DE60314833T2 - Schaltung zur Steuerung der Leuchtdioden einer Niederspannungsbeleuchtungsvorrichtung - Google Patents
Schaltung zur Steuerung der Leuchtdioden einer Niederspannungsbeleuchtungsvorrichtung Download PDFInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Steuerung der Leuchtdioden einer Niederspannungsbeleuchtungsvorrichtung.
- Insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, kann sie nutzbringend bei Beleuchtungsvorrichtungen für Monumente, wie Friedhöfen und dergleichen, verwendet werden, wo die Beleuchtung einen symbolischen Wert hat und dauerhaft, jedoch bei niedrigem Verbrauch, anhalten können sollte. Ein Beispiel der Friedhofs- bzw. Monumentenbeleuchtungsvorrichtungen, bei denen die vorliegende Erfindung nutzbringend verwendet werden kann, wird in der
EP 0 876 085 beschrieben. - Es sind bereits verschiedenartige Glühlampen für diese Art von Anwendung in Gebrauch, die alle gewisse Grenzen und Nachteile aufweisen. Zunächst sind sie in der Konstant begrenzt, im Bereich von ein paar tausend Stunden, und bieten eine recht geringe Leistung. Zweitens sind sie nicht sehr zuverlässig, besonders wegen der Empfindlichkeit des Glühdrahts.
- Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerschaltung einer Niederspannungsbeleuchtungsvorrichtung auszubilden, die folgende vorteilhafte Merkmale aufweist:
- – Sie kann eine lange Lebensdauer und hohe Wirksamkeit und Zuverlässigkeit der Beleuchtungsvorrichtung sicherstellen.
- – Sie kann mit Niederspannung versorgt werden, entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom, bei einer Spannung zwischen ungefähr 5,6 V und 26 V.
- – Sie kann den Schutz für die Vorrichtungsversorgungsleitung im Fall eines Schaltkreisfehlers sowie den Schutz am Versorgungseingang gegen vorübergehende Überlastungen sicherstellen.
- – Sie kann die Zuführung eines konstanten Ansteuerungsstroms an die LED ermöglichen und eine konstante Lichtstrahlung der LED sicherstellen, selbst wenn die wirkliche Versorgungsspannung Schwankungen unterliegt.
- – Sie kann eine Blinkfunktion der LED erzielen, welche die Absorption eines konstanten Stroms mit einer Veränderung der Lichtstrahlung ermöglicht, wodurch Probleme vermieden werden, die mit der elektromagnetischen Unverträglichkeit verbunden sind, die erreicht werden kann, wenn sich abrupt ändernde Lasten vorhanden sind, besonders wenn zahlreiche Punkte zu beleuchten sind.
- Diese Ziele und Vorteile werden alle von der Erfindung erreicht, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen gekennzeichnet ist.
- Weitere Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsform der Erfindung hervorgehen, die nur beispielhaft anhand eines nicht einschränkenden Beispiels in den beiliegenden Figuren der Zeichnungen abgebildet ist. Es zeigen:
-
1 ein Funktionsschema der Steuerschaltung der Vorrichtung. -
2 ein elektrisches Schema der Schaltung aus1 . -
2 und3 zeigen jeweils das Funktionsschema und ein elektrisches Schema einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung, die als gedruckte Schaltung ausgebildet ist. - Die Bedeutung der verschiedenen Bestandteile der Figuren wird nachstehend beschrieben.
- Mit
20 ist eine erste Schaltungsstufe bezeichnet, die als Eingangsschutz bezüglich der Versorgungsklemmen21 dient. Die erste Schaltungsstufe20 umfasst ein RLC-Filter, um Hochfrequenzsignale zu blockieren. Das RLC-Filter umfasst einen ers ten Widerstand22 , einen metallischen und 1/8 W-Widerstand, der auch als Anschlussteil an eine Versorgungsklemme (Mittelelektrode) und auch als Sicherung auf der Versorgungsleitung dient. Das RLC-Filter umfasst ferner einen Induktor23 , der zu dem Widerstand22 parallel ist, und einen 1000 pF-Kondensator24 . - Mit
25 ist eine zweite Schaltungsstufe bzw. ein zweiter Schaltungsblock bezeichnet, der als bipolares Löschglied von Ausgleichströmen dient und aus zwei Zener-Dioden26 und27 besteht, die entgegengesetzt geschaltet sind. Die Wirkung des Überlastungsbegrenzers wird durch den Widerstand22 der ersten Stufe20 erleichtert. - Mit
28 ist ein doppelter Einweggleichrichter mit Graetz-Brücke bezeichnet, der aus vier 150 mA/100 V-Schottky-Dioden29 , so dass ein geringer Spannungsabfall (0,8 V) erreicht wird, und aus einem 100 μF/35 V-Elektrolytkondensator6 besteht. Eine Minimierung der Restwelligkeit im Wechselstrombetrieb wird durch die Summe der Äquivalentwiderstände der Dioden bei Gleichstromleitung und durch den Widerstand22 zusammen mit dem Elektrolytkondensator (RC-Filter) garantiert. - Mit
30 ist eine Regler-Stabilisator-Stufe mit konstantem Strom (26,7 mA) zum Ansteuern der LED2 bezeichnet, deren Hauptaufgabe es ist, elektrische und thermische Überlastungen in der LED2 zu vermeiden, so dass sich diese einer langen Nutzungsdauer erfreut und völlig zuverlässig ist. Die Reglerstufe30 umfasst eine integrierte Schaltung31 und einen Widerstand32 . - Die integrierte Schaltung
31 ist von der Art LM317L und als Konstantstromgenerator konfiguriert, der optimale Funktionsfähigkeit für Eingangsspannungen zwischen 4,8 V und 43 V garantiert. Die integrierte Schaltung31 ist mit internen Schutzvorrichtungen gegen elektrische und thermische Überlastung versehen. Um das Eingreifen des thermischen Überlastungsschutzes im normalen Betrieb zu vermeiden, ist ein geeigneter elektrischer Anschluss auf der integrierten Schal tung vorgesehen, welche die Steuerschaltung ausbildet, um die Wärmeableitung über einen hinzugefügten Wärmeverteiler zu verbessern. - Mit
33 ist eine Konstantspannungs-Stabilisierungsstufe für die Versorgung der Blinkschaltung bezeichnet. Diese Stufe33 umfasst eine weitere integrierte Schaltung34 , von der Art LM317L, die in der Generatorkonfiguration mit Konstantspannung (3V ) verwendet wird, wobei die Ausgangsspannung für eine Eingangsspannungsauslenkung zwischen 4,8 V und 43 V auf dem Nennwert gehalten wird. Die Stabilisierungsstufe33 umfasst ferner zwei Widerstände35 et36 und einen Kondensator37 . -
38 gibt eine Schwingstufe für die Blinkfunktion an, die unter Verwendung einer integrierten Schaltung39 CMOS TIMER LMC555 in der nicht stabilen Multivibratorkonfiguration (Rechteckwellen-Oszillator) hergestellt wird, für die eine Schaltungsänderung im Verhältnis zur Standardkonfiguration vorgenommen wurde, wodurch man weniger externe Bauteile und die Integration der Sink-Driver-Funktion erhalten kann. Die Schwingphase38 umfasst mindestens zwei Kondensatoren40 und41 und einen Widerstand42 . - Mit
43 ist eine Löschschaltung der LED2 bezeichnet, die man Sink-Driver nennt und mittels der erwähnten integrierten Schaltung39 über den Stift, der OpenDrain-n.7 genannt wird, der integrierten Schaltung selber zusammen mit einem Widerstand44 und einem Kondensator45 , wie in3 angegeben, hergestellt wird. - Die Steuerschaltung kann auf Niederspannung, und genauer gesagt auf einer Spannung zwischen ungefähr 5,6 V und 26 V, mit Gleich- oder Wechselstrom versorgt werden.
- Die Steuerschaltung kann mit Gleichstrom mit automatischer Polarität arbeiten und verfügt über einen Schutz für die Geräteversorgungsleitung im Falle eines Schaltungsfehlers, so wie über einen Schutz am Versorgungseingang gegen vorübergehende Überlastungen (Stufe
25 der Schaltung). - Die Steuerschaltung ermöglicht es, wenn die wirkliche Versorgungsspannung Schwankungen unterliegt, der LED
2 einen konstanten Treiberstrom zuzuführen, was für Zuverlässigkeit und gute Nutzungsdauer sorgt. - Die LED
2 kann auch ein Festlicht oder ein unterbrochenes Licht ausstrahlen (über Stufe38 ). - Während der Blinkphasen kann Restlicht verwendet werden, um optische Spezialeffekte zu erreichen, wie etwa Kerzenlicht. Die Schaltung
3 umfasst auch eine Zener-Diode46 , um die LED-Diode2 während der Zusammenbauphase zu schützen. - Es ist hervorzuheben, dass die Blinkfunktion die Absorption eines Konstantstroms mit einer Änderung der Lichtstrahlung ermöglicht. Dies verhindert Probleme, die mit der elektromagnetischen Unverträglichkeit verbunden sind, die erreicht werden kann, wenn sich abrupt ändernde Lasten vorhanden sind, besonders wenn zahlreiche Punkte zu beleuchten sind.
- Ferner ist die elektronische Treiberschaltung Grundlage für ein universelles Versorgungssystem, sowohl in Gleichstrom- als auch in Wechselstromniederspannung, das gegebenenfalls in der Lage ist, sich einer unkonventionellen Versorgungsart (photovoltaisch oder durch Wind erzeugt) anzupassen.
- Ein weiterer Vorteil einer Vorrichtung, die mit der vorliegenden Steuerschaltung ausgestattet ist, ist, dass sie eine konstante Lichtstrahlung bereitstellt, selbst wenn eine Schwankung der Versorgungsspannung (innerhalb der vorgesehenen Grenzen von 6 bis 24 V) vorliegt. Dies bedeutet beispielsweise, dass ein und derselbe Helligkeitsgrad an allen Beleuchtungspunkten, die an der elektrischen Versorgungsleitung entlang verteilt sind, erreicht werden kann, und verhindert, dass in Abhängigkeit von gewissen Betriebsbedingungen in der Friedhofsbeleuchtungseinrichtung Schwankungen des Hel ligkeitsgrads auftreten. Was Glühlampen anbelangt stellt die Vorrichtung der Erfindung eine erhebliche Energieersparnis dar (sie kann bei 0,2 W und 6 W funktionieren), hält länger (mehr als 100000 Arbeitsstunden) und ist zuverlässiger (die Zeit zwischen zwei Pannen wird mit mehr als 50000 Funktionsstunden berechnet). Die Kopplung mit dem Lampenhalter kann auf verschiedene Art und Weise erreicht werden, so wie auch die Befestigung selber hergestellt werden kann, um der für den einzelnen Halter notwendigen Art zu entsprechen. Der Anschluss könnte bajonettartig oder schraubenartig oder nach Bedarf anderweitig sein.
- Die Steuerschaltung der Erfindung ist besonders nützlich, um die Niederspannungs-Glühlampen zu ersetzen, die bei der Beleuchtung von Friedhöfen oder Monumenten verwendet werden.
- Dank des Restlichts während der Blinkphase kann die Steuerschaltung einen Kerzeneffekt simulieren.
- Die mit einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung ausgebildete Beleuchtungsvorrichtung kann sehr kompakt sein, zum Teil dank der Tatsache, dass ein Großteil der gedruckten Schaltung der Steuerschaltung (mehr als zwei Drittel) in einer hohlen Sitzfläche im Innern der Schraubbasis der Lampe, welche die LED als Lichtquelle verwendet, aufgenommen werden kann.
- Zusammenfassung
- Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Steuerung der Leuchtdioden einer Niederspannungsbeleuchtungsvorrichtung, umfassend vier in Kaskade geschaltete Schaltungsstufen, wobei:
- – die 1.
Schaltungsstufe (
20 ) ein RLC-Filter umfasst, das Hochfrequenzsignale blockiert und deren Widerstand (22 ) auch als Sicherung auf der Versorgungsleitung dient und deren Induktor (23 ) für denselben Widerstand parasitär ist; - – die
2. Schaltungsstufe (
25 ) ein Löschglied für Spannungsstoßinterferenzen ist; - – die
3. Schaltungsstufe (
28 ) ein doppelter Einweggleichrichter ist; - – die
4. Schaltungsstufe (
30 ) ein Konstantstromregler des der LED zuzuführenden Stroms ist, um eine elektrische und thermische Überlastung der LED zu vermeiden.
Claims (4)
- Schaltung zur Steuerung der Leuchtdioden einer Niederspannungsbeleuchtungsvorrichtung, umfassend vier in Kaskade geschaltete Schaltungsstufen, wobei: – die 1. Schaltungsstufe (
20 ) ein RLC-Filter umfasst, das Hochfrequenzsignale blockiert und deren Widerstand (22 ) auch als Sicherung auf der Versorgungsleitung dient und deren Induktor (23 ) für denselben Widerstand parasitär ist; – die 2. Schaltungsstufe (25 ) ein Löschglied für Spannungsstoßinterferenzen ist; – die 3. Schaltungsstufe (28 ) ein doppelter Einweggleichrichter ist; – die 4. Schaltungsstufe (30 ) ein Konstantstromregler des der LED zuzuführenden Stroms ist, um eine elektrische und thermische Überlastung der LED zu vermeiden. - Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend folgende Stufen: – eine 5. Schaltungsstufe (
33 ), die als Konstantspannungshalter für die Versorgung einer Blinkschaltung dient; – eine 6. Schaltungsstufe (38 ), die von der 5. Schaltungsstufe versorgt wird und als Oszillator für eine Blinkfunktion dient; und – eine 7. Schaltungsstufe (43 ), die von der Ausgabe der 6. Schaltungsstufe gesteuert wird und als Ausschalter für die LED dient. - Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Stufe (
25 ) aus zwei entgegengesetzt geschalteten Zener-Dioden (26 ,27 ) besteht. - Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 3. Stufe (
28 ) eine Graetz-Brücke umfasst, die aus vier Schottky-Dioden (29 ) und einem Elektrolytkondensator (6 ) besteht.
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