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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Adapterschaltung zur Ansteuerung von LED-Leuchten, welche vorzugsweise verschiedenen Beleuchtungszwecken dienen und als langlebige Produkte, besonders auch im häuslichen Bereich Verwendung finden. LEDs (Licht Emitter Dioden) sind als Leuchtmittel seit vielen Jahren bekannt und wurden anfangs hauptsächlich als Anzeigeelemente in Anlagen, Schaltungen und einer Vielzahl elektronischer Geräte verwendet. Mit einer verbesserten Lichtausbeute dieser weiterentwickelten Halbleiterbauelemente, konnten sich LEDs in den letzten Jahren weitere Anwendungsbereiche, insbesondere deren Verwendung als Lichtquelle zu Beleuchtungszwecken erschließen. LEDs haben gegenüber anderen Leuchtmitteln eine sehr lange Lebensdauer und werden normalerweise mit einem geringen, aber begrenzten Gleichstrom im mA-Bereich betrieben. Für derartige leuchtzwecken dienenden LEDs, welche in großer Zahl und Typenvielfalt im Handel verfügbar sind, ist es allerdings meist sinnvoll, mehrere LEDs zu einer LED-Leuchte zusammenzufassen und je nach Verwendungszweck, gemeinsam oder einzeln anzusteuern. Neben den häufig erwünschten und zu erzielenden Farbeffekten durch die Kombination verschiedenfarbiger LEDs, ist deren Dimm-Funktionalität, also deren stufenlose Änderung der Lichtstärke, etwa durch die Steuerung des Stromflusses wünschenswert. Durch entsprechende Ansteuerung lassen sich auch warme- oder kalte Weißlichtmischungen erzeugen. Die Realisierung unterschiedliche Helligkeiten oder der Ansteuerung mehrere LED-Leuchten erfolgt bekanntermaßen über verschiedenen LED-Treiber-Schaltungen, welche insbesondere Stromimpulse flexibler Länge erzeugen, welche als Betriebsströme mittels mehrere Stromzuführungskabel auf ein LED-Leuchten oder eine LED-Leuten-Set übertragen. Durch Variation der Stromimpulsparameter lassen sich verschiedene Steuerfunktionen von LED-Leuchten variieren. Eine andere, etwas aufwendige und kostenintensive Ansteuerungsmethode besteht darin, der Versorgungsspannung der LEDs verschiedene Steuersignale aufzuprägen, welche dann von Schaltkreisen auf den mit LED-Leuchten bestückten Platinen dekodiert und zur Ansteuerung der verschiedenen LED-Leuchten in einem Set verwendet werden.
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Die Stromversorgung eines LED-Leuchten-Sets erfolgt dabei bisher meist durch 3-polige Eingangskabel.
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Viele LED-Leuchten oder Leuchten-Sets werden schon als fertige Baugruppen mit entsprechender Kabelanbindung konzipiert und hergestellt. Dabei ist es naturgemäß wünschenswert, den Verkabelungsaufwand so gering wie möglich zu halten, also statt der bisher häufig verwendeten 3-Stromversorgungskabel-Lösung mit möglichst nur 2 Stromkabeln auszukommen, ohne auf die Variationsmöglichkeiten der LED-Ansteuerung und Dimmbarkeit verzichten zu müssen.
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Eine solche LED-Steuerung ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2012 101 221 U1 bekannt. Die hier beschriebene technische Lösung ermöglicht die Ansteuerung von zwei antiparallel geschalteten LED-Leuchten mittels einer elektronischen Schaltung, die einen als Sensor ausgestatteten Signaleingang aufweist, sowie einen zweiadrigen Ausgang. Dabei ändert die elektronische Schaltung die Stromflussrichtung durch die beiden LEDs. Zusätzlich sind zwischen dem Ausgang und den LEDs
4 Schalter als Vollbrücke geschaltet. Hierdurch wird es möglich, eine variable Ansteuerung von mehreren LEDs, sowie beispielsweise deren Dimmbarkeit oder Warm/Kaltlicht-Funktionen mittels einer nur 2-poligen Kabelanordnung als Ausgangskabel zu realisieren.
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Allerdings lassen sich durch diese 2-polige Stromversorgungslösung keine LED-Leuchten ansteuern, deren Stromzuführung durch ein 3-poliges Stromversorgungskabel realisiert ist. Ebenso sind LED-Leuchten mit 2-poliger Stromversorgung nicht für eine LED-Ansteuerung mit 3-poligem Ausgangskabeln geeignet.
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Die sich aus diesem Sachverhalt ergebende Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, eine Vorrichtung zu schaffen, welche es ermöglicht, LED-Leuchten-Bausätze (Sets) mit 2- oder 3-poligen Stromversorgungskabeln auch beliebig wechselseitig mit LED-Treiber- oder Ansteuerschaltungen zu verwenden, welche über 2- oder 3-polige Kabelausgänge zur Stromversorgung verfügen.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs in Verbindung mit dem Oberbegriff gelöst.
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Erfindungsgemäß werden die in 1 und 2 vorgestellten Adapterschaltungen vorgeschlagen, welche als Adapter zwischen LED-Treiber und LED-Leuchten geschaltet werden und die von einer LED-Treiberschaltung (Ansteuerung) ausgehenden Versorgungsströme und Steuersignale jeweils, entweder von einem 3-poligen Kabeleingang mit unidirektionalen Strömen auf 2-polige Kabelausgänge, zur Übertragung von bidirektionalen Strömen oder umgekehrt, umgesetzt werden.
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Die Umsetzung der zwischen LED-Treiberschaltung und LED-Leuchten-Set anzuordnenden Adapterschaltungen erfolgt für den Fall der Umsetzung eines 3-poligen Kabeleingangs zu einem 2-poligen Kabelausgang durch die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung. Zur schaltungstechnischen Realisierung werden im Wesentlichen mehrere MOSFETs verwendet. Zusätzliche NAND-Gatter und Filterelement dienen der Spannungsstabilisierung und Glättung.
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Der Umgekehrte Anwendungsfall, der Umsetzung der Eingangssignale eines 2-poligen Kabel-Eingangs, welche durch einen LED-Treiber mit 2-poligen Kabelausgang verbunden ist, in einen 3-poligen Kabelausgang, wird durch die Adapterschaltung in 1 näher beschrieben. Schaltungstechnisch werden auch hier mehrere MOSFETs, insbesondere p- und n-MOSFETs verwendet.
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Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und mehreren Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine Adapterschaltung 1 mit einer Schaltungsanordnung 10, welche einen 2-poligen Kabeleingang 7 in ein 3-polige Kabelausgang 8 überführt,
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2 eine Adapterschaltung 1 mit einer Schaltungsanordnung 9, welche einen 3-poligen Kabeleingang 5 in einen 2-polige Kabelausgang 6 überführt,
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3 die Stromimpulsen eines Ansteuerungsbeispiels der Schaltungsanordnung 10,
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4 die Stromimpulse eines weiteren Ansteuerungsbeispiels der Schaltungsanordnung 10,
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5 die Stromimpulse eines Ansteuerungsbeispiels einer Schaltungsanordnung 9 der Adapterschaltung 1 der adaptiven Umsetzung eines 3-poligen Kabeleingangs 5 zu einem 2-poligem Kabelausgang 6.
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Die in 1 dargestellte Adapterschaltung 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 10, mit welcher 2 bidirektionale Eingangsströme an den beiden Stromeingängen 7a, 7b in 3 unidirektionale Ausgangsströme an den Stromausgängen 8a, 8b, 8c zur Ansteuerung der LEDs 3 und 4 oder eines 3-poligen LED-Leuchten-Sets 12 mit einem 3-poligen Eingangsanschluss 13 umgewandelt werden. Die Eingangsströme für die Schaltungsanordnung 10 werden dabei durch übliche LED-Treiberschaltungen 2 für LED-Leuchten 3, 4 geliefert. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 10 weist vier MOSFETs auf, jeweils 2 MOSFETs vom p-Typ, 19, 19a und 2 MOSFETs vom n-Typ, 20 und 20a mit entsprechenden Vorwiderständen auf. In 3 und 4 sind die Stromimpulsfolgen für zwei unterschiedliche Ansteuerbeispiele durch LED-Treiberschaltungen und zur Umsetzung der Impulsfunktionendurch die Schaltungsanordnung 10 dargestellt. Die Funktionsweise der Schaltung 10 sei hier beispielhaft kurz erläutert. Liegt etwa ein durch die LED-Treiberschaltung 2 erzeugter, hoher Signalpegel auf dem Stromeingang 7a und ist der Signalpegel auf dem Eingang 7b null, so sperren der p-MOSFET 19 und der p-MOSFET 19a schaltet auf Durchlass. Da der p-MOSFET 19a geöffnet ist, ist das Signal am Stromausgang 8a hoch (3) und es öffnen sich die beiden n-Typ-MOSFETs 20 und 20a, wodurch der Signalpegel vom Stromeingang 7b auf den Ausgang 8b und der Signalpegel vom Stromeingang 7a auf den Stromausgang 8c adaptiert wird.
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Die Impulsfolge an den 3-poligen Eingängen der LED-Leuchten 13 ist durch die Bezugszeichen 3 und 4 alternieren markiert.
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In einem weiterem Beispiel gemäß 4 werden die LED-Leuchten 3, 4 oder ein LED-Leuchten-Set 12 mit kürzeren Stromimpulsen angesteuert, also die Leuchtstärke verringert (Dimmfunktion). Ist der Signalpegel am Stromeingang 7a null und am Stromeingang 7b hoch, so sperren der p-MOSFET 19a und öffnet p-MOSFET 19. Da der p-MOSFET 19 offen ist der Signalpegel am Stromausgang 8a hoch ist, öffnen sich gleichzeitig die beiden n-MODFETs 20 und 20a. Dadurch werden die Signalpegel vom Stromeingang 7b auf den Stromausgang 8b gelegt und der Signalpegel von 7a wird auf den Ausgang 8c adaptiert.
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Hat der Stromausgang 8a einen hohen Signalpegel und der Stromausgang 8b ist null, wird die LED 3 angesteuert und leuchtet. Wenn der Strom am Ausgang 8a null ist und der Strompegel vom Ausgang 8c hoch, wird die LED 4 angesteuert und leuchtet. Das bedeutet, durch die Steuerung der beiden Stromeingänge 7a und 7b können die Leuchtdauer und die Lichtstärken der LEDs 3, 4 oder eines LED-Leuchten-Sets 12 mit mehreren LEDs gesteuert werden. In 4 sind die entsprechenden Impulsfolgen an den Eingängen 7a, 7b und den Ausgängen 8a, 8b, 8c der Adapterschaltung 10 dargestellt.
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Erfindungsgemäß zeigt die in 2 dargestellte Adapterschaltung zum Betrieb von LED-Leuchten 3, 4, 11 eine Schaltungsanordnung 9 zur Realisierung eines Adapters, welcher einen 3-poligen Kabeleingang 5 aufweist und aufgenommene elektrische Treibersignale auf einen 2-poligen Kabelausgang 6 umsetzt. Derartige Adapterschaltungen sind notwendig, um Treiberschaltungen für LED-Leuchten 2 mit 3 Ausgängen an LED-Leuchten mit 2-polige Kabeleingängen 7 anschließen zu können. Ähnlich, wie auch durch die Schaltungsanordnung 10 für 3-polige LED-Leuchten realisiert, ermöglicht dieser Adapter 9 die Nutzung von LED-Leuchten-Sets mit 2-poligen Kabeleingängen an vorhandene Treiberschaltungen mit 3-poligen Ausgängen anzuschließen und erweitert deren Einsatzmöglichkeiten.
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Bei der Schaltungsanordnung 9 realisiert mit der 3 zu 2 – Adaption die Umformung von 3 unidirektionalen Strömen, welche von einer LED-Treiberschaltung geliefert werden und an den Eingängen 5a, 5b, 5c anliegen, in 2 bidirektionale Ströme an den 2-poligen Kabelausgängen 6a, 6b. Diese Stromumformung wird schaltungstechnisch ebenso durch 4 MOSFETS 19, 19a, 20, 20a realisiert, welche über 4 NAND-Gatter, 15–18 verknüpft sind. Dabei dient insbesondere das NAND-Gatter 15 einer besseren Formgebung des Eingangssignals. Zur Stabilisierung der Gesamtschaltungsanordnung 9 werden mit den Teilschaltungen 21 Spannungssprünge gefiltert. Die beiden Stromausgänge 6a und 6b des 2-poligen Kabelausgangs 6 der Schaltungsanordnung 9 sind derart ausgelegt, dass sie mit einem 2-poligen LED-Leuchten-Set 11 über deren Eingänge 14 verbunden werden können. Die in dem LED-Leuchten-Set 11 enthaltenen LEDs sind antiparallel geschaltet und werden jeweils entsprechend der anliegenden Stromrichtung betrieben. Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung 9 soll nun kurz beispielhaft erläutert werden. Der 3-polige Kabeleingang 5 ist mit einer herkömmlichen Treiberschaltung für LED-Leuchtmittel 2 verbunden und verarbeitet dessen Treibersignale zur Ansteuerung der an den Ausgängen 6a und 6b angeschlossenen 2-poligen LED-Leuchten-Set 11. Dabei erfolgt die Umsetzung der Ansteuerimpulse von 3 Kabeleingängen auf 2 Kabelausgänge mittels der in 2 dargestellten MOSFET-Schaltung. Der Signalverlauf der an 5 eingehenden Stromimpulse, sowie deren Umwandlung sind in 5 dargestellt. Liegt beispielsweise an der Stromzuführung 5b ein hoher Pegel an und der Signalpegel an 5c ist null, passiert das Signal das NAND-Gatter 15 und liegt am p-MOSFET 20 an. Nach dem gleichem Prinzip wird das Signal am n-MOSFET 20a gebildet. Also p-MOSFET 19 und n-MOSFET 20a werden gesperrt und n-MOSFET 20, sowie p-MOSFET 19a werden geöffnet. Am Ausgang 6a ist der Signalpegel null und am Ausgang 6b liegt ein hoher Signalpegel an.
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Das heißt, wenn der Signalpegel am Ausgang 6a hoch und am Ausgang 6b null ist, wird die LED 3 angesteuert. Im umgekehrten Fall wird die LED 4 angesteuert und leuchtet. Die Variation der Signalpegel an 5b und 5c, etwa durch die Änderung der Impulslänge oder Impulsfrequenz, ermöglicht beispielsweise kürzere oder längere Ansteuersignale der LEDs 3, 4 oder eines LED-Leuchten-Sets 11, womit sich deren Parameter, wie Leuchtdauer und Lichtstärken steuern lassen.
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Die vorliegenden erfindungsgemäßen Adapterschaltungen 1, 10 ermöglichen es insbesondere, vorhandene 3 Kabel LED-Leuchten an vorhandene 2 Kabel LED-Leuchten Treibersysteme anzuschließen und zu betreiben, wie in der Schaltungsanordnung 10 näher beschrieben. Auch umgekehrt ermöglicht es der in der Schaltungsanordnung 9 beschriebe Adapter vorhandene und auf dem Markt befindliche 2 Kabel LED-Leuchten an vorhandene 3 Kabel LED-Leuchten Treibersysteme anschließen zu können.
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So lassen sich etwa bekannte LED-Treiberschaltungen mit Dimmfunktion oder mit Warm- und Kaltlicht-Ansteuerungen, welche zur Ansteuerung von LED-Leuchten mit einem 2-poligen Kabeleingang ausgelegt sind, nicht für andere handelsübliche LED-Leuchten mit einem 3-poligen Kabeleingang verbinden. Dieser Nachteil wird durch die vorliegende Erfindung beseitigt. Diese, bisher nicht zusammen passenden LED-Leuchten-Module können nun durch die vorliegende Erfindung beliebig mit einander kombiniert werden, indem die beschriebenen Adaptermodule zwischen LED-Treibersysteme und LED-Leuchten mit 3- oder 2-poligen Anschlüssen geschaltet werden. Die vorgeschlagenen Adapterschaltungen ermöglicht es den Benutzern in seiner Produktauswahl, insbesondere bei LED-Treibern und LED-Leuchten wesentlich flexibler zu sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Adapterschaltung (Gesamtanordnung)
- 2
- LED-Treiberschaltung (nicht dargestellt)
- 3
- LED-(F)
- 4
- LED-(G)
- 5
- 3-poliger Kabeleingang (1 und 9),
- 5a
- Stromzuführung (3 Kabel zu 2 Kabel)
- 5b
- Stromzuführung (3 Kabel zu 2 Kabel)
- 5c
- Stromzuführung (3 Kabel zu 2 Kabel)
- 6
- 2-poliger Kabelausgang (1 und 9),
- 6a
- Stromausgang (3 Kabel zu 2 Kabel)
- 6b
- Stromausgang (3 Kabel zu 2 Kabel)
- 7
- 2-poliger Kabeleingang (1 und 10),
- 7a
- Stromeingang (2 Kabel zu 3 Kabel)
- 7b
- Stromeingang (2 Kabel zu 3 Kabel)
- 8
- 3-poliger Kabelausgang (1 und 10)
- 8a
- Stromausgang (2 Kabel zu 3 Kabel)
- 8b
- Stromausgang (2 Kabel zu 3 Kabel)
- 8c
- Stromausgang (2 Kabel zu 3 Kabel)
- 9
- Schaltungsanordnung 3 zu 2 – Adapter (5 zu 6)
- 10
- Schaltungsanordnung 2 zu 3 – Adapter (7 zu 8)
- 11
- 2-poliges-LED-Leuchten-Set
- 12
- 3-poliges-LED-Leuchten-Set
- 13
- 3-poliger Eingang für LED-Leuchten
- 14
- 2-poliger Eingang für LED-Leuchten
- 15
- NAND-Gatter
- 16
- NAND-Gatter
- 17
- NAND-Gatter
- 18
- NAND-Gatter
- 19
- p-MOSFET
- 19a
- p-MOSFET
- 20
- n-MOSFET
- 20a
- n-MOSFET
- 21
- Filter für Spannungssprünge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012101221 U1 [0004]
