verwendung der ersten Schutzeinheit 116 wird der Strom an der optoelektronischen Einheit begrenzt auf einen maximalen sicheren Strom Imax. Bei diesem maximalen sicheren Strom Imax ist die Spannung über den Widerständen 123, 124, 125 Vmax. Der Potentialunterschied zwischen dem Emitter und der Basis des bipolaren Transistors 122 ist auch gleich zu Vmax. Durch Auswählen passender Widerstandswerte für die Widerstände 123, 124, 125 wird Vmax groß genug zum Schalten des bipolaren Transistors 122 in einen leitenden Zustand. Mit anderen Worten, erzeugt eine Entladung des Kondensators 112 in der ersten Schutzeinheit eine Spannung, die größer ist als die Emitter-Basis-Schwellenwertspannung des bipolaren Transistors 122. Da der bipolare Transistor in dem leitenden Zustand ist, nimmt der FET 126 einen linearen Betrieb (Saturierungsbereich) auf, so dass im Wesentlichen konstanter Strom gleich zu Imax bereitgestellt wird an die optoelektronische Einheit 114.
  • Die in 2 präsentierte detaillierte Ausführungsform stellt auch eine Lösung bereit, wie Probleme zu vermeiden sind, die davon herrühren, dass ein Frequenzansprechen der Spannungsmessung schnell sein muss, und ein Frequenzansprechen der Strommessung langsam sein muss, weil eine Strommessung nicht auf Wellensignale oder Wellensignalteile reagieren darf, die hervorgerufen werden durch eine Versorgungsspannung bzw. Netzspannung in einem normalen Betriebsmodus der Sekundärschaltung.
  • Ein Blockdiagramm, das dieser Lösung entspricht, wird in 3 dargestellt, welches ähnliche Teile umfasst, wie schon bezüglich 1 dargestellt. Die Sekundärschaltung 104 umfasst, wie in 3 dargestellt, Strommesselektronik 108 zum Ausführen von Stromüberwachungsoperationen. Die Sekundärschaltung umfasst auch Spannungsmesselektronik 110 zum Ausführen von Spannungsüberwachungsoperationen beispielsweise in Situationen einer offenen Schaltung. Mindestens eine optoelektronische Einheit 114 auf der Sekundärschaltung 104 führt optoelektronische Funktionen, wie zum Beispiel eine Beleuchtung oder Signalisierung, durch. Die optoelektronische Einheit 114 umfasst eine lichtemittierende Diode (LED) oder bevorzugt mehrere LEDs. Eine zweite Schutzeinheit 111 ist integriert in einer Reihenschaltung mit der mindestens einen optoelektronischen Einheit 114 zum Schützen der optoelektronischen Einheit vor wesentlichen hohen Sekundärschaltungs-Stromwertsignalen.
  • Die Sekundärschaltung umfasst Strommesselektronik 108 zum Ausführen von Stromüberwachungsoperationen, wobei die Strommesselektronik angeordnet ist, um auf Frequenzen zu reagieren, die im Wesentlichen geringer sind als 100 Hz, so dass die Strommesselektronik beispielweise nicht reagieren soll auf Frequenzrauschen auf der Messspannung. Dies wird erreicht durch Koppeln eines ersten Anschlusses eines Strommesselements, wie zum Beispiel eines Widerstands, in Reihe mit der optoelektronischen Einheit 114 und Verbinden des zweiten Anschlusses des Strommesselements mit der integrierten Schaltung 135. Aufgrund interner Verzögerungen in der integrierten Schaltung 135 misst die Strommesselektronik 108 einen Durchschnittsstrom und reagiert nicht auf hohe Frequenzen. Eine Rückkopplung von der Strommesselektronik 108 wird bereitgestellt an eine Fly-Back-Elektronik 120 auf der Primärseite über eine Rückkopplungsanordnung 118.
  • Eine zweite Schutzeinheit 111 wird integriert mit der Sekundärschaltung 104, wobei die zweite Schutzeinheit 111 in einer Reihenschaltung ist mit der mindestens einen optoelektronischen Einheit 114, um die optoelektronische Einheit vor im Wesentlichen hohen Werten von Sekundärschaltungs-Stromsignalen zu schützen, was Frequenzen umfasst, die höher sind als die Frequenzen, auf die die Strommesselektronik 108 angeordnet ist zu reagieren. Durch diese Art von Anordnung wird eine bequeme und relativ kostengünstige Implementierung erreicht, um Beschädigungen einer optoelektronischen Einheit auf der Sekundärseite der Transformatorschaltung zu verhindern.
  • Die zweite Schutzeinheit ist angeordnet, um auf hohe Stromwerte ohne Verzögerungen zu reagieren. Die zweite Schutzeinheit 111, dargestellt in 2, ist eine Überstrom-Schutzeinheit, umfassend einen dritten Transistor 130 und mindestens einen Widerstand 132, 134 zum Ausführen einer Strombegrenzung durch den dritten Transistor 130. Der erste Anschluss des mindestens einen Widerstands 132, 134 ist gekoppelt mit der optoelektronischen Einheit 114. Der zweite Anschluss des mindestens einen Widerstands ist verbunden mit der integrierten Schaltung 135. Der Steueranschluss des dritten Transistors 130 ist verbunden mit einem Knoten zwischen dem ersten Anschluss und dem mindestens einen Widerstand 132, 134 und der optoelektronischen Einheit 114. Der erste Anschluss des dritten Transistors 130 ist verbunden mit dem zweiten Anschluss des mindestens einen Widerstands 132, 134. Der zweite Anschluss des dritten Transistors 130 ist gekoppelt mit der Rückkopplungsanordnung 118. Es kann andere Komponenten zwischen dem dritten Transistor 130 und der Rückkopplungsanordnung 118 geben, aber die Komponenten dürfen keine signifikanten Verzögerungen zu einem Signal von dem dritten Transistor 130 an die Rückkopplungsanordnung 118 zuführen.
  • Bevorzugt ist der dritte Transistor 130 ein bipolarer Transistor, wobei der erste Anschluss der Emitter des bipolaren Transistors ist, der zweite Anschluss der Collector ist und der Steueranschluss die Basis des bipolaren Transistors ist.
  • Die zweite Schutzeinheit 111 hat keinen Einfluss, d. h. sie ist passiv, auf den Betrieb der Sekundärschaltung 104 bei normalen Betriebsbedingungen, wo Stromwertsignale auf einer niedrigeren Stromstufe sind als die störenden Hochstromwertsignale. Die störenden Hochstromwertsignale der Sekundärschaltung 104 werden beispielsweise hervorgerufen in Anschaltsituationen und/oder in Situationen, bei denen sich eine Last schnell ändert.
  • Der Strombegrenzungswert wird eingestellt durch den mindestens einen Widerstand 132, 134, um die optoelektronische Einheit 114 vor wesentlichen, d. h. störenden, Hochstromwertsignalen zu schützen. Der Widerstand des mindestens einen Widerstands 132, 134 wird derart ausgewählt, dass die Spannung über dem mindestens einen Widerstand geringer ist als die Emitter-Basis-Schwellenwertspannung des bipolaren Transistors 130, wenn der Strom unter dem Strombegrenzungswert liegt, was den bipolaren Transistor 130 in einem nicht-leitenden Zustand hält. Wenn der Strom den Strombegrenzungswert überschreitet, ist die Spannung über dem mindestens einen Widerstand 132, 134 groß genug, um den bipolaren Transistor 130 in einen leitenden Zustand zu bringen.
  • Wenn der bipolare Transistor 130 in einem leitenden Zustand ist, stellt er ein Signal an die Rückkopplungsanordnung 118 bereit, welches Informationen an die Fly-Back-Elektronik 120 bereitstellt. Basierend auf den Informationen steuert die Fly-Back-Elektronik 120 den Transformator 100, so dass der Strom auf der Sekundärseite verringert wird. Es gibt keine Verzögerungen zwischen der zweiten Schutzeinheit 111 und der Rückkopplungsanordnung 118, und deshalb kann die zweite Schutzeinheit 111 schnell auf Hochfrequenz-Stromspitzen ansprechen.
  • Andere Transistorarten (bipolare, FETs, etc.) können auch verwendet werden zum Ausführen der ähnlichen Betriebsart, wie hinsichtlich Schutzeinheiten 111, 116 beschrieben, aber beispielsweise ist in der ersten Schutzeinheit 116 der FET-Transistor die bevorzugte Wahl, weil die Schaltung der ersten Schutzeinheit 116 eine minimale Anzahl von Komponenten umfasst, und des Weiteren ein FET-Transistor eine minimale Verlustmenge in der Schaltung hervorruft. Die Schaltungen der Schutzeinheit 111, 116 können auch viele Arten von Variationen aufweisen zum Erreichen von Aufgaben oder einem Teil der Aufgaben der Schutzeinheiten 111, 116.
  • Obwohl die Erfindung dargestellt wurde mit Bezug auf die beigefügten Figuren und Spezifikation, ist die Erfindung nicht auf diese begrenzt, da die Erfindung Variationen innerhalb des Umfangs ausgesetzt werden kann, der durch die Ansprüche erlaubt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2006/046207 A1 [0006]

Claims (14)

  1. Eine Transformatorschaltungsanordnung, umfassend – einen Transformator (100), – eine Primärschaltung (102) auf einer Primärseite des Transformators, und – eine Sekundärschaltung (104) auf einer Sekundärseite des Transformators, wobei der Transformator (100) angeordnet ist zum Transferieren elektrischer Energie von der Primärschaltung (102) an die Sekundärschaltung (104), und die Sekundärschaltung (104) umfasst – mindestens ein kapazitives Element (112) zum Realisieren einer kapazitiven Eigenschaft auf der Sekundärseite, und – mindestens eine optoelektronische Einheit (114) zum Ausführen einer optoelektronischen Funktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine erste Schutzeinheit (116) umfasst, integriert mit der Sekundärschaltung (104) in einer Reihenschaltung mit dem mindestens einen kapazitiven Element (112) zum Schützen der mindestens einen optoelektronischen Einheit (114) vor wesentlich hohen Sekundärschaltungs-Stromwerten, hervorgerufen durch eine Entladung des mindestens einen kapazitiven Elements (112), wobei die erste Schutzeinheit (116) umfasst – mindestens einen Widerstand (123, 124, 125) mit einem ersten Anschluss, gekoppelt mit dem kapazitiven Element (112), – einen ersten Transistor (126) mit einem ersten Anschluss, gekoppelt mit einem zweiten Anschluss des mindestens einen Widerstands (123, 124, 125) und einem zweiten Anschluss, gekoppelt mit der optoelektronischen Einheit (114), und – einen zweiten Transistor (122) mit einem ersten Anschluss, verbunden mit dem ersten Anschluss des mindestens einen Widerstands (123, 124, 125), einem zweiten Anschluss, gekoppelt mit einem Steueranschluss des ersten Transistors (126), und einem Steueranschluss, verbunden mit dem zweiten Anschluss des mindestens einen Widerstands (123, 124, 125).
  2. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Transistor (122) ein bipolarer Transistor ist.
  3. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss des zweiten Transistors (122) der Emitter des bipolaren Transistors ist, der zweite Anschluss der Collector des bipolaren Transistors ist, und der Steueranschluss die Basis des bipolaren Transistors ist.
  4. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (126) ein Feld-Effekt-Transistor ist.
  5. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss des ersten Transistors (126) die Source des Feld-Effekt-Transistors ist, der zweite Anschluss des ersten Transistors das Drain des Feld-Effekt-Transistors ist, und der Steueranschluss des ersten Transistors das Gate des Feld-Effekt-Transistors ist.
  6. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand des mindestens einen Widerstands (123, 124, 125) ausgewählt wird, so dass bei einem maximal erlaubten Strom an die optoelektronische Einheit (114) die Spannung über dem mindestens einen Widerstand einem Steuerpotential entspricht, das benötigt wird, um den zweiten Transistor (122) in einen leitenden Zustand zu bringen.
  7. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärschaltung (104) Strommesselektronik (108) umfasst zum Ausführen von Stromüberwachungsoperationen und/oder Spannungsmesselektronik (110) zum Ausführen von Spannungsüberwachungsoperationen.
  8. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Rückkopplungsanordnung (118) umfasst zum Bereitstellen von Informationen von der Sekundärseite an die Primärseite.
  9. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung auf der Primärseite eine Fly-Back-Elektronik (120) umfasst zum Verwenden der Informationen, empfangen von der Sekundärseite über die Rückkopplungsanordnung (118) zum Steuern des Transformators.
  10. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine zweite Schutzeinheit (111) umfasst, integriert mit der Sekundärschaltung (104) in Reihenschaltung mit der mindestens einen optoelektronischen Einheit (114), angeordnet zum Reagieren ohne Verzögerung auf störende Stromsignale.
  11. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schutzeinheit (111) eine Überstrom-Schutzeinheit ist, die einen dritten Transistor (130) und mindestens einen Widerstand (132, 134) umfasst, wobei ein erster Anschluss des mindestens einen Widerstands gekoppelt ist mit der optoelektronischen Einheit (114).
  12. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Transistor (130) ein bipolarer Transistor ist mit der Basis des bipolaren Transistors gekoppelt mit dem ersten Anschluss des mindestens einen Widerstands (132, 134), dem Emitter des bipolaren Transistors verbunden mit einem zweiten Anschluss des mindestens einen Widerstands (132, 134), und dem Collector gekoppelt mit der Rückkopplungsanordnung (118).
  13. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand des mindestens einen Widerstands (132, 134) ausgewählt wird, so dass die Spannung über dem mindestens einen Widerstand (132, 134) unter einer Schwellenwertspannung des dritten Transistors (130) ist in Abwesenheit von störenden Stromsignalen, und in Anwesenheit von störenden Stromsignalen, die Spannung über dem mindestens einen Widerstand (132, 134) über der Schwellenwertspannung des dritten Transistors (130) ist.
  14. Eine Transformatorschaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Einheit (114) mindestens drei lichtemittierende Dioden (LEDs) umfasst.
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