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Technische Gebiet
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Das vorliegende Gebrauchsmuster betrifft eine Treiberschaltung zur Leistungsregelung einer LED-Lampe (Leuchtdiode), insbesondre eine reine ohmsche Dimmerschaltung zur Unterstützung der Lichtregelung einer Zweirichtungs-Thyristortriode (auch TRIAC genannt), die eine LED durch einen Stufenantrieb beleuchten kann und die Impedanzeigenschaft eines Thermistors verbessern kann, um die Probleme der Treiberschaltung einer herkömmlichen Wolframdrahtlampe zu überwinden, die nicht mit einer kostanten Leistung und mit einer geringen Dimmerwirkung betriebbar ist, damit die reine ohmsche Treiberschaltung zur Anwendung in einer LED-Lampe geeignet ist, welche die bestehende komplizierte Schaltungsstruktur ersetzbar ist, die aus Elementen beispielweise Induktivitäten, Steuerchips bzw. Haltestrom usw. besteht.
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Stand der Technik
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Im Allgemein sind die meisten Steuerschaltungen einer LED-Lampe aus Schaltelementen zur Phasensteuerung bekannt, beispielweise ein gesteuerter Silizim-Gleichrichter (SCR) (sogenannte Silicon Controlled Rectifier) oder eine TRIAC zur Änderung der Spannungsphasen einer Eingangsleistung, damit eine von Steuerschaltung übertragene Antriebsspannung durch Umschaltung des Schaltungswinkels der Spannungsphasen veränderbar ist, um die in die LED-Lichtquelle eingespeiste Antriebsstromstärke zur Erreichung der Dimmerwirkung zu verstellen. Obwohl die Dimmervorrichtung dieser Art zur einfachen Steuerung und Montage vorteilhaft ist, jedoch wird die Wellenform der Eingangsleistung nachteilig verzerrt, was aber eine Reduzierung der Impulsfrequenz und einer Erhöhung der harmonischen Schwingung der Spannung verursachen kann. Aus einer Strom-Spannungs-Kennlinie (I/V) der LED ist es ersichtlich, dass die LED ein nichtlineares Element ist. Mit anderen Worten, das Verhältnis zwischen Spannung und Strom ist nicht direkt proportional. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist allerdings, dass dieses Lichtregelungsverfahren aufgrund der unterschiedlichen Änderungen der Antriebsspannung und der Antriebsstromstärke eine genaue Dimmerwirkung nicht erzielbar ist. Von Nachteil ist dabei ferner, dass durch die Einwirkung von Gerätemerkmal der TRIAC, wenn die in die Steuerschaltung eingespeiste Betriebsspannung zu niedrig und die dabei über die TRIAC eingespeiste Betriebsstromstärke ungenügend ist, wird der Betriebszustand der TRIAC wiederholt umgeschaltet, deswegen ist der Antriebsstrom nicht dauerhaft einspeisbar, wobei die LED dauerhaft blinken wird, was aber die Beleuchtungsqualität reduzierbar ist.
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1 zeigt jeweils ein Schaltbild und ein Oszillogramm einer bekannten LED-Treiberschaltung mit Haltestrom gemäss dem Stand der Technik. Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Treiberschaltung 1 eines TRIAC-Elements einen Lichtregler 10, einen Brückengleichrichter 11, einen Halteschalter 12, einen Haltewiderstand (RH) 13 und einen Filterkondensator 14, wobei der Brückengleichrichter 11 mit Hilfe eines Lichtreglers 10 mit einer externen Stromquelle verbunden ist, um eine Eingangsspannung (Vin) und einen Eingangsstrom (Iin) zu demodulieren, wodurch der Filterkondensator 14 den Eingangsstrom empfangen kann, um diesen in einen Antriebsstrom (IL) umzuwandeln, der in die LED übertragbar ist. Ausserdem ist der Halteschalter 12 als ein n-Kanaltyp Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (sogenannte N-MOSFET) ausgebildet, wobei dessen Drain-Anschluss zum Empfang eines Eingangsstroms elektrisch mit dem Brückengleichrichter 11 gekoppelt ist, dessen Source-Anschluss elektrisch mit dem Haltewiderstand 13 gekoppelt ist und dessen Gate-Anschluss) mit einer Haltespannung (VH) verbunden ist, so dass der Haltewiderstand 13 durch den Halteschalter 12 die Haltespannung empfangen kann, um einen Haltestrom (Ihold) auszugeben, Ihold = (VH – VGS_N-MOSFET)/RH, der den Lichtregler 10 übertragen kann, um einen stabilen Betriebszustand sichzustellen und die Genauigkeit der Lichtregelung zu verbessern. Nachteilig bei dieser Konstruktion sind allerdings, dass die Anordnung dieses Halteschalters 12 und dieses Haltewiderstands 13 zweifelos einen gewissenen Leistungsverlust verursachen kann, und deswegen die Leistungsfähigkeit der Gesamtschaltung beeinfliessbar ist, so dass diese bekannte Ausführungsform für den Benutzer ziemlich mühsam und unpraktisch ist.
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In Hinblick auf die oben erwähten Probleme in der herkömmlichen Struktur der Treiberschaltung ist es ein Hauptziel des vorliegenden Gebrauchsmusters, eine Dimmerschatung ohne Verwendung von Bauteilen beispielweise von einer Induktivität, einem Steuerchip oder einem Haltestrom zu schaffen, die die Lichtregelung einer TRIAC auch unterstützbar sind, um einen Konstanz des Antriebsstroms zu halten, um sowohl die Beleuchtungsqualität der LED-Lampe zu verbessern als auch die Herstellungskosten zu reduzieren.
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Aufgabe des Gebrauchsmusters
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Das vorliegende Gebrauchsmuster liegt die Aufgabe zugrunde, eine reine ohmsche Dimmerschaltung zu schaffen, die eine LED durch einen Stufenantrieb beleuchten kann, um sowohl den gesamten Beleuchtungseeffekt der LED-Lampe und die Genauigkeit der Lichtregelung zu verbessern, als auch eine Strombegrenzung unter Verwendung eines PTC-Thermistors zu ermöglichen, damit die LED unter einem konstanten Betriebszustand zu schützen, um sowohl die Beleuchtungsqualität der LED-Lampe zu verbessern als auch die Herstellungskosten zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine reine ohmsche Dimmerschaltung des vorliegenden Gebrauchsmusters gelöst, die ein Lichtregelungsmodul, ein Umwandlungsmodul und ein Ausgangsmodul umfasst, wobei das Umwandlungsmodul mit dem Lichtregelungsmodul und dem Ausgangsmodul elektrisch miteiander verbunden sind, um die von diesem Lichtregelungsmodul empfangene Eingangsspannung zunächst in einen Ausgangsstrom umzuwandeln, der anschliessend durch das Ausgangsmodul an zumindest eine LED übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von LRDs einsetzbar ist und diese zumindest in einen ersten Strang und einen zweiten Strang hintereinandergeschaltet sind, wobei das Ausgangsmodul im Wesentlichen aus einer Mehrheit von Antriebswiderständen und einer Mehrheit von Strombegrenzungswiderständen besteht, wodurch die Antriebswiderstände jeweils mit den jeweiligen Strombegrenzungswiderständen hintereinander geschaltet sind, und wobei das Ausgangsmodul jeweils durch die hintereinander geschalteten Antriebswiderstände und den Strombegrenzungswiderständen elektrisch mit dem Anodenanschluss des ersten Strangs und mit dem Anodenanschluss des zweiten Strangs miteinander verbunden sind.
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Die LED ist bevorzugt eine Hochspannungs-LED (HV-LED).
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Der Strombegrenzungswiderstand ist bevorzugt ein keramischer Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten.
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Bevorzugt ist das Lichtregelungsmodul im Wesetntlichen durch eine TRIAC und einen Brückengleichrichter gebildet und das Umwandlungsmodul im Wesentlichen durch einen Energiespeicherkondensator und einen Spannungsregelwiderstand gebildet, so dass die Gesamtschaltung mit reiner Widerstandscharakteristik besitzt und keine elektromagnetische Stürungen (EMI) usw. Probleme herbeiführen könnten. Darüber hinaus ist es aus dem Gerätemerkmal des Thermistors ersichtlich, wenn die Eingangsspannung ansteigt, wird die Ausgangsspannung auch entsprechend steigt, während die Temperatur der Gesamtschaltung auch entsprechend angestiegen wird. Dabei wird der Widerstandswert des Strombegrenzungswiderstands sich auch entsprechend erhöht, damit die an die LED übertragene Ausgangsstromstärke zu senken, um eine konstante Leistung zu erreichen.
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Zusammenfassend betrifft somit das vorliegende Gebrauchsmuster einen einfachsten Aufbau der LED-Treiberschaltung, die einen Stufenantrieb von LEDs durch die Impedanzeigenschaft des Antriebswiderstands realisieren kann. Vorteilhaft ist ferner, dass die Ausgangsspannung durch das Gerätemerkmal des am Ausgangspol angeordneten Thermistors abhängig von Erhöhung der Eingangsspannung entsprechend gesenkt wird, um Spannungsschäden der LED bzw. Reduzierung der Beleuchtungsqualität zu vermeiden.
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Die Ausführungsformen des vorliegenden Gebrauchsmusters werden anhand der nachstehenden Zeichnungen beispielshalber beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ein Schaltbild einer bekannten LED-Treiberschaltung mit Haltestrom gemäss dem Stand der Technik,
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2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters,
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3 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters,
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4 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters, die die Vergleichsmessung zwischen der Eingangsspannung und dem Ausgangsstrom darstellt, und
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5 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters, die die Vergleichsmessung zwischen der Eingangsspannung und der Schaltungsleistung darstellt.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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2 und 3 zeigen jeweils ein Blockschaltbild und ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters. Wie in den Zeichnungen dargetsellt sind, ist die reine ohmsche Dimmerschaltung 2 zum Einsatz in einer LED-Lampe mit einer Spannung von 220 V geeignet und zwar ist elektrisch mit einer Mehrheit von LEDs 3 miteinander verbindbar, damit die Dimmerschaltung 2 sowohl die LEDs 3 beleuchten als auch die Einstellung der Helligkeit von LEDs 3 unterstützen zu können. Bevorzugt ist die LED 3 jeweils eine Hochspannungs-LED. Ausserdem sind solche LEDs 3 jeweils in einen ersten Strang 30 und einen zweiten Strang 31 hintereinandergeschaltet. Desweiteren weist die reine ohmsche Dimmerschaltung 2 ein Lichtregelungsmodul 20, ein Umwandlungsmodul 21 und ein Ausgangsmodul 22 auf. Bevorzugt ist das Lichtregelungsmodul 20 im Wesentlichen durch eine TRIAC 200 und einen Brückengleichrichter 201 gebildet, wobei die TRIAC 200 elektrisch mit einer externen Stromquelle 4 verbunden ist, während der Eingangspol des Brückengleichrichters 201 elektrisch mit der TRIAC 200 verbunden ist. Wenn der Benutzer die Helligkeit der LEDs 3 einstellt, kann die TRIAC 200 zunächt die Spannungsphasen der externen Stromstärke einstellen und anschliessend den Brückengleichrichter 201 zur Herstellung einer Eingangsspannung demodulieren. Weiterhin besteht das Umwandlungsmodul 21 im Wesentlichen aus einem Energiespeicherkondensator 210 und einem Spannungsregelwiderstand 211, wobei der Energiespeicherkondensator 210 zunächst mit dem Spannungsregelwiderstand 211 und anschliessend mit dem Ausgangspol des Brückengleichrichters 201 elektrisch miteinander verbunden ist, damit die vom Lichtregelungsmodul 20 empfangene Eingangsspannung zunächst in einen Ausgangsstrom umwandbar und anschliessend durch das Ausgangsmodul 22 an die LEDs 3 übertragbar ist.
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Das Ausgangsmodul 22 umfasst eine Mehrheit von Antriebswiderständen 220 und eine Mehrheit von Strombegrenzungswiderständen 221, beispielweise einen keramischen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten. Diese Antriebswiderstände 220 sind jeweils mit den jeweiligen Strombegrenzungswiderständen 221 hintereinander geschaltet, wobei das Ausgangsmodul 22 jeweils durch die hintereinander geschalteten Antriebswiderstände 220 und Strombegrenzungswiderständen 221 elektrisch mit dem Anodenanschluss des ersten Strangs 30 und mit dem Anodenanschluss des zweiten Strangs 31 verbunden sind. Zum Beispiel, wenn diese LEDs 3 auf drei hintereinander geschaltete Stänge, nämlich auf einen ersten Strang 30, einen zweiten Strang 31 und einen dritten Strang 32, gegliedert sind, besitzt jeder Strang jeweils eine Mehzheit von LEDs 3. Wenn das Ausgangsmodul 22 jeweils drei Antriebswiderstände 220 und drei Strombegrenzungswiderstände 221 besitzt, können die Antriebswiderstände 220 jeweils mit den Strombegrenzungswiderstäanden 221 zur Ausbildung von drei Widerstandssätzen hintereinander geschaltet. Darüber hinaus ist das Ausgangsmodul 22 durch den ersten Widerstandssatz elektrisch mit dem Anodenanschluss des ersten Strangs 30 der LED verbunden und durch den zweiten Widerstandssatz elektrisch mit dem Anodenanschluss des zweiten Strangs 31 der LED verbunden sowie durch den dritten Widerstandssatz elektrisch mit dem Anodenanschluss des dritten Strangs 32 der LED verbunden. Auf diese Weise, wenn die Eingangsspannung erhöht, wird der Ausgangsstrom auch entsprechend erhöht, damit dieser dabei jeweils den Widerstandswert der ersten, zweiten und dritten Widerstandssätze zu überwinden und anschliessend die LEDs 3 zu beleuchten, um die gesamte Lichtausbeute und die Genauigkeit der Lichtregelung vorteilhaft zu verbessern.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die reine ohmsche Dimmerschaltung 2 im Vergleich zu einer herkömmlichen Wolframdrahtlampe mit einer reinen ohmschen Treiberschaltung zusätzlich ein Thermistor am Ausgangspol des Ausgangsmoduls 22 der Gesamtschaltung angeordnet, so dass wenn die Eingangsspannung erhöht ist, wird der Ausgangsstrom auch entsprechend gestiegen, um die Temperatur des Thermistors dabei auch entsprechend zu erhöhen, damit der Widerstandswert des Strombegrenzungswiderstand auch entsprechend erhöhbar ist. Auf diese Weise wird bei Überlastung der Eingangsspannung eine Beschädigung der LEDs aufgrund von Ausgangsmodul 22 übertragenen zu starken Ausgangsstrom verhindert. Wie aus 4 ersichtlich, als vorteilhaft hat es sich aus Experimenten erhaltenen tatsächlichen Messungen erweisen, dass beim Einsatz einer reinen ohmschen Dimmerschaltung 2 im Vergleich zu einer herkömmlichen Wolframdrahtlampe mit einer reinen ohmschen Treiberschaltung, wenn die Eingangsspannung bis 250V ansteigt, wird der Ausgangsstrom dabei vorteilhaft nicht mehr entsprechend erhöht. Vorteilhaft ist ferner, dass die Gesamtleistung der reinen ohmschen Dimmerschaltung 2, wie in 5 dargestellt ist, in einem Dauerzustand halten kann, um die Betriebsstabilität und die Lichtausbeute der LEDs 3 zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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Stand der Technik
- 1
- Treiberschaltung
- 10
- Lichtregler
- 11
- Brückengleichrichter
- 12
- Halteschalter
- 13
- Haltewiderstand
- 14
- Filterkondensator
Das vorliegende Gebrauchsmuster - 2
- reine ohmsche Dimmerschaltung
- 20
- Lichtregelungsmodul
- 200
- TRIAC (Zweirichtungs-Thyristortriode)
- 201
- Brückengleichrichter
- 21
- Umwandlungsmodul
- 210
- Energiespeicherkondensator
- 211
- Spannungsregelwiderstand
- 22
- Ausgangsmodul
- 220
- Antriebswiderstand
- 221
- Strombegrenzungswiderstand
- 3
- LED (Leuchtdiode)
- 30
- erster Strang
- 31
- zweiter Strang
- 32
- dritter Strang
- 4
- externe Stromquelle
