DE202014100858U1

DE202014100858U1 - Leuchtdiodenantriebsschaltung mit einer steuerbaren Stromquelle zur Erzeugung eines Haltestroms für den Triac

Info

Publication number: DE202014100858U1
Application number: DE202014100858.6U
Authority: DE
Original assignee: Unity Opto Technology Co Ltd
Current assignee: Unity Opto Technology Co Ltd
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2014-03-10
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: US9198243B2; ES1111956Y; ES1111956U; TWM477115U; US20150173140A1; CN203675387U

Abstract

Leuchtdiodenantriebsschaltung mit einer steuerbaren Stromquelle zur Erzeugung eines Haltestroms für den Triac, die eine einstufige Leistungsfaktorkorrekturschaltung ist und ein Dimmungsmodul (20), ein Gleichrichtermodul (21), ein Umwandlungsmodul (22) und ein Steuermodul (23) umfasst, um eine Vielzahl von Leuchtdioden (3) anzutreiben, die Arbeitsstabilität des Dimmungsmoduls (20) zu gewährleisten und die Leistung der ganzen Schaltung zu erhöhen, wobei das Dimmungsmodul (20) einen Triac (200) beinhaltet, wobei das Gleichrichtermodul (21) mit dem Dimmungsmodul (20) und dem Umwandlungsmodul (22) elektrisch verbunden ist, wobei das Umwandlungsmodul (22) mit dem Steuermodul (23) und den Leuchtdioden (3) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandlungsmodul (22) durch eine steuerbare Stromquelle (220) die Eingangsspannung aus dem Gleichrichtermodul (21) in einen stabilen Arbeitsstrom umwandelt, wobei das Steuermodul (23) eine Spitzenwertmesseinheit (2300), eine Sperrzeitmesseinheit (2301) und eine Schaltereinheit (231) beinhaltet, wobei die Sperrzeitmesseinheit (2301) mit der steuerbaren Stromquelle (220) elektrisch verbunden ist, den Spitzenwert der Eingangsspannung detektiert und ein Detektionssignal erzeugt, wobei die Sperrzeitmesseinheit (2301) mit der Spitzenwertmesseinheit (2300) und der Schaltereinheit (231) elektrisch verbunden ist, um die Sperrzeit der Schaltereinheit (231) zu messen, wobei wenn die Sperrzeit einen höchsten Grenzwert erreicht, ein Steuersignal erzeugt wird, wodurch die Schaltereinheit (231) in den Durchlasszustand umgeschaltet wird, um zu gewährleisten, dass die steuerbare Stromquelle (220) einen konstanten Arbeitsstrom an die Leuchtdioden (3) liefert und der Arbeitsstrom im Durchlasszustand des Triacs (200) größer ist als der Haltestrom für die Arbeit des Triacs.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenantriebsschaltung mit einer steuerbaren Stromquelle zur Erzeugung eines Haltestroms für den Triac (TRI-electrode AC switch), die gewährleisten kann, dass der Arbeitsstrom für Leuchtdioden im Durchlasszustand des Triacs größer ist als der Haltestrom für die Arbeit des Triacs, damit die Arbeitsstabilität und die Präzision der Dimmung erhöht wird.
Stand der Technik
Die Steuerschaltung der Leuchtdiodenlampe verwendet üblicherweise einen phasensteuernden Schalter für z.B. SCR (Silicon Controlled Rectifier). Der Triac verändert die Phase der Eingangsspannung und verstellt durch den Durchlasswinkel die Antriebsspannung der Steuerschaltung, wodurch der Antriebsstrom für die Leuchtdioden verstellt werden kann, so dass eine Dimmung ermöglicht wird. Diese Dimmungsvorrichtung weist zwar eine einfache Steuerung und eine leichte Montage auf, die Verzerrung der Spannungswellen des Eingangsstroms kann jedoch zu einer PF-Senkung und einer Erhöhung der Resonanzwellen führen. Von der I/V-Kennlinie der Leuchtdiode ist zu erkennen, dass die Leuchtdiode kein lineares Element ist. D.h. die Spannung ist nicht proportional zu dem Strom. Durch den Unterschied der Änderungsgröße der Antriebsspannung und des Antriebsstroms wird die Präzision der Dimmung reduziert. Wenn die Arbeitsspannung zu niedrig ist und der Haltestrom für den Triac nicht ausreichend ist, kann der Arbeitszustand des Triacs wiederholt umgeschaltet werden, wodurch der Antriebsstrom nicht kontinuierlich ist und die Leuchtdioden somit blinken. Daher wird die Beleuchtungsqualität reduziert.
1 zeigt eine Antriebsschaltung für Leuchtdioden mit einem Haltestrom, die einen Dimmer 10 mit einem Triac, einen Brückengleichrichter 11, einen Halteschalter 12, einen Haltewiderstand (R_H) 13 und einen Filterkondensator 14 aufweist. Der Brückengleichrichter 11 empfängt durch den Dimmer 10 einen externen Strom und erzeugt nach dem Gleichrichten eine Eingangsspannung (V_in) und einen Eingangsstrom (I_in). Der Filterkondensator 14 empfängt den Eingangsstrom und wandelt den Eingangsstrom in einen Antriebsstrom (I_L) für die Leuchtdioden. Der Halteschalter 12 ist durch einen N-MOSFET (N Type Metal Oxide Semiconductor Field-Effekt Transistor) gebildet. Der Drain-Anschluss des N-MOSFETs ist mit dem Brückengleichrichter 11 verbunden und empfängt einen Eingangsstrom. Der Source-Anschluss ist mit dem Haltewiderstand verbunden. Der Gate-Anschluss ist mit einer Haltespannung (V_H) verbunden, wodurch der Haltewiderstand 13 durch den Halteschalter die Haltespannung empfängt und einen Haltestrom (I_hold) ausgibt, wobei I_hold = (V_H – V_{GS_N-MOSFET})/RH. Dadurch wird der Dimmer 10 in einem stabilen Arbeitszustand gehalten und die Präzision der Dimmung erhöht. Durch die Anordnung des Halteschalters 12 und des Haltewiderstands 13 wird der Leistungsverbrauch erhöht und die Arbeitseffizienz der ganzen Schaltung beeinflusst, so dass die Nutzung der Energie die Anforderung nicht erfüllt.
Daher zielt der Erfinder darauf ab, eine verbesserte Antriebsschaltung anzubieten, die den Antriebsstrom konstant halten, die Leistungsverschwendung reduziert und durch eine einfache Weise die Spannung kompensieren kann, wodurch die Arbeitsqualität der ganzen Schaltung und die Leuchtleistung der Leuchtdioden erhöht wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leuchtdiodenantriebsschaltung mit einer steuerbaren Stromquelle zur Erzeugung eines Haltestroms für den Triac zu schaffen, die durch den gemessenen Arbeitsstrom der ganzen Schaltung den Ausgangsstrom der steuerbaren Stromquelle verstellen kann, wodurch eine stabile Arbeit des Triacs gewährleistet werden kann und eine Leistungsverschwendung vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Leuchtdiodenantriebsschaltung mit einer steuerbaren Stromquelle zur Erzeugung eines Haltestroms für den Triac gelöst, die eine einstufige Leistungsfaktorkorrekturschaltung ist und ein Dimmungsmodul, ein Gleichrichtermodul, ein Umwandlungsmodul und ein Steuermodul umfasst, um eine Vielzahl von Leuchtdioden anzutreiben, die Arbeitsstabilität des Dimmungsmoduls zu gewährleisten und die Leistung der ganzen Schaltung zu erhöhen, wobei das Dimmungsmodul einen Triac beinhaltet, wobei das Gleichrichtermodul mit dem Dimmungsmodul und dem Umwandlungsmodul elektrisch verbunden ist, wobei das Umwandlungsmodul mit dem Steuermodul und den Leuchtdioden elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandlungsmodul durch eine steuerbare Stromquelle die Eingangsspannung aus dem Gleichrichtermoduls in einen stabilen Arbeitsstrom umwandelt, wobei das Steuermodul eine Spitzenwertmesseinheit, eine Sperrzeitmesseinheit und eine Schaltereinheit beinhaltet, wobei die Sperrzeitmesseinheit mit der steuerbaren Stromquelle elektrisch verbunden ist, den Spitzenwert der Eingangsspannung detektiert und ein Detektionssignal erzeugt, wobei die Sperrzeitmesseinheit mit der Spitzenwertmesseinheit und der Schaltereinheit elektrisch verbunden ist, um die Sperrzeit der Schaltereinheit zu messen, wobei wenn die Sperrzeit einen höchsten Grenzwert erreicht, ein Steuersignal erzeugt wird, wodurch die Schaltereinheit in den Durchlasszustand umgeschaltet wird, um zu gewährleisten, dass die steuerbare Stromquelle einen konstanten Arbeitsstrom an die Leuchtdioden liefert und der Arbeitsstrom im Durchlasszustand des Triacs größer ist als der Haltestrom für die Arbeit des Triacs.
Um einen Fehler der Dimmung durch den Arbeitsstrom der Leuchtdioden zu vermeiden, weist das Steuermodul eine Spannungskompensationseinheit auf, die mit dem Gleichrichtermodul, der steuerbaren Stromquelle und der Schaltereinheit elektrisch verbunden ist, um die Eingangsspannung zu messen und einen Kompensationsstrom an das Steuermodul zu senden, um zu vermeiden, dass der Arbeitsstrom der Leuchtdioden durch die Veränderung der Eingangsspannung nicht konstant gehalten wird.
Das Umwandlungsmodul beinhaltet ein Rückstromschutzelement 221 und ein Filterelement, wobei das Rückstromschutzelement an einem Anschluss mit dem Ausgang der steuerbaren Stromquelle und am anderen Anschluss mit dem Filterelement und den Leuchtdioden verbunden ist, um einen Einfluss auf den Triac durch die Spannungsänderung des Filterelements und der Leuchtdioden zu vermeiden, so dass die Arbeitsstabilität gehalten werden kann und die Beständigkeit gegen Rauschsignal erhöht wird. Das Rückstromschutzelement ist durch eine Diode und das Filterelement ist durch einen Kondensator gebildet. Die steuerbare Stromquelle ist durch einen Induktor gebildet.
Die Erfindung kann durch die Spitzenwertmesseinheit den Spitzenwert des Arbeitsstroms messen. Wenn der Spitzenwert der Eingangsspannung den vorgegebenen Wert erreicht und wenn die Sperrzeit einen höchsten Grenzwert erreicht, wird der Zustand der Schaltereinheit umgeschaltet, um zu gewährleisten, dass der Antriebsstrom für die Leuchtdioden konstant ist und ein ausreichender Haltestrom für den Triac vorhanden ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltplan der herkömmlichen Lösung,
2 ist eine Blockschaltung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
3 ist eine Blockschaltung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
4 ist ein Schaltplan des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
5 ist ein Schaltplan des vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.
Die 2–4 zeigen das erste, zweite und dritte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leuchtdiodenantriebsschaltung 2, die eine einstufige Leistungsfaktorkorrekturschaltung ist und ein Dimmungsmodul 20, ein Gleichrichtermodul 21, ein Umwandlungsmodul 22 und ein Steuermodul 23 umfasst. Das Umwandlungsmodul 22 ist durch das Gleichrichtermodul 21 und das Dimmungsmodul 20 mit einer externen Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden. Das Umwandlungsmodul ist weiter mit dem Steuermodul 23 und einer Vielzahl von Leuchtdioden 3 elektrisch verbunden, um den externen Strom in einen Arbeitsstrom (I₀) umzuwandeln und die Leuchtdioden 3 anzutreiben. Gleichzeitig kann die Arbeitsstabilität des Dimmungsmoduls 20 gewährleistet und die Leistung der ganzen Schaltung erhöht werden.
Das Dimmungsmodul 20 beinhaltet einen Triac 200 und ist durch den Triac 200 mit der externen Stromquelle elektrisch verbunden. Das Gleichrichtermodul 21 beinhaltet einen Brückengleichrichter und ist am Eingang mit dem Triac elektrisch verbunden. Der Triac 200 verstellt den Durchlasswinkel der Phase der Wechselspannung des externen Stroms. Der Brückengleichrichter gibt nach dem Gleichrichten eine Eingangsspannung (V_in) aus. Das Umwandlungsmodul 22 beinhaltet eine steuerbare Stromquelle 220, die durch einen Induktor gebildet sein kann, ein Rückstromschutzelement 221, das durch eine Diode gebildet ist, und ein Filterelement 222, das durch einen Kondensator gebildet ist. Die steuerbare Stromquelle 220 ist an einem Anschluss mit dem Ausgang des Brückengleichrichters und am anderen Anschluss mit der Anode des Rückstromschutzelements 221 elektrisch verbunden. Die Kathode des Rückstromschutzelements 221 ist mit dem Filterelement 222 und den Leuchtdioden 3 elektrisch verbunden. Das Filterelement 222 ist mit den Leuchtdioden verbunden. Die steuerbare Stromquelle 220 empfängt die Eingangsspannung, erzeugt einen stabilen Arbeitsstrom und gibt durch das Rückstromschutzelement 221 den Arbeitsstrom aus. Das Filterelement 222 wandelt den Arbeitsstrom in einen Antriebsstrom mit einem bestimmten Stromwert um und sendet den Antriebsstrom an die Leuchtdioden 3, um die Beständigkeit gegen Rauschsignal zu erhöhen. Durch die Sperre des Rückstromschutzelements 221 wird ein Einfluss auf den Triac 200 durch die Spannungsänderung des Filterelements 222 und der Leuchtdioden 3 vermieden, so dass die Arbeitsstabilität gehalten werden kann. Das Steuermodul 23 beinhaltet einen Steuerchip 230 und eine Schaltereinheit 231. Der Steuerchip 230 weist acht Anschlüsse VIN, VDD, RT, COMP, OUT, OVP, GND und CS auf und enthält eine Spitzenwertmesseinheit 2300 und eine Sperrzeitmesseinheit 2301. Die Sperrzeitmesseinheit 2301 ist mit der Spitzenwertmesseinheit 2300 elektrisch verbunden. Die Schaltereinheit 231 weist einen Starter 2310 und einen durch N-MOSFET gebildeten Regelschalter 2311 auf. Der Starter 2310 ist eine interne Schaltung des Steuerchips 230 und mit der Spitzenwertmesseinheit 2300, der Sperrzeitmesseinheit 2301 und dem Gate-Anschluß des N-MOSFETs elektrisch verbunden. Der Regelschalter 2311 kann ein externer Transistor oder eine interne Schaltung des Steuerchips 230 sein. Der Drain-Anschluß des Regelschalters 2311 ist mit dem Ausgang der steuerbaren Stromquelle 220 elektrisch verbunden. Der VIN-Anschluss des Steuerchips ist mit dem Eingang der steuerbaren Stromquelle 220 elektrisch verbunden, um die Eingangsspannung in die erforderliche Arbeitsspannung umzuwandeln. Die Spitzenwertmesseinheit 2300 kann durch einen Vergleicher gebildet sein und ist ebenfalls mit dem Eingang der steuerbaren Stromquelle 220 elektrisch verbunden, um den Spitzenwert der Eingangsspannung zu messen. Wenn der Spitzenwert der Eingangsspannung den vorgegebenen Wert erreicht, wird ein Messsignal erzeugt, durch das der Starter 2310 den Regelschalter in den Sperrzustand umschaltet.
Bei der Erzeugung des Messsignals der Spitzenwertmesseinheit 2300 erfasst die Sperrzeitmesseinheit 2301 die Sperrzeit des N-MOSFETs und erzeugt ein Steuersignal. Wenn die Sperrzeit einen höchsten Grenzwert erreicht, schaltet der Starter 2310 den Regelschalter 2311 in den Durchlasszustand um.
Dadurch kann durch die Sperrzeit des N-MOSFETs ein Einfluss auf die steuerbare Stromquelle 220 durch die aktuelle Wellenfrequenz der Eingangsspannung vermieden werden, so dass ein konstanter Arbeitsstrom ausgegeben werden kann. Gleichzeitig kann es gewährleistet werden, dass der Arbeitsstrom im Durchlasszustand des Triacs 200 größer ist als der Haltestrom für die Arbeit des Triacs, um die Dimmungsqualität zu erhöhen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Steuerchip 230 durch den OVP-Anschluss mit einem Schutzwiderstand 232 verbunden werden. Der Schutzwiderstand 232 ist mit der Kathode des Rückstromschutzelements 221 elektrisch verbunden und teilt den durch das Rückstromschutzelement 221 fließenden Strom, wodurch eine Spannungssenkung erzeugt wird. Wenn der Spannungssenkungswert größer ist als ein vorgegebener Sicherheitswert ist, wird der Steuerchip 230 abgeschaltet, um zu vermeiden, dass die ganze Schaltung durch eine Abnormalität der steuerbaren Stromquelle 220 beschädigt wird. Wie es in 4 dargestellt ist, kann das Steuermodul 23 weiter eine Spannungskompensationseinheit 233 aufweisen. Die Spannungskompensationseinheit 233 ist durch zwei Widerstände gebildet, an einem Anschluss mit dem Ausgang des Brückengleichrichters und dem Eingang der steuerbaren Stromquelle und am anderen Anschluss mit dem Source-Anschluss des N-MOSFETs elektrisch verbunden. Zwischen den beiden Widerständen ist der CS-Anschluss des Steuerchips 230 zwischengeschaltet. Die Spannungskompensationseinheit 233 kann die Eingangsspannung messen und einen Kompensationsstrom an den Steuerchip 230 liefern, um zu vermeiden, dass der Arbeitsstrom der Leuchtdioden 3 durch die Veränderung der Eingangsspannung nicht konstant gehalten wird.

Claims

Leuchtdiodenantriebsschaltung mit einer steuerbaren Stromquelle zur Erzeugung eines Haltestroms für den Triac, die eine einstufige Leistungsfaktorkorrekturschaltung ist und ein Dimmungsmodul (20), ein Gleichrichtermodul (21), ein Umwandlungsmodul (22) und ein Steuermodul (23) umfasst, um eine Vielzahl von Leuchtdioden (3) anzutreiben, die Arbeitsstabilität des Dimmungsmoduls (20) zu gewährleisten und die Leistung der ganzen Schaltung zu erhöhen, wobei das Dimmungsmodul (20) einen Triac (200) beinhaltet, wobei das Gleichrichtermodul (21) mit dem Dimmungsmodul (20) und dem Umwandlungsmodul (22) elektrisch verbunden ist, wobei das Umwandlungsmodul (22) mit dem Steuermodul (23) und den Leuchtdioden (3) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandlungsmodul (22) durch eine steuerbare Stromquelle (220) die Eingangsspannung aus dem Gleichrichtermodul (21) in einen stabilen Arbeitsstrom umwandelt, wobei das Steuermodul (23) eine Spitzenwertmesseinheit (2300), eine Sperrzeitmesseinheit (2301) und eine Schaltereinheit (231) beinhaltet, wobei die Sperrzeitmesseinheit (2301) mit der steuerbaren Stromquelle (220) elektrisch verbunden ist, den Spitzenwert der Eingangsspannung detektiert und ein Detektionssignal erzeugt, wobei die Sperrzeitmesseinheit (2301) mit der Spitzenwertmesseinheit (2300) und der Schaltereinheit (231) elektrisch verbunden ist, um die Sperrzeit der Schaltereinheit (231) zu messen, wobei wenn die Sperrzeit einen höchsten Grenzwert erreicht, ein Steuersignal erzeugt wird, wodurch die Schaltereinheit (231) in den Durchlasszustand umgeschaltet wird, um zu gewährleisten, dass die steuerbare Stromquelle (220) einen konstanten Arbeitsstrom an die Leuchtdioden (3) liefert und der Arbeitsstrom im Durchlasszustand des Triacs (200) größer ist als der Haltestrom für die Arbeit des Triacs.
Leuchtdiodenantriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (23) eine Spannungskompensationseinheit (233) aufweist, die mit dem Gleichrichtermodul (21), der steuerbaren Stromquelle (220) und der Schaltereinheit (231) elektrisch verbunden ist, um die Eingangsspannung zu messen und einen Kompensationsstrom an das Steuermodul zu senden, um zu vermeiden, dass der Arbeitsstrom der Leuchtdioden (3) durch die Veränderung der Eingangsspannung nicht konstant gehalten wird.
Leuchtdiodenantriebsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandlungsmodul (22) ein Rückstromschutzelement (221) und ein Filterelement (222) beinhaltet, wobei das Rückstromschutzelement (221) an einem Anschluss mit dem Ausgang der steuerbaren Stromquelle (220) und am anderen Anschluss mit dem Filterelement (222) und den Leuchtdioden (3) verbunden ist, um einen Einfluss auf den Triac (200) durch die Spannungsänderung des Filterelements (222) und der Leuchtdioden (3) zu vermeiden, so dass die Arbeitsstabilität gehalten werden kann und die Beständigkeit gegen Rauschsignal erhöht wird.
Leuchtdiodenantriebsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstromschutzelement (221) durch eine Diode und das Filterelement (222) durch einen Kondensator gebildet ist.
Leuchtdiodenantriebsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Stromquelle (220) durch einen Induktor gebildet ist.