WO2010124311A1 - Treiberschaltung für eine led - Google Patents

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WO2010124311A1
WO2010124311A1 PCT/AT2010/000136 AT2010000136W WO2010124311A1 WO 2010124311 A1 WO2010124311 A1 WO 2010124311A1 AT 2010000136 W AT2010000136 W AT 2010000136W WO 2010124311 A1 WO2010124311 A1 WO 2010124311A1
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WO
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led
transformer
driver circuit
capacitor
circuit
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PCT/AT2010/000136
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Barth
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Tridonic Gmbh & Co Kg
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Publication date
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
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    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/39—Circuits containing inverter bridges

Definitions

  • the invention relates to a driver circuit for an LED according to the preamble of patent claim 1.
  • Such driver circuits are used in lighting systems to achieve a colored or flat lighting of rooms, paths or escape routes.
  • the bulbs are driven by operating devices and activated as needed.
  • organic or inorganic light emitting diodes LED are used as the light source.
  • light-emitting diodes are also increasingly being used as the light source.
  • the efficiency and luminous efficacy of light-emitting diodes is being increased more and more so that they are already being used in various general lighting applications.
  • light emitting diodes are point sources of light and emit highly concentrated light.
  • phase control dimming or phase section dimming classic bulbs such as incandescent lamps can be dimmed, so controlled in the brightness.
  • the solution according to the invention for a device for operating LEDs is based on the idea that a driver circuit for an LED has a connection for a mains voltage, a filter circuit and a rectifier, an inductance and at least one switch.
  • the inductance is magnetized when the switch is closed, and the inductance is demagnetized when the switch is open, and at least during the phase of the
  • Demagnetization feeds the current through the inductance of the LED.
  • a capacitor is coupled to a first terminal at the node between the rectifier and the unidirectional decoupler, coupled to its second terminal to the LED current or transformer.
  • Fig. 1 shows the prior art
  • Fig. 2 shows an embodiment of a device according to the invention The invention will be explained with reference to an embodiment of FIG. 2 with a driver circuit for an LED.
  • a driver circuit for an LED comprising a connection for a mains voltage, a filter circuit Ll, a rectifier GR, and a latching element Cl, a potential-separated switching regulator circuit with at least one switch Sl and a transformer L2, at whose output at least one LED is connected, wherein a unidirectional Entkoppelglied Dl between the rectifier and the latching element Cl is included.
  • the driver circuit has a monitoring circuit Ul, which activates the switch Sl. About the control and timing of the at least one switch Sl, which is connected to the primary side L2p, the transformer L2 is alternately up and demagnetized.
  • a capacitor C3 is coupled with a first terminal to the node between rectifier GR and the unidirectional decoupler Dl, and this capacitor C3 is connected to its second terminal to the LED current ILED or the
  • Coupled transformer L2 via the capacitor C3, a direct or indirect feedback of the LED current ILED, whereby a uniform and defined charge of the latch element Cl is made possible by this feedback.
  • a uniform current consumption is made possible via the connection for the mains voltage, since the capacitor C3 is recharged high frequency by means of the feedback.
  • the capacitance of the capacitor C3 and the frequency with which the transhipment occurs determine the amount of transmitted energy.
  • the driver circuit according to the invention by the uniform current consumption form a load for the dimmer, which allow trouble-free operation, for example, without flicker, even when dimming.
  • the capacitor C3 When the voltage at the second terminal of the capacitor C3 has a low potential, then the capacitor C3 is charged via the rectifier GR, while the unidirectional decoupling member Dl blocks a direct current flow from the rectifier GR into the latching element Cl. When the voltage at the second terminal of the capacitor C3 has a high potential, the capacitor C3 discharges via the decoupling element Dl in the latch element Cl, while now the rectifier GR blocks a direct current flow from the rectifier GR in the latch element Cl.
  • the permanent charge of the capacitor C3 may be due to the high-frequency clocking of the switch Sl and the associated high-frequencyderslust. Current change in the output circuit, in particular at the transformer L2 and possibly also at the LED result.
  • the coupling of the capacitor C3 to the LED current ILED can take place via a second transformer whose primary winding L3a is traversed by the LED current ILED and whose secondary winding L3b is coupled to the capacitor C3.
  • the coupling of the capacitor C3 to the transformer L2 can be done by an additional secondary winding on the transformer L2.
  • This additional secondary winding is magnetically coupled to the other windings of the transformer L2.
  • the second terminal of the capacitor C3 is thus preferably connected to an inductor L3b connected in series with the capacitor C3, wherein the inductance L3b flows through either as a further secondary winding on the transformer L2 or as a secondary winding of another transformer whose primary winding L3a is flowed through by the LED current ILED. is trained.
  • the coupling of the capacitor C3 to the LED current ILED can also take place indirectly, for example via a second transformer whose primary winding L3a is connected in parallel with the LED or at least one LED and whose secondary winding L3b is coupled to the capacitor C3.
  • An indirect coupling to the LED current ILED is for example a coupling to the transformer L2, since the transformer L2 feeds the LED via the smoothing circuit (D2, C2).
  • this feedback circuit is connected to a coupling point in the driver circuit, which has an alternating voltage potential due to the timing of the switch Sl (Since it is in the driver circuit to a high-frequency clocked
  • Switching controller is not only the voltage across the switch Sl is a harnessfreuqent changing voltage, but also the potentials on the affected passive components change due to this timing).
  • a coupling point can be, for example, the connection to an inductance L3b connected in series with the capacitor C3, the inductance L3b being passed through, for example, either as a further secondary winding on the transformer L2 or as a secondary winding of a further transformer whose primary winding L3a is flowed through by the LED current ILED. can be trained.
  • the coupling of the capacitor C3 to the LED current ILED can also be effected indirectly in that the capacitor C3 is coupled on the primary side of the transformer L2, for example directly or via an additional inductance to the primary winding L2p of the transformer L2.
  • other coupling points are possible, for example at a different point in the output circuit (in particular on the secondary side of the transformer L2, for example via the LED).
  • the latching element Cl can be formed by a smoothing capacitor.
  • the latching element C1 may alternatively be formed by a passive valley control circuit.
  • the monitoring circuit U1 can be, for example, an integrated circuit (for example an ASIC, microcontroller or DSP). As already mentioned, the monitoring circuit U1 can also activate the switch S1. In this case, the
  • Monitoring circuit Ul for example, on the one hand monitor the current through the switch Sl by means of a current detection Ip (for example, a current shunt) and additionally monitor the current amplitude of the supply voltage Vin.
  • the control of the switch (S1) may depend on further monitoring, for example, by monitoring the demagnetization of the inductance L2, the detected voltage of the LED or the detected amplitude of the current through the LED ILED.
  • all feedbacks or monitors on the secondary side are electrically isolated, i. the feedback of the detected on the output side (secondary side) signals to the monitoring circuit Ul via a potential separation (for example by means of optocoupler or transformer).
  • the switch-off duration of the switch S1 depends on the detected amplitude of the current through the LED ILED.
  • the switch Sl can always be switched on by the monitoring circuit U1 when the demagnetization of the transformer L2 is detected by the monitoring circuit U1. Switching on the switch Sl can also be controlled by the monitoring circuit U1 so that it always takes place only when the transformer L2 is de-magnetized.
  • Demagnetization can be detected by means of the monitoring circuit Ul, for example by means of a voltage monitoring across the transformer L2 (for example by means of an additional secondary winding) or via the switch Sl.
  • the turn-on and / or turn-off of the switch Sl, which is specified by the monitoring circuit Ul can be dependent on the detected amplitude of the current through the LED ILED, with a feedback of the detected on the output side (secondary side) signals, in particular the current through the LED ILED, via a potential separation.
  • the monitoring circuit U1 therefore, the detected signals are preferably supplied via a potential separation.
  • the switch-on and / or switch-off duration of the switch S1 does not decrease to zero or close to zero.
  • a limitation of the current through the LED ILED can be done by limiting the duty cycle.
  • the current detection Ip can also be done directly at the switch Sl (for example, in a so-called. SENSE FET, which contains an integrated monitoring of the current).
  • the switch-off duration of the switch S1 can be dependent on the detected amplitude of the current through the LED ILED.
  • the feedback of the detection of the amplitude of the current by the LED ILED is carried out electrically isolated (i.e., the control loop for the dependence of the switch-off of the switch Sl).
  • the switch-off duration can, however, also be fixed, for example (ie fixed).
  • the turn-off of the switch Sl for example, be directly or indirectly dependent on the demagnetization of the transformer L2.
  • the switch Sl can be turned on whenever a demagnetization of the inductance (L2) is detected. However, a switch-on can always take place only when the inductance (L2) is de-magnetized, and a certain period of time can also be between the time of demagnetization and the restart.
  • the monitoring circuit U1 can detect, for example, the voltage across the buffer element C1 or at the (positive) output of the rectifier GR1 or, if present, the voltage before the decoupling element or the voltage difference across the decoupling element (preferably by one each
  • the voltage is measured by means of a voltage divider which picks up the voltage across the latch element Cl or at the (positive) output of the rectifier GR1 and reduces to a potential which can be evaluated by the monitoring circuit U1.
  • the monitoring circuit U1 can also be designed (for example in high-voltage technology) so that it can directly detect the voltage across the buffer element C1 or at the (positive) output of the rectifier GR1.
  • the monitoring circuit Ul may be constructed discretely, but it may also be designed as an integrated circuit as mentioned. When using an integrated circuit as a monitoring circuit Ul further functions such as the direct control of the switch Sl can be integrated with.
  • the transformer L2 when demagnetized, can feed a smoothing circuit formed by a rectifier D2 and a capacitor C2.
  • an LED as a smoothing element can also assume the function of the rectifier D2 and other or even completely omitted further smoothing elements.
  • the LED are connected to the secondary side L2s of the transformer L2 directly in antiparallel connection, the transformer L2 can generate, for example, by using a center tap on the secondary side L2s two opposing voltages that feed the secondary side in time sequentially. This results in a secondary-side current with alternating amplitude, which can serve as a supply for a primary winding L3a and thus also for feeding the feedback circuit. This would be an example of the case where the feedback circuit is fed directly by the LED current ILED.
  • This further converter circuit may follow the smoothing circuit D2, C2 and have an additional switch which clocks an additional secondary-side choke (ie, a further inductance).
  • the LED can be powered by the charge and discharge of this additional secondary-side throttle with energy.
  • the coupling point for the feedback circuit may also be linked to the additional secondary-side throttle.
  • the coupling of the capacitor C3 to the LED current ILED can take place via a second transformer in such a way that the additional secondary-side throttle simultaneously acts as a primary winding L3a and is coupled to the secondary winding L3b.
  • the additional secondary-side throttle may also be arranged in series with the additional secondary-side throttle a primary winding L3a, which is coupled to the secondary winding L3b and serves to feed the feedback circuit.
  • the transformer L2 is magnetized when the switch is closed, and the transformer L2 is demagnetized when the switch Sl is opened, and at least during the demagnetization phase, the current through the transformer L2 directly or indirectly feeds the LED.
  • the switch Sl may be, for example, a field effect transistor, such as a MOSFET, or a bipolar transistor.
  • the secondary winding L2s magnetically coupled to the primary winding L2p is preferably connected to a smoothing circuit having a rectifier D2 and a capacitor C2 to which the LED can be connected.
  • the rectifier (D2) on the secondary winding L2s of the transformer can be formed by a diode D2 or by a full-wave rectifier.
  • the inductance L2 can feed a smoothing circuit during its demagnetization, this smoothing circuit can be, for example, a capacitor C2 or an LC (capacitor inductance C2-LG3) or CLC (capacitor-inductance-capacitor C2-LG3-CG3) filter.
  • the secondary side with the smoothing circuit is preferably designed so that a constant current supply of the LED is made possible.
  • the unidirectional decoupling element Dl can be formed by a diode.
  • an additional diode can optionally be interposed, preferably a fast diode, whereby additionally a capacitor can be arranged above the outputs of the rectifier GR. It can also be arranged between the rectifier GR and the junction of unidirectional decoupling Dl and capacitor C3 an inductance as a support throttle.
  • the support choke can buffer energy while a current flows from the rectifier GR into the driver circuit and release it again during a demagnetization phase.
  • the transformer L2 is controlled by more than one switch, there are basically quite different switching control topologies used, such as an isolated flow converter or an isolated half-bridge converter.
  • switching control topologies such as an isolated flow converter or an isolated half-bridge converter.
  • the course of the demagnetization of the transformer L2 and L2 can be dependent on the arrangement of the switch.
  • the switching regulator can also be operated by utilizing a resonance peaking, for example with a series or parallel resonant circuit, in order to minimize the switching losses in the switching elements (eg in the switch S1). It can thus be formed with a socket for use of the light source in a commercially available lamp base, comprising a driver circuit according to the invention for an LED.
  • At least part of the driver circuit may be integrated in the socket.
  • the driver circuit can on. be connected to a commercial dimmer.
  • the driver circuit may be designed such that the voltage which drops across the buffer element Cl can be controlled via the dimmer, and thus the brightness of the LED can be controlled.
  • a uniform charge of the latch element Cl can be carried out, wherein the position of the dimmer, the amount of energy supplied can be specified.
  • the longer the time period in which the dimmer passes a line voltage the higher the voltage across the latching element Cl may become due to the uniform charge through the feedback circuit.
  • about this voltage (over the latch element Cl) can be set by the driver circuit directly or indirectly, the brightness of the LED. For example, in the case of a fixed operation of the switch S1 (that is, with a defined frequency and duty cycle), the current through the LED ILED is directly dependent on the voltage across the intermediate storage element C1.

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Treiberschaltung für eine LED, aufweisend einen Anschluss für eine Netzspannung, eine Filterschaltung, einen Gleichrichter GR, und einem Zwischenspeicherelement C1, eine potentialgetrennte Schaltreglerschalung mit zumindest einem Schalter S1 und einem Transformator L2, an dessen Ausgang zumindest eine LED angeschlossen ist, wobei ein unidirektionales Entkoppelglied D1 zwischen dem Gleichrichter und der Zwischenspeicherelement C1 enthalten ist, wobei ein Kondensator C3 an den Knotenpunkt zwischen Gleichrichter GR und dem unidirektionales Entkoppelglied D1 angekoppelt ist, und dieser Kondensator C3 mit seinem zweiten Anschluss an den LED Strom ILED oder den Transformator L2 gekoppelt ist.

Description

Treiberschaltung für eine LED
Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung für eine LED gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Technisches Gebiet
Derartige Treiberschaltungen werden in Beleuchtungssystemen verwendet, um eine farbige oder flächige Beleuchtung von Räumen, Wegen oder auch Fluchtwegen zu erreichen. Üblicherweise werden dabei die Leuchtmittel von Betriebsgeräten angesteuert und bei Bedarf aktiviert. Für eine derartige Beleuchtung werden organische oder anorganische Leuchtdioden (LED) als Lichtquelle genutzt.
Stand der Technik
Zur Beleuchtung werden anstelle von Gasentladungslampen und Glühlampen immer häufiger auch Leuchtdioden als Lichtquelle eingesetzt. Die Effizienz und Lichtausbeute von Leuchtdioden wird immer stärker erhöht, so dass sie bei verschiedenen Anwendungen der Allgemeinbeleuchtung bereits zum Einsatz kommen. Allerdings sind Leuchtdioden Punktlichtquellen und strahlen stark gebündeltes Licht aus.
Heutige LED Beleuchtungssystem haben oft jedoch den Nachteil, dass aufgrund von Alterung oder durch Austausch einzelner LEDs oder LED Module sich die Farbabgabe oder die Helligkeit verändern kann. Zudem hat die Sekundäroptik einen Einfluss auf das Thermomanagement, da die Wärmeabstrahlung behindert wird. Zudem kann es aufgrund von Alterung und Wärmeeinwirkung zu einer Veränderung des Phosphors der LED kommen. Eine Helligkeitsänderung ist oft nur mit einer aufwändigen Steuerschaltung möglich, eine einfache Anschlußmöglichkeit an handelsübliche Dimmer ist nicht gegeben, da es in Zusammenwirkung mit den meisten Dimmern zu einem Flackern des Lichtes kommt, oder die Dimmer gar nicht funktionieren. Eine typische Treiberschaltung für LED ist in Fig. 1 gezeigt, wobei diese Schaltung keine Vorrichtung enthält, die eine Kompatibilität zu Dimmern sicherstellt und ein Dimmen mit den meisten handelsüblichen Dimmern für Glühlampen nicht möglich ist.
Mit solchen Dimmern können beispielsweise über eine Phasenanschnittsdimmung oder Phasenabschnittsdimmung klassische Leuchtmittel wie Glühlampen gedimmt, also in der Helligkeit gesteuert, werden.
Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Leuchtmittel und ein Verfahren bereitzustellen, welches das einen störungsfreien und energiesparenden Betrieb durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden ohne die oben genannten Nachteile bzw. unter einer deutlichen Reduzierung dieser Nachteile ermöglicht.
Diese Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die erfindungsgemäße Lösung für eine Vorrichtung zum Betreiben von LEDs (organische oder anorganische Leuchtdioden) beruht auf dem Gedanken, dass eine Treiberschaltung für eine LED einen Anschluss für eine Netzspannung, eine Filterschaltung und einen Gleichrichter, eine Induktivität und zumindest einen Schalter aufweist.
Die Induktivität wird aufmagnetisiert, wenn der Schalter geschlossen ist, und die Induktivität wird entmagnetisiert, wenn der Schalter geöffnet ist, und zumindest während der Phase der
Entmagnetisierung speist der Strom durch die Induktivität die LED. Ein Kondensator ist mit einem ersten Anschluss an den Knotenpunkt zwischen Gleichrichter und dem unidirektionalen Entkoppelglied angekoppelt, mit seinem zweiten Anschluss an den LED Strom oder den Transformator gekoppelt. Somit erfolgt über diesen Kondensator eine direkte oder indirekte Rückkopplung des LED Stromes, wobei durch diese Rückkopplung eine gleichmäßige und definierte Ladung des Zwischenspeicherelements ermöglicht wird.
Auf diese Weise ist es möglich, eine sehr gleichbleibende und gleichmäßige Beleuchtung (beispielsweise zur Ausleuchtung einer Fläche) durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden zu erreichen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 zeigt den Stand der Technik
Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 mit einer Treiberschaltung für eine LED erklärt.
Dargestellt ist eine Treiberschaltung für eine LED, aufweisend einen Anschluss für eine Netzspannung, eine Filterschaltung Ll, einen Gleichrichter GR, und einem Zwischenspeicherelement Cl, eine potentialgetrennte Schaltreglerschalung mit zumindest einem Schalter Sl und einem Transformator L2, an dessen Ausgang zumindest eine LED angeschlossen ist, wobei ein unidirektionales Entkoppelglied Dl zwischen dem Gleichrichter und dem Zwischenspeicherelement Cl enthalten ist. Die Treiberschaltung weist eine Überwachungsschaltung Ul auf, welche den Schalter Sl ansteuert. Über die Ansteuerung und Taktung des zumindest einen Schalters Sl, der mit der Primärseite L2p verbunden ist, wird der Transformator L2 abwechselnd auf- und entmagnetisiert.
Ein Kondensator C3 ist mit einem ersten Anschluss an den Knotenpunkt zwischen Gleichrichter GR und dem unidirektionalen Entkoppelglied Dl angekoppelt, und dieser Kondensator C3 ist mit seinem zweiten Anschluss an den LED Strom ILED oder den
Transformator L2 gekoppelt. Somit erfolgt über den Kondensator C3 eine direkte oder indirekte Rückkopplung des LED Stromes ILED, wobei durch diese Rückkopplung eine gleichmäßige und definierte Ladung des Zwischenspeicherelements Cl ermöglicht wird. In Kombination mit dem unidirektionalen Entkoppelglied Dl und dem Gleichrichter GR wird somit auch eine gleichmäßige Stromaufnahme über den Anschluss für die Netzspannung ermöglicht, da der Kondensator C3 mittels der Rückkopplung hochfrequent umgeladen wird. Über die Kapazität des Kondensators C3 und die Frequenz, mit der die Umladung erfolgt, wird die Menge an übertragener Energie bestimmt. Somit kann die erfindungsgemäße Treiberschaltung durch die gleichmäßige Stromaufnahme eine Last für den Dimmer bilden, die einen problemlosen Betrieb, beispielsweise ohne Flackern, auch beim Dimmen ermöglichen.
Wenn die Spannung am zweiten Anschluß des Kondensators C3 ein niedriges Potential aufweist, dann wird der Kondensator C3 über den Gleichrichter GR geladen, während das unidirektionale Entkoppelglied Dl einen direkten Stromfluß vom Gleichrichter GR in das Zwischenspeicherelements Cl sperrt. Wenn die Spannung am zweiten Anschluß des Kondensators C3 ein hohes Potential aufweist, entlädt sich der Kondensator C3 über das Entkoppelglied Dl in das Zwischenspeicherelements Cl, während nun der Gleichrichter GR einen direkten Stromfluß vom Gleichrichter GR in das Zwischenspeicherelements Cl sperrt. Die dauernde Umladung des Kondensators C3 kann sich durch die hochfrequente Taktung des Schalters Sl und der damit verbundenen hochfrequenten Spannungsbzw. Stromänderung im Ausgangskreis, insbesondere am Transformator L2 und gegebenenfalls auch an der LED, ergeben.
Die Kopplung des Kondensators C3 an den LED Strom ILED kann über einen zweiten Transformator erfolgen, dessen Primärwicklung L3a von dem LED Strom ILED durchflössen wird und dessen Sekundärwicklung L3b an den Kondensator C3 gekoppelt ist.
Die Kopplung des Kondensators C3 an den Transformator L2 kann durch eine zusätzliche Sekundärwicklung auf dem Transformator L2 erfolgen. Diese zusätzliche Sekundärwicklung ist magnetisch an die weiteren Wicklungen des Transformator L2 gekoppelt. Der zweite Anschluss des Kondensators C3 ist also vorzugsweise mit einer dem Kondensator C3 in Serie geschalteten Induktivität L3b verbunden, wobei die Induktivität L3b entweder als weitere Sekundärwicklung auf dem Transformator L2 oder als Sekundärwicklung eines weiteren Transformators, dessen Primärwicklung L3a vom LED Strom ILED durchflössen wird, ausgebildet ist.
Die Kopplung des Kondensators C3 an den LED Strom ILED kann auch indirekt erfolgen, beispielsweise über einen zweiten Transformator, dessen Primärwicklung L3a parallel zu den LED oder zumindest einzelnen LED geschaltet ist und dessen Sekundärwicklung L3b an den Kondensator C3 gekoppelt ist. Eine indirekte Kopplung an den LED Strom ILED ist beispielsweise eine Kopplung an den Transformator L2, da der Transformator L2 die LED über die Glättungsschaltung (D2, C2) speist.
Grundsätzlich ist also mit dem Gleichrichter GR, dem Kondensator C3 und dem Entkoppelglied Dl eine Rückkopplungsschaltung vorhanden, die eine gleichmäßige und definierte Ladung des
Zwischenspeicherelements Cl ermöglicht, wobei diese Rückkopplungsschaltung an einen Ankopplungspunkt in der Treiberschaltung angeschlossen ist, der aufgrund der Taktung des Schalters Sl ein alternierendes Spannungspotential aufweist (Da es sich bei der Treiberschaltung um einen hochfrequent getakteten
Schaltregler handelt, ist nicht nur die Spannung über dem Schalter Sl eine sich hochfreuqent ändernde Spannung, sondern auch die Potentiale über den beeinflussten passiven Komponenten ändern sich aufgrund dieser Taktung). Ein solcher Ankopplungspunkt kann beispielsweise der Anschluss an eine in Serie mit dem Kondensator C3 geschaltete Induktivität L3b sein, wobei die Induktivität L3b beispielsweise entweder als weitere Sekundärwicklung auf dem Transformator L2 oder als Sekundärwicklung eines weiteren Transformators, dessen Primärwicklung L3a vom LED Strom ILED durchflössen wird, ausgebildet sein kann.
Möglich wären auch andere Ankopplungspunkte, beispielweise an einem anderen Punkt im Ausgangskreis (d.h. Sekundärseitig des Transformator L2, so zum Beispiel über der LED).
Die Kopplung des Kondensators C3 an den LED Strom ILED kann aber auch dadurch indirekt erfolgen, dass der Kondensator C3 primärseitig des Transformators L2 angekoppelt ist, beispielsweise direkt oder über eine zusätzliche Induktivität an die Primärwicklung L2p des Transformators L2. Es sind wie bereits erwähnt auch andere Ankopplungspunkte möglich, beispielweise an einem anderen Punkt im Ausgangskreis (insbesondere sekundärseitig des Transformator L2, so zum Beispiel über der LED).
Das Zwischenspeicherelement Cl kann durch einen Glättungskondensator gebildet werden. Das Zwischenspeicherelement Cl kann alternativ durch eine Passive Valley FiII Schaltung gebildet werden.
Die Überwachungsschaltung Ul kann beispielsweise eine integrierte Schaltung (beispielsweise ein ASIC, Microcontroller oder DSP) sein. Die Überwachungsschaltung Ul kann wie bereits erwähnt auch den Schalter Sl ansteuern. In diesem Fall kann die
Überwachungsschaltung Ul beispielsweise einerseits den Strom durch den Schalter Sl mittels einer Stromerfassung Ip (beispielsweise einen Stromshunt) überwachen und zusätzlich die aktuelle Amplitude der Versorgungsspannung Vin überwachen. Zusätzlich kann die Ansteuerung des Schalters (Sl) von weiteren Überwachungen abhängig sein, beispielsweise von einer Überwachung der Entmagnetisierung der Induktivität L2, der erfassten Spannung der LED oder der erfassten Amplitude des Stromes durch die LED ILED. Vorzugsweise sind alle Rückführungen oder Überwachungen auf der Sekundärseite potentialgetrennt ausgeführt, d.h. die Rückkopplung der auf der Ausgangsseite (Sekundärseite) erfassten Signale zur Überwachungsschaltung Ul erfolgt über eine Potentialtrennung (beispielsweise mittels Optokoppler oder Transformator). Vorzugsweise ist wie bereits erläutert die Ausschaltdauer des Schalters Sl von der erfassten Amplitude des Stromes durch die LED ILED abhängig.
Der Schalter Sl kann durch die Überwachungsschaltung Ul immer dann eingeschaltet werden, wenn durch die Überwachungsschaltung Ul eine Entmagnetisierung des Transformators L2 festgestellt wird. Ein Einschalten des Schalters Sl kann durch die Überwachungsschaltung Ul auch so gesteuert werden, dass es immer erst bei entmagnetisiertem Transformator L2 erfolgt. Eine
Entmagnetisierung kann mittels der Überwachungsschaltung Ul beispielsweise mittels einer Spannungsüberwachung über dem Transformator L2 (beispielsweise mittels einer zusätzlichen Sekundärwicklung) oder über dem Schalter Sl festgestellt werden. Die Ein- und / oder Ausschaltdauer des Schalters Sl, welche durch die Überwachungsschaltung Ul vorgegeben wird, kann von der erfassten Amplitude des Stromes durch die LED ILED abhängig sein, wobei dabei eine Rückkopplung der auf der Ausgangsseite (Sekundärseite) erfassten Signale, insbesondere des Stromes durch die LED ILED, über eine Potentialtrennung erfolgt. Der Überwachungsschaltung Ul werden also die erfassten Signale vorzugsweise über eine Potentialtrennung zugeführt. Vorzugsweise sinkt die Ein- und / oder Ausschaltdauer des Schalters Sl aber nicht auf Null oder nahe Null ab. In einer einfachen Variante kann beispielweise eine Begrenzung des Stromes durch die LED ILED durch eine Begrenzung der Einschaltdauer erfolgen. Die Stromerfassung Ip kann aber auch direkt am Schalter Sl erfolgen (beispielsweise bei einem sog. SENSE FET, der eine integrierte Überwachung des Stromes enthält).
Wie bereits erläutert, kann die Ausschaltdauer des Schalters Sl von der erfassten Amplitude des Stromes durch die LED ILED abhängig sein. Vorzugsweise ist die Rückführung der Erfassung der Amplitude des Stromes durch die LED ILED potentialgetrennt ausgeführt (d.h. die Regelschleife für die Abhängigkeit der Ausschaltdauer des Schalters Sl). Die Ausschaltdauer kann aber beispielsweise auch festgelegt sein (also fix eingestellt).
Die Ausschaltdauer des Schalters Sl kann beispielsweise auch vom Entmagnetisierungsstrom des Transformators L2 direkt oder indirekt abhängig sein.
Der Schalter Sl kann immer dann eingeschaltet werden, wenn eine Entmagnetisierung der Induktivität (L2) festgestellt wird. Ein Einschalten kann aber auch immer erst bei entmagnetisierter Induktivität (L2) erfolgen, zwischen dem Zeitpunkt der Entmagnetisierung und dem Wiedereinschalten kann auch eine gewisse Zeitspanne liegen.
Die Überwachungsschaltung Ul kann beispielsweise die Spannung über dem Zwischenspeicherelement Cl bzw. am (positiven) Ausgang des Gleichrichters GRl erfassen oder auch, sofern vorhanden, die Spannung vor dem Entkoppelglied bzw. den Spannungsunterschied über dem Entkoppelglied (vorzugsweise durch je eine
Spannungsmessung vor und hinter dem Entkoppelglied) erfassen. In einer einfachen Variante erfolgt die Spannungsmessung mittels eines Spannungsteilers, der die Spannung über dem Zwischenspeicherelement Cl bzw. am (positiven) Ausgang des Gleichrichters GRl abgreift und auf ein Potential herabsetzt, welches durch die Überwachungsschaltung Ul ausgewertet werden kann.
Die Überwachungsschaltung Ul kann aber auch so ausgelegt sein (beispielsweise in Hochvolttechnologie), dass sie direkt die Spannung über dem Zwischenspeicherelement Cl bzw. am (positiven) Ausgang des Gleichrichters GRl erfassen kann.
Die Überwachungsschaltung Ul kann diskret aufgebaut sein, sie kann aber auch wie erwähnt als integrierte Schaltung ausgeführt sein. Bei dem Einsatz einer integrierten Schaltung als Überwachungsschaltung Ul können weitere Funktionen wie beispielsweise die direkte Ansteuerung des Schalters Sl mit integriert werden. Der Transformator L2 kann bei seiner Entmagnetisierung eine Glättungsschaltung speisen, die durch einen Gleichrichter D2 und eine Kondensator C2 gebildet wird. In einer einfachen Variante kann aber auch eine LED als Glättungselement die Funktion des Gleichrichters D2 übernehmen und auf weitere Glättungselemente teilweise oder komplett verzichtet werden. Es ist aber auch möglich, dass die LED an der Sekundärseite L2s des Transformators L2 direkt in antiparalleler Verschaltung angeschlossen sind, wobei der Transformator L2 beispielsweise durch Nutzung einer Mittelanzapfung auf der Sekundärseite L2s zwei gegensinnige Spannungen erzeugen kann, die zeitlich aufeinanderfolgend die Sekundärseite speisen. Somit ergibt sich ein sekundärseitiger Strom mit wechselnder Amplitude, der als Speisung für eine Primärwicklung L3a und somit auch für Speisung der Rückkopplungsschaltung dienen kann. Dies wäre ein Beispiel für den Fall, das die Rückkopplungsschaltung direkt durch den LED Strom ILED gespeist wird.
Es kann auch eine sekundärseitige Wandlerschaltung vorgesehen sein, die den Strom durch die LED stellt oder regelt. Diese weitere Wandlerschaltung kann auf die Glättungsschaltung D2, C2 folgen und einen zusätzlichen Schalter aufweisen, der eine zusätzliche sekundärseitige Drossel (also eine weitere Induktivität) taktet. Die LED kann durch die Auf- und Entladung dieser zusätzlichen sekundärseitigen Drossel mit Energie gespeist werden.
Der Ankopplungspunkt für die Rückkopplungsschaltung kann auch mit der zusätzlichen sekundärseitigen Drossel verknüpft sein. Beispielsweise kann die Kopplung des Kondensators C3 an den LED Strom ILED über einen zweiten Transformator derart erfolgen, das die zusätzliche sekundärseitige Drossel gleichzeitig als Primärwicklung L3a wirkt und mit der Sekundärwicklung L3b gekoppelt ist. Es kann aber auch in Serie mit der zusätzlichen sekundärseitigen Drossel eine Primärwicklung L3a angeordnet sein, die mit der Sekundärwicklung L3b gekoppelt ist und zur Speisung der Rückkopplungsschaltung dient.
Der Transformator L2 wird aufmagnetisiert, wenn der Schalter geschlossen ist, und der Transformator L2 wird entmagnetisiert, wenn der Schalter Sl geöffnet ist, und zumindest während der Phase der Entmagnetisierung speist der Strom durch den Transformator L2 direkt oder indirekt die LED.
Es kann also die Treiberschaltung durch hochfrequentes Takten des Schalters Sl Energie über den Transformator L2 an die LED übertragen. Der Schalter Sl kann beispielsweise ein Feldeffekttransistor, wie beispielsweise ein MOSFET, oder ein Bipolartransistor sein.
Die magnetisch an die Primärwicklung L2p gekoppelte Sekundärwicklung L2s ist vorzugsweise mit einer Glättungsschaltung mit einem Gleichrichter D2 und einem Kondensator C2 verbunden, an welche die LED angeschlossen werden können. Der Gleichrichter (D2) an der Sekundärwicklung L2s des Transformators kann durch eine Diode D2 oder auch durch einen Vollweggleichrichter gebildet werden.
Die Induktivität L2 kann bei ihrer Entmagnetisierung eine Glättungsschaltung speisen, diese Glättungsschaltung kann beispielsweise ein Kondensator C2 oder ein LC (Kondensator- Induktivität C2-LG3) oder CLC (Kondensator-Induktivität - Kondensator C2-LG3-CG3) Filter sein. Die Sekundärseite mit der Glättungsschaltung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass eine Konstantstromspeisung der LED ermöglicht wird.
Das unidirektionale Entkoppelglied Dl kann durch eine Diode gebildet werden.
Zwischen den Knotenpunkt zwischen Gleichrichter GR und dem unidirektionalen Entkoppelglied Dl kann optional eine zusätzliche Diode zwischengeschaltet werden, vorzugsweise eine schnelle Diode, wobei dabei zusätzlich ein Kondensator über den Ausgängen des Gleichrichters GR angeordnet sein kann. Es kann auch zwischen dem Gleichrichter GR und dem Knotenpunkt von unidirektionalen Entkoppelglied Dl und Kondensator C3 eine Induktivität als Stützdrossel angeordnet sein. Die Stützdrossel kann dabei Energie Zwischenspeichern, während ein Strom von dem Gleichrichter GR in die Treiberschaltung fließt, und diese während einer Entmagnetisierungsphase wieder abgeben.
Es ist gemäß der Erfindung auch möglich, dass der Transformator L2 über mehr als einen Schalter angesteuert wird, es sind grundsätzlich ganz verschiedene Schaltreglertopologien einsetzbar, wie beispielsweise ein isolierter Durchflußwandler oder ein isolierter Halbbrückenwandler. Dabei kann der Ablauf der Auf- und Entmagnetisierung des Transformator L2 von der Anordnung der Schalter abhängig sein.
Der Schaltregler kann natürlich auch unter Ausnutzung einer Resonanzüberhöhung betrieben werden, beispielsweise mit einem Serien- oder Parallelresonanzkreis, um die Schaltverluste in den Schaltelementen (z.B. im Schalter Sl) zu minimieren. Es kann somit Leuchtmittel mit einem Sockel zum Einsatz des Leuchtmittels in einen handelsüblichen Lampensockel, aufweisend eine erfindungsgemäße Treiberschaltung für eine LED gebildet werden.
Es kann zumindest ein Teil der Treiberschaltung in den Sockel integriert sein.
Die Treiberschaltung kann an. einen handelüblichen Dimmer angeschlossen werden. Die Treiberschaltung kann derart ausgelegt sein, dass über den Dimmer die Spannung, die über dem Zwischenspeicherelement Cl abfällt, gesteuert werden kann und somit die Helligkeit der LED gesteuert werden kann. Durch die erfindungsgemäße Rückkopplungsschaltung kann eine gleichmäßige Ladung des Zwischenspeicherelements Cl erfolgen, wobei durch die Stellung des Dimmers die Menge der gespeisten Energie vorgegeben werden kann. Desto länger die Zeitphase ist, in der der Dimmer eine Netzspannung durchlässt, desto höher kann die Spannung über dem Zwischenspeicherelement Cl aufgrund der gleichmäßigen Ladung durch die Rückkopplungsschaltung werden. Über diese Spannung (über dem Zwischenspeicherelement Cl) kann durch die Treiberschaltung direkt oder indirekt die Helligkeit der LED eingestellt werden. Beispielsweise steht bei einem fixen Betrieb des Schalters Sl (also mit festgelegter Frequenz und Tastverhältnis) der Strom durch LED ILED in direkter Abhängigkeit zu der Spannung über dem Zwischenspeicherelement Cl.

Claims

Ansprüche:
1. Treiberschaltung für eine LED, aufweisend einen Anschluss für eine Netzspannung, eine Filterschaltung, einen Gleichrichter (GR), und einem Zwischenspeicherelement (Cl), eine potentialgetrennte Schaltreglerschalung mit zumindest einem Schalter (Sl) und einem Transformator (L2), an dessen Ausgang zumindest eine LED angeschlossen ist, wobei ein unidirektionales Entkoppelglied (Dl) zwischen dem Gleichrichter und dem Zwischenspeicherelement (Cl) enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (C3) mit einem ersten Anschluss an den Knotenpunkt zwischen Gleichrichter (GR) und dem unidirektionalen Entkoppelglied (Dl) angekoppelt ist, und dieser Kondensator (C3) mit seinem zweiten Anschluss an den LED Strom (ILED) oder den Transformator (L2) gekoppelt ist.
2. Treiberschaltung für eine LED, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung des Kondensators (C3) an den LED Strom ILED über einen zweiten Transformator erfolgt, dessen Primärwicklung (L3a) von dem LED Strom (ILED) durchflössen wird und dessen Sekundärwicklung (L3b) an den Kondensator (C3) gekoppelt ist.
3. Treiberschaltung für eine LED, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Kopplung des Kondensators (C3) an den Transformator (L2) durch eine zusätzliche Sekundärwicklung auf dem Transformator (L2) erfolgt.
4. Treiberschaltung für eine LED, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenspeicherelement (Cl) durch einen Glättungskondensator gebildet wird.
5. Treiberschaltung für eine LED, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenspeicherelement (Cl) durch eine Passive Valley FiII Schaltung gebildet wird.
6. Treiberschaltung für eine LED, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (Sl) immer dann eingeschaltet wird, wenn eine Entmagnetisierung des Transformators (L2) festgestellt wird.
7. Treiberschaltung für eine LED, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschalten immer erst bei entmagnetisiertem Transformator (L2) erfolgt.
8. Treiberschaltung für eine LED, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und / oder Ausschaltdauer des Schalters (Sl) von der erfassten Amplitude des Stromes durch die LED (ILED) abhängig ist.
9. Treiberschaltung für eine LED, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (L2) bei seiner Entmagnetisierung eine Glättungsschaltung (D2. C2) speist.
10. Treiberschaltung für eine LED, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das unidirektionale Entkoppelglied (Dl) durch eine Diode gebildet wird.
11. Leuchtmittel mit einem Sockel zum Einsatz des Leuchtmittels in einen handelsüblichen Lampensockel, aufweisend eine Treiberschaltung für eine LED nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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