DE202017002443U1 - Circuit arrangement for operating a light source - Google Patents
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Abstract
Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels, umfassend:- eine Pulsmodulationsvorrichtung (14), welche ausgestaltet ist, elektrische Pulse mit einer einstellbaren Frequenz zu erzeugen, wobei mittels der elektrischen Pulse eine Versorgung des Leuchtmittels (23) mit elektrischer Energie steuerbar ist, wobei die Frequenz in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Helligkeitspegel für das Leuchtmittel (23) einstellbar ist.Circuit arrangement for operating a luminous means, comprising: - a pulse modulation device (14) which is designed to generate electrical pulses with an adjustable frequency, wherein by means of the electrical pulses, a supply of the luminous means (23) is controllable with electrical energy, wherein the frequency in Dependent on a predetermined brightness level for the lighting means (23) is adjustable.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Schaltungsanordnung, welche eine Pulsmodulationsvorrichtung umfasst, um einen für das Leuchtmittel vorgegebenen Helligkeitspegel einzustellen.The present invention relates to a circuit arrangement for operating a luminous means. In particular, the present invention relates to a circuit arrangement which comprises a pulse modulation device in order to set a brightness level predetermined for the luminous means.
LED-Leuchtmittel, wie zum Beispiel Einzel-LEDs und LED-Module, werden in vielen Beleuchtungsvorrichtungen verwendet, da sie eine hohe Lebensdauer und einen geringen Energieverbrauch aufweisen. Üblicherweise können derartige LED-Leuchtmittel nicht direkt mit einer Netzspannung, wie zum Beispiel einer Wechselspannung von 230-240 V, betrieben werden, sondern werden über eine entsprechende Schaltungsanordnung, einen sogenannten LED-Wandler oder LED-Konverter, mit einer geeigneten Spannung und/oder einem geeigneten Strom versorgt.LED bulbs, such as single LEDs and LED modules, are used in many lighting devices because of their long life and low power consumption. Usually, such LED bulbs can not be operated directly with a mains voltage, such as an AC voltage of 230-240 V, but are via a corresponding circuit arrangement, a so-called LED converter or LED converter, with a suitable voltage and / or supplied with a suitable current.
Häufig ist es wünschenswert, die Helligkeit des LED-Leuchtmittels einzustellen. Eine derartige Einstellung wird auch als „Dimmen“ bezeichnet. Beispielsweise kann eine Pulsweitenmodulation (PWM, Pulse-Width-Modulation) in Verbindung mit einer Konstantstromquelle verwendet werden, um die Helligkeit des LED-Leuchtmittels einzustellen (siehe zum Beispiel
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Ansteuerung für LED-Leuchtmittel bereitzustellen, welche insbesondere die Helligkeitsregelung von LED-Leuchtmitteln verbessert.Object of the present invention is therefore to provide an improved control for LED bulbs, which improves in particular the brightness control of LED bulbs.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte und/oder bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.This object is achieved according to the present invention by a circuit arrangement for operating a luminous means according to independent claim 1. The dependent claims define advantageous and / or preferred embodiments of the invention.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels, insbesondere eines LED-Leuchtmittels, bereitgestellt. Die Schaltungsanordnung umfasst eine Pulsmodulationsvorrichtung, welche in der Lage ist, elektrische Pulse mit einer einstellbaren Frequenz zu erzeugen. Mittels der elektrischen Pulse ist eine Versorgung des Leuchtmittels mit elektrischer Energie steuerbar. Die Frequenz ist in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Helligkeitspegel für das Leuchtmittel einstellbar. Anders ausgedrückt wird die Helligkeit des Leuchtmittels mittels einer Pulsfrequenzmodulation (PFM) eingestellt. Bei der Pulsfrequenzmodulation wird also nicht die Länge des Pulses eingestellt, sondern der zeitliche Abstand zwischen den Pulsen. Dadurch ist es möglich, eine Länge der elektrischen Pulse im Wesentlichen unabhängig von dem gewünschten Helligkeitspegel einzustellen. Dadurch kann eine Welligkeit, ein sogenannter Ripple, an dem Leuchtmittel verringert werden, wodurch ein Flackern des Leuchtmoduls verhindert oder verringert werden kann.According to the present invention, a circuit arrangement for operating a luminous means, in particular an LED illuminant, is provided. The circuit arrangement comprises a pulse modulation device which is capable of generating electrical pulses with an adjustable frequency. By means of the electrical pulses, a supply of the light source can be controlled with electrical energy. The frequency is adjustable as a function of a given brightness level for the light source. In other words, the brightness of the luminous means is adjusted by means of a pulse frequency modulation (PFM). In the pulse frequency modulation, therefore, not the length of the pulse is set, but the time interval between the pulses. This makes it possible to set a length of the electric pulses substantially independent of the desired brightness level. As a result, a ripple, a so-called ripple, on the illuminant can be reduced, as a result of which flickering of the luminous module can be prevented or reduced.
Die Länge der elektrischen Pulse kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer Eigenschaft des Leuchtmittels eingestellt werden. Da unterschiedliche Leuchtmittel unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf ein (wahrgenommenes) Flackern aufweisen können und dieses Flackern durch die Einschaltpulslängen beeinflusst werden kann, kann das Flackern insbesondere unter Berücksichtigung dieser Eigenschaft des Leuchtmittels verringert werden.The length of the electrical pulses can be adjusted, for example, as a function of a property of the luminous means. Since different light sources can have different properties with regard to a (perceived) flickering and this flickering can be influenced by the switch-on pulse lengths, the flickering can be reduced, taking into account in particular this property of the light source.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Länge der elektrischen Pulse in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Helligkeitspegel für das Leuchtmittel eingestellt. Wie weiter unten beschrieben werden wird, kann ein dem Leuchtmittel zugeführter Strom mittels der elektrischen Pulse gesteuert werden und mithilfe eines Tiefpassfilters gefiltert werden. Insbesondere durch die Tiefpassfilterung kann ein Spitzenstrom, welcher dem Leuchtmittel aufgrund eines elektrischen Pulses zugeführt wird, verringert werden. Der Spitzenstrom kann jedoch eine Auswirkung auf eine Farbwiedergabe des Leuchtmittels haben. Um den Spitzenstrom zu erhöhen, kann es daher beispielsweise bei niedrigeren Helligkeitspegeln oder Helligkeitspegelbereichen sinnvoll sein, die Länge des elektrischen Pulses zu erhöhen, um eine gleichbleibende Farbwiedergabe des Leuchtmittels sicherzustellen. Bei dieser Ausführungsform wird daher sowohl eine Pulsfrequenzmodulation als auch eine Pulsweitenmodulation bei der Ansteuerung der Energieversorgung des Leuchtmittels verwendet.According to one embodiment, the length of the electrical pulses is set as a function of the predetermined brightness level for the luminous means. As will be described below, a current supplied to the lighting means can be controlled by means of the electrical pulses and filtered by means of a low-pass filter. In particular, by the low-pass filtering, a peak current, which is supplied to the lighting means due to an electrical pulse, can be reduced. However, the peak current may have an effect on color rendering of the illuminant. In order to increase the peak current, it may therefore be useful, for example at lower brightness levels or brightness level ranges, to increase the length of the electrical pulse in order to ensure a consistent color rendering of the luminous means. In this embodiment, therefore, both a pulse frequency modulation and a pulse width modulation in the control of the power supply of the lighting means is used.
Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die elektrischen Pulse eine konstante Länge auf. Diese Ausführungsform kann besonders einfach realisierbar sein.In a further embodiment, the electrical pulses have a constant length. This embodiment can be particularly easy to implement.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Frequenz der elektrischen Pulse ferner in Abhängigkeit von einer Eigenschaft des Leuchtmittels eingestellt. Die verschiedenen Leuchtmittel können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können unterschiedliche LED-Typen in verschiedenen Leuchtmitteln verwendet werden oder unterschiedliche Anordnungen von LEDs, beispielsweise Reihenschaltungen oder Parallelschaltungen von mehreren LEDs, in verschiedenen Leuchtmitteln verwendet werden. Die unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Leuchtmittel können einen Einfluss auf ein Flackerverhalten oder eine Farbkonstanz insbesondere bei einer pulsmodulierten Ansteuerung aufweisen. Eine Berücksichtigung dieser Eigenschaften bei der Einstellung der Frequenz der Pulsmodulationsvorrichtung kann daher die Farbkonstanz und das Flackerverhalten verbessern. Beispielsweise können entsprechende Informationen zur Einstellung der Frequenz der Pulsmodulationsvorrichtung für verschiedene Leuchtmitteleigenschaften vorab bestimmt und in einen Speicher der Schaltungsanordnung abgelegt werden und von der Pulsmodulationsvorrichtung verwendet werden.In a further embodiment, the frequency of the electrical pulses is further adjusted in dependence on a property of the luminous means. The different lamps can have different properties. For example, different LED types can be used in different light sources or different arrangements of LEDs, for example series connections or parallel connections of several LEDs, in different ones Bulbs are used. The different properties of the different light sources can have an effect on a flicker behavior or a color consistency, in particular in the case of a pulse-modulated control. Consideration of these characteristics in adjusting the frequency of the pulse modulation device can therefore improve the color constancy and the flicker behavior. For example, corresponding information for setting the frequency of the pulse modulation device for different luminous properties can be determined in advance and stored in a memory of the circuit arrangement and used by the pulse modulation device.
Die Eigenschaft des Leuchtmittels, beispielsweise eines LED-Leuchtmittels, kann beispielsweise eine Kennlinie der LED umfassen. Die Kennlinie kann beispielsweise eine Strom-Spannungs-Kennlinie oder ein temperaturabhängiges Strom-Spannungs-Kennlinienfeld umfassen. Daraus kann beispielsweise ein LED-Typ ermittelt werden.The property of the luminous means, for example of an LED illuminant, may include, for example, a characteristic curve of the LED. The characteristic may include, for example, a current-voltage characteristic or a temperature-dependent current-voltage characteristic field. From this, for example, an LED type can be determined.
Wenn das Leuchtmittel mehrere Leuchtdioden umfasst, kann die Eigenschaft des Leuchtmittels ferner eine Anordnung der mehreren Leuchtdioden in dem Leuchtmittel umfassen, beispielsweise eine parallel- und/oder Reihenanordnung der mehreren Leuchtdioden.If the luminous means comprises a plurality of light emitting diodes, the property of the luminous means may further comprise an arrangement of the plurality of light emitting diodes in the luminous means, for example a parallel and / or series arrangement of the plurality of light emitting diodes.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung eine Eigenschaftsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der Eigenschaft des Leuchtmittels, insbesondere zum Bestimmen der Kennlinie einer Leuchtdiode oder Leuchtdiodenanordnung des Leuchtmittels. Entsprechende Verfahren zur Erfassung der Kennlinien von Leuchtdioden sind beispielsweise aus der
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung eine Konstantstromquelle, welche mit den elektrischen Pulsen geschaltet wird und einen Versorgungsstrom für das Leuchtmittel in Abhängigkeit von den elektrischen Pulsen bereitstellt. Die Pulsmodulationsvorrichtung kann beispielsweise die elektrischen Pulse als Pulse mit konstanter Spannung bereitstellen, welche beispielsweise über einen Bus an mehrere Leuchtmittel-Module, beispielsweise LED-Module, verteilt werden. Die Spannungspulse, d.h., die Pulse mit konstanter Spannung, können beispielsweise mittels der Pulsmodulationsvorrichtung aus einer Gleichspannung erzeugt werden. In jedem LED-Modul kann eine entsprechende Konstantstromquelle vorgesehen sein, welche einen auf die in dem LED-Modul vorhandenen Leuchtdioden abgestimmten Strom bereitstellt und mit den elektrischen Pulsen gesteuert und mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Konstantstromquelle erzeugt gemäß den elektrischen Pulsen von der Pulsmodulationsvorrichtung entsprechende elektrische Strompulse mit einem konstanten Strom.In a further embodiment, the circuit arrangement comprises a constant current source, which is switched with the electrical pulses and provides a supply current for the lighting means in dependence on the electrical pulses. The pulse modulation device can provide, for example, the electric pulses as pulses with constant voltage, which are distributed, for example via a bus to a plurality of lamp modules, such as LED modules. The voltage pulses, that is, the constant voltage pulses, may be generated from a DC voltage, for example, by means of the pulse modulation device. In each LED module, a corresponding constant current source may be provided, which provides a tuned to the light emitting diode present in the LED module current and controlled with the electrical pulses and supplied with electrical energy. The constant current source generates corresponding electric current pulses at a constant current according to the electric pulses from the pulse modulation device.
Zwischen der Konstantstromquelle und dem Leuchtmittel, beispielsweise einer Leuchtdiode oder einer Anordnung von Leuchtdioden, kann ein Tiefpassfilter angeordnet sein, welches den Versorgungsstrom für das Leuchtmittel filtert. Das Tiefpassfilter kann beispielsweise eine Spule und/oder einen Kondensator, beispielsweise ein sogenanntes LC-Filter, umfassen. Das Tiefpassfilter kann eine Grenzfrequenz aufweisen, welche im Wesentlichen der Frequenz der Pulsmodulationsvorrichtung bei einem vorgegebenen Helligkeitspegel für das Leuchtmittel von 10 % eines Maximalhelligkeitspegels für das Leuchtmittel entspricht. Der Begriff „im Wesentlichen“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters beispielsweise in einem Bereich von +/-20 %, vorzugsweise +/-10 % der Frequenz der Pulsmodulationsvorrichtung bei dem vorgegebenen Helligkeitspegel für das Leuchtmittel von 10 % des Maximalhelligkeitspegels entspricht. Beispielsweise kann die Frequenz, mit welcher die Pulsmodulationsvorrichtung die elektrischen Pulse erzeugt, 100 Hz betragen, um das Leuchtmittel mit 10 % seines Maximalhelligkeitspegels zu betreiben. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters kann in diesem Fall beispielsweise in einem Bereich von 80-120 Hz, vorzugsweise 90-110 Hz gewählt werden. Bei einer derartigen Auslegung des Tiefpassfilters wird erreicht, dass bei niedrigen Helligkeitspegeln die elektrischen Strompulse der Konstantstromquelle im Wesentlichen ungefiltert zu dem Leuchtmittel weitergegeben werden, wodurch die Farbwiedergabe des Leuchtmittels verbessert wird, d.h., die Farbe des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichts ändert sich bei einer Helligkeitsänderung im Wesentlichen nicht.Between the constant current source and the lighting means, for example a light-emitting diode or an arrangement of light-emitting diodes, a low-pass filter can be arranged, which filters the supply current for the light-emitting means. The low-pass filter may comprise, for example, a coil and / or a capacitor, for example a so-called LC filter. The low-pass filter may have a cutoff frequency which substantially corresponds to the frequency of the pulse modulation device at a given brightness level for the light source of 10% of a maximum brightness level for the light source. The term "substantially" in this context means that the cut-off frequency of the low-pass filter, for example in a range of +/- 20%, preferably +/- 10% of the frequency of the pulse modulation device at the predetermined brightness level for the light source of 10% of the maximum brightness level corresponds , For example, the frequency at which the pulse modulation device generates the electrical pulses may be 100 Hz in order to operate the light source at 10% of its maximum brightness level. The cut-off frequency of the low-pass filter can be selected in this case, for example in a range of 80-120 Hz, preferably 90-110 Hz. With such a design of the low-pass filter is achieved that at low brightness levels, the electric current pulses of the constant current source are substantially unfiltered passed to the bulb, whereby the color reproduction of the bulb is improved, ie, the color of the light emitted by the light changes with a change in brightness essentially not.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels bereitgestellt. Bei dem Verfahren werden elektrische Pulse mit einer einstellbaren Frequenz erzeugt. Mittels der elektrischen Pulse wird eine Versorgung des Leuchtmittels mit elektrischer Energie gesteuert. Die Frequenz wird in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Helligkeitspegel für das Leuchtmittel eingestellt. Das Verfahren umfasst somit die Schritte Erzeugen von elektrischen Pulsen mit einer einstellbaren Frequenz, wobei mittels der elektrischen Pulse eine Versorgung des Leuchtmittels mit elektrischer Energie steuerbar ist, und Einstellen der Frequenz in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Helligkeitspegel für das Leuchtmittel.According to the present invention, there is further provided a method of operating a lighting device. The method generates electrical pulses at an adjustable frequency. By means of the electrical pulses, a supply of the light source is controlled by electrical energy. The frequency is set as a function of a given brightness level for the light source. The method thus comprises the steps of generating electrical pulses with a adjustable frequency, wherein by means of the electrical pulses, a supply of the lighting means is controllable with electrical energy, and adjusting the frequency in dependence on a predetermined brightness level for the lighting means.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsformen erläutert. In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische Elemente.
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1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels. -
2 zeigt schematisch einen Spannungsverlauf einer Ausgangsspannung einer Pulsmodulationsvorrichtung sowie einen daraus resultierenden Stromverlauf durch ein Leuchtmittel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem vorgegebenen Helligkeitspegel von 50 %. -
3 zeigt schematisch einen Spannungsverlauf einer Ausgangsspannung einer Pulsmodulationsvorrichtung sowie einen daraus resultierenden Stromverlauf durch ein Leuchtmittel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem vorgegebenen Helligkeitspegel von 10 %. -
4 zeigt schematisch einen Spannungsverlauf einer Ausgangsspannung einer Pulsmodulationsvorrichtung sowie einen daraus resultierenden Stromverlauf durch ein Leuchtmittel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem vorgegebenen Helligkeitspegel von 100 %.
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1 schematically shows a circuit arrangement for operating a lighting means. -
2 schematically shows a voltage waveform of an output voltage of a pulse modulation device and a resulting current waveform through a light source according to an embodiment of the present invention at a predetermined brightness level of 50%. -
3 schematically shows a voltage waveform of an output voltage of a pulse modulation device and a resulting current waveform through a light source according to an embodiment of the present invention at a predetermined brightness level of 10%. -
4 schematically shows a voltage waveform of an output voltage of a pulse modulation device and a resulting current waveform through a lighting means according to an embodiment of the present invention at a predetermined brightness level of 100%.
Die Schaltungsanordnung
Die Gleichspannung der Vorrichtung
Die HB-LLC Vorrichtung
Die zuvor beschriebene Erzeugung der Gleichspannung, welche dem Pulsmodulator
Der Pulsmodulator
Das LED-Modul
Die Konstantstromquelle
Bei einem niedrigeren Helligkeitspegel wird die Frequenz des Pulsmodulators entsprechend verringert.At a lower brightness level, the frequency of the pulse modulator is reduced accordingly.
Bei einem höheren Helligkeitspegel wird die Frequenz des Pulsmodulators
Mit der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung
Die in den zuvor beschriebenen Beispielen verwendeten Frequenzen und Pulslängen sind nur exemplarisch. Abhängig von der verwendeten Anordnung von Leuchtdioden in der Leuchtdiodenanordnung
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |