DE202010013947U1

DE202010013947U1 - LED control in high-voltage constant current version

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Publication number: DE202010013947U1
Application number: DE202010013947U
Authority: DE
Original assignee: Moser Helmut Dipl-Volksw
Current assignee: Moser Helmut Dipl-Volksw
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2020-10-06

Abstract

LED-Ansteuerung dadurch gekennzeichnet, dass eine große Anzahl in Reihe geschalteter LEDs vorzugsweise mit gleichgerichteter Netzspannung oder höher mit strombegrenzten Impulsen und ohne handelsübliche LED-Ansteuer-Chips betrieben werden.LED drive characterized in that a large number of series-connected LEDs are preferably operated with rectified mains voltage or higher with current-limited pulses and without commercial LED drive chips.

Description

Stand der TechnikState of the art

Ein Netzteil ist ein eigenständiges Gerät zur Energieversorgung von LEDs, Geräten oder Baugruppen, die andere Spannungen und Ströme benötigen, als vom Stromnetz bereitgestellt wird.One Power supply is a standalone Device for power supply of LEDs, devices or assemblies that require different voltages and currents than provided by the utility grid becomes.

Für kleinere Leistungen bis zu ca. 30 W werden meist Steckernetzteile eingesetzt, bei denen der Stecker zum Anschluß an das Wechselstromnetz in das Gehäuse des Netzteiles integriert ist.For smaller ones Power up to approx. 30 W is usually used for power adapters in which the plug for connection to the AC mains in the casing of the power supply is integrated.

Ob geregelte oder ungeregelte Netzteile, immer ist der Transformator ein zentrales Bauteil, das ein gewisses Gewicht und Bauvolumen hat und ein Kostenfaktor ist. Bei linear geregelten Netzteilen wird die Primärwicklung des Transformators mit der Wechselspannung des Stromnetzes und Netzfrequenz gespeist. Die Sekundärwicklung erzeugt die notwendige Ausgangspannung und stellt die galvanische Trennung sicher.If Regulated or unregulated power supplies, always the transformer a central component that has a certain weight and volume and a cost factor. For linearly regulated power supplies, the primary of the transformer with the AC voltage of the mains and mains frequency fed. The secondary winding generates the necessary output voltage and provides the galvanic Separation sure.

Im Gegensatz zum linear geregelten Netzteil zeichnet sich der aufwendigere Aufbau eines Schaltnetzteiles durch einen höheren Wirkungsgrad aus, indem mit höheren Frequenzen als Netzfrequenz gearbeitet wird. Positiv wirkt sich das auch auf eine etwas kleinere Bauweise des Transformators aus. Bauartbedingt liefert das Schaltnetzteil eine geregelte Gleichspannung, der Bauteilaufwand ist jedoch im Vergleich zum vorerwähnten Prinzip höher.in the Contrary to the linearly regulated power supply, the more elaborate one stands out Construction of a switching power supply by a higher efficiency, by with higher Frequencies is worked as mains frequency. Positive affects this also applies to a slightly smaller design of the transformer. Due to the design, the switched-mode power supply supplies a regulated DC voltage, However, the component cost is compared to the aforementioned principle higher.

Bei Netzteilen mit Transformator wird mitunter durch Verwendung von Eisenkernen minderer Qualität und/oder durch dessen zu hohe Ausnutzung ein Eigenverbrauch von mehreren Watt ohne den angeschlossenen Verbraucher bewirkt. Der Einspareffekt durch geringere Herstell- bzw. Beschaffungskosten wird durch höheren Eigenverbrauch mehr als kompensiert.at Power supplies with a transformer is sometimes made by using Iron cores of inferior quality and / or by its excessive use of self-consumption of several watts without the connected consumer causes. Of the Savings effect due to lower manufacturing or procurement costs is through higher Own consumption more than compensated.

Die Verwendung externer Netzteile insbesondere in der Form als Steckernetzteil hat den Vorteil, dass sie u. U. für mehrere Kleinspannungsgeräte, LED-Leuchten usw. Verwendung finden können. Aber sie sind immer gesonderte Bauteile, was im täglichen, zum Teil wechselden Einsatz nachteilig ist und mit den notwendigen Zugangs- und Abgangskabeln eine erhöhte Störanfälligkeit in sich birgt. Herstellungs-, Lager- und Ersatzteilhaltungs- und Verpackungskosten sind weitere Gesichstpunkte, für die Suche nach anderen technischen Lösungen.The Use of external power supplies, especially in the form of plug-in power supply has the advantage that you u. U. for several low voltage devices, LED lights etc. can be used. But they are always separate components, which change in the daily, partly Use is disadvantageous and with the necessary access and exit cables a increased susceptibility harbors in itself. Manufacturing, storage and spare parts maintenance and Packaging costs are other viewpoints, for finding other technical Solutions.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße mit gleichgerichteter Netzspannung arbeitende Ansteuerung, die speziell für eine Anzahl in Reihe geschalteter LEDs entwickelt wurde, eignet sich auch für andere Verbraucher mit vergleichbaren Anforderungen.The according to the invention with rectified mains voltage operating control, specifically for a number connected in series LEDs has been developed, is also suitable for other consumers with comparable Conditions.

Die extrem platzsparende, mit strombegrenzten Impulsen, ohne Spulen und Kondensatoren arbeitende Schaltung hat einen kaum messbaren Eigenverbrauch und erzeugt bei Abstimmung von in Reihe geschalteter LEDs einerseits und der wenigen Ansteuerbausteine andererseits keine bzw. vernachlässigbare Wärme.The extremely space-saving, with current-limited impulses, without coils and capacitors working circuit has a barely measurable Self-consumption and generates when tuning in series LEDs on the one hand and the few control blocks on the other hand no or negligible Warmth.

Über ein Potentiometer ist durch die Stromeinstellung eine Helligkeitsregelung genauso möglich wie über ein Micro-Controller-Interface.About one Potentiometer is by the current setting a brightness control as possible as about one Micro-controller interface.

Durch in Reihe geschaltete Stromregler-ICs lässt sich eine höhere Eingangsspannung generieren und so eine höhere Anzahl von LEDs versorgen. Ein anderer Weg ist, über eine Spannungsverdopplerschaltung die Netzspannung zu erhöhen, gegebenenfall zu vermehrfachen.By Series-connected current regulator ICs allow a higher input voltage generate and so a higher Supply number of LEDs. Another way is via a voltage doubler circuit to increase the mains voltage, if necessary to multiply.

Mit Hilfe einer Parallelschaltung von Stromreglern wird der LED-Strom erhöht, was den Betrieb leistungsfähigerer LEDs erlaubt.With Help of a parallel circuit of current regulators becomes the LED current elevated, which makes the operation more efficient LEDs allowed.

Die erfindungsgemäße Schaltung zeichnet sich durch ihre Platz, Bauteile und damit Kosten sparende und vergleichsweise wenig anfällige Bauweise aus, die problemlos eine Anpassung an eine unterschiedliche Anzahl zu betreibender LEDs und darüber hinaus deren Helligkeitsregelung zulässt. Ein weiteres Merkmal der Schaltung ist die Möglichkeit der Zusammenführung von Verbraucher und dessen Ansteuerung zu einer Einheit, ein in der Praxis hoher Nutzwert in zahlreichen Anwendungen.The inventive circuit is characterized by its space, components and thus cost-saving and relatively little susceptible Construction, which can easily adapt to a different Number of LEDs to be operated and, in addition, their brightness control allows. Another feature of the circuit is the possibility of merging Consumers and their control to a unit, one in the Practice of high utility in numerous applications.

Beschreibung der FigurDescription of the figure

Die Figur zeigt den kompletten Schaltungsaufbau, dessen Funktionsweise nachfolgend erklärt wird.The Figure shows the complete circuit structure, its operation will be explained below.

Die Netzspannung wird über eine klassische Gleichrichterschaltung, jedoch ohne Ladekondensator in positive Halbwellen gleichgerichtet. Diese besteht aus einer Vorsicherung (2.1), vorzugsweise als Polymersicherung ausgeführt, den zusätzlichen niederohmigen Strombegrenzungswiderständen (2.2), die im Kurzschlußfall, oder wenn die Schutzdioden (2.3) ansprechen, den Strom auf ca. 1 Ampère begrenzen.The mains voltage is rectified by a classic rectifier circuit, but without charging capacitor in positive half-waves. This consists of a backup fuse ( 2.1 ), preferably designed as a polymer fuse, the additional low-impedance current-limiting resistors ( 2.2 ), in the event of a short circuit, or if the protective diodes ( 2.3 ), limit the current to about 1 ampere.

Die Schutzdioden (2.3) sind vorzugsweise als Hochvolt-Transil-Dioden ausgeführt, z. B. Typ: P6KE 400CA von Taiwan-Semiconductor. Deren maximaler Pulsstrom liegt bei 1,1 Ampère, bei bis zu 600 Watt Impuls-Verlustleistung. Diese Dioden sind bipolar und sprechen bei ca. 350 Volt an, weshalb 2 Stück in Reihe vorzusehen sind bei einer AC-Eingangsspannung von 230 VUeff.The protective diodes ( 2.3 ) are preferably designed as high-voltage transient diodes, z. B. Type: P6KE 400CA from Taiwan Semiconductor. Their maximum pulse current is 1.1 amps, with up to 600 watts pulse power dissipation. These diodes are bipolar and respond at about 350 volts, which is why 2 units are to be provided in series with an AC input voltage of 230 VUeff.

Die Grätz-Brückenschaltung (2.4) ist aus 4 Einzeldioden aufgebaut, vorzugsweise des Typs GP02-40 von Vishay-Semikonductor mit einer Sperrspannung von 4 KV.The Grätz bridge circuit ( 2.4 ) is composed of 4 single diodes, preferably of the type GP02-40 of Vishay semiconductor with a blocking voltage of 4 KV.

Nach den Gleichrichterdioden sind in die Plus- und Minus-Leitungen zwei niederohmige Schutz-Widerstände (2.2) eingebaut und so Bestandteil der Schaltung.After the rectifier diodes, two low-resistance protective resistors ( 2.2 ) and so part of the circuit.

Der im Stromwert einstellbare Konstantstrom-Schaltregler (3.1) versorgt alle in Reihe geschalteten LEDs (4.1) mit einem Konstantstrom innerhalb der Spitzenwerte der positiven Halbwellen aus dem Netz mit folgender Funktionsweise: Steigt die positive Halbwelle von 0 Volt an, so fließt zunächst kein Strom. Erst wenn die Summe aller Durchbruchspannungen der LEDs erreicht ist, setzt der Stromfluß ein. Als ungefähre Definition liegt dieser Spannungswert bei ca. 2/3 der VF (Forward Voltage) einer LED, wobei die Charakteristik-Kurve einer LED über Ihr Stromflußverhalten genau Auskunft gibt. Da die positive Halbwelle weiter ansteigt, steigt der Strom durch den Schaltregler weiter an, bis die Strombegrenzung einsetzt, die durch den Stromeinstellwiderstand (3.2) definiert ist.The current-adjustable constant-current switching regulator ( 3.1 ) supplies all the LEDs connected in series ( 4.1 ) with a constant current within the peak values of the positive half-waves from the network with the following mode of operation: If the positive half-wave rises from 0 volts, no current flows initially. Only when the sum of all breakdown voltages of the LEDs is reached, the current flow begins. As an approximate definition, this voltage value is approximately 2/3 of the VF (Forward Voltage) of an LED, with the characteristic curve of an LED providing accurate information about your current flow behavior. As the positive half cycle continues to increase, the current through the switching regulator continues to increase until the current limit imposed by the current setting resistor (FIG. 3.2 ) is defined.

Bei dem Stromschalt-Regler handelt es sich vorzugsweise um den Typ: IXCY 10M90S der Firma IXIS-Semiconductor. Dieser Typ ist auf Eingangsspannungen von bis zu 900 Volt ausgelegt. Sein maximaler Treiberstrom liegt bei bis zu 0,1 Ampère. Vorzugsweise sollten deshalb LEDs mit 20 bis 50 mA durchschnittlichem Betriebsstrom zum Einsatz kommen. Durch die Reihenschaltung von Stromreglern, symmetriert durch zusätzliche Symmetriewiderstände (3.5), kann der Eingangsspannungsbereich vergrößert werden.The current switching regulator is preferably the type: IXCY 10M90S from IXIS-Semiconductor. This type is designed for input voltages up to 900 volts. Its maximum drive current is up to 0.1 ampere. Preferably, therefore, LEDs with 20 to 50 mA average operating current should be used. By the series connection of current regulators, balanced by additional symmetry resistances ( 3.5 ), the input voltage range can be increased.

Durch eine Parallelschaltung von Stromreglern kann der LED-Strom erhöht werden. Dadurch, dass es beim Betrieb der LEDs durch positive Netzhalbwellen um einen getakteten Betrieb bei 100 Hz bei 50 Hz AC-Netzeingang handelt, kann der maximale LED-Strom größer eingestellt werden, als der LED-Strom bei DC-Stromfloß.By a parallel connection of current regulators can increase the LED current. Due to the fact that it is in the operation of the LEDs by positive mains half-waves around a clocked operation at 100 Hz at 50 Hz AC mains input the maximum LED current can be set higher than the LED power at DC power ripple.

Die Dimensionierung der gesamten Schaltung ist von den verwendeten LEDs abhängig. Durch die Verwendung eines handbetriebenen Potentiometers oder eines Digital-Potentiometers (3.4) an Stelle des Stromeinstellwiderstandes (3.2) lässt sich der LED-Strom auch durch einen Microcontroller (3.3) definieren.The dimensioning of the entire circuit depends on the LEDs used. By using a hand-operated potentiometer or a digital potentiometer ( 3.4 ) in place of Stromeinstellwiderstandes ( 3.2 ), the LED current can also be controlled by a microcontroller ( 3.3 ) define.

Über die entsprechende Dimensionierung der Widerstände (2.2/3.2) lässt sich die Schaltung an viele handelsübliche LEDs anpassen.About the appropriate dimensioning of the resistors ( 2.2 / 3.2 ), the circuit can be adapted to many commercially available LEDs.

Vorzugsweise sind LEDs mit integrierter Z-Diode (4.2) zu verwenden, die bei Defekt einer LED nicht zum Ausfall aller in Reihe geschalteter LEDs führen. Bei Verwendung von LED-Typen, die diese Bypass-Diode nicht integriert haben, ist es sinnvoll, diese extern den LEDs parallel zuzuschalten. Prinzipiell haben diese Z-Dioden, die etwa 1 Volt über der Forward Spannung VF der LEDs liegen, keinen Einfluß auf die Schaltungstopologie.Preferably, LEDs with integrated Zener diode ( 4.2 ), which will not lead to the failure of all LEDs connected in series if one LED fails. When using LED types that have not integrated this bypass diode, it makes sense to connect them externally to the LEDs in parallel. In principle, these Zener diodes, which are approximately 1 volt above the forward voltage VF of the LEDs, have no influence on the circuit topology.

Claims

LED drive characterized in that a large number of series-connected LEDs are preferably operated with rectified mains voltage or higher with current-limited pulses and without commercial LED drive chips.

LED drive according to claim 1, characterized that this is constructed without coils and capacitors.

LED control according to claims 1 u. 2 characterized rectifier diodes with a blocking voltage of 3 KV are used come, the highest possible immunity to interference across from network disturbances cause.

LED drive according to claims 1-3, characterized that instead of a current-determining fixed resistor, a potentiometer for Current setting is used and a brightness adjustment allows.

LED drive according to claims 1-3, characterized that instead of a potentiometer a micro-controller interface for the Brightness control is used.

LED drive according to claims 1-4 or 5, characterized that two or more current regulator ICs are connected in series to through the higher Input voltage, another increase in the number connected in series To reach LEDs.

LED drive according to claims 1-4 or 5, characterized that over the parallel connection of current regulator ICs the driver current through the LEDs increase and so allowed, more powerful To operate LEDs.

LED drive according to claims 1-4 or 5, characterized that the mains voltage by means of a voltage doubler circuit on increased several times is going to raise another the number of LEDs connected in series.