WO2012028396A1 - Schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben mindestens einer led - Google Patents

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    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for operating at least one LED having an input with a first and a second input terminal for coupling to an AC supply voltage which is modified by a phase dimmer for setting a dimming angle, and a rectifier having an input and an output, wherein the input of the rectifier is coupled to the input of the circuit arrangement. It also relates to a corresponding method for operating at least one LED.
  • the terms "Dimmwinkel” and "phases ⁇ angle" used interchangeably.
  • the present invention relates to a subject known as "retrofit.”
  • the object of the invention is to replace incandescent or halogen lamps with lamps or luminaires with LEDs, the cause being the better efficiency and the higher efficiency life of LEDs.
  • a particular interest is to ⁇ connection in this is to make this exchange of incandescent or halogen lamps to LEDs such that can be used on the one hand before ⁇ handene installations at the lowest possible modifications, on the other hand, in connection with the original existing incandescent or halogen lamps present properties, for example wise color location, dimming and the like, can continue to be provided to a user.
  • the problem in particular is to drive the LEDs through the same phase dimmer for the purpose of dimming, which was used in the previously mounted incandescent or halogen lamps.
  • Phase-angle dimmers are actually thyristor or triac actuators for controlling the brightness of incandescent or halogen lamps.
  • Incandescent and halogen lamps have an ohmic or inductive load characteristic and are therefore dimmed by means of phase-angle control.
  • Electronic transformers in low-voltage halogen systems have a capacitive load behavior and must be controlled with phase-angle dimmers. The control of a dimmer is possible in different ways.
  • today's devices can also be controlled via push buttons.
  • the control via a digital bus, such as DMX, is known. This is used, for example, in stage lighting.
  • the object of the present invention is to provide an aforementioned circuit arrangement relate hung as an aforementioned method in such a wei ⁇ terzu brieflyen that the dimming of the at least one LED by means of a phase dimmer is possible without changing the light color of light emitted from the at least one LED light.
  • This object is achieved by a circuit arrangement having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 11.
  • the present invention is based on the finding that this is fundamentally made possible if the at least one LED is driven by means of a PWM signal, in which the pulse width corresponds to the dimming angle, by means of which the AC supply voltage has been modified by the phase dimmer. Not - because the amplitude of the PWM signal is independent of the Dimmwinkel constant, the light color of the given from the at least one LED from ⁇ light changes, if different Dimmwinkeln - unlike in the prior art. The dimming angle is rather reflected in the pulse width of the PWM signal.
  • a circuit arrangement therefore further comprises a controllable current source, which is coupled on the input side to the rectifier output, wherein the controllable current source is designed, at its output a PWM signal to the at least one LED wherein the controllable current source comprises a control input to control at least the pulse width of the PWM signal.
  • An inventive circuit ⁇ arrangement further comprises a comparator having a first input coupled to the output of the rectifier, a second input coupled with a reference value providing apparatus, and an output, wherein the comparison device is designed, at its output a PWM To provide a signal at a first frequency where the dimming angle is correlated with the pulse width.
  • a circuit arrangement comprises a control device having an input and an output, wherein the input of the control device is coupled to the output of the comparison device, wherein the output of the control device is coupled to the control input of the controllable current source, wherein the control device is designed Convert signal at the output of the comparison device into a PWM signal of a second frequency, in which the dimming angle with the pulse width is korr ⁇ profiled, and to provide at its output.
  • the comparator generates a square wave signal at twice the frequency of the AC supply voltage from the voltage after the rectifier.
  • the double frequency of the alternating supply voltage is therefore 100 or 120 Hz.
  • the dimming angle is reflected in the pulse width.
  • a PWM signal for pulse width modulation of the output current, with which the at least one LED is operated is provided to the controllable current source. provides.
  • the second frequency is at least 200 Hz.
  • a dependence on the transformation of a pulse width of the signal at the output of the comparison device into a pulse width of the signal at the output of the control device is stored in the control device.
  • this dependence is logarithmic ⁇ mixed, wherein the dependency is represented in particular as a characteristic curve, as a formula or a look-up table.
  • the present invention uses an optocoupler to transmit the PWM signal at the output of the comparator. Since the first frequency is 120 Hz maximum and the on-off delay is canceled, a low-cost, high-delay optocoupler can be used. For insulated operating devices can be used be ⁇ vorzugt an optocoupler having an insulation resistance of at least 5000 V.
  • This measure allows the output power on the secondary side to be adapted to the dimming angle on the primary side.
  • the Dimmwinkel can be evaluated on the secondary side, and thus the to be provided to the at least one LED current can be more accurately Gere ⁇ gel herein.
  • the control device comprises a filter device, wherein the filter device is designed to determine a current frequency of the PWM signal, in particular based on two successive rising edges of the PWM signal at the output of the comparison device.
  • the filter device is designed to determine a current frequency of the PWM signal, in particular based on two successive rising edges of the PWM signal at the output of the comparison device.
  • the triac of the phase dimmer can be ignited in order to determine the phase angle.
  • a series resistor before the electronic ballast (ECG) see ⁇ seen with moreover, a switch is provided which is coupled in parallel to a series circuit of the rectifier output and a series resistance. The switch allows the series resistor of the ECG and the internal resistance of the ECG to be connected in parallel. Characterized by the lower total resistance recoverable more current flows in the triac such that the holding Bezie ⁇ hung as dimming current of the triac can be achieved. Al ⁇ lerdings is not sufficient, this measure of lamps with a clotting ⁇ gen input power. Even there, the triac can go out again, as a sufficient holding current is not achieved.
  • the Dimmwinkel is to avoid flicker by extinction and re-ignition of the triac in the Phase Dimmer preferably counted only for the mains half waves from ⁇ where it does not come to an extinction and re-ignition of the triac.
  • the frequency of the PWM signal is determined at the input of the control device. If this, that the designated above with "first Fri acid sequence" frequency twice the frequency of the AC supply voltage corresponds, then it can be assumed that the triac of phase dimmer is not extinguished.
  • extinction and re-ignition of the triac a 'dependent' order at least 10% higher frequency. determines the frequency of the signal at the A ⁇ gear of the control device by evaluating two consecutive rising edges. the control device is therefore preferably designed, only evaluate the signal at its input when the filtering device determines that the By this preferred embodiment, flicker is reliably prevented even when the triac of the phase dimmer is extinguished.
  • the control device is preferably further designed, when the filter device determines that the instantaneous frequency of the PWM signal at its input is greater than twice the frequency of the AC supply voltage, not to change the control signal currently provided at the output of the control device.
  • the control device comprises a timing device in order to adjust the pulse width of the signal to ih- to determine the input.
  • the second frequency is at least 200 Hz to avoid perceptible visual effects by the human eye.
  • the series circuit of a device for power factor correction in particular a boost converter, an inverter and a transformer is coupled between the rectifier output and the controllable current source.
  • Fig. 1 in a schematic representation of an embodiment of a circuit arrangement according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of the time course of various signals of the in Fig. 1 Darge ⁇ presented embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an inventive circuit arrangement 10. This has an input with a first El and a second input terminal E2.
  • the input terminal El is coupled to a first phase N of a mains voltage U N
  • the input E2 is coupled to a phase L of the mains voltage U N via a phase dimmer 12, which may in particular be designed as a phase gating dimmer.
  • the mains voltage U N may in particular have a frequency f 0 of 50 Hz or 60 Hz.
  • a Dimmwinkel is set, that is, set the time period in which by phase control or phase alignment is a predeterminable area within a period of the mains voltage U N at 0 V supported ⁇ th.
  • the dimming angle W D can assume a value in the range between 0 ° and 180 °.
  • the Phase Dimmer 12 may comprise an interface via which the Dimmwinkel can be adjusted manually or elekt ⁇ ronisch.
  • a rectifier 14 Between the input terminals El, E2, the input of a rectifier 14 is coupled, which includes the diodes Dl, D2, D3, D4. Between the output terminals of the rectifier 14 is a smoothing capacitor Cl gekop ⁇ pelt. With the smoothing capacitor C1 is in a first branch, the series connection of a device 16 for power factor correction, a storage capacitor C2, a nes inverter 18, a transformer 20 and ei ⁇ ner controllable current source 22 is coupled.
  • the voltage between the input terminal E2 and the low-lying terminal of the smoothing capacitor Cl is denoted by U E 2, the voltage across the Speicherkonden ⁇ capacitor with Uci.
  • the device 16 for power factor correction can in particular be designed as a boost converter and comprise an electronic switch Ml, an inductance LI and a diode D5.
  • the electronic switch Ml is controlled via a PFC control IC 19, for example of the type L6562 or TDA4862.
  • the storage capacitor C2 is designed in particular as an electrolytic capacitor and ensures the supply of the circuit arrangement during the blocking phases of the phase dimmer 12.
  • the inverter 18 may be designed in particular as a half-bridge arrangement.
  • the transformer 20 comprises a primary inductance L2 and secondary inductance L3.
  • the steu ⁇ newable current source 22 has its output side coupled to the output of the circuit 10 comprising a first output terminal AI and a second output terminal A2, wherein between the output terminals Al, A2, the series connection of multiple LEDs D6, D7, coupled D8.
  • a second branch is further coupled to the output of the smoothing capacitor C1 ;
  • the plus input of a comparator 24 is coupled to the high-side terminal of the smoothing capacitor Cl, and the minus input to a voltage source U1, which has a comparison value U v to the comparator 24 provides.
  • a PWM signal So occurs at a frequency fi, which normally - this fol ⁇ gen below further embodiments - twice the mains frequency of the power corresponding to the voltage U N.
  • the pulse width of this signal So is correlated with the dimming angle W D.
  • the output signal of the comparator 24 is fed via an ohmic resistor Rl to an optocoupler 26 which comprises an LED 26a and a phototransistor 26b.
  • a voltage source U2 which is coupled via an ohmic resistor R2 to the collector of the phototransistor 26b, provides a voltage supply for the opto-coupler 26.
  • a signal S1 which is applied to the input of a control device 28 .
  • This has an imaging ⁇ device 30, according to which the signal Sl is transformed via a lo ⁇ garithmische image in a signal S2.
  • Both the signal Sl and the signal S2 is a PWM signal, has been modified by the imaging device 30, the pulse width of the signal S according to a logarithmic ⁇ ⁇ From dependence.
  • the signal S2 is applied to a memory device 32, which serves to convert the signal S2 at the frequency fi into a signal S3 at the frequency f2.
  • the frequency f2 is preferably at least 200 Hz in order to prevent visual artifacts discernible to a human eye.
  • the signal S3 is coupled to the control input of the controllable current source 22, whereby the controllable current source 22 outputs at its output AI, A2 a PWM signal at the frequency f2 whose pulse width corresponds to the pulse width of the signal S3.
  • the control device 28 further comprises a filter device 34 to determine an instantaneous frequency f m Fre ⁇ of the PWM signal Sl is designed. This happens in particular on the basis of two successive rising edges of the PWM signal S 1.
  • the Filtervorrich ⁇ tung 34 determines that the instantaneous frequency f m of the double ⁇ th frequency f 0 of the alternating supply voltage corresponds to U N, as they are the memory device 32 freely and thereby enables the signal S3 is controllable in dependence of the signal S2 to the current source 22 vorstel ⁇ len. However, provides the filter device 34 determines that the frequency fi of the signal Sl is greater, in particular by more than 10% greater than twice the frequency f o is the alternating supply voltage, it is assumed that the triac of the phase dimmer 12 within the last Pe ⁇ Riode of the signal Sl is extinguished, and therefore the mo ⁇ mentane signal Sl does not match the actual Dimm journal.
  • the filter device 34 then activates the memory device 32 in such a way that it does not evaluate the current signal S2 and instead continues the control of the controllable current source 22 with the instantaneous signal S3 until, in a subsequent evaluation, the filter device 34 determines that an evaluable, is not present by extinguishing and re ⁇ ignite the triac of the phase dimmer 12 impaired signal Sl.
  • Fig. 2 shows the time course of the signals S (top) and U E 2 (bottom) of the illustrated in Fig. 1 exporting ⁇ approximately embodiment of an inventive Heidelbergungsanord- 10.
  • One unit of the time axis corresponds to 10 ms.
  • the frequency f 0 of the AC supply voltage U N is 50 Hz.
  • the dimming angle W D is presently 30 °.
  • no quenching of the triacs is in the period ⁇ instead, the frequency f is 100 Hz.
  • the filter device 34 indicates the transition of the signal S2 to the signal S3 free. In the period T2, however, the frequency fi of the signal Sl is about 100 Hz.

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer LED (D6, D7, D8), die ausgelegt ist eine durch einen Phasendimmer (12) zur Einstellung eines Dimmwinkels (WD) modifizierte Versorgungswechselspannung (UN) zum Dimmen der mindestens einen LED (D6, D7, D8) zu verwenden. Zu diesem Zweck ist eine steuerbare Stromquelle (22) vorgesehen, die ausgelegt ist an ihrem Ausgang ein PWM-Signal an die mindestens eine LED (D6, D7, D8) bereitzustellen. Diese steuerbare Stromquelle (22) weist einen Steuergang auf, an den ein PWM-Signal (S3) einer zweiten Frequenz ( f2) zugeführt wird, das aus einem PWM-Signal (SO) einer ersten Frequenz (f1) abgeleitet wird, dessen Pulsweite mit dem durch den Phasendimmer (12) eingestellten Dimmwinkel (WD) korreliert ist. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben mindestens einer LED (D6, D7, D8).

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben mindestens einer LED
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord¬ nung zum Betreiben mindestens einer LED mit einem Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss zum Koppeln mit einer Versorgungswechselspannung, die durch einen Phasendimmer zur Einstellung eines Dimmwinkels modifiziert ist, und einem Gleichrichter mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang des Gleichrichters mit dem Eingang der Schaltungsanordnung gekoppelt ist. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben mindestens einer LED. In den nachfolgenden Ausführungen werden die Begriffe „Dimmwinkel" und „Phasen¬ winkel" synonym verwendet.
Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thema, das unter der Bezeichnung „Retrofit" bekannt ist. Dabei besteht das Ziel darin, Glüh- oder Halogenlampen durch Lampen oder Leuchten mit LEDs zu ersetzen. Die Ursache dafür liegt in dem besseren Wirkungsgrad sowie der höheren Lebensdauer von LEDs. Ein besonderes Interesse besteht in diesem Zu¬ sammenhang darin, diesen Tausch von Glüh- oder Halogenlampen auf LEDs derart zu gestalten, dass einerseits vor¬ handene Installationen unter möglichst geringen Modifikationen weiterbenutzt werden können, dass andererseits die im Zusammenhang mit den ursprünglich eingesetzten Glühoder Halogenlampen vorhandenen Eigenschaften, beispiels- weise Farbort, Dimmmöglichkeit und dergleichen, weiterhin an einen Benutzer bereitgestellt werden können.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung besteht die Problematik insbesondere darin, die LEDs durch den gleichen Phasendimmer zum Zwecke der Dimmung anzusteuern, der bei den zuvor montierten Glüh- oder Halogenlampen Verwendung fand. Mit anderen Worten soll also die Hellig¬ keit der mindestens einen LED insbesondere durch einen Phasenanschnittdimmer gesteuert werden können. Phasenan- schnittdimmer sind eigentlich Thyristorsteller oder Tri- acsteller zur Regelung der Helligkeit von Glüh- oder Halogenlampen. Glüh- und Halogenlampen haben eine ohmsche oder induktive Lastcharakteristik und werden daher mittels Phasenanschni tts teuerung gedimmt . Elektronische Transformatoren in Niedervolt-Halogensystemen haben ein kapazitives Lastverhalten und müssen mit Phasenabschnitt- dimmern gesteuert werden. Die Ansteuerung eines Dimmers ist auf verschiedene Weise möglich. Neben dem bekannten Drehknopf können moderne Geräte heute auch über Taster gesteuert werden. Ein kurzes Tasten schaltet beispiels¬ weise den Dimmer ein beziehungsweise aus, ein längerer Tastimpuls bewirkt eine Helligkeitsänderung. Auch die Ansteuerung über einen digitalen Bus, wie beispielsweise DMX, ist bekannt. Diese wird zum Beispiel in der Bühnen- beleuchtung eingesetzt.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, den DC-Strom zum Treiben der mindestens einen LED proportional zum Dimmwinkel zu verringern. Diese Vorgehensweise wird zum Bei¬ spiel verwendet in dem Baustein ICL8001G der Firma Infi- neon. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass sich die Lichtfarbe des von der mindestens einen LED abgegebenen Lichts bei Änderung des Dimmwinkels ebenfalls ändert .
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine eingangs genannte Schaltungsanordnung bezie- hungsweise ein eingangs genanntes Verfahren derart wei¬ terzubilden, dass die Dimmung der mindestens einen LED mittels eines Phasendimmers ohne Änderung der Lichtfarbe des von der mindestens einen LED abgegebenen Lichts ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 11.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dies grundsätzlich ermöglicht wird, wenn die mindes- tens eine LED mittels eines PWM-Signals angesteuert wird, bei dem die Pulsweite dem Dimmwinkel entspricht, mittels dessen die Versorgungswechselspannung durch den Phasen- dimmer modifiziert wurde. Da die Amplitude des PWM- Signals unabhängig vom Dimmwinkel konstant ist, ändert sich die Lichtfarbe des von der mindestens einen LED ab¬ gegebenen Lichts bei unterschiedlich eingestellten Dimmwinkeln - anders als im Stand der Technik - nicht. Der Dimmwinkel spiegelt sich vielmehr in der Pulsweite des PWM-Signals wider. Eine erfindungsgemäße Schaltungsanord- nung umfasst daher weiterhin eine steuerbare Stromquelle, die eingangsseitig mit dem Gleichrichterausgang gekoppelt ist, wobei die steuerbare Stromquelle ausgelegt ist, an ihrem Ausgang ein PWM-Signal an die mindestens eine LED bereitzustellen, wobei die steuerbare Stromquelle einen Steuereingang umfasst, um zumindest die Pulsweite des PWM-Signals zu steuern. Eine erfindungsgemäße Schaltungs¬ anordnung umfasst weiterhin eine Vergleichsvorrichtung mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Gleichrichters gekoppelt ist, einem zweiten Eingang, der mit einer Vergleichwertbereitstellungsvorrichtung gekoppelt ist, und einem Ausgang, wobei die Vergleichsvorrichtung ausgelegt ist, an ihrem Ausgang ein PWM-Signal mit einer ersten Frequenz bereitzustellen, bei dem der Dimmwinkel mit der Pulsweite korreliert ist. Schließlich umfasst ei¬ ne erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Steuervorrichtung mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang der Steuervorrichtung mit dem Ausgang der Vergleichsvorrichtung gekoppelt ist, wobei der Ausgang der Steuervorrichtung mit dem Steuereingang der steuerbaren Stromquelle gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, das Signal am Ausgang der Vergleichsvorrichtung in ein PWM-Signal einer zweiten Frequenz umzu- wandeln, bei dem der Dimmwinkel mit der Pulsweite korre¬ liert ist, und an ihrem Ausgang bereitzustellen.
Demgemäß wird bei der vorliegenden Erfindung durch die VergleichsVorrichtung aus der Spannung nach dem Gleichrichter ein Rechtecksignal mit der doppelten Frequenz der Versorgungswechselspannung erzeugt. Die doppelte Frequenz der Versorgungswechselspannung beträgt demnach je nach Versorgungsnetz 100 oder 120 Hz. Dabei spiegelt sich der Dimmwinkel in der Pulsweite wider. Durch die Steuervorrichtung wird an die steuerbare Stromquelle ein PWM- Signal zur Pulsweitenmodulation des Ausgangsstroms, mit dem die mindestens eine LED betrieben wird, bereitge- stellt. Zur Vermeidung optischer Effekte beträgt die zweite Frequenz mindestens 200 Hz. Mittels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann daher über einen weiten Dimmbereich der mindestens einen LED eine konstan- te Lichtfarbe bereitgestellt werden. Dies wird vorliegend insbesondere ermöglicht ohne die Notwendigkeit einer auf¬ wendigen und damit kostenintensiven A/D-Wandlung.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist in der Steuervorrichtung eine Abhängigkeit zur Transformation einer Puls- weite des Signals am Ausgang der Vergleichsvorrichtung in eine Pulsweite des Signals am Ausgang der Steuervorrichtung abgelegt. Bevorzugt ist diese Abhängigkeit logarith¬ misch, wobei die Abhängigkeit insbesondere als Kennlinie, als Formel oder als Look-Up-Tabelle wiedergegeben ist. Durch eine derartige Kennlinie kann einerseits eine An¬ passung an die Empfindlichkeit des menschlichen Auges vorgenommen werden, kann andererseits berücksichtigt wer¬ den, dass bei einer Glühlampe die Helligkeit ebenfalls logarithmisch mit dem Dimmwinkel verknüpft ist. Voreinge- stellte Werte des Phasendimmers führen daher zu Lichtab¬ gaben, deren Verhältnis dem Verhältnis von Lichtabgaben entspricht, die sich bei entsprechenden Stellungen des Phasendimmers und Betrieb von Glüh- oder Halogenlampen ergeben haben. Bei einer Vielzahl von Betriebsgeräten für LED wird eine galvanische Isolation zwischen dem Netzeingang und dem Ausgang des Betriebsgeräts benötigt, um für den Ausgang des Betriebsgeräts die Berührsicherheit nach SELV- Standard sicher zu stellen. Bei dieser besonders bevor- zugten Ausführungsform ist zwischen den Ausgang der Vergleichsvorrichtung und den Eingang der Steuervorrichtung ein Optokoppler gekoppelt. Während bei dem genannten Bau¬ stein ICL8001G bei Potentialtrennung primärseitig der Strom durch den Transformator gemessen wird und der Sollwert für die Ausgangsleistung an den Dimmwinkel angepasst wird, was mit dem Nachteil einher geht, dass der Aus¬ gangsstrom von der Zahl der in Serie geschalteten LEDs am Ausgang der Schaltungsanordnung abhängt, verwendet die vorliegende Erfindung zur Übertragung des PWM-Signals am Ausgang der Vergleichsvorrichtung einen Optokoppler. Da die erste Frequenz maximal 120 Hz beträgt und sich die Verzögerung beim Ein- und Ausschalten aufhebt, kann ein kostengünstiger Optokoppler mit hoher Verzögerungszeit verwendet werden. Für isolierte Betriebsgeräte kann be¬ vorzugt ein Optokoppler mit einer Isolationsfestigkeit von mindestens 5000 V eingesetzt werden.
Durch diese Maßnahme lässt sich die Ausgangsleistung auf der Sekundärseite an den Dimmwinkel auf der Primärseite anpassen. Insbesondere kann vorliegend der Dimmwinkel auf der Sekundärseite ausgewertet werden und damit der an die mindestens eine LED bereitzustellende Strom genauer gere¬ gelt werden.
Bevorzugt umfasst die Steuervorrichtung eine Filtervorrichtung, wobei die Filtervorrichtung ausgelegt ist, eine momentane Frequenz des PWM-Signals zu ermitteln, insbe- sondere anhand zweier aufeinanderfolgender steigender Flanken des PWM-Signals am Ausgang der Vergleichsvorrichtung. Diese Aus führungs form betrifft das Problem, dass es aufgrund der kleineren Leistung, die für die gleiche Lichtstärke einer Leuchte bei Bestückung mit LEDs anstatt Bestückung mit Glüh- oder Halogenlampen nötig ist, sein kann, dass der Haltestrom des Triacs des Phasendimmers teilweise nicht ausreicht und er wiederholt zündet. Dies führt zu einem unerwünschten Flackern der LED-Lampe be¬ ziehungsweise LED-Leuchte. Im Stand der Technik ist es in diesem Zusammenhang bekannt, einen Vorwiderstand zu ver- wenden, so dass der Haltestrom hoch genug ist, um ein Verlöschen des Triacs zu verhindern. Diese Vorgehensweise kann allenfalls bei LED-Retrofits mit geringer Leistung angewendet werden, da sonst durch den Vorwiderstand zu hohe Verluste entstehen würden.
Durch einen so genannten Bleeder-Widerstand kann der Tri- ac des Phasendimmers gezündet werden, um den Phasenwinkel zu bestimmen. Bei dieser Vorgehensweise ist ein Vorwiderstand vor dem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) vorge¬ sehen, wobei überdies ein Schalter vorgesehen ist, der parallel zu einer Serienschaltung des Gleichrichteraus¬ gangs und eines Serienwiderstands gekoppelt ist. Durch den Schalter kann der Vorwiderstand des EVGs sowie der Innenwiderstand des EVGs parallel geschaltet werden. Durch den dadurch erzielbaren geringeren Gesamtwiderstand fließt mehr Strom in den Triac, so dass der Halte- bezie¬ hungsweise Dimmstrom des Triacs erreicht werden kann. Al¬ lerdings ist diese Maßnahme bei Leuchten mit einer gerin¬ gen Eingangsleistung nicht ausreichend. Auch dort kann der Triac wieder verlöschen, da ein ausreichender Haltestrom nicht erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird zur Vermeidung eines Flackerns durch Verlöschen und Wiederzünden des Triacs im Phasendimmer bevorzugt der Dimmwinkel nur für die Netzhalbwellen aus¬ gewertet, bei denen es nicht zu einem Verlöschen und Wie- derzünden des Triacs kommt. Dazu wird die Frequenz des PWM-Signals am Eingang der Steuervorrichtung bestimmt. Wenn diese, d.h. die im Vorhergehenden mit „erste Fre¬ quenz" bezeichnete Frequenz, der doppelten Frequenz der Versorgungswechselspannung entspricht, dann kann davon ausgegangen werden, dass der Triac des Phasendimmers nicht verloschen ist. Bei Verlöschen und Wiederzünden des Triacs ergibt sich nämlich eine um mindestens 10 % höhere Frequenz. Bestimmt wird die Frequenz des Signals am Ein¬ gang der Steuervorrichtung durch Auswertung zweier aufeinanderfolgender steigender Flanken. Die Steuervorrich- tung ist deshalb bevorzugt ausgelegt, das Signal an ihrem Eingang nur dann auszuwerten, wenn die Filtervorrichtung feststellt, dass die momentane Frequenz der doppelten Frequenz der Versorgungswechselspannung entspricht. Durch diese bevorzugte Aus führungs form wird ein Flackern selbst bei Verlöschen des Triacs des Phasendimmers zuverlässig verhindert .
Die Steuervorrichtung ist bevorzugt weiterhin ausgelegt, dann, wenn die Filtervorrichtung feststellt, dass die momentane Frequenz des PWM-Signals an ihrem Eingang größer als die doppelte Frequenz der Versorgungswechselspannung ist, das momentan am Ausgang der Steuervorrichtung bereitgestellte Steuersignal nicht zu verändern. Tritt also ein Anzeichen auf, dass der Triac des Phasendimmers ver¬ löscht sein könnte, so wird keine Auswertung des aktuel- len PWM-Signals vorgenommen, sondern die steuerbare Stromquelle mit dem augenblicklichen Steuersignal weiter¬ hin angesteuert. Dadurch lassen sich unerwünschte Hellig¬ keitsschwankungen, die auf ein Verlöschen des Triacs zurückzuführen wären, zuverlässig verhindern. Besonders vorteilhaft umfasst die Steuervorrichtung eine Zeitmessvorrichtung, um die Pulsweite des Signals an ih- rem Eingang zu bestimmen. Bei Realisierung einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung durch einen Mikrocontrol- ler stellt dies keinen zusätzlichen Aufwand dar, da die meisten Mikrocontroller derartige, geeignete Zeitmessvor- richtungen bereits umfassen. Wie bereits erwähnt, beträgt die zweite Frequenz zur Vermeidung von vom menschlichen Auge wahrnehmbarer optischer Effekte mindestens 200 Hz.
Besonders bevorzugt ist zwischen den Gleichrichterausgang und die steuerbare Stromquelle die Serienschaltung einer Vorrichtung zur Leistungsfaktorkorrektur, insbesondere ein Boostkonverter, ein Wechselrichter und ein Transformator gekoppelt.
Weitere bevorzugte Aus führungs formen ergeben sich aus den Unteransprüchen . Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schaltungsanord¬ nung vorgestellten bevorzugten Aus führungs formen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel ei- ner erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen :
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; und Fig. 2 in schematischer Darstellung den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale des in Fig. 1 darge¬ stellten Ausführungsbeispiels.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausfüh- rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 10. Diese weist einen Eingang mit einem ersten El und einem zweiten Eingangsanschluss E2 auf. Der Eingangsan- schluss El ist mit einer ersten Phase N einer Netzspannung UN gekoppelt, während der Eingang E2 über einen Pha- sendimmer 12, der insbesondere als Phasenanschnittdimmer ausgeführt sein kann, mit einer Phase L der Netzspannung UN gekoppelt ist. Die Netzspannung UN kann insbesondere eine Frequenz f0 von 50 Hz oder 60 Hz aufweisen. Durch den Phasendimmer 12 wird ein Dimmwinkel eingestellt, das heißt die Zeitdauer festgelegt, in der durch Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt ein vorgebbarer Bereich innerhalb einer Periode der Netzspannung UN auf 0 V gehal¬ ten wird. Wenn eine Periodendauer 360° beträgt, so kann der Dimmwinkel WD einen Wert im Bereich zwischen 0° und 180° annehmen. Der Phasendimmer 12 kann eine Schnittstelle aufweisen, über die der Dimmwinkel manuell oder elekt¬ ronisch eingestellt werden kann.
Zwischen die Eingangsanschlüsse El, E2 ist der Eingang eines Gleichrichters 14 gekoppelt, der die Dioden Dl, D2, D3, D4 umfasst. Zwischen die Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters 14 ist ein Glättungskondensator Cl gekop¬ pelt. Mit dem Glättungskondensator Cl ist in einem ersten Zweig die Serienschaltung einer Vorrichtung 16 zur Leistungsfaktorkorrektur, eines Speicherkondensators C2, ei- nes Wechselrichters 18, eines Transformators 20 sowie ei¬ ner steuerbaren Stromquelle 22 gekoppelt.
Das Spannung zwischen dem Eingangsanschluss E2 und dem tiefliegenden Anschluss des Glättungskondensators Cl ist mit UE2 bezeichnet, die Spannung über dem Speicherkonden¬ sator mit Uci .
Die Vorrichtung 16 zur Leistungsfaktorkorrektur kann insbesondere als Boostkonverter ausgebildet sein und einen elektronischen Schalter Ml, eine Induktivität LI sowie eine Diode D5 umfassen. Der elektronische Schalter Ml wird über ein PFC-Kontroll-IC 19, beispielsweise vom Typ L6562 oder TDA4862, angesteuert. Der Speicherkondensator C2 ist insbesondere als Elektrolytkondensator ausgeführt und stellt die Versorgung der Schaltungsanordnung während der Sperrphasen des Phasendimmers 12 sicher. Der Wechselrichter 18 kann insbesondere als Halbbrückenanordnung ausgeführt sein. Der Transformator 20 umfasst eine Primärinduktivität L2 und Sekundärinduktivität L3. Die steu¬ erbare Stromquelle 22 ist ausgangsseitig mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung 10 gekoppelt, der einen ersten Ausgangsanschluss AI sowie einen zweiten Ausgangsan- schluss A2 umfasst, wobei zwischen die Ausgangsanschlüsse AI, A2 die Serienschaltung mehrerer LEDs D6, D7, D8 gekoppelt ist. Mit dem Ausgang des Glättungskondensators Cl ist weiter¬ hin ein zweiter Zweig gekoppelt; dabei ist der Plus- Eingang einer Vergleichsvorrichtung 24 mit dem hochliegenden Anschluss des Glättungskondensators Cl gekoppelt und der Minus-Eingang mit einer Spannungsquelle Ul, die einen Vergleichswert Uv an die Vergleichsvorrichtung 24 bereitstellt. Am Ausgang der Vergleichsvorrichtung 24 tritt demnach ein PWM-Signal So bei einer Frequenz fi auf, die im Normalfall - weitere Ausführungen hierzu fol¬ gen weiter unten - der doppelten Netzfrequenz der Netz- Spannung UN entspricht. Die Pulsweite dieses Signals So ist mit dem Dimmwinkel WD korreliert.
Das Ausgangssignal der Vergleichsvorrichtung 24 wird über einen ohmschen Widerstand Rl einem Optokoppler 26 zugeführt, der eine LED 26a und einen Fototransistor 26b um- fasst. Eine Spannungsquelle U2 , die über einen ohmschen Widerstand R2 mit dem Kollektor des Fototransistors 26b gekoppelt ist, stellt eine Spannungsversorgung für den Optokoppler 26 dar. Am Ausgang des Optokopplers 26 liegt ein Signal Sl vor, das an den Eingang einer Steuervor- richtung 28 angelegt wird. Diese weist eine Abbildungs¬ vorrichtung 30 auf, gemäß der das Signal Sl über eine lo¬ garithmische Abbildung in ein Signal S2 transformiert wird. Sowohl das Signal Sl als auch das Signal S2 ist ein PWM-Signal, wobei durch die Abbildungsvorrichtung 30 die Pulsweite des Signals S± gemäß einer logarithmischen Ab¬ hängigkeit modifiziert wurde.
Das Signal S2 wird einer Speichervorrichtung 32 zugeführt, die dazu dient, das Signal S2 bei der Frequenz fi in ein Signal S3 bei der Frequenz f2 umzuwandeln. Die Frequenz f2 beträgt bevorzugt mindestens 200 Hz, um für ein menschliches Auge erkennbare, optische Artefakte zu verhindern. Das Signal S3 wird an den Steuereingang der steuerbaren Stromquelle 22 gekoppelt, wodurch die steuerbare Stromquelle 22 an ihrem Ausgang AI, A2 ein PWM- Signal bei der Frequenz f2 ausgibt, dessen Pulsweite der Pulsweite des Signals S3 entspricht. Die Steuervorrichtung 28 umfasst weiterhin eine Filtervorrichtung 34, die ausgelegt ist, eine momentane Fre¬ quenz fm des PWM-Signals Sl zu ermitteln. Dies geschieht insbesondere anhand zweier aufeinanderfolgender steigen- der Flanken des PWM-Signals Sl. Stellt die Filtervorrich¬ tung 34 fest, dass die momentane Frequenz fm der doppel¬ ten Frequenz f0 der Versorgungswechselspannung UN entspricht, so gibt sie die Speichervorrichtung 32 frei und ermöglicht dadurch, das Signal S3 in Abhängigkeit des Signals S2 an die steuerbare Stromquelle 22 bereitzustel¬ len. Stellt hingegen die Filtervorrichtung 34 fest, dass die Frequenz fi des Signals Sl größer, insbesondere um mehr als 10 % größer als die doppelte Frequenz fo der Versorgungswechselspannung ist, geht sie davon aus, dass der Triac des Phasendimmers 12 innerhalb der letzten Pe¬ riode des Signals Sl verloschen ist und deshalb das mo¬ mentane Signal Sl nicht dem tatsächlichen Dimmwunsch entspricht. Vielmehr wurde das Signal Sl durch das Verlö¬ schen und Wiederzünden des Triacs des Phasendimmers 12 unzulässig modifiziert. Die Filtervorrichtung 34 steuert daraufhin die Speichervorrichtung 32 derart an, dass diese das aktuelle Signal S2 nicht auswertet und stattdessen die Ansteuerung der steuerbaren Stromquelle 22 mit dem augenblicklichen Signal S3 fortsetzt, bis bei einer nach- folgenden Auswertung die Filtervorrichtung 34 feststellt, dass ein auswertbares, nicht durch Verlöschen und Wieder¬ zünden des Triacs des Phasendimmers 12 beeinträchtigtes Signal Sl vorliegt.
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale Sl (oben) sowie UE2 (unten) des in Fig. 1 dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanord- nung 10. Eine Einheit der Zeitachse entspricht 10 ms. Die Frequenz f0 der Versorgungswechselspannung UN beträgt 50 Hz. Der Dimmwinkel WD beträgt vorliegend 30°. Wie deut¬ lich zu erkennen ist, findet im Zeitraum ΊΊ kein Verlöschen des Triacs statt, die Frequenz fi beträgt 100 Hz. Die Filtervorrichtung 34 gibt die Umwandlung des Signals S2 an das Signal S3 frei. Im Zeitraum T2 hingegen beträgt die Frequenz fi des Signals Sl über 100 Hz. Dies ist ein Indiz dafür, dass der Triac des Phasendimmers 12 verlo¬ schen ist, was durch den korrespondierenden zeitlichen Verlauf der Spannung UE2 bestätigt wird. Durch das Verlö¬ schen entsteht ein schmaler Peak im Signal Sl, der dazu führt, dass die Filtervorrichtung eine Frequenz fi bestimmt, die größer ist als die doppelte Frequenz fo der Versorgungswechselspannung UN. Die Filtervorrichtung 34 steuert deshalb die Speichervorrichtung 32 derart an, dass diese keine Auswertung des Signals S2 vornimmt, son¬ dern mit Bezug auf Fig. 2 vorsieht, dass die steuerbare Stromquelle 22 mit einem Signal S3 angesteuert wird, das auf der Basis des Verlaufs des Signals Sl vor dem Zeit¬ raum T2 ausgewertet wurde.

Claims

Ansprüche
Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens einer LED (D6, D7, D8) mit
- einem Eingang mit einem ersten (El) und einem zweiten Eingangsanschlus s (E2) zum Koppeln mit einer Versorgungswechselspannung (UN) , die durch einen Phasendimmer (12) zur Einstellung eines Dimmwinkels (WD) modifiziert ist; und
- einem Gleichrichter (14) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang des Gleichrichters (14) mit dem Eingang der Schaltungsanordnung gekoppelt ist ;
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltungsanordnung weiterhin umfasst:
- eine steuerbare Stromquelle (22), die eingangsseitig mit dem Gleichrichterausgang gekoppelt ist, wobei die steuerbare Stromquelle (22) ausgelegt ist, an ihrem Ausgang ein PWM-Signal an die mindestens eine LED (D6, D7, D8) bereitzustellen, wobei die steuerbare Stromquelle (22) einen Steuereingang umfasst, um zumindest die Pulsweite des PWM-Signals zu steu¬ ern;
- eine Vergleichsvorrichtung (24) mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Gleichrichters ge¬ koppelt ist, und einem zweiten Eingang, der mit einer Vergleichswertbereitstellungsvorrichtung (Ui) gekoppelt ist, und einem Ausgang, wobei die Ver¬ gleichsvorrichtung (24) ausgelegt ist, an ihrem Ausgang ein PWM-Signal (SO) mit einer ersten Frequenz (fi) bereitzustellen, bei dem der Dimmwinkel (WD) mit der Pulsweite korreliert ist; und eine Steuervorrichtung (28) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang der Steuervorrichtung (28) mit dem Ausgang der Vergleichsvorrichtung (24) gekoppelt ist, wobei der Ausgang der Steuervorrichtung (28) mit dem Steuereingang der steuerbaren Stromquelle (22) gekoppelt ist, wobei die Steuervor¬ richtung (28) ausgelegt ist, das Signal (SO) am Aus¬ gang der Vergleichsvorrichtung (24) in ein PWM- Signal (S3) einer zweiten Frequenz umzuwandeln, bei dem der Dimmwinkel (WD) mit der Pulsweite korre¬ liert ist, und an ihrem Ausgang bereitzustellen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Steuervorrichtung (28) eine Abhängigkeit zur Transformation einer Pulsweite des Signals (SO) am Ausgang der Vergleichsvorrichtung (24) in eine Pulsweite des Signals (S3) am Ausgang der Steuervorrichtung (28) abgelegt ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abhängigkeit (30) logarithmisch ist, wobei die Abhängigkeit (30) insbesondere als Kennlinie, als Formel oder als Look-Up-Tabelle wiedergegeben ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Ausgang der Vergleichsvorrichtung (24) und den Eingang der Steuervorrichtung (28) ein Optokoppler (26) gekoppelt ist. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (28) eine Filtervorrichtung (34) umfasst, wobei die Filtervorrichtung (34) ausgelegt ist, eine momentane Frequenz (fm) des PWM-Signals (SO) zu ermitteln, insbesondere anhand zweier aufeinanderfolgender steigender Flanken des PWM-Signals (SO) am Ausgang der Vergleichsvorrichtung (24) . 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (28) ausgelegt ist, das Signal an ihrem Eingang nur dann auszuwerten, wenn die Filtervorrichtung (34) feststellt, dass die momentane Frequenz ( fm) der doppelten Frequenz (2-fo) der Versorgungswechselspannung (UN) entspricht.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (28) ausgelegt ist, dann, wenn die Filtervorrichtung (34) feststellt, dass die momentane Frequenz des PWM-Signals (SO) größer als die doppelte Frequenz (2-fo) der Versorgungswechselspan¬ nung (UN) ist, das momentan am Ausgang der Steuervor- richtung (28) bereitgestellte Steuersignal (S3) nicht zu verändern.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (28) eine Zeitmessvorrichtung umfasst, um die Pulsweite des Signals (Sl) an ih¬ rem Eingang zu bestimmen.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An- sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Frequenz mindestens 200 Hz be¬ trägt .
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An- sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Gleichrichterausgang und die steuerbare Stromquelle (22) die Serienschaltung einer Vorrichtung (16) zur Leistungs faktorkorrektur, insbeson- dere ein Boo s t-Konverter, ein Speicherkondensator
(C2), ein Wechselrichter (18) und ein Transformator
(20) gekoppelt ist.
11. Verfahren zum Betreiben mindestens einer LED (D6, D7, D8) an einer Schaltungsanordnung mit einem Eingang mit einem ersten (El) und einem zweiten Eingangsanschluss
(E2) zum Koppeln mit einer Versorgungswechselspannung (UN) , die durch einen Phasendimmer (12) zur Einstellung eines Dimmwinkels (WD) modifiziert ist; und einem Gleichrichter (14) mit einem Eingang und einem Aus- gang, wobei der Eingang des Gleichrichters (14) mit dem Eingang der Schaltungsanordnung gekoppelt ist;
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Vergleichen des Signals (UCi) am Gleichrichteraus¬ gang mit einem Vergleichswert und Bereitstellen ei- nes PWM-Signals (SO) mit einer ersten Frequenz (fi) , bei dem der Dimmwinkel (WD) mit der Pulsweite korre¬ liert ist;
Umwandeln des PWM-Signals (SO) mit der ersten Frequenz (fi) in ein PWM-Signal (S3) einer zweiten Frequenz (f.2) bei dem der Dimmwinkel (WD) mit der Pulsweite korreliert ist; und
Ansteuern einer steuerbaren Stromquelle (22) , die eingangsseitig mit dem Gleichrichterausgang gekop¬ pelt ist, mit dem PWM-Signal (S3) der zweiten Fre¬ quenz (f.2) wobei die mindestens einen LED (D6, D7, D8) mit dem Ausgang der steuerbaren Stromquelle (22) gekoppelt ist.
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