EP2425680A2 - Operating circuit for light-emitting diodes - Google Patents

Operating circuit for light-emitting diodes

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EP2425680A2
EP2425680A2 EP10721272A EP10721272A EP2425680A2 EP 2425680 A2 EP2425680 A2 EP 2425680A2 EP 10721272 A EP10721272 A EP 10721272A EP 10721272 A EP10721272 A EP 10721272A EP 2425680 A2 EP2425680 A2 EP 2425680A2
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EP
European Patent Office
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current
led
switch
energy storage
secondary winding
Prior art date
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Application number
EP10721272A
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German (de)
French (fr)
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EP2425680B1 (en
Inventor
Stefan Zudrell-Koch
Michael Zimmermann
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Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Tridonic GmbH and Co KG filed Critical Tridonic GmbH and Co KG
Publication of EP2425680A2 publication Critical patent/EP2425680A2/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2425680B1 publication Critical patent/EP2425680B1/en
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/14—Controlling the intensity of the light using electrical feedback from LEDs or from LED modules
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/32—Pulse-control circuits
    • H05B45/327—Burst dimming
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]

Definitions

  • the invention relates to an operating circuit with light emitting diodes according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating light emitting diodes according to the preamble of patent claim 16.
  • LEDs have become an attractive alternative to conventional light sources such as incandescent or gas discharge lamps.
  • LED light-emitting diode
  • This term is intended below to include both light emitting diodes of inorganic materials as well as light emitting diodes of organic materials. It is known that the light emission of LEDs correlates with the current flow through the LEDs. For brightness control, LEDs are therefore always operated in a mode in which the current flow through the LED is controlled.
  • switching regulator such as buck converter (step-down or Bück Converter) is used.
  • buck converter step-down or Bück Converter
  • a switching regulator is known for example from DE 10 2006 034 371 A1.
  • a control unit controls a high-frequency clocked switch (for example, a power transistor).
  • the switch When the switch is turned on, current flows through the LED assembly and a coil, which is charged by it.
  • the cached energy of the coil discharges in the off state of the switch via the LEDs (freewheeling phase).
  • the current through the LED arrangement shows a zigzag time course: when the switch is on, the LED current shows a rising edge, with the switch off, there is a falling edge.
  • the time average of the LED current represents the RMS current through the LED arrangement and is a measure of the brightness of the LEDs. By appropriate timing of the circuit breaker, the average, effective current can be controlled.
  • the function of the operating device is now to set a desired average current flow through the LEDs and to minimize the temporal fluctuation of the current due to the high frequency switching on and off of the switch (typically in the range above 10 kHz).
  • a large fluctuation range of the current has a disadvantageous effect particularly with LEDs, since the spectrum of the emitted light can change as the current amplitude changes.
  • the LEDs are supplied by the operating device low-frequency (typically with a frequency in the range of 100-1000 Hz) PWM packets with (in the time average) constant current amplitude.
  • the current within a PWM packet is superimposed on the high-frequency ripple listed above.
  • the brightness of the LEDs can now be controlled by the frequency of the PWM packets; For example, the LEDs can be dimmed by increasing the time interval between the PWM packets.
  • a practical requirement of the operating device is that it can be used as flexibly and versatile as possible, for example, regardless of how many LEDs are actually connected as a load and should be operated.
  • the load may also change during operation if, for example, an LED fails.
  • the LEDs are operated in a so-called 'continuous conduction mode'. This method is explained in more detail with reference to FIG. 1a and FIG. 1b (prior art).
  • a buck converter for the operation of at least one LED (or a plurality of LEDs connected in series), which has a switch S1 is shown as the basic circuit.
  • the operating circuit is supplied with a DC voltage or a rectified AC voltage UO.
  • the known circuits require expensive measuring circuits to measure the current through the LED during the turn-off, for example, this can be done by a voltage measurement across the LED, from which the current is concluded. But a differential voltage measurement at high potential is necessary.
  • the operating circuit is supplied with a DC voltage or rectified AC voltage for at least one LED.
  • a supply voltage for at least one LED is provided by means of a coil and a switch clocked by a control / regulating unit, wherein when the switch in the coil, an energy is stored, which discharges when the switch is switched off via a diode and at least one LED.
  • control unit selects the switch-on time and the switch-off time of the switch so that the current flow through the at least one LED has the smallest possible ripple.
  • the operating circuit drives at least one LED, which is supplied with a DC voltage or rectified AC voltage, and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil and a switch clocked by a control unit, wherein when the switch is switched on in the coil, an energy is temporarily stored itself with the switch off via at least one LED discharges, wherein in series with the LED, a transformer having a primary winding and a secondary winding is arranged, and a measuring element is arranged in series with the secondary winding, so that a secondary circuit is formed, wherein in the secondary winding defined current is fed and at least one measurement takes place on the secondary side.
  • the invention basically allows the use of two coupled energy storage for measuring a current through an LED, this measurement can be carried out isolated potential.
  • a method for operating at least one LED by means of a switching regulator circuit which is supplied with a DC voltage or rectified AC voltage and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil and a switch clocked by a control unit the coil an energy is stored, which discharges when the switch is switched off via a diode and at least one LED, and the current flows through the LED through a first energy storage element, which is coupled to a second energy storage element, and the first energy storage element due to the current the LED reaches its maximum energy storage capacity at least, wherein in the second energy storage element, an increasing current is supplied, so that the time can be detected, to which the first energy storage element due to the current dur The second energy storage element again acquires an energy storage capability.
  • the operating circuit comprises a sensor unit which generates a sensor signal and monitors the current through the LED.
  • control unit uses a signal of the sensor unit or a combination with the signal of an optional further sensor unit for determining the switch-on and switch-off of the switch.
  • control unit turns off the switch when the current through the LED exceeds a maximum reference value, and turns on again at the time when the current through the LED falls below a minimum reference value.
  • the sensor unit is formed by two mutually coupled energy storage elements, for example by a transformer or a Hall sensor.
  • the operating circuit has a capacitor arranged in parallel with the at least one LED, which maintains the current through the LED during the demagnetization phase of the coil, so that the current through the LEDs is smoothed.
  • FIG. 1a shows a circuit arrangement according to the known state of the art
  • Figure 1 b shows a diagram with the time course of the LED current in the
  • FIG. 2a shows a first example of an operating circuit according to the invention
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the invention (Buck Boost).
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the invention for the LED
  • FIG. 1a and FIG. 1b show the state of the art.
  • the circuit arrangement shown in FIG. 2a serves for the operation of at least one (or several LEDs connected in series).
  • two LEDs are connected in series, it can of course be only one or more LEDs.
  • the LED or the serially switched LEDs are collectively referred to below as the LED (or LED strip called).
  • An advantage of the present invention is that the operating circuit adapts very flexibly to the type and number of serially connected LEDs.
  • the circuit is supplied with a DC voltage UO, which of course can also be a rectified AC voltage.
  • the LEDs are connected in series with a coil L1 and a switch S1.
  • the LEDs are connected in series with a coil L1 and a switch S1.
  • Circuit arrangement a diode D1 (the diode D1 and the coil L1 are connected in parallel with the LEDs) and optionally a capacitor C1 connected in parallel to the LEDs on.
  • the switched-on state of the switch S1 current flows through the LEDs and through the coil L1, which is thereby magnetized.
  • the switched-off state of the switch S1 the stored energy in the magnetic field of the coil discharges in the form of a current through the diode D1 and the LEDs.
  • the capacitor C1 is charged.
  • the capacitor C1 discharges and contributes to the flow of current through the LED track. With suitable dimensioning of the optional capacitor C1, this can lead to a smoothing of the current through the LEDs.
  • the coil L1 may also be part of a power transmitting transformer.
  • switch S1 a field effect transistor is preferably used.
  • the switch S1 is switched to high frequency, typically in a frequency range of over 10 kHz.
  • the current can be measured by the LED and thus kept at a predetermined value or in a predetermined value range.
  • control / regulating unit SR (hereinafter also referred to as control / regulating unit SR) which specifies the timing of the switch S1 to control the LED power or the LED current iLED.
  • the control / regulation unit SR uses as input variables signals from an optional further sensor unit SE1 and at least signals from a sensor unit SE2 to determine the exact switch-on and -off timing of the switch S1.
  • the sensor unit SE2 Since the sensor unit SE2 is located in the path where a measurement on the LED is possible during the turn-off phase of the switch S1, this sensor unit is referred to below as the sensor unit SE2.
  • the only optional further sensor unit SE1 allows only one measurement during the switch-on of the switch S1 and is therefore referred to as the further sensor unit SE1.
  • the sensor unit SE2 is arranged within the current branch, which is traversed by the current during the freewheeling phase, preferably in series with the LED or alternatively also in series with the coil L1 (designated as SE2 '). With the aid of the sensor unit SE2, the control unit / control unit SR a suitable time for the switch-on of the switch S1 and optionally also the appropriate
  • the switch S1 is turned off when the current through the LED is below a certain value, and the switch S1 is turned on when the current through the LED exceeds a certain value.
  • the switch S1 can be switched on even if the current through the coil L1, immediately after the diode D1 locks in the freewheeling phase, is zero for the first time or at least very low. Then, at the switch-on time of the switch S1, the lowest possible current is applied to the switch S1. By detecting the current zero crossing through the coil, a nearly lossless switching is possible. According to the invention, the current through the LEDs shows only slight ripple and does not vary greatly. This is due to the application of the method according to the invention for measuring the LED current iLED and, if the capacitor C1 is present, also due to the smoothing effect of the capacitor C1 connected in parallel with the LEDs.
  • switch S1 is closed and current begins to flow through the LED and coil L1.
  • the current i L shows an increase according to an exponential function, wherein in the range of interest here a quasi-linear increase of the current iLED and i L takes place.
  • iLED differs from i L in that part of the current i_L contributes to the charging of the capacitor C1.
  • the opening of the switch S1 at time t_1 (for example, when a desired maximum reference value is reached) has the consequence that the energy stored in the magnetic field of the coil L1 is discharged via the diode D1 and the LEDs or the capacitor C1.
  • the current i_L continues to flow in the same direction, but decreases continuously and can even reach a negative value.
  • the switch S1 is already switched on again when the current iLED has fallen below a desired minimum reference value by the LED, this desired minimum reference value according to a preferred embodiment being only slightly below the desired maximum reference value (which determines the switching off of the switch S1 ) in order to achieve as constant a current iLED as possible through the LED.
  • a negative current (ie reverse current flow) can be achieved when the coil L1 is demagnetized. This is present as long as the charge carriers, which were previously enriched in the conducting-poled diode D1, are eliminated from the barrier layer of the diode D1.
  • the current iLED decreases only weakly and is maintained because the capacitor C1 has a smoothing effect.
  • the diode blocks.
  • the current i_L decreases (but is still negative) and goes to zero. In this phase, parasitic capacitances at the diode D1 and other parasitic capacitances in the remaining circuit are charged.
  • An advantageous switch-on time t_3 for the switch S1 can now also be given when the current i L reaches the zero crossing, or at least the vicinity of the zero crossing. At this time, the coil L1 is not or hardly magnetized. The switch S1 can be turned on at this time with very low losses, since hardly any current flows through the coil L1.
  • the sensor unit SE2 is now used.
  • the current i L can be detected by the LED by means of the transformer, as also described in the following with reference to FIGS. 3 a and 3 b.
  • the current iLED through the LED or alternatively the current i_L through the coil L1 can also be detected, for example, by means of a Hall sensor.
  • the sensor unit SE2 is a series to the LED-connected transformer with a primary winding T1) and a secondary winding T2.
  • a measuring element RM is arranged in series with the secondary winding T2, so that a secondary circuit is formed, wherein in the secondary winding T2, a defined current is fed and at least one measurement on the
  • the switch S1 can be controlled by the control / regulating unit SR in such a way that the mean value of the current iLED is regulated by the LED. Since the invention also allows the measurement of a direct current, no hysteretic control must be used, but it can also be applied to a control loop, in which only a measured value of the LED current iLED is evaluated as the actual size.
  • the control unit SR can control the switch S1 such that the LED current iLED is regulated to a predetermined value.
  • the optional further sensor unit SE1 is arranged in series with the switch S1 and detects the current flow through the switch S1. This serves to monitor the flow of current through the switch S1. Exceeds the
  • the further sensor unit SE1 can be, for example, a measuring resistor (shunt), as shown later as measuring resistor RS in the examples of FIGS. 3 to 5.
  • the voltage drop at the measuring resistor (shunt) RS can now be tapped and, for example, compared with a reference value by means of a comparator. If the voltage drop at the measuring resistor (shunt) RS exceeds a certain value, the switch S1 is switched off.
  • the monitoring by means of the optional further sensor unit SE1 can be used at least in addition or alternatively to the sensor unit SE2 for the detection of the switch-off condition of the switch S1. Above all, it can also be used to protect the switch S1 against overcurrents in the event of a fault.
  • the control unit SR uses the information from the optional further sensor unit SE1 and the sensor unit SE2 to determine the on and off timing of the switch S1.
  • Setting the brightness of the LED can be done for example in the form of PWM packets.
  • the frequency of the PWM packets is typically of the order of 100-1000 Hz.
  • the switch S1 itself is turned on and off during the PWM packets at a much higher frequency.
  • FIGs. 3 A possible embodiment of the invention is shown in Figs. 3 (3a and 3b).
  • an operating circuit for at least one LED is shown, to which a DC voltage or rectified AC voltage is supplied, and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil L1 and a ducch a control / SR SR clocked switch.
  • a DC voltage or rectified AC voltage is supplied, and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil L1 and a ducch a control / SR SR clocked switch.
  • the operating circuit may be controlled so that the control unit SR determines the time toff between a turn-off and a subsequent turn-on of the switch S1 depending on the measurement of the current iLED by the LED.
  • control / regulation unit SR can determine the current through the LED by means of a series-connected to the LED transformer with a primary winding T1 and a secondary winding T2.
  • control / SR unit feed an increasing current in the secondary winding T2 of the transformer. This is preferably done by a current source loff arranged in the control / regulation unit SR.
  • the control unit SR can monitor the voltage across the secondary winding T2 of the transformer via an analog-to-digital converter ADC.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the defined current, which is fed into the secondary winding T2 by the current source loff, may be a triangular current.
  • the defined current which is fed into the secondary winding T2 by the current source loff can also be a triangular current with a fixed DC component DC offset.
  • the defined current which is fed into the secondary winding T2 by the current source loff can also be, for example, a DC reference current with a fixed amplitude, to which an AC voltage component with a defined amplitude and frequency is superimposed.
  • the defined current may have a different stability, this may in particular be the case when saturation in the secondary winding T2 is reached.
  • different signal forms may be advantageous for the defined current, and the method for evaluating the measurement on the secondary side may be adapted to the type of current source loff used.
  • a current measurement is made possible by the very accurate monitoring of a current can be determined, wherein the current can also be a direct current.
  • this current measurement can be carried out such that a potential separation between the current path to be measured and the measuring evaluation circuit (T2 and SR) is given.
  • the current to be measured (which, as already mentioned, may also be a direct current) has an amplitude which exceeds that
  • Saturation current of the transformer is located, preferably the current to be measured is significantly higher than the saturation current of the transformer to ensure a reliable measurement.
  • the transformer is operated in saturation when the current to be measured with a corresponding amplitude through the transformer (ie, through the primary winding T1) flows.
  • a defined current is fed into the secondary winding T2, which has an increasing amplitude, then builds due to the current through the secondary winding T2 and the resulting voltage drop across the secondary winding T2, a magnetic flux. Since the primary winding T1 and the secondary winding T2 are magnetically coupled, the magnetic fluxes caused by the currents through the primary winding T1 and the secondary winding T2 will cancel as soon as their values are at the same level.
  • the secondary winding T2 saturates, which can be recognized by a secondary-side monitoring (for example via the measurement at the resistor RM). For the example shown in FIGS. 3a and 3b, a detectable increase in the voltage drop across the resistor RM would occur across the resistor RM as soon as the secondary winding T2 saturates.
  • the primary winding T1 forms a first energy storage element, wherein a current flows through the LED and through the primary winding T1 as a first energy storage element, wherein the primary winding T1 is coupled as a first energy storage element to the secondary winding T2 as a second energy storage element.
  • a defined current is fed with preferably increasing amplitude, so the time be recognized, to which the first Energy storage element due to the current through the second energy storage element again achieved an energy storage capability, ie the primary winding T1 leaves the state of saturation.
  • a control unit SR can monitor the voltage across the secondary winding T2 via an analog-to-digital converter ADC, for example at the measuring point C3 on the resistor RM.
  • an analog-to-digital converter ADC instead of an analog-to-digital converter ADC, however, the measurement can also take place, for example, by means of a comparator. For example, once the monitored voltage exceeds a reference voltage supplied to the comparator, it may be determined that the transformer is no longer in saturation due to the LED current on the primary side.
  • control unit SR has only one terminal C2 for feeding the defined current into the secondary winding T2 and monitoring the secondary winding T2 needed.
  • control unit SR is designed such that it can both supply a current via the same connection (by means of the integrated current source loff and at the same time can monitor the voltage at the connection C2 (by means of an analogue-digital Converter ADC) to perform the measurement on the secondary winding T2.
  • the control unit SR is designed such that it can feed a current into the secondary winding T2 via a first terminal C2 (by means of the integrated current source loff) and monitor the voltage across the resistor RM by means of the terminal C3 can (by means of an analog-to-digital converter ADC), so as to perform the measurement on the secondary winding T2.
  • a plurality of measured values within a predetermined time interval can also be detected and evaluated together.
  • the voltage across the resistor RM can be detected at the time when it is determined that the transformer is no longer due to the LED current on the primary side is in saturation or is again in saturation.
  • the maximum peak value of the voltage across the resistor RM which is reached when the current fed into the secondary winding T2 reaches its maximum value, can also be detected.
  • the monitoring at the terminal C2 can also be done by means of a comparator.
  • a comparator may be preferably provided for evaluation, which constantly toggles (ie in particular the reference switches) to both Flanks of the defined Electricity for monitoring. For example, different references for the rising and falling edge may be provided.
  • the signal can also be monitored and evaluated over time.
  • the time duration can be monitored until it is determined that the transformer is no longer in saturation due to the LED current on the primary side.
  • the reference of the comparator can for example also be specified by a digital-analog converter.
  • the control unit SR can perform the measurement of the current such that the defined current is fed to the secondary winding T2 by the current source loff only during the switch-off phase of the switch S1.
  • the control unit SR may perform the measurement of the current iLED by the LED (by means of the voltage across secondary winding T2) during the turn-off phase.
  • the current can be measured by the LED by means of a sensor unit SE2 by means of a transformer.
  • the sensor unit SE2 can also be a Hall sensor, in particular be formed by mutually coupled elements of a Hall sensor.
  • Figures 4 and 5 show specific embodiments of the invention.
  • FIG. 4 shows a modification of the circuit in FIG. 3 in that, in addition, a second switch S2 is arranged parallel to the LEDs and the capacitor C1.
  • the switch S2 is selectively / independently controllable and may for example be a transistor. If the switch S2 is closed, the discharge process of the capacitor C1 is accelerated. Due to the accelerated discharge of the capacitor C1 is achieved that the current flow through the LED goes to zero as quickly as possible.
  • the switch S2 can be activated and driven at a low dimming level, where the PWM packets are very short and it is important that the current through the LED rapidly approaches zero at the end of a PWM packet.
  • a low dimming level can be achieved by suitable control of the switch S2.
  • switch S2 Another function of this switch S2 is that it bridges the LEDs when switched on. This is required, for example, when the LEDs are to be turned off, i. should not emit light, but the supply voltage UO is still present. Without bridging by switch S2, a (smaller) current would flow across the LEDs and resistors R1 and R2, and the LEDs would (slightly) light up.
  • the arrangement of a second switch S2 in parallel with the LEDs and the capacitor C1 for accelerated discharge of the capacitor C1 is not limited to the specific embodiment of the circuit arrangement of Figure 4, but can be applied to all embodiments of the invention. It should be understood that the method of measuring the current through the LED, preferably for detecting an advantageous on-time and / or off-time for the switch S1, can of course be applied to other circuit topologies, such as for a so-called buck-boost converter Half-bridge converter or a so-called forward converter (Durchflußwandler).
  • FIG. 5 shows a modification of the circuit of Figure 2a in that the arrangement of the inductor L1, the diode D1 and the orientation of the LED track is modified.
  • the circuit shown represents a so-called.
  • Buck-boost converter also referred to as inverter circuit
  • a measuring element RM is arranged in series with the secondary winding T2, so that a secondary circuit is formed, wherein in the secondary winding T2, a defined current is fed and at least one measurement takes place on the secondary side for monitoring the LED current iLED.
  • Fig. 6 shows a section of an operating circuit for at least one LED analogous to the circuits of the previous examples.
  • Such an operating circuit typically drives at least one LED to which a DC voltage or rectified AC voltage is applied, and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil L1 and a switch S1 clocked by a control unit SR, with switch S1 in the Coil L1 a
  • a transformer having a primary winding T1 and a secondary winding T2 is arranged, and a measuring element RM is arranged in series with the secondary winding T2, so that a secondary circuit is formed, wherein in the secondary winding T2, a defined current is fed and at least one measurement takes place on the secondary side.
  • the defined current IM is fed to the secondary winding T2 through a current source loff, which is connected to the secondary winding T2.
  • the measuring element may be a resistor RM (eg a current measuring shunt).
  • the current iLED on the secondary side can be determined by the LED.
  • the defined current IM which is fed to the secondary winding T2 as the coupled winding, may be a triangular current.
  • the time can be detected when the injected triangular current exceeds the current iLED through the LED.
  • This time can be detected by a voltage monitoring or measurement on the secondary winding T2 as a coupled winding.
  • the winding ratio of the transformer can be taken into account when determining the current.
  • the winding ratio of the transformer is one to one (1: 1).
  • the transformer may form the sensor unit SE2.
  • the sensor unit SE2 can also be a Hall sensor, in particular the sensor unit SE2 can be formed by elements of a Hall sensor which are coupled to one another.
  • a capacitor C1 may be disposed in parallel with the at least one LED, and maintains the current iLED through the LED during the phase of demagnetization of the coil L1, so that the current iLED is smoothed by the LEDs.
  • a switch S2 may be arranged in parallel to the capacitor C1 and the LEDs and be independently controllable.
  • the switch S2 can be closed to accelerate the discharging operation of the capacitor C1.
  • a control unit SR can monitor the voltage across the secondary winding T2 via an analog-to-digital converter ADC.
  • a method for operating at least one LED is made possible by means of a switching regulator circuit to which a DC voltage or rectified AC voltage is supplied and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil L1 and a switch S1 clocked by a control unit SR switched on switch S1 in the coil L1, an energy is stored, which discharges when switch S1 is switched off via a diode D1 and at least one LED, and the current iLED flows through the LED through a first energy storage element which is coupled to a second energy storage element, and the first
  • Energy storage element due to the current iLED through the LED reaches its maximum energy storage capacity at least, wherein in the second energy storage element, a defined current IM preferably is increased in amplitude, so that the time can be detected at which the first energy storage element due to the current through the second energy storage element again obtains an energy storage capability.
  • the defined current IM which is fed into the second energy storage element, can also have a triangular shape.
  • the mutually coupled energy storage elements thus form the sensor unit SE2 and can be formed by magnetically coupled windings of a transformer T1, T2.
  • the coupled energy storage elements that form the sensor unit SE2 can also be formed by mutually coupled elements of a Hall sensor.
  • the switching regulator circuit forms an operating circuit for at least one LED.
  • FIG. 6 is to illustrate that a potential-separated current measurement for an LED according to the invention described is possible, regardless of how the topology is designed to control the LED.

Abstract

The invention relates to a method for operating at least one LED by means of a switched-mode regulator circuit to which a DC voltage or a rectified AC voltage is supplied and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil (L1) and a switch (S1) that is clocked by a control/regulation unit (SR). When the switch (S1) is activated, power is temporarily stored in the coil (L1) and is discharged through a diode (D1) and through at least one LED when the switch (S1) is deactivated and the current flows through the LED through a first power storage element which is coupled to a second power storage element. The first power storage element just reaches its maximum capability of storing power due to the current (iLED) flowing through the LED. A rising current is supplied to the second power storage element such that the time can be detected when the first power storage element recovers its capability of storing power due to the current flowing through the second power storage element.

Description

Betriebsschaltung für Leuchtdioden Operating circuit for LEDs
Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung mit Leuchtdioden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben von Leuchtdioden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16.The invention relates to an operating circuit with light emitting diodes according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating light emitting diodes according to the preamble of patent claim 16.
Technisches GebietTechnical area
Halbleiterlichtquellen wie beispielsweise Leuchtdioden sind während der letzten Jahre für Beleuchtungsanwendungen zunehmend interessant geworden. Der Grund dafür liegt unter anderem darin, dass entscheidende technische Innovationen und große Fortschritte sowohl bei der Helligkeit als auch bei der Lichteffizienz (Lichtleistung pro Watt) dieser Lichtquellen erzielt werden konnten. Nicht zuletzt durch die vergleichsweise lange Lebensdauer konnten sich Leuchtdioden zu einer attraktiven Alternative zu herkömmlichen Lichtquellen wie Glüh- oder Gasentladungslampen entwickeln.Semiconductor light sources such as light emitting diodes have become increasingly interesting for lighting applications in recent years. The reason for this is, among other things, that decisive technical innovations and great advances in terms of brightness as well as light efficiency (light output per watt) of these light sources could be achieved. Not least due to the comparatively long service life, LEDs have become an attractive alternative to conventional light sources such as incandescent or gas discharge lamps.
Halbleiterlichtquellen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden im folgenden als LED (light-emitting-diode) abgekürzt. Dieser Begriff soll im folgenden sowohl Leuchtdioden aus anorganischen Materialien als auch Leuchtdioden aus organischen Materialien umfassen. Es ist bekannt, dass die Lichtabstrahlung von LEDs mit dem Stromfluss durch die LEDs korreliert. Zur Helligkeitsregelung werden LEDs daher grundsätzlich in einem Modus betrieben, in dem der Stromfluss durch die LED geregelt wird. In der Praxis werden zur Ansteuerung einer Anordnung von einer oder mehrerer LEDs vorzugsweise Schaltregler, beispielsweise Tiefsetzsteller (Step-Down oder Bück Converter) verwendet. Ein solcher Schaltregler ist beispielsweise aus der DE 10 2006 034 371 A1 bekannt. Dabei steuert eine Steuereinheit einen hochfrequent getakteten Schalter (beispielsweise einen Leistungstransistor) an. Im eingeschalteten Zustand des Schalters fließt Strom über die LED Anordnung und eine Spule, die dadurch aufgeladen wird. Die zwischengespeicherte Energie der Spule entlädt sich im ausgeschalteten Zustand des Schalters über die LEDs (Freilaufphase). Der Strom durch die LED Anordnung zeigt einen zickzackförmigen zeitlichen Verlauf: bei eingeschaltetem Schalter zeigt der LED-Strom eine ansteigende Flanke, bei ausgeschaltetem Schalter ergibt sich eine abfallende Flanke. Der zeitliche Mittelwert des LED-stroms stellt den Effektivstrom durch die LED- anordnung dar und ist ein Maß für die Helligkeit der LEDs. Durch entsprechende Taktung des Leistungsschalters kann der mittlere, effektive Strom geregelt werden.Semiconductor light sources are well known in the art and are hereinafter abbreviated as LED (light-emitting diode). This term is intended below to include both light emitting diodes of inorganic materials as well as light emitting diodes of organic materials. It is known that the light emission of LEDs correlates with the current flow through the LEDs. For brightness control, LEDs are therefore always operated in a mode in which the current flow through the LED is controlled. In practice, to control an arrangement of one or more LEDs preferably switching regulator, such as buck converter (step-down or Bück Converter) is used. Such a switching regulator is known for example from DE 10 2006 034 371 A1. In this case, a control unit controls a high-frequency clocked switch (for example, a power transistor). When the switch is turned on, current flows through the LED assembly and a coil, which is charged by it. The cached energy of the coil discharges in the off state of the switch via the LEDs (freewheeling phase). The current through the LED arrangement shows a zigzag time course: when the switch is on, the LED current shows a rising edge, with the switch off, there is a falling edge. The time average of the LED current represents the RMS current through the LED arrangement and is a measure of the brightness of the LEDs. By appropriate timing of the circuit breaker, the average, effective current can be controlled.
Die Funktion des Betriebsgeräts ist nun, einen gewünschten mittleren Stromfluss durch die LEDs einzustellen und die zeitliche Schwankungsbreite des Stroms, bedingt durch das hochfrequente Ein- und Abschalten des Schalters (tpyischerweise im Bereich oberhalb von 10 kHz), möglichst gering zu halten. Eine große Schwankungsbreite des Stroms (Welligkeit oder Rippel) wirkt sich besonders bei LEDs nachteilig aus, da mit Veränderung der Stromamplitude sich das Spektrum des emittierten Lichts verändern kann.The function of the operating device is now to set a desired average current flow through the LEDs and to minimize the temporal fluctuation of the current due to the high frequency switching on and off of the switch (typically in the range above 10 kHz). A large fluctuation range of the current (ripple or ripple) has a disadvantageous effect particularly with LEDs, since the spectrum of the emitted light can change as the current amplitude changes.
Um das emittierte Lichtspektrum während des Betriebs möglichst konstant zu halten, ist es bekannt, bei LEDs für Helligkeitsregelungen nicht die Stromamplitude zu variieren, sondern ein sogenanntes PWM (pulse-width- modulation) - Verfahren anzuwenden. Dabei werden den LEDs durch das Betriebsgerät niederfrequente (typischerweise mit einer Frequenz im Bereich von 100-1000 Hz) PWM-Pakete mit (im zeitlichen Mittel) konstanter Stromamplitude zugeführt. Dem Strom innerhalb eines PWM-Pakets ist der oben angeführter hochfrequente Rippel überlagert. Die Helligkeit der LEDs kann nun durch die Frequenz der PWM-Pakete gesteuert werden; die LEDs können beispielsweise gedimmt werden, indem der zeitliche Abstand zwischen den PWM-Paketen vergrößert wird.In order to keep the emitted light spectrum as constant as possible during operation, it is known not to vary the current amplitude in LEDs for brightness control, but to apply a so-called PWM (pulse width modulation) method. In this case, the LEDs are supplied by the operating device low-frequency (typically with a frequency in the range of 100-1000 Hz) PWM packets with (in the time average) constant current amplitude. The current within a PWM packet is superimposed on the high-frequency ripple listed above. The brightness of the LEDs can now be controlled by the frequency of the PWM packets; For example, the LEDs can be dimmed by increasing the time interval between the PWM packets.
Eine praktische Anforderung an das Betriebsgerät ist, dass es möglichst flexibel und vielseitig eingesetzt werden kann, beispielsweise unabhängig davon, wie viele LEDs als Last tatsächlich angeschlossen sind und betrieben werden sollen. Die Last kann sich zudem während des Betriebs ändern, wenn beispielsweise eine LED ausfällt. Auch bei herkömmlichen Technologien werden die LEDs in einem sogenannten 'continuous conduction mode' betrieben. Dieses Verfahren sei anhand von Figur 1a und Figur 1b näher erläutert (Stand der Technik). Im in Figur 1a gezeigten Beispiel ist als Grundschaltung ein Buck-Converter für den Betrieb zumindest einer LED (oder mehrerer in Serie geschalteten LEDs) dargestellt, die einen Schalter S1 aufweist. Die Betriebsschaltung wird mit einer Gleichspannung bzw einer gleichgerichteten Wechselspannung UO versorgt. Die bekannten Schaltungen benötigen aufwändige Mess- Schaltungen, um den Strom durch die LED während der Ausschaltphase zu messen, beispielsweise kann dies durch eine Spannungsmessung über der LED erfolgen, woraus auf den Strom geschlossen wird. Dafür ist aber eine Differenzspannungsmessung auf hohem Potential notwendig.A practical requirement of the operating device is that it can be used as flexibly and versatile as possible, for example, regardless of how many LEDs are actually connected as a load and should be operated. The load may also change during operation if, for example, an LED fails. Even with conventional technologies, the LEDs are operated in a so-called 'continuous conduction mode'. This method is explained in more detail with reference to FIG. 1a and FIG. 1b (prior art). In the example shown in FIG. 1a, a buck converter for the operation of at least one LED (or a plurality of LEDs connected in series), which has a switch S1, is shown as the basic circuit. The operating circuit is supplied with a DC voltage or a rectified AC voltage UO. The known circuits require expensive measuring circuits to measure the current through the LED during the turn-off, for example, this can be done by a voltage measurement across the LED, from which the current is concluded. But a differential voltage measurement at high potential is necessary.
Im eingeschalteten Zustand des Schalters S1 (während der Zeitdauer t_on) wird in der Spule L1 Energie aufgebaut, die sich im ausgeschalteten Zustand des Schalters S1 (Zeitdauer t_off) über zumindest eine LED entlädt. Der sich ergebende zeitliche Stromverlauf ist in Figur 1b abgebildet (Stand der Technik). Dabei sind zwei Pulspakte des PWM dargestellt. Der Stromverlauf innerhalb eines PWM-Pakets ist zudem vergrößert dargestellt. Aus Gründen der Farbkonstanz soll innerhalb eines PWM-Pakets die Amplitude des Rippeis möglichst gering sein. Dies kann durch geeignete Wahl des Einschaltzeitpunkts tθ und Ausschaltzeitpunkts t1 erfolgen. So können diese Zeitpunkte beispielsweise so gewählt werden, dass der Schalter S1 eingeschaltet wird, wenn der Strom eine bestimmten minimalen Referenzwert unterschreitet und der Schalter ausgeschaltet wird, wenn der Strom einen maximalen Referenzwert überschreitet.In the switched-on state of the switch S1 (during the time t_on) energy is built up in the coil L1, which discharges in the switched-off state of the switch S1 (time t_off) via at least one LED. The resulting temporal current profile is shown in FIG. 1b (prior art). Two pulse trains of the PWM are shown. The current flow within a PWM package is also shown enlarged. For reasons of color consistency within a PWM package, the amplitude of the ripples should be as low as possible. This can be done by a suitable choice of the switch-on time tθ and switch-off time t1. For example, these times may be selected to turn on the switch S1 when the current falls below a certain minimum reference value and the switch is turned off when the current exceeds a maximum reference value.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Betriebsschaltung für wenigstens eine LED und ein Verfahren zum Betrieb wenigstens einer LED bereitzustellen, welche auf einfache Art und Weise die Konstanthaltung des Stroms und somit der LED- leistung ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.It is the object of the present invention to provide an improved over the prior art operating circuit for at least one LED and a method for operating at least one LED, which allows in a simple manner, the constancy of the current and thus the LED power. This object is achieved by the features of the independent claims. The dependent claims further form the central idea of the invention in a particularly advantageous manner.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Betriebsschaltung für wenigstens eine LED eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt. Erfindungsgemäß wird mittels einer Spule und einem durch eine Steuer/Regeleinheit getakteten Schalter eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter über eine Diode und über wenigstens eine LED entlädt.According to one aspect of the invention, the operating circuit is supplied with a DC voltage or rectified AC voltage for at least one LED. According to the invention, a supply voltage for at least one LED is provided by means of a coil and a switch clocked by a control / regulating unit, wherein when the switch in the coil, an energy is stored, which discharges when the switch is switched off via a diode and at least one LED.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wählt die Steuer/Regeleinheit den Einschaltzeitpunkt und den Ausschaltzeitpunkt des Schalters so, dass der Stromfluss durch die wenigstens eine LED einen möglichst geringen Rippel aufweist.In the circuit according to the invention, the control unit selects the switch-on time and the switch-off time of the switch so that the current flow through the at least one LED has the smallest possible ripple.
Die erfindungsgemäße Betriebsschaltung treibt wenigstens eine LED, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, und die mittels einer Spule und einem durch eine Steuereinheit getakteten Schalter eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter über wenigstens eine LED entlädt, wobei in Serie zu der LED ein Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung angeordnet ist, und ein Meßglied in Serie zu der Sekundärwicklung angeordnet ist, so dass ein Sekundärkreis gebildet wird, wobei in die Sekundärwicklung ein definierter Strom eingespeist wird und zumindest eine Messung auf der Sekundärseite erfolgt.The operating circuit according to the invention drives at least one LED, which is supplied with a DC voltage or rectified AC voltage, and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil and a switch clocked by a control unit, wherein when the switch is switched on in the coil, an energy is temporarily stored itself with the switch off via at least one LED discharges, wherein in series with the LED, a transformer having a primary winding and a secondary winding is arranged, and a measuring element is arranged in series with the secondary winding, so that a secondary circuit is formed, wherein in the secondary winding defined current is fed and at least one measurement takes place on the secondary side.
Die Erfindung ermöglicht grundsätzlich den Einsatz zweier gekoppelter Energiespeicher zur Messung eines Stromes durch eine LED, wobei diese Messung potentialgetrennt erfolgen kann. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben von wenigstens einer LED mittels einer Schaltreglerschaltung ermöglicht, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird und die mittels einer Spule und einem durch eine Steuer/Regeleinheit getakteten Schalter eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter über eine Diode und über wenigstens eine LED entlädt, und der Strom durch die LED durch ein erstes Energiespeicherelement fließt, welches mit einem zweiten Energiespeicherelement gekoppelt ist, und das erste Energiespeicherelement aufgrund des Stromes durch die LED seine maximale Energiespeicherfähigkeit zumindest erreicht, wobei in das zweite Energiespeicherelement ein ansteigender Strom gespeist wird, so dass der Zeitpunkt erkannt werden kann, zu dem das erste Energiespeicherelement aufgrund des Stromes durch das zweite Energiespeicherelement wieder eine Energiespeicherfähigkeit erlangt.The invention basically allows the use of two coupled energy storage for measuring a current through an LED, this measurement can be carried out isolated potential. According to the invention, a method is provided for operating at least one LED by means of a switching regulator circuit which is supplied with a DC voltage or rectified AC voltage and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil and a switch clocked by a control unit the coil an energy is stored, which discharges when the switch is switched off via a diode and at least one LED, and the current flows through the LED through a first energy storage element, which is coupled to a second energy storage element, and the first energy storage element due to the current the LED reaches its maximum energy storage capacity at least, wherein in the second energy storage element, an increasing current is supplied, so that the time can be detected, to which the first energy storage element due to the current dur The second energy storage element again acquires an energy storage capability.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Betriebsschaltung eine Sensoreinheit auf, die ein Sensorsignal erzeugt und den Strom durch die LED überwacht.In one embodiment of the invention, the operating circuit comprises a sensor unit which generates a sensor signal and monitors the current through the LED.
Erfindungsgemäß verwendet die Steuereinheit ein Signal der Sensoreinheit oder eine Kombination mit dem Signal einer optionalen weiteren Sensoreinheit zur Festlegung des Ein- und Ausschaltzeitpunkts des Schalters.According to the invention, the control unit uses a signal of the sensor unit or a combination with the signal of an optional further sensor unit for determining the switch-on and switch-off of the switch.
Erfindungsgemäß schaltet die Steuer/Regeleinheit den Schalter aus, wenn der Strom durch die LED einen maximalen Referenzwert überschreitet und schaltet zu dem Zeitpunkt wieder ein, wenn der Strom durch die LED einen minimalen Referenzwert unterschreitet.According to the invention, the control unit turns off the switch when the current through the LED exceeds a maximum reference value, and turns on again at the time when the current through the LED falls below a minimum reference value.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Sensoreinheit durch zwei miteinander gekoppelte Energiespeicherelemente gebildet, beispielsweise durch einen Transformator oder einen Hallsensor. In einer möglichen Ausführungsform weist die Betriebsschaltung einen Kondensator auf, der parallel zu der wenigstens eine LED angeordnet ist, und der während der Phase der Entmagnetisierung der Spule den Strom durch die LED aufrecht erhält, sodass der Strom durch die LEDs geglättet wird.In one embodiment of the invention, the sensor unit is formed by two mutually coupled energy storage elements, for example by a transformer or a Hall sensor. In one possible embodiment, the operating circuit has a capacitor arranged in parallel with the at least one LED, which maintains the current through the LED during the demagnetization phase of the coil, so that the current through the LEDs is smoothed.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Further preferred embodiments and further developments of the invention are the subject of further subclaims.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.The present invention will be described in more detail below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
Figur 1a zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß dem bekannten Stand derFIG. 1a shows a circuit arrangement according to the known state of the art
Technik, Figur 1 b zeigt ein Diagram mit dem zeitlichen Verlauf des LEDstroms in derTechnique, Figure 1 b shows a diagram with the time course of the LED current in the
Schaltungsanordnung von Figur 1a (Stand der Technik).Circuit arrangement of Figure 1a (prior art).
Figur 2a zeigt ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen BetriebsschaltungFIG. 2a shows a first example of an operating circuit according to the invention
(Bück) für LEDs.(Bück) for LEDs.
Figur 3a und Figur 3b zeigen spezielle Ausführungsformen der Erfindung. Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der ErfindungFigure 3a and Figure 3b show specific embodiments of the invention. FIG. 4 shows a further embodiment of the invention
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung (Buck-Boost).FIG. 5 shows a further embodiment of the invention (Buck Boost).
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur LEDFIG. 6 shows a further embodiment of the invention for the LED
Strommessungcurrent measurement
Figur 1a und Figur 1b zeigen den Stand der Technik.FIG. 1a and FIG. 1b show the state of the art.
Die in Figur 2a dargestellte Schaltungsanordnung dient zum Betrieb von wenigstens einer (oder mehrerer in Serie geschaltenen) LED. Im dargestellten Beispiel sind beispielsweise zwei LEDs in Serie geschaltet, es können natürlich nur eine oder auch mehrere LEDs sein. Die LED bzw die seriell geschaltenen LEDs werden im Folgenden zusammengefasst als die LED bezeichnet (oder auch LED-strecke genannt). Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sich die Betriebsschaltung sehr flexibel an die Art und Anzahl der seriell verbundenen LEDs anpasst. Der Schaltung wird eine Gleichspannung UO zugeführt, die natürlich auch eine gleichgerichtete Wechselspannung sein kann. Die LEDs sind in Serie mit einer Spule L1 und einem Schalter S1 verbunden. Zudem weist dieThe circuit arrangement shown in FIG. 2a serves for the operation of at least one (or several LEDs connected in series). In the example shown, for example, two LEDs are connected in series, it can of course be only one or more LEDs. The LED or the serially switched LEDs are collectively referred to below as the LED (or LED strip called). An advantage of the present invention is that the operating circuit adapts very flexibly to the type and number of serially connected LEDs. The circuit is supplied with a DC voltage UO, which of course can also be a rectified AC voltage. The LEDs are connected in series with a coil L1 and a switch S1. In addition, the
Schaltungsanordnung eine Diode D1 (die Diode D1 und die Spule L1 sind parallel zu den LEDs geschaltet) und optional einen zu den LEDs parallel geschalteten Kondensator C1 auf. Im eingeschalteten Zustand des Schalters S1 fließt Strom durch die LEDs und durch die Spule L1 , die dadurch magnetisiert wird. Im ausgeschaltenen Zustand des Schalters S1 entlädt sich die im Magnetfeld der Spule gespeicherte Energie in Form eines Stroms über die Diode D1 und die LEDs. Parallel dazu wird am Beginn des Einschaltens des Schalters S1 der Kondensator C1 geladen. Während der Ausschaltphase des Schalters S1 (Freilaufphase) entlädt sich der Kondensator C1 und trägt zum Stromfluss durch die LED-strecke bei. Bei geeigneter Dimensionierung des optionalen Kondensators C1 kann dies zu einer Glättung des Stroms durch die LEDs führen. Die Spule L1 kann auch Teil eines energieübertragenden Transformators sein.Circuit arrangement a diode D1 (the diode D1 and the coil L1 are connected in parallel with the LEDs) and optionally a capacitor C1 connected in parallel to the LEDs on. In the switched-on state of the switch S1, current flows through the LEDs and through the coil L1, which is thereby magnetized. In the switched-off state of the switch S1, the stored energy in the magnetic field of the coil discharges in the form of a current through the diode D1 and the LEDs. In parallel, at the beginning of turning on the switch S1, the capacitor C1 is charged. During the turn-off phase of the switch S1 (freewheeling phase), the capacitor C1 discharges and contributes to the flow of current through the LED track. With suitable dimensioning of the optional capacitor C1, this can lead to a smoothing of the current through the LEDs. The coil L1 may also be part of a power transmitting transformer.
Als Schalter S1 wird vorzugsweise ein Feldeffekttransistor verwendet. Der Schalter S1 wird hochfrequent geschaltet, typischerweise in einem Frequenzbereich von über 10 kHz.As switch S1, a field effect transistor is preferably used. The switch S1 is switched to high frequency, typically in a frequency range of over 10 kHz.
Gemäß der Erfindung kann der Strom durch die LED gemessen werden und somit auf einem vorgegebenen Wert bzw. in einem vorgegebenen Wertebereich gehalten werden.According to the invention, the current can be measured by the LED and thus kept at a predetermined value or in a predetermined value range.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Schalter SI im Betrieb geschont werden kann, weil er, wie später ausgeführt, dann eingeschaltet werden kann, wenn die an ihm anliegende Leistung nahezu null ist. In der Schaltung von Figur 2a ist weiters eine Steuer- und/oder Regeleinheit SR (im folgenden auch als Steuer/Regeleinheit SR bezeichnet) vorgesehen, die zur Regelung der LED-Ieistung oder des LED Stromes iLED die Taktung des Schalters S1 vorgibt. Die Steuer/Regeleinheit SR verwendet zur Festlegung des genauen Einschalt- und Ausgangszeitpunkts des Schalters S1 als Eingangsgrößen Signale von einer optionalen weiteren Sensoreinheit SE1 und zumindest Signale von einer Sensoreinheit SE2. Da die sich die Sensoreinheit SE2 in dem Pfad befindet, wo eine Messung an der LED während der Ausschaltphase des Schalters S1 möglich ist, wird diese Sensoreinheit im folgenden als die Sensoreinheit SE2 bezeichnet. Die nur optionale weitere Sensoreinheit SE1 ermöglicht nur eine Messung während der Einschaltphase des Schalters S1 und wird deswegen als die weitere Sensoreinheit SE1 bezeichnet.Another advantage of the invention is that the switch SI can be spared in operation because, as explained later, it can be switched on when the power applied to it is almost zero. In the circuit of Figure 2a is further a control and / or regulating unit SR (hereinafter also referred to as control / regulating unit SR) is provided which specifies the timing of the switch S1 to control the LED power or the LED current iLED. The control / regulation unit SR uses as input variables signals from an optional further sensor unit SE1 and at least signals from a sensor unit SE2 to determine the exact switch-on and -off timing of the switch S1. Since the sensor unit SE2 is located in the path where a measurement on the LED is possible during the turn-off phase of the switch S1, this sensor unit is referred to below as the sensor unit SE2. The only optional further sensor unit SE1 allows only one measurement during the switch-on of the switch S1 and is therefore referred to as the further sensor unit SE1.
Die Sensoreinheit SE2 ist innerhalb des Stromzweiges, der während der Freilaufphase vom Strom durchflössen wird, angeordnet, vorzugsweise in Serie zur LED oder alternativ auch in Serie zu der Spule L1 (als SE2' gekennzeichnet). Mit Hilfe der Sensoreinheit SE2 kann die Steuereinheit/Regeleinheit SR einen geeigneten Zeitpunkt für den Einschaltzeitpunkt des Schalters S1 und optional auch den geeignetenThe sensor unit SE2 is arranged within the current branch, which is traversed by the current during the freewheeling phase, preferably in series with the LED or alternatively also in series with the coil L1 (designated as SE2 '). With the aid of the sensor unit SE2, the control unit / control unit SR a suitable time for the switch-on of the switch S1 and optionally also the appropriate
Zeitpunkt für den Ausschaltzeitpunkt des Schalters S1 festlegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Schalter S1 ausgeschaltet, wenn der Strom durch die LED einen bestimmten Wert unterschreitet, und der Schalter S1 wird eingeschaltet, wenn der Strom durch die LED einen bestimmten Wert überschreitet.Set the time for the switch-off time of switch S1. According to a preferred embodiment of the invention, the switch S1 is turned off when the current through the LED is below a certain value, and the switch S1 is turned on when the current through the LED exceeds a certain value.
Gemäß der Erfindung kann der Schalter S1 aber auch dann eingeschaltet werden, wenn der Strom durch die Spule L1 , unmittelbar nachdem die Diode D1 in der Freilaufphase sperrt, zum ersten Mal null ist oder zumindest sehr gering ist. Dann liegt zum Einschaltzeitpunkt des Schalters S1 ein möglichst geringer Strom am Schalter S1 an. Durch Erkennen des Stromnulldurchgangs durch die Spule wird ein nahezu verlustfreies Schalten ermöglicht. Gemäß der Erfindung zeigt der Strom durch die LEDs nur geringe Welligkeit und schwankt nicht stark. Dies ist auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung des LED Stromes iLED und, sofern der Kondensator C1 vorhanden ist, auch auf die glättende Wirkung des zu den LEDs parallel geschalteten Kondensators C1 zurückzuführen.However, according to the invention, the switch S1 can be switched on even if the current through the coil L1, immediately after the diode D1 locks in the freewheeling phase, is zero for the first time or at least very low. Then, at the switch-on time of the switch S1, the lowest possible current is applied to the switch S1. By detecting the current zero crossing through the coil, a nearly lossless switching is possible. According to the invention, the current through the LEDs shows only slight ripple and does not vary greatly. This is due to the application of the method according to the invention for measuring the LED current iLED and, if the capacitor C1 is present, also due to the smoothing effect of the capacitor C1 connected in parallel with the LEDs.
Die einzelnen Stromverläufe und der optimale Einschaltzeitpunkt des Schalters S1 sollen nunmehr näher erläutert werden.The individual current curves and the optimal switch-on time of the switch S1 will now be explained in more detail.
Zum Zeitpunkt t_0 wird der Schalter S1 geschlossen und es beginnt ein Strom durch die LED und die Spule L1 zu fliessen. Der Strom i L zeigt einen Anstieg gemäß einer Exponentialfunktion, wobei im hier interessierenden Bereich ein quasi-linearer Anstieg des Stroms iLED und i L erfolgt. iLED unterscheidet sich von i L dadurch, dass ein Teil des Stroms i_L zur Ladung des Kondensators C1 beiträgt. Das Öffnen des Schalters S1 zum Zeitpunkt t_1 (beispielsweise wenn ein gewünschter maximaler Referenzwert erreicht ist) hat zur Folge, dass sich die im Magnetfeld der Spule L1 gespeicherte Energie über die Diode D1 und die LEDs bzw. den Kondensator C1 entlädt. Der Strom i_L fließt in die gleiche Richtung weiter, nimmt aber kontinuierlich ab und kann sogar einen negativen Wert erreichen.At time t_0, switch S1 is closed and current begins to flow through the LED and coil L1. The current i L shows an increase according to an exponential function, wherein in the range of interest here a quasi-linear increase of the current iLED and i L takes place. iLED differs from i L in that part of the current i_L contributes to the charging of the capacitor C1. The opening of the switch S1 at time t_1 (for example, when a desired maximum reference value is reached) has the consequence that the energy stored in the magnetic field of the coil L1 is discharged via the diode D1 and the LEDs or the capacitor C1. The current i_L continues to flow in the same direction, but decreases continuously and can even reach a negative value.
Gemäß der Erfindung wird der Schalter S1 bereits wieder eingeschaltet, wenn der Strom iLED durch die LED einen gewünschten minimalen Referenzwert unterschritten hat, wobei dieser gewünschte minimale Referenzwert gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nur relativ knapp unterhalb des gewünschten maximalen Referenzwerts (der das Ausschalten des Schalters S1 bestimmt) liegt, um einen möglichst konstanten Strom iLED durch die LED zu erzielen.According to the invention, the switch S1 is already switched on again when the current iLED has fallen below a desired minimum reference value by the LED, this desired minimum reference value according to a preferred embodiment being only slightly below the desired maximum reference value (which determines the switching off of the switch S1 ) in order to achieve as constant a current iLED as possible through the LED.
Ein negativer Strom (d.h. ein Stromfluss mit umgekehrter Richtung) kann erreicht werden, wenn die Spule L1 entmagnetisiert. Dieser ist solange vorhanden, solange die Ladungsträger, die zuvor in der leitend gepolten Diode D1 angereichert wurden, aus der Sperrschicht der Diode D1 ausgeräumt sind. Der Strom iLED hingegen nimmt nur schwach ab und wird aufrechterhalten, da der Kondensator C1 glättend wirkt. Zum Zeitpunkt t_2, also wenn die Sperrschicht ausgeräumt ist, sperrt die Diode. Der Strom i_L nimmt ab (ist aber weiter negativ) und geht gegen null. In dieser Phase werden parasitäre Kapazitäten an der Diode D1 und weitere parasitäre Kapazitäten in der restlichen Schaltung geladen.A negative current (ie reverse current flow) can be achieved when the coil L1 is demagnetized. This is present as long as the charge carriers, which were previously enriched in the conducting-poled diode D1, are eliminated from the barrier layer of the diode D1. The current iLED, on the other hand, decreases only weakly and is maintained because the capacitor C1 has a smoothing effect. At time t_2, that is, when the barrier layer is cleared, the diode blocks. The current i_L decreases (but is still negative) and goes to zero. In this phase, parasitic capacitances at the diode D1 and other parasitic capacitances in the remaining circuit are charged.
Ein vorteilhafter Wiedereinschaltzeitpunkt t_3 für den Schalter S1 kann nun auch gegeben sein, wenn der Strom i L den Nulldurchgang, oder zumindest die Nähe des Nulldurchgangs, erreicht. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spule L1 nicht bzw. kaum magnetisiert. Der Schalter S1 kann zu diesem Zeitpunkt mit sehr geringen Verlusten eingeschaltet werden, da kaum Strom durch die Spule L1 fließt.An advantageous switch-on time t_3 for the switch S1 can now also be given when the current i L reaches the zero crossing, or at least the vicinity of the zero crossing. At this time, the coil L1 is not or hardly magnetized. The switch S1 can be turned on at this time with very low losses, since hardly any current flows through the coil L1.
Zur Detektion des vorteilhaften Einschaltzeitpunkts für Schalter S1 dient nun die Sensoreinheit SE2. In einer ersten Ausführungsform kann der Strom i L durch die LED mittels des Transformators erfasst werden, wie dies auch in der Folge anhand der Fig. 3a und 3 b beschrieben ist. Der Strom iLED durch die LED oder alternativ der Strom i_L durch die Spule L1 kann auch beispielsweise mittels eines Hallsensors erfasst werden. Vorzugsweise handelt es sich bei der Sensoreinheit SE2 um einen Serie zu den LED geschalteten Transformator mit einer Primärwicklung T1) und einer Sekundärwicklung T2. Ein Meßglied RM ist in Serie zu der Sekundärwicklung T2 angeordnet, so dass ein Sekundärkreis gebildet wird, wobei in die Sekundärwicklung T2 ein definierter Strom eingespeist wird und zumindest eine Messung auf derFor detecting the advantageous switch-on time for switch S1, the sensor unit SE2 is now used. In a first embodiment, the current i L can be detected by the LED by means of the transformer, as also described in the following with reference to FIGS. 3 a and 3 b. The current iLED through the LED or alternatively the current i_L through the coil L1 can also be detected, for example, by means of a Hall sensor. Preferably, the sensor unit SE2 is a series to the LED-connected transformer with a primary winding T1) and a secondary winding T2. A measuring element RM is arranged in series with the secondary winding T2, so that a secondary circuit is formed, wherein in the secondary winding T2, a defined current is fed and at least one measurement on the
Sekundärseite erfolgt. Die Überwachung des zeitlichen Spannungsverlaufs auf der Sekundärseite T2 ermöglicht eine Aussage über den vorteilhaften Wiedereinschaltzeitpunkts des Schalters S1.Secondary side takes place. The monitoring of the temporal voltage curve on the secondary side T2 allows a statement about the advantageous reconnection time of the switch S1.
Es kann aber auch der Schalter S1 durch die Steuer/Regeleinheit SR derart angesteuert werden, dass auf den Mittelwert des Stromes iLED durch die LED geregelt wird. Da durch die Erfindung auch die Messung eines Gleichstromes ermöglicht wird, muß keine hysteretische Regelung angewendet werden, sondern es kann auch eine Regelschleife angewendet werden, bei der nur ein Messwert des LED Stromes iLED als Istgröße bewertet wird. Die Steuer/Regeleinheit SR kann den Schalter S1 derart ansteuern, dass der LED Strom iLED auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.However, it is also possible for the switch S1 to be controlled by the control / regulating unit SR in such a way that the mean value of the current iLED is regulated by the LED. Since the invention also allows the measurement of a direct current, no hysteretic control must be used, but it can also be applied to a control loop, in which only a measured value of the LED current iLED is evaluated as the actual size. The control unit SR can control the switch S1 such that the LED current iLED is regulated to a predetermined value.
Die optionale weitere Sensoreinheit SE1 ist in Serie zum Schalter S1 angeordnet und erfasst den Stromfluss durch den Schalter S1. Dies dient zur Überwachung des Stromflusses durch den Schalter S1. Übersteigt derThe optional further sensor unit SE1 is arranged in series with the switch S1 and detects the current flow through the switch S1. This serves to monitor the flow of current through the switch S1. Exceeds the
Stromfluss durch den Schalter S1 einen bestimmten maximalen Referenzwert, so wird der Schalter S1 ausgeschaltet. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann es sich bei der weiteren Sensoreinheit SE1 beispielsweise um einen Messwiderstand (Shunt) handeln, wie er später als Messwiderstand RS in den Beispielsen der Figuren 3 bis 5 gezeigt ist,.Current flow through the switch S1 a certain maximum reference value, the switch S1 is turned off. In an advantageous embodiment, the further sensor unit SE1 can be, for example, a measuring resistor (shunt), as shown later as measuring resistor RS in the examples of FIGS. 3 to 5.
Zur Überwachung des Stromflusses kann nun der Spannungsabfall am Messwiderstand (Shunt) RS abgegriffen werden und beispielsweise mittels eines Komparators mit einem Referenzwert verglichen werden. Überschreitet der Spannungsabfall am Messwiderstand (Shunt) RS einen bestimmten Wert, so wird der Schalter S1 abgeschaltet. Die Überwachung mittels der optionalen weiteren Sensoreinheit SE1 kann zumindest zusätzlich oder alternativ zu der Sensoreinheit SE2 für die Erfassung der Ausschaltbedingung des Schalters S1 genutzt werden. Sie kann dabei vor allem auch als Schutz des Schalters S1 gegen Überströme im Fehlerfall genutzt werden.To monitor the current flow, the voltage drop at the measuring resistor (shunt) RS can now be tapped and, for example, compared with a reference value by means of a comparator. If the voltage drop at the measuring resistor (shunt) RS exceeds a certain value, the switch S1 is switched off. The monitoring by means of the optional further sensor unit SE1 can be used at least in addition or alternatively to the sensor unit SE2 for the detection of the switch-off condition of the switch S1. Above all, it can also be used to protect the switch S1 against overcurrents in the event of a fault.
Die Steuer/Regeleinheit SR verwendet die Information von der optionalen weiteren Sensoreinheit SE1 und der Sensoreinheit SE2 zur Festlegung des Aus- und Einschaltzeitpunkts des Schalter S1. Die Regelung der (zeitlich gemittelten) LED-Ieistung durch die Steuereinheit/Regeleinheit SR zurThe control unit SR uses the information from the optional further sensor unit SE1 and the sensor unit SE2 to determine the on and off timing of the switch S1. The regulation of the (time-averaged) LED power by the control unit SR to the
Einstellung der Helligkeit der LED kann beispielsweise in Form von PWM- Paketen erfolgen. Die Frequenz des PWM-Pakete liegt typischerweise in der Größenordnung von 100 - 1000 Hz. Der Schalter S1 selbst wird aber während der PWM- Pakete mit einer deutlich höheren Frequenz ein- und ausgeschaltet.Setting the brightness of the LED can be done for example in the form of PWM packets. The frequency of the PWM packets is typically of the order of 100-1000 Hz. However, the switch S1 itself is turned on and off during the PWM packets at a much higher frequency.
Eine mögliche Ausführung der Erfindung ist in den Fig. 3 (3a und 3b) dargestellt.A possible embodiment of the invention is shown in Figs. 3 (3a and 3b).
Dort ist eine Betriebsschaltung für wenigstens eine LED gezeigt, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, und die mittels einer Spule L1 und einem ducch eine Steuer/Regeleinheit SR getakteten Schalter S1 eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt. Bei eingeschaltetem Schalter S1 wird in der Spule L1 eine Energie zwischengespeichert, die sich bei ausgeschaltetem Schalter S1 über wenigstens eine LED entlädt. Die Betriebsschaltung kann so gesteuert werden, daß die Steuer/Regeleinheit SR die Zeitdauer toff zwischen einem Ausschalten und einem folgenden Einschalten des Schalters S1 abhängig von der Messung des Stromes iLED durch die LED bestimmt.There, an operating circuit for at least one LED is shown, to which a DC voltage or rectified AC voltage is supplied, and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil L1 and a ducch a control / SR SR clocked switch. When the switch S1 is energized in the coil L1, an energy is stored, which discharges when switched off switch S1 via at least one LED. The operating circuit may be controlled so that the control unit SR determines the time toff between a turn-off and a subsequent turn-on of the switch S1 depending on the measurement of the current iLED by the LED.
Dabei kann die Steuer/Regeleinheit SR den Strom durch die LED mittels eines in Serie zu der LED geschalteten Transformators mit einer Primärwicklung T1 und einer Sekundärwicklung T2 bestimmen. Dabei kann die Steuer/Regeleinheit SR einen ansteigenden Strom in die Sekundärwicklung T2 des Transformators einspeisen. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine in der Steuer/Regeleinheit SR angeordnete Stromquelle loff. Die Steuer/Regeleinheit SR kann die Spannung über der Sekundärwicklung T2 des Transformators über einen Analog-Digital-Wandler ADC überwachen. Es erfolgt also die Messung des Stromes durch die LED iLED mittels einer Sensoreinheit SE2 anhand eines Transformators.In this case, the control / regulation unit SR can determine the current through the LED by means of a series-connected to the LED transformer with a primary winding T1 and a secondary winding T2. In this case, the control / SR unit feed an increasing current in the secondary winding T2 of the transformer. This is preferably done by a current source loff arranged in the control / regulation unit SR. The control unit SR can monitor the voltage across the secondary winding T2 of the transformer via an analog-to-digital converter ADC. Thus, the current is measured by the LED iLED by means of a sensor unit SE2 using a transformer.
Der definierte Strom, der in die Sekundärwicklung T2 durch die Stromquelle loff eingespeist wird, kann ein Dreiecksstrom sein. Der definierte Strom, der in die Sekundärwicklung T2 durch die Stromquelle loff eingespeist wird, kann auch ein Dreiecksstrom mit einem festgelegtem Gleichspannungsanteil DC-Offset sein.The defined current, which is fed into the secondary winding T2 by the current source loff, may be a triangular current. The defined current which is fed into the secondary winding T2 by the current source loff can also be a triangular current with a fixed DC component DC offset.
Der definierte Strom, der in die Sekundärwicklung T2 durch die Stromquelle loff eingespeist wird, kann aber auch beispielsweise ein DC-Referenzstrom mit fixer Amplitude sein, dem ein Wechselspannungsanteil mit definierter Amplitude und Frequenz überlagert wird.The defined current which is fed into the secondary winding T2 by the current source loff, however, can also be, for example, a DC reference current with a fixed amplitude, to which an AC voltage component with a defined amplitude and frequency is superimposed.
Es ist anzumerken, dass abhängig von der Art und Qualität der Stromquelle loff der definierte Strom eine unterschiedliche Stabilität aufweisen kann, dies kann insbesondere bei Erreichen der Sättigung in der Sekundärwicklung T2 der Fall sein. Abhängig von der Art der verwendeten Stromquelle loff können verschiedene Signalformen für den definierten Strom vorteilhaft sein, und die Methode zur Auswertung der Messung an der Sekundärseite kann der Art der verwendeten Stromquelle loff angepasst werden.It should be noted that depending on the type and quality of the current source loff the defined current may have a different stability, this may in particular be the case when saturation in the secondary winding T2 is reached. Depending on the type of current source loff used, different signal forms may be advantageous for the defined current, and the method for evaluating the measurement on the secondary side may be adapted to the type of current source loff used.
Somit wird eine Strommessung ermöglicht, durch die sehr genau ein zu überwachender Strom bestimmt werden kann, wobei es sich bei dem Strom auch um einen Gleichstrom handeln kann. Dabei kann diese Strommessung derart erfolgen, dass eine Potentialtrennung zwischen dem zu messenden Strompfad und der messenden Auswerteschaltung (T2 und SR) gegeben ist.Thus, a current measurement is made possible by the very accurate monitoring of a current can be determined, wherein the current can also be a direct current. In this case, this current measurement can be carried out such that a potential separation between the current path to be measured and the measuring evaluation circuit (T2 and SR) is given.
Vorzugsweise hat der zu messende Strom (wobei dies wie bereits erwähnt auch ein Gleichstrom sein kann) eine Amplitude, die über demPreferably, the current to be measured (which, as already mentioned, may also be a direct current) has an amplitude which exceeds that
Sättigungsstrom des Transformators liegt, vorzugsweise liegt der zu messende Strom signifikant über dem Sättigungsstrom des Transformators, um eine sichere Messung zu gewährleisten.Saturation current of the transformer is located, preferably the current to be measured is significantly higher than the saturation current of the transformer to ensure a reliable measurement.
Somit wird der Transformator in Sättigung betrieben, wenn der zu messende Strom mit einer entsprechenden Amplitude durch den Transformator (d.h. durch die Primärwicklung T1) fließt. Wenn nunmehr in die Sekundärwicklung T2 ein definierter Strom eingespeist wird, der eine ansteigende Amplitude aufweist, dann baut sich aufgrund des Stromes durch die Sekundärwicklung T2 und dem sich daraus ergebenden Spannungsabfall über der Sekundärwicklung T2 ein magnetischer Fluss. Da die Primärwicklung T1 und die Sekundärwicklung T2 magnetisch gekoppelt sind, werden sich die von den Strömen durch die Primärwicklung T1 und die Sekundärwicklung T2 hervorgerufenen magnetischen Flüsse aufheben, sobald deren Werte auf gleichem Niveau sind.Thus, the transformer is operated in saturation when the current to be measured with a corresponding amplitude through the transformer (ie, through the primary winding T1) flows. Now, if a defined current is fed into the secondary winding T2, which has an increasing amplitude, then builds due to the current through the secondary winding T2 and the resulting voltage drop across the secondary winding T2, a magnetic flux. Since the primary winding T1 and the secondary winding T2 are magnetically coupled, the magnetic fluxes caused by the currents through the primary winding T1 and the secondary winding T2 will cancel as soon as their values are at the same level.
Bei einem Wicklungsverhältnis von Primärwicklung T1 zu Sekundärwicklung T2 von 1 :1 (d.h. die Anzahl der Primärwicklungen ist gleich der Anzahl der Sekundärwicklungen) heben sich somit die magnetischen Flüsse in dem Transformator auf, sobald der sekundärseitig in den Transformator eingespeiste Strom dem primärseitig überwachten Strom entspricht.With a winding ratio of primary winding T1 to secondary winding T2 of 1: 1 (ie, the number of primary windings is equal to the number of secondary windings), the magnetic fluxes in the transformer thus cancel as soon as the current fed into the transformer on the secondary side corresponds to the current monitored on the primary side ,
Wenn nunmehr der in die Sekundärwicklung T2 eingespeiste definierte Strom den zu überwachenden Strom übersteigt, geht die Sekundärwicklung T2 in Sättigung, was durch eine sekundärseitige Überwachung (beispielsweise über die Messung am Widerstand RM) erkennbar ist. Für das in Fig. 3a und 3b dargestellte Beispiel würde über dem Widerstand RM ein erkennbarer Anstieg der über dem Widerstand RM abfallenden Spannung eintreten, sobald die Sekundärwicklung T2 in Sättigung geht.If now the defined current fed into the secondary winding T2 exceeds the current to be monitored, the secondary winding T2 saturates, which can be recognized by a secondary-side monitoring (for example via the measurement at the resistor RM). For the example shown in FIGS. 3a and 3b, a detectable increase in the voltage drop across the resistor RM would occur across the resistor RM as soon as the secondary winding T2 saturates.
Somit bildet die Primärwicklung T1 ein erstes Energiespeicherelement, wobei ein Strom durch die LED und durch die Primärwicklung T1 als ein erstes Energiespeicherelement fließt, wobei die Primärwicklung T1 als erstes Energiespeicherelement mit der Sekundärwicklung T2 als ein zweites Energiespeicherelement gekoppelt ist. Wenn die Primärwicklung T1 als das erste Energiespeicherelement aufgrund des Stromes durch die LED seine maximale Energiespeicherfähigkeit zumindest erreicht hat (also in Sättigung ist), und in Sekundärwicklung T2 als das zweite Energiespeicherelement ein definierter Strom mit vorzugsweise ansteigender Amplitude gespeist wird, so kann somit der Zeitpunkt erkannt werden, zu dem das erste Energiespeicherelement aufgrund des Stromes durch das zweite Energiespeicherelement wieder eine Energiespeicherfähigkeit erlangt, also die Primärwicklung T1 den Zustand der Sättigung verlässt.Thus, the primary winding T1 forms a first energy storage element, wherein a current flows through the LED and through the primary winding T1 as a first energy storage element, wherein the primary winding T1 is coupled as a first energy storage element to the secondary winding T2 as a second energy storage element. If the primary winding T1 as the first energy storage element due to the current through the LED has reached its maximum energy storage capacity (ie in saturation), and in secondary winding T2 as the second energy storage element, a defined current is fed with preferably increasing amplitude, so the time be recognized, to which the first Energy storage element due to the current through the second energy storage element again achieved an energy storage capability, ie the primary winding T1 leaves the state of saturation.
Eine Steuer/ Regeleinheit SR kann die Spannung über der Sekundärwicklung T2 über einen Analog-Digital-Wandler ADC überwachen, beispielsweise am Messpunkt C3 an dem Widerstand RM. Anstelle eines Analog-Digital- Wandlers ADC kann die Messung aber beispielsweise auch mittels eines Komparators erfolgen. Sobald die überwachte Spannung eine dem Komparator zugeführte Referenzspannung überschreitet, kann so beispielsweise festgestellt werden, dass der Transformator nicht mehr aufgrund des LED Stromes auf der Primärseite in Sättigung ist.A control unit SR can monitor the voltage across the secondary winding T2 via an analog-to-digital converter ADC, for example at the measuring point C3 on the resistor RM. Instead of an analog-to-digital converter ADC, however, the measurement can also take place, for example, by means of a comparator. For example, once the monitored voltage exceeds a reference voltage supplied to the comparator, it may be determined that the transformer is no longer in saturation due to the LED current on the primary side.
Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3a und Fig. 3b besteht darin, dass bei dem Beispiel gemäß Fig. 3a die Steuer/ Regeleinheit SR nur einen Anschluß C2 für die Einspeisung des definierten Stromes in die Sekundärwicklung T2 und die Überwachung der Sekundärwicklung T2 benötigt.The difference between the two exemplary embodiments according to FIGS. 3 a and 3b is that in the example according to FIG. 3 a the control unit SR has only one terminal C2 for feeding the defined current into the secondary winding T2 and monitoring the secondary winding T2 needed.
Gemäß diesem Beispiel der Fig. 3a ist die Steuer/ Regeleinheit SR derart ausgelegt, dass sie über den gleichen Anschluß sowohl einen Strom speisen kann (mittels der integrierten Stromquelle loff als auch gleichzeitig die Spannung an dem Anschluß C2 überwachen kann (mittels eines Analog- Digital-Wandlers ADC), um damit die Messung an der Sekundärwicklung T2 durchzuführen.According to this example of Fig. 3a, the control unit SR is designed such that it can both supply a current via the same connection (by means of the integrated current source loff and at the same time can monitor the voltage at the connection C2 (by means of an analogue-digital Converter ADC) to perform the measurement on the secondary winding T2.
Gemäß dem Beispiel der Fig. 3b ist die Steuer/ Regeleinheit SR derart ausgelegt, dass sie über einen ersten Anschluß C2 einen Strom in die Sekundärwicklung T2 speisen kann (mittels der integrierten Stromquelle loff) und mittels des Anschlußes C3 die Spannung über dem Widerstand RM überwachen kann (mittels eines Analog-Digital-Wandlers ADC), um damit die Messung an der Sekundärwicklung T2 durchzuführen. Bei der Messung an der Sekundärwicklung T2 können auch mehrere Messwerte innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls erfasst werden und gemeinsam ausgewertet werden. So kann beispielweise bei der Einspeisung eines Dreiecksstroms in die Sekundärwicklung T2 sowohl für die steigende als auch die fallende Flanke die Spannung über dem Widerstand RM zu dem Zeitpunkt erfasst werden, zu dem festgestellt wird, dass der Transformator nicht mehr aufgrund des LED Stromes auf der Primärseite in Sättigung ist bzw. wieder in Sättigung ist. Zusätzlich kann auch der maximale Spitzenwert der Spannung über dem Widerstand RM erfasst werden, der erreicht wird, wenn der in die Sekundärwicklung T2 eingespeiste Strom seinen Maximalwert erreicht.According to the example of Fig. 3b, the control unit SR is designed such that it can feed a current into the secondary winding T2 via a first terminal C2 (by means of the integrated current source loff) and monitor the voltage across the resistor RM by means of the terminal C3 can (by means of an analog-to-digital converter ADC), so as to perform the measurement on the secondary winding T2. During the measurement at the secondary winding T2, a plurality of measured values within a predetermined time interval can also be detected and evaluated together. Thus, for example, when feeding in a triangular current into the secondary winding T2 both for the rising and the falling edge, the voltage across the resistor RM can be detected at the time when it is determined that the transformer is no longer due to the LED current on the primary side is in saturation or is again in saturation. In addition, the maximum peak value of the voltage across the resistor RM, which is reached when the current fed into the secondary winding T2 reaches its maximum value, can also be detected.
Anzumerken ist, dass beispielsweise bei Einspeisen eines Dreiecksstroms als definierten Strom in die Sekundärwicklung T2 bei der fallenden Flanke natürlich der entgegengesetzte Ablauf im Vergleich zur steigenden Flanke eintritt. Solange in die Sekundärwicklung T2 als das zweite Energiespeicherelement ein definierter Strom mit einer derart hohen Amplitude gespeist wird, dass dieser den Strom auf der Primärseite des Transformators übersteigt, wird sich die Sekundärwicklung T2 im Zustand der Sättigung befinden. Wenn nun der Strom durch die Sekundärwicklung T2 soweit abfällt, dass der auf der Sekundärseite induzierte magnetische Fluß nicht mehr den der Primärseite übersteigt, dann wird die Sekundärwicklung T2 den Zustand der Sättigung verlassen und stattdessen wieder die Primärwicklung T1 den Zustand der Sättigung erreichen. Dadurch ist bei der fallenden Flanke der Zeitpunkt Ausschlag gebend, zu dem die Primärwicklung T1 den Zustand der Sättigung erreicht.It should be noted that, for example, when feeding a triangular current as a defined current in the secondary winding T2 at the falling edge, of course, the opposite sequence occurs in comparison to the rising edge. As long as in the secondary winding T2 as the second energy storage element, a defined current is fed with such a high amplitude that it exceeds the current on the primary side of the transformer, the secondary winding T2 will be in the state of saturation. Now, if the current through the secondary winding T2 drops so far that the magnetic flux induced on the secondary side no longer exceeds that of the primary side, then the secondary winding T2 will leave the state of saturation and instead the primary winding T1 will again reach the state of saturation. As a result, at the falling edge, the time is decisive when the primary winding T1 reaches the state of saturation.
Die Überwachung an dem Anschluß C2 kann auch mittels eines Komparators erfolgen. Insbesondere bei der Variante, wo durch die Stromquelle loff ein DC- Referenzstrom mit fixer Amplitude überlagertem Wechselspannungsanteil mit definierter Amplitude und Frequenz gespeist wird, kann vorzugsweise zur Auswertung auch ein Komparator vorgesehen sein, der ständig toggelt (also insbesondere die Referenz umschaltet), um beide Flanken des definierten Stroms zur Überwachung nutzen zu können. Es können beispielsweise unterschiedliche Referenzen für die steigende und fallende Flanke vorgesehen sein.The monitoring at the terminal C2 can also be done by means of a comparator. Particularly in the variant where a DC reference current with a fixed amplitude superimposed AC voltage component with defined amplitude and frequency is fed by the current source, a comparator may be preferably provided for evaluation, which constantly toggles (ie in particular the reference switches) to both Flanks of the defined Electricity for monitoring. For example, different references for the rising and falling edge may be provided.
Es kann bei der Überwachung auch das Signal über die Zeit überwacht und bewertet werden. Dabei kann insbesondere die Zeitdauer überwacht werden, bis festgestellt wird, dass der Transformator nicht mehr aufgrund des LED Stromes auf der Primärseite in Sättigung ist.During monitoring, the signal can also be monitored and evaluated over time. In particular, the time duration can be monitored until it is determined that the transformer is no longer in saturation due to the LED current on the primary side.
Unter Berücksichtigung des Anstiegs des definierten Stroms kann anhand dieser Zeitdauer auf die Höhe des überwachten Stromes geschlossen werden.Taking into account the increase in the defined current, it is possible to deduce the level of the monitored current on the basis of this time duration.
Die Referenz des Komparators kann beispielsweise auch durch einen Digital- Analog-Wandler vorgegeben werden.The reference of the comparator can for example also be specified by a digital-analog converter.
Die Steuer/ Regeleinheit SR kann die Messung des Stromes derart ausführen, dass der definierte Strom in die Sekundärwicklung T2 durch die Stromquelle loff nur während der Ausschaltphase des Schalters S1 eingespeist wird.The control unit SR can perform the measurement of the current such that the defined current is fed to the secondary winding T2 by the current source loff only during the switch-off phase of the switch S1.
Die Steuer/ Regeleinheit SR kann die Messung des Stromes iLED durch die LED (mittels der Spannung über Sekundärwicklung T2) während der Ausschaltphase durchführen.The control unit SR may perform the measurement of the current iLED by the LED (by means of the voltage across secondary winding T2) during the turn-off phase.
Es kann also wie bereits erwähnt die Messung des Stromes durch die LED mittels einer Sensoreinheit SE2 mittels eines Transformators erfolgen.Thus, as already mentioned, the current can be measured by the LED by means of a sensor unit SE2 by means of a transformer.
Die Sensoreinheit SE2 kann aber auch ein Hallsensor sein, insbesondere durch miteinander gekoppelte Elemente eines Hallsensors gebildet werden. Figuren 4 und Figur 5 zeigen spezielle Ausführungsformen der Erfindung.However, the sensor unit SE2 can also be a Hall sensor, in particular be formed by mutually coupled elements of a Hall sensor. Figures 4 and 5 show specific embodiments of the invention.
Figur 4 zeigt eine Modifikation von der Schaltung in Figur 3 dahingehend, dass zusätzlich ein zweiter Schalter S2 parallel zu den LEDs und dem Kondensator C1 angeordnet ist. Der Schalter S2 ist selektiv/unabhängig ansteuerbar und kann beispielsweise ein Transistor sein. Wird der Schalter S2 geschlossen, so wird der Entladevorgang des Kondensators C1 beschleunigt. Durch die beschleunigte Entladung des Kondensators C1 wird erreicht, dass der Stromfluss durch die LED möglichst schnell gegen null geht.FIG. 4 shows a modification of the circuit in FIG. 3 in that, in addition, a second switch S2 is arranged parallel to the LEDs and the capacitor C1. The switch S2 is selectively / independently controllable and may for example be a transistor. If the switch S2 is closed, the discharge process of the capacitor C1 is accelerated. Due to the accelerated discharge of the capacitor C1 is achieved that the current flow through the LED goes to zero as quickly as possible.
Dies ist beispielsweise am Ende eines PWM-Pakets erwünscht, wo der Stromfluss durch die LED möglichst schnell abfallen soll d.h. die abfallende Flanke des Stromsverlaufs möglichst steil sein soll (aus Gründen der Farbkonstanz).This is desirable, for example, at the end of a PWM packet, where the current flow through the LED should drop as quickly as possible. the falling edge of the current profile should be as steep as possible (for reasons of color constancy).
Vorzugsweise kann der Schalter S2 bei niedrigem Dimmlevel aktiviert und angesteuert werden, wo die PWM-Pakete sehr kurz sind und es wichtig ist, dass der Strom durch die LED am Ende eines PWM-Pakets rasch gegen null geht. Beispielsweise kann durch geeignete Ansteuerung des Schalters S2 ein noch niedrigeres Dimmlevel erreicht werden.Preferably, the switch S2 can be activated and driven at a low dimming level, where the PWM packets are very short and it is important that the current through the LED rapidly approaches zero at the end of a PWM packet. For example, an even lower dimming level can be achieved by suitable control of the switch S2.
Eine weitere Funktion dieses Schalters S2 ist, dass er im eingeschalteten Zustand die LEDs überbrückt. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn die LEDs ausgeschaltet werden sollen, d.h. kein Licht emittieren sollen, aber die Versorgungsspannung UO noch anliegt. Ohne die Überbrückung durch den Schalter S2 würde ein (zwar kleiner) Strom über die LEDs und die Widerstände R1 und R2 fließen und die LEDs (geringfügig) leuchten.Another function of this switch S2 is that it bridges the LEDs when switched on. This is required, for example, when the LEDs are to be turned off, i. should not emit light, but the supply voltage UO is still present. Without bridging by switch S2, a (smaller) current would flow across the LEDs and resistors R1 and R2, and the LEDs would (slightly) light up.
Es sei angemerkt, dass die Anordnung eines zweiten Schalters S2 parallel zu den LEDs und dem Kondensator C1 zur beschleunigten Entladung des Kondensators C1 nicht nur auf die spezielle Ausführungsform der Schaltungsanordnung von Figur 4 beschränkt ist, sondern bei allen Ausführungsformen der Erfindung angewandt werden kann. Es sei bemerkt, dass das Verfahren zur Messung des Stromes durch die LED, vorzugsweise zur Detektion eines vorteilhaften Einschaltzeitpunkts und / oder des Ausschaltzeitpunkts für den Schalter S1 , natürlich auf andere Schaltungstopologien angewandt werden kann, so beispielsweise für einen sogenannten Buck-Boost Konverter, einen Halbbrückenwandler oder einen sogenannten Forward Konverter (Durchflußwandler).It should be noted that the arrangement of a second switch S2 in parallel with the LEDs and the capacitor C1 for accelerated discharge of the capacitor C1 is not limited to the specific embodiment of the circuit arrangement of Figure 4, but can be applied to all embodiments of the invention. It should be understood that the method of measuring the current through the LED, preferably for detecting an advantageous on-time and / or off-time for the switch S1, can of course be applied to other circuit topologies, such as for a so-called buck-boost converter Half-bridge converter or a so-called forward converter (Durchflußwandler).
Figur 5 zeigt eine Modifikation der Schaltung von Figur 2a dahingehend, dass die Anordnung der Drossel L1 , der Diode D1 sowie die Orientierung der LED- strecke modifiziert ist. Die gezeigte Schaltung stellt einen sog. Buck-Boost Konverter, auch als Inverterschaltung bezeichnet, dar. In Serie zu den LED ist wiederum ein Transformator mit einer Primärwicklung T1 und einer Sekundärwicklung T2 angeordnet. Ein Meßglied RM ist in Serie zu der Sekundärwicklung T2 angeordnet, so dass ein Sekundärkreis gebildet wird, wobei in die Sekundärwicklung T2 ein definierter Strom eingespeist wird und zumindest eine Messung auf der Sekundärseite zur Überwachung des LED Stromes iLED erfolgt.Figure 5 shows a modification of the circuit of Figure 2a in that the arrangement of the inductor L1, the diode D1 and the orientation of the LED track is modified. The circuit shown represents a so-called. Buck-boost converter, also referred to as inverter circuit, in series with the LED turn a transformer with a primary winding T1 and a secondary winding T2 is arranged. A measuring element RM is arranged in series with the secondary winding T2, so that a secondary circuit is formed, wherein in the secondary winding T2, a defined current is fed and at least one measurement takes place on the secondary side for monitoring the LED current iLED.
Grundsätzlich ist wie bereits erwähnt durch die Erfindung eine potentialgetrennte Strommessung für eine LED möglich, unabhängig von der eingesetzten Topologie zur Ansteuerung der LED.Basically, as already mentioned by the invention, a potential-separated current measurement for an LED possible, regardless of the topology used to control the LED.
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt einer Betriebsschaltung für wenigstens eine LED analog zu den Schaltungen der bisherigen Beispiele.Fig. 6 shows a section of an operating circuit for at least one LED analogous to the circuits of the previous examples.
Eine solche Betriebsschaltung treibt typischerweise wenigstens eine LED, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, und die mittels einer Spule L1 und einem durch eine Steuer/Regeleinheit SR getakteten Schalter S1 eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter S1 in der Spule L1 eineSuch an operating circuit typically drives at least one LED to which a DC voltage or rectified AC voltage is applied, and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil L1 and a switch S1 clocked by a control unit SR, with switch S1 in the Coil L1 a
Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter S1 über wenigstens eine LED entlädt, wobei in Serie zu der LED ein Transformator mit einer Primärwicklung T1 und einer Sekundärwicklung T2 angeordnet ist, und ein Meßglied RM in Serie zu der Sekundärwicklung T2 angeordnet ist, so dass ein Sekundärkreis gebildet wird, wobei in die Sekundärwicklung T2 ein definierter Strom eingespeist wird und zumindest eine Messung auf der Sekundärseite erfolgt. Vorzugsweise wird der definierte Strom IM durch eine Stromquelle loff, welche mit der Sekundärwicklung T2 verbunden ist, in die Sekundärwicklung T2 eingespeist. Das Meßglied kann ein Widerstand RM (z.B. ein Strommess-Shunt) sein.Energy is stored, which discharges when switched off switch S1 via at least one LED, wherein in series with the LED, a transformer having a primary winding T1 and a secondary winding T2 is arranged, and a measuring element RM is arranged in series with the secondary winding T2, so that a secondary circuit is formed, wherein in the secondary winding T2, a defined current is fed and at least one measurement takes place on the secondary side. Preferably, the defined current IM is fed to the secondary winding T2 through a current source loff, which is connected to the secondary winding T2. The measuring element may be a resistor RM (eg a current measuring shunt).
Mittels der Messung kann auf der Sekundärseite der Strom iLED durch die LED bestimmt werden.By means of the measurement, the current iLED on the secondary side can be determined by the LED.
Der definierte Strom IM, der in die Sekundärwicklung T2 als die gekoppelte Wicklung eingespeist wird, kann ein Dreiecksstrom sein.The defined current IM, which is fed to the secondary winding T2 as the coupled winding, may be a triangular current.
Der Zeitpunkt kann erkannt werden, bei dem der eingespeiste Dreiecksstrom den Strom iLED durch die LED übersteigt.The time can be detected when the injected triangular current exceeds the current iLED through the LED.
Dieser Zeitpunkt kann durch eine Spannungsüberwachung oder Messung an der Sekundärwicklung T2 als gekoppelte Wicklung erkannt werden.This time can be detected by a voltage monitoring or measurement on the secondary winding T2 as a coupled winding.
Es kann der Zeitpunkt erkannt werden, bei dem der eingespeiste Dreiecksstrom einen Wert erreicht, dass der Transformator nicht mehr aufgrund des LED Stromes iLED auf der Primärseite in Sättigung ist. Dieser Zeitpunkt kann durch eine Spannungsüberwachung oder Messung an der Sekundärwicklung T2 als gekoppelte Wicklung erkannt werden.It can be recognized the time at which the injected triangular current reaches a value that the transformer is no longer in saturation due to the LED current iLED on the primary side. This time can be detected by a voltage monitoring or measurement on the secondary winding T2 as a coupled winding.
Anhand des erkannten Zeitpunktes kann auf die Höhe des Stromes iLED durch die LED geschlossen werden. Dabei kann das Wicklungsverhältnis des Transformators bei der Bestimmung des Stromes berücksichtigt werden. Vorzugsweise ist das Wicklungsverhältnis des Transformators eins zu eins (1 :1 ). Der Transformator kann die Sensoreinheit SE2 bilden.Based on the detected time can be closed on the amount of current iLED through the LED. The winding ratio of the transformer can be taken into account when determining the current. Preferably, the winding ratio of the transformer is one to one (1: 1). The transformer may form the sensor unit SE2.
Die Sensoreinheit SE2 kann aber auch ein Hallsensor sein, insbesondere kann die Sensoreinheit SE2 durch miteinander gekoppelte Elemente eines Hallsensors gebildet werden.However, the sensor unit SE2 can also be a Hall sensor, in particular the sensor unit SE2 can be formed by elements of a Hall sensor which are coupled to one another.
Ein Kondensator C1 kann parallel zu der wenigstens eine LED angeordnet sein, und der während der Phase der Entmagnetisierung der Spule L1 den Strom iLED durch die LED aufrecht erhält, so dass der Strom iLED durch die LEDs geglättet wird.A capacitor C1 may be disposed in parallel with the at least one LED, and maintains the current iLED through the LED during the phase of demagnetization of the coil L1, so that the current iLED is smoothed by the LEDs.
Ein Schalter S2 kann der parallel zu dem Kondensator C1 und den LEDs angeordnet ist und unabhängig ansteuerbar sein.A switch S2 may be arranged in parallel to the capacitor C1 and the LEDs and be independently controllable.
Der Schalter S2 kann geschlossen werden, um den Entladevorgang des Kondensators C1 zu beschleunigen.The switch S2 can be closed to accelerate the discharging operation of the capacitor C1.
Eine Steuer/Regeleinheit SR kann die Spannung über der Sekundärwicklung T2 über einen Analog-Digital-Wandler ADC überwachen.A control unit SR can monitor the voltage across the secondary winding T2 via an analog-to-digital converter ADC.
Somit wird ein Verfahren zum Betreiben von wenigstens einer LED mittels einer Schaltreglerschaltung ermöglicht, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird und die mittels einer Spule L1 und einem durch eine Steuer/Regeleinheit SR getakteten Schalter S1 eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter S1 in der Spule L1 eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter S1 über eine Diode D1 und über wenigstens eine LED entlädt, und der Strom iLED durch die LED durch ein erstes Energiespeicherelement fließt, welches mit einem zweiten Energiespeicherelement gekoppelt ist, und das ersteThus, a method for operating at least one LED is made possible by means of a switching regulator circuit to which a DC voltage or rectified AC voltage is supplied and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil L1 and a switch S1 clocked by a control unit SR switched on switch S1 in the coil L1, an energy is stored, which discharges when switch S1 is switched off via a diode D1 and at least one LED, and the current iLED flows through the LED through a first energy storage element which is coupled to a second energy storage element, and the first
Energiespeicherelement aufgrund des Stromes iLED durch die LED seine maximale Energiespeicherfähigkeit zumindest erreicht, wobei in das zweite Energiespeicherelement ein definierter Strom IM mit vorzugsweise ansteigender Amplitude gespeist wird, so dass der Zeitpunkt erkannt werden kann, zu dem das erste Energiespeicherelement aufgrund des Stromes durch das zweite Energiespeicherelement wieder eine Energiespeicherfähigkeit erlangt. Der definierte Strom IM, der in das zweite Energiespeicherelement gespeist wird, kann auch eine Dreiecksform aufweisen.Energy storage element due to the current iLED through the LED reaches its maximum energy storage capacity at least, wherein in the second energy storage element, a defined current IM preferably is increased in amplitude, so that the time can be detected at which the first energy storage element due to the current through the second energy storage element again obtains an energy storage capability. The defined current IM, which is fed into the second energy storage element, can also have a triangular shape.
Die miteinander gekoppelten Energiespeicherelemente bilden somit die Sensoreinheit SE2 und können durch magnetisch gekoppelte Wicklungen eines Transformators T1 , T2 gebildet werden.The mutually coupled energy storage elements thus form the sensor unit SE2 and can be formed by magnetically coupled windings of a transformer T1, T2.
Die miteinander gekoppelten Energiespeicherelemente, die die Sensoreinheit SE2 bilden, können aber auch durch miteinander gekoppelte Elemente eines Hallsensors gebildet werden.The coupled energy storage elements that form the sensor unit SE2, but can also be formed by mutually coupled elements of a Hall sensor.
Die Schaltreglerschaltung bildet dabei eine Betriebsschaltung für zumindest eine LED.The switching regulator circuit forms an operating circuit for at least one LED.
Insbesondere anhand der Fig. 6 soll verdeutlicht werden, dass eine potentialgetrennte Strommessung für eine LED gemäß der beschriebenen Erfindung möglich ist, unabhängig davon, wie die Topologie zur Ansteuerung der LED ausgelegt ist. In particular, with reference to FIG. 6 is to illustrate that a potential-separated current measurement for an LED according to the invention described is possible, regardless of how the topology is designed to control the LED.

Claims

Ansprüche: Claims:
1. Betriebsschaltung für wenigstens eine LED, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, und die mittels einer Spule (L1) und, und einem durch eine Steuer/ Regeleinheit (SR) getakteten Schalter (S1) eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter (S1) in der Spule (L1) eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter (S1) über wenigstens eine LED entlädt, gekennzeichnet dadurch, dass in Serie zu der LED ein Transformator mit einer Primärwicklung (T1) und einer Sekundärwicklung (T2) angeordnet ist, und ein Meßglied (RM) in Serie zu der Sekundärwicklung (12) angeordnet ist, so dass ein Sekundärkreis gebildet wird, wobei in die Sekundärwicklung (T2) ein definierter Strom eingespeist wird und zumindest eine Messung auf der Sekundärseite erfolgt.1. operating circuit for at least one LED, to which a DC voltage or rectified AC voltage is supplied, and which provides a supply voltage for at least one LED by means of a coil (L1) and, and a switch (S1) clocked by a control unit (SR), wherein in the switch (S1) in the coil (L1) an energy is stored temporarily, which discharges when the switch (S1) via at least one LED, characterized in that in series with the LED, a transformer having a primary winding (T1) and a secondary winding (T2) is arranged, and a measuring element (RM) in series with the secondary winding (12) is arranged so that a secondary circuit is formed, wherein in the secondary winding (T2) a defined current is fed and at least one measurement on the Secondary side takes place.
2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messung auf der Sekundärseite der Strom (iLED) durch die2. Operating circuit according to claim 1, characterized in that by means of the measurement on the secondary side of the current (iLED) through the
LED bestimmt werden kann. ( LED can be determined. (
3. Betriebsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Strom, der in die Sekundärwicklung (T2) eingespeist wird, ein Dreiecksstrom ist.3. Operating circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the defined current which is fed to the secondary winding (T2) is a triangular current.
4. Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass der Zeitpunkt erkannt wird, bei dem der eingespeiste Dreiecksstrom den Strom durch die LED übersteigt. 4. Operating circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the time is detected, in which the injected triangular current exceeds the current through the LED.
5. Betriebsschaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass dieser Zeitpunkt durch eine Spannungsüberwachung oder Messung an der Sekundärwicklung (T2) erfolgt.5. Operating circuit according to claim 4, characterized in that this time takes place by a voltage monitoring or measurement at the secondary winding (T2).
6. Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass der Zeitpunkt erkannt wird, bei dem der eingespeiste Dreiecksstrom einen Wert erreicht, dass der Transformator nicht mehr aufgrund des LED Stromes (iLED) auf der Primärseite in Sättigung ist..6. Operating circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the time is detected at which the injected triangular current reaches a value that the transformer is no longer in saturation due to the LED current (iLED) on the primary side.
7. Betriebsschaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass dieser Zeitpunkt durch eine Spannungsüberwachung oder Messung an der Sekundärwicklung (T2) erfolgt.7. Operating circuit according to claim 6, characterized in that this time takes place by a voltage monitoring or measurement at the secondary winding (T2).
8. Betriebsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, das der Transformator eine Sensoreinheit8. Operating circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the transformer is a sensor unit
(SE2) bildet.(SE2) forms.
9. Betriebsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, das die Sekundärwicklung (T2) durch eine Stromquelle (loff) mit dem definierten Strom gespeist wird.9. Operating circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary winding (T2) by a current source (loff) is fed with the defined current.
10. Betriebsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend einen Kondensator (C1 ), der parallel zu der wenigstens eine LED angeordnet ist, und der während der Phase der Entmagnetisierung der Spule (L1 ) den Strom durch die LED aufrecht erhält, so dass der Strom (iLED) durch die LEDs geglättet wird.Operating circuit according to one of the preceding claims, comprising a capacitor (C1), which is arranged parallel to the at least one LED, and which maintains the current through the LED during the demagnetization of the coil (L1), so that the current (iLED) is smoothed by the LEDs.
11. Betriebsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuer/Regeleinheit (SR) den Schalter (S1) derart ansteuert, dass der LED Strom (iLED) auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird. 11. Operation circuit according to one of the preceding claims, wherein the control / regulating unit (SR) controls the switch (S1) such that the LED current (iLED) is regulated to a predetermined value.
12. Betriebsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schalter (S2), der parallel zu dem Kondensator (C1) und den LEDs angeordnet ist und unabhängig ansteuerbar ist.12. Operating circuit according to one of the preceding claims, characterized by a switch (S2) which is arranged parallel to the capacitor (C1) and the LEDs and is independently controllable.
13. Betriebsschaltung nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, dass der Schalter (S2) geschlossen wird, um den Entladevorgang des Kondensators (C1) zu beschleunigen.13. Operation circuit according to claim 14, characterized in that the switch (S2) is closed to accelerate the discharge of the capacitor (C1).
14. Betriebsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass eine Steuer/Regeleinheit (SR) die Spannung über der Sekundärwicklung (T2) über einen Analog-Digital- Wandler (ADC) überwacht.14. Operating circuit according to one of the preceding claims, characterized in that a control / regulating unit (SR) monitors the voltage across the secondary winding (T2) via an analog-to-digital converter (ADC).
15. Verfahren zum Erfassen des Stromes durch wenigstens eine LED, wobei der Strom durch die LED durch ein erstes Energiespeicherelement fließt, welches mit einem zweiten Energiespeicherelement gekoppelt ist, und das erste Energiespeicherelement aufgrund des Stromes (iLED) durch die LED seine maximale Energiespeicherfähigkeit zumindest erreicht, und wobei in das zweite Energiespeicherelement ein definierter Strom mit vorzugsweise ansteigender Amplitude gespeist wird, so dass der Zeitpunkt erkannt werden kann, zu dem das erste Energiespeicherelement aufgrund des Stromes durch das zweite Energiespeicherelement wieder eine Energiespeicherfähigkeit erlangt.15. A method for detecting the current through at least one LED, wherein the current through the LED flows through a first energy storage element, which is coupled to a second energy storage element, and the first energy storage element due to the current (iLED) by the LED reaches its maximum energy storage capacity at least , and wherein in the second energy storage element, a defined current is supplied with preferably increasing amplitude, so that the time can be detected at which the first energy storage element due to the current through the second energy storage element again obtains an energy storage capability.
16. Verfahren zum Betreiben von wenigstens einer LED nach Anspruch 15, gekennzeichnet dadurch, dass die Energiespeicherelemente durch magnetisch gekoppelte Wicklungen eines Transformators (T1 , T2) gebildet werden. 16. A method for operating at least one LED according to claim 15, characterized in that the energy storage elements are formed by magnetically coupled windings of a transformer (T1, T2).
17. Verfahren zum Betreiben von wenigstens einer LED nach Anspruch 15, gekennzeichnet dadurch, dass die Energiespeicherelemente durch miteinander gekoppelte Elemente eines Hallsensors gebildet werden. 17. A method for operating at least one LED according to claim 15, characterized in that the energy storage elements are formed by mutually coupled elements of a Hall sensor.
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