WO2023104520A1 - Schaltungsanordnung zur vermeidung von überstromimpulsen im pwm-betrieb von led-ketten - Google Patents

Schaltungsanordnung zur vermeidung von überstromimpulsen im pwm-betrieb von led-ketten Download PDF

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WO2023104520A1
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mosfet
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control signal
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Martin Trinschek
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HELLA GmbH & Co. KGaA
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    • H05B45/54—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a series array of LEDs

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for avoiding overcurrent pulses in PWM operation of LED chains, in particular LED chains in motor vehicle lights, for example turn signals.
  • Switching off LEDs of the LED chain can lead to overcurrent pulses that damage the switched-on LEDs.
  • the overcurrent pulses can occur when the voltage at the output of the DC/DC converter is reduced by short-circuiting LEDs in the LED chain, thereby discharging the output capacitor of the DC/DC converter and increasing the current through the switched-on LEDs of the LED -chain drives.
  • the present invention is based on the problem of proposing a circuit arrangement with which electromagnetic interference can be avoided or reduced during PWM operation of LED chains on a DC/DC converter when LEDs of the LED chain are switched off.
  • a circuit arrangement according to the invention for avoiding overcurrent pulses in PWM operation of LED chains made of LEDs and switches arranged electrically in parallel with the LEDs has:
  • an electrical component o which has a first and a second connection and a control connection, o wherein an ohmic resistance between the first and the second connection of the component can be set via an electrical control signal at the control connection
  • control circuit which has a control signal output, a first input connection and a second input connection and o with which the electrical control signal for adjusting the resistance of the electrical component can be generated
  • control signal output is connected to the control terminal of the electrical component
  • first input connection can be connected to a first connection of the LED chain and an output of a DC/DC converter provided for the power supply of the LED chain, can be connected to a supply voltage within the circuit arrangement or can be connected outside the circuit arrangement
  • the control circuit is capable of generating a control signal and making it available at the control signal output, with which the resistance in the electrical, controllable component is adjusted.
  • the control circuit can be set up in such a way that current through the component can be detected or a change in this current can be detected. If the current rises above a predetermined level, the controllable component is controlled in such a way that a higher electrical resistance is established between the first and the second connection of the controllable component.
  • the control circuit can use the voltage present at the first input connection and the voltage present at the second input connection.
  • the control circuit can also have a connection for a reference potential. The reference potential can also be used to detect the current through the controllable component.
  • the control circuit can be used to provide the electrical control signal at the control signal output as a function of a voltage between the connection for the reference potential and the second input connection.
  • the controllable component can be an FET, in particular a MOSFET. It is possible that the FET is an n-channel depletion type FET. The resistance between drain, the first connection, and source, the second connection, of the FET can be adjusted by the control signal at the gate. According to the invention, the control signal that can be generated by the control circuit can be in the small-signal range of the electrical component. As a result, the resistance of the FET depends almost linearly on the voltage at the control signal input.
  • the control circuit of a circuit arrangement according to the invention can have a voltage divider made up of at least resistance components, which is connected on the one hand to the first input connection and on the other hand to the connection for the reference potential.
  • a node, also referred to below as the first node for better differentiation from other nodes, of the voltage divider can be connected to the second input connection via a capacitor.
  • the voltage divider can have a transistor, in particular a pnp bipolar transistor, the base of which is connected indirectly via a resistance component or directly to the first input connection and to the reference potential.
  • the collector is preferably connected indirectly via a resistance component or directly to the first input connection and the emitter is connected to the connection for the reference potential.
  • a second node of the voltage divider can be connected to the base of the transistor.
  • the resistive device connected to the collector limits and defines the current through the transistor. Due to the defined current and the transfer characteristic of the transistor, an associated base-emitter voltage will be set, with the help of which an internal reference voltage is defined at the first node.
  • the voltage at the first node can be set in particular as a function of the base-emitter voltage of this transistor.
  • the second node may be connected to the first input terminal via a resistive component and to the first node via another resistive component.
  • the control circuit can have a temperature-sensitive component, in particular a thermistor. This can be a component of the voltage divider.
  • the first node can be connected indirectly via a resistance component or directly to the base of another transistor, in particular a pnp transistor, of the control circuit, the collector of which can be connected to the control signal connection and indirectly via a resistance component or directly to the first input connection and its emitter can be connected to the connection for the reference potential. If there is an increased current through the electrical component, this leads to the potential at the first node being raised. This increases the voltage between the base and the emitter of the other transistor, causing the collector-emitter path to become conductive. This changes the voltage at the collector and at the associated control signal output of the control circuit and the control signal input of the component whose electrical resistance between the first connection and the second connection is thereby increased.
  • the control circuit can have a zener diode, the cathode of which is connected to the control signal connection and the anode of which is connected to the connection for the reference potential. With this zener diode it is possible to protect the electrical component against overvoltage.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of an arrangement made up of a DC/DC converter, an LED chain and a circuit arrangement according to the invention.
  • the circuit diagram shows a simplified DC/DC converter with a current source, an output coil L_OUT and an output capacitor C_OUT, which provides a current for operating the LED chain at an output LED_Output.
  • the LED chain consists of a series connection of parallel circuits, one or more LEDs LED1 to LEDx being connected in parallel to a switch SWITCH1 to SWITCHy in the parallel circuits.
  • a switch SWITCH1 to SWITCHy can short-circuit the LED LED1 to LEDx connected in parallel or the LEDs LED1 to LEDx connected in parallel to the switch SWITCH1 to SWITCHy.
  • the switches can be controlled by a controller, which is not shown.
  • a controllable electrical component MOSFET of the circuit arrangement according to the invention and a resistance component R_Shunt are arranged in series with the LED chain.
  • a first terminal of the device is connected to the LED chain and a second terminal of the device is connected to the resistive device R_Shunt.
  • a control signal input is connected to a control circuit C of the circuit arrangement according to the invention.
  • the electrical component is an n-channel MOSFET of the depletion type.
  • the first terminal is the drain and the second terminal is the source of the MOSFET.
  • the control signal input is the gate electrode of the MOSFET.
  • it could also be another electrical component whose electrical resistance can be adjusted, for example a potentiometer with a drive.
  • the level of the current pulse is limited by the circuit arrangement according to the invention.
  • the MOSFET component is controlled by the control circuit of the circuit arrangement according to the invention in such a way that the electrical resistance of the component is increased as a function of the current flowing through the component.
  • the control circuit can be designed in different ways. One possibility for a control circuit made up of discrete components is shown in FIG. However, other control circuits with the same function could also be used. The control circuit can also be designed as an integrated control circuit.
  • the control circuit has a control signal output which is connected to the control signal input of the MOSFET component.
  • a control signal is provided at this control signal output, which control signal sets the electrical resistance of the component between the first connection and the second connection of the component.
  • the control signal is essentially generated by a transistor T1 of the control circuit.
  • the collector of this transistor is connected via a resistance component to a first input terminal of the control circuit, which is labeled with the output LED_Output of the DC/DC converter and also labeled LED_Dutput in FIG. 1 .
  • the emitter of the transistor T1 is connected to a connection for the reference potential (ground).
  • the base of transistor T1 is connected via a resistive component R6 and a capacitor C1 connected to a second input terminal of the control circuit C, which is connected to the second terminal of the controllable component MOSFET.
  • the node Ref. between the resistance component R6 and the capacitor C1 is also a node of a voltage divider, which is formed from resistance components R1, R2, R3, R4, R7 in the example, a transistor T2 and a thermistor NTC.
  • the resistive components R1 and R7 have first terminals connected to the first input terminal LED_Output.
  • the resistance component R1 is connected to the base of the transistor T2 with its second connection.
  • the second connection of the resistance component R7 is connected to the collector of the transistor T2.
  • the emitter of the transistor T2 is connected to the connection for the reference potential of the control circuit C.
  • a first connection of the resistance component R2 is also connected to the base of the second transistor T2 and thus also to the second connection of the resistance component R1.
  • a second terminal of resistive device R2 is connected to node Ref. between capacitor C1 and resistive device R6.
  • a first terminal of resistive device R3 is connected to node Ref. between capacitor C1, resistive device R6 and resistive device R2.
  • a second connection of this resistance component R3 is connected to the connection for the reference potential via a parallel circuit made up of the NTC thermistor and the resistance component R4.
  • the voltage across this voltage divider defines a temperature dependent reference voltage that is slightly lower than the base-emitter voltage of transistor T1.
  • the transistor T2 is selected and switched in such a way that it always carries a current through the collector-emitter path. With this current will become a reference voltage between the base and the emitter, i.e. the voltage between the base and the reference potential.
  • a capacitor C2 between the input connection LED_Dutput and the connection for the reference potential buffers the voltage at the first input connection LED_Output, so that there is always approximately the same voltage compared to the reference potential.
  • a zener diode DZ parallel to the collector-emitter path of the transistor T1 t thus limits the voltage at the control signal output of the control circuit C and can thus protect the transistor T1 and also the controllable component MOSFET from overvoltages.
  • the voltage at the base is determined, among other things, by the voltage between the node Ref. and the reference potential.
  • the voltage between the Ref node and the reference potential is also determined by the current through the resistive device R_Shunt and the voltage across the capacitor C1.
  • the voltage between the node Ref. and the reference potential is set in such a way that the transistor T1 does not conduct any current across the collector-emitter path. Because of this and because no current flows through the resistance component R5, a voltage is present at the control signal output of the control circuit C, which voltage corresponds to the voltage across the zener diode DZ. Since this voltage is then also present at the control signal input of the controllable component MOSFET, the controllable component MOSFET is controlled in such a way that there is no resistance to the current from the first to the second connection.
  • the voltage at the collector which corresponds to the voltage at the control signal output of the control circuit C, drops.
  • the falling voltage at the control signal output and thus at the control signal input of the controllable component MOSFET leads to the current between the first connection of the controllable component and the second connection of the controllable component being reduced. This increases the resistance and reduces the current through the LED chain. Although this cannot fundamentally prevent current pulses, they are limited in magnitude so effectively that there is no risk of destruction for the LEDs LED1 to LEDx.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Überstromimpulsen im PWM-Betrieb von LED-Ketten aus LEDs (LED1 bis LEDx) und elektrisch parallel zu den LEDs angeordneten Schaltern (SWITCH1 bis SWITCHy) - mit einem elektrischen Bauelement (MOSFET), das einen ersten und einen zweiten Anschluss und einen Steueranschluss aufweist, - wobei ein ohmscher Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Bauelementes (MOSFET) über ein elektrisches Steuersignal an dem Steueranschluss einstellbar ist und - mit einer Steuerschaltung (C), die einen Steuersignalausgang, einen ersten Eingangsanschluss (LED_Output) und einen zweiten Eingangsanschluss hat und mit der das elektrische Steuersignal zum Einstellen des Widerstands des elektrischen Bauelementes (MOSFET) erzeugbar ist, - wobei der Steuersignalausgang mit dem Steueranschluss des elektrischen Bauelementes (MOSFET) verbunden ist, - wobei der erste Eingangsanschluss (LED_Output) mit an eine Versorgungsspannung innerhalb der Schaltungsanordnung angeschlossen oder außerhalb der Schaltungsanordnung anschließbar ist, - wobei der erste Anschluss des Bauelementes (MOSFET) mit einem zweiten Anschluss der LED-Kette verbindbar ist, - wobei der zweite Anschluss des Bauelementes (MOSFET) und der zweite Eingangsanschluss der Steuerschaltung (C) mittelbar oder unmittelbar miteinander verbunden sind.

Description

Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Überstromimpulsen im PWM-Betrieb von LED-Ketten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Überstromimpulsen im PWM-Betrieb von LED-Ketten, insbesondere von LED-Ketten in Kraftfahrzeugleuchten, zum Beispiel Blinkern.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, LED-Ketten über DC/DC-Wandler mit einem pulsbreitenmodulierten Strom zu versorgen. Durch die Pulsbreitenmodulation (landläufig als PWM) bezeichnet, kann die Helligkeit der LEDs eingestellt werden. In vielen Anwendungen werden inzwischen nicht mehr alle LEDs einer LED-Kette eingeschaltet. Vielmehr ist es inzwischen üblich, bei manchen LED-Ketten einzelne oder alle LEDs nur zu bestimmten Zeitpunkten einzuschalten, um so einen gewünschten Lichteffekt zu erzielen. Um ein individuelles Einschalten und Ausschalten der LEDs der LED-Kette möglich zu machen, sind parallel zu den LEDs Schalter angeordnet, durch die die LEDs kurzgeschlossen werden können. In den Dokumenten DE 10 2019 115 517 A1 und DE 10 2018 104 672 B4 sind solche Schaltungsanordnungen offenbart.
Durch das Ausschalten von LEDs der LED-Kette kann es zu Überstromimpulsen kommen, die die eingeschalteten LEDs beschädigen. Zu den Überstromimpulsen kann es kommen, wenn die Spannung am Ausgang des DC/DC-Wandlers durch das Kurzschließen von LEDs der LED-Kette reduziert und dadurch der Ausgangskondensator des DC/DC-Wandlers entladen wird und einen erhöhten Strom durch die eingeschalteten LEDs der LED-Kette treibt.
Aus dem Stand der Technik ist eine integrierte Schaltung bekannt, mit der diese Stromimpulse vermieden werden können. Die integrierte Schaltung ist unter dem Namen LITIX TLD7523-1 ES bekannt. Bei dieser Lösung wird der Ausgangskondensator des DC/DC-Wandlers mittels eines im DC/DC-Wandler integrierten Kurzschlussschalters auf einen Wert entladen, der die Stromüberhöhung auf einen akzeptablen Wert begrenzt. Diese periodische, schnelle Kurzschlussentladung kann aber zu erheblichen Entladeströmen im Steuergerät führen, die die elektromagnetische Störaussendung negativ beeinflussen.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Schaltungsanordnung vorzuschlagen, mit der bei einem PWM-Betrieb von LED-Ketten an einem DC/DC- Wandler elektromagnetische Störungen vermieden oder reduziert werden können, wenn LEDs der LED-Kette ausgeschaltet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Überstromimpulsen im PWM-Betrieb von LED-Ketten aus LEDs und elektrisch parallel zu den LEDs angeordneten Schaltern weist auf:
- ein elektrisches Bauelement, o das einen ersten und einen zweiten Anschluss und einen Steueranschluss aufweist, o wobei ein ohmscher Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Bauelementes über ein elektrisches Steuersignal an dem Steueranschluss einstellbar ist
- und eine Steuerschaltung, o die einen Steuersignalausgang, einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss hat und o mit der das elektrische Steuersignal zum Einstellen des Widerstands des elektrischen Bauelementes erzeugbar ist,
- wobei der Steuersignalausgang mit dem Steueranschluss des elektrischen Bauelementes verbunden ist, - wobei der erste Eingangsanschluss mit einem ersten Anschluss der LED-Kette und einem Ausgang eines zur Stromversorgung der LED-Kette vorgesehenen DC/DC-Wandlers verbindbar ist, an eine Versorgungsspannung innerhalb der Schaltungsanordnung angeschlossen oder außerhalb der Schaltungsanordnung anschließbar ist,
- wobei der erste Anschluss des Bauelementes mit einem zweiten Anschluss der LED-Kette verbindbar ist,
- wobei der zweite Anschluss des Bauelementes und der zweite Eingangsanschluss der Steuerschaltung mittelbar oder unmittelbar miteinander verbunden sind.
Die Steuerschaltung ist in der Lage, ein Steuersignal zu erzeugen und an dem Steuersignalausgang bereit zu stellen, mit dem der Widerstand im elektrischen, steuerbaren Bauelement eingestellt wird. Die Steuerschaltung kann so eingerichtet sein, dass Strom durch das Bauelement detektierbar oder eine Veränderung dieses Stroms de- tektierbar ist. Steigt der Strom über ein vorgegebenes Maß an, wird das steuerbare Bauelement so angesteuert, dass sich ein höherer elektrischer Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des steuerbaren Bauelements einstellt. Zum Detektieren des Stroms kann die Steuerschaltung die an dem ersten Eingangsanschluss und die an dem zweiten Eingangsanschluss anliegende Spannung nutzen. Erfindungsgemäß kann die Steuerschaltung auch einen Anschluss für ein Bezugspotential aufweisen. Auch das Bezugspotential kann zum Detektieren des Stroms durch das steuerbare Bauelement genutzt werden. Mit der Steuerschaltung kann gemäß einer Variante der Erfindung in Abhängigkeit einer Spannung zwischen dem Anschluss für das Bezugspotential und dem zweiten Eingangsanschluss das elektrische Steuersignal am Steuersignalausgang bereitstellbar sein.
Das steuerbare Bauelement kann ein FET, insbesondere ein MOSFET sein. Es ist möglich, dass der FET ein n-Kanal FET vom Verarmungstyp ist. Der Widerstand zwischen Drain, dem ersten Anschluss, und Source, dem zweiten Anschluss, des FET kann durch das Steuersignal am Gate eingestellt werden. Gemäß der Erfindung kann das von der Steuerschaltung erzeugbare Steuersignal im Kleinsignalbereich des elektrischen Bauelementes liegen. Das hat zur Folge, dass der Widerstand des FET nahezu linear von der Spannung am Steuersignaleingang abhängt.
Die Steuerschaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann einen Spannungsteiler zumindest aus Widerstandsbauelementen aufweisen, der einerseits mit dem ersten Eingangsanschluss und andererseits mit dem Anschluss für das Bezugspotential verbunden ist. Ein Knoten, nachfolgend zur besseren Unterscheidung von anderen Knoten auch erster Knoten genannt, des Spannungsteilers kann über einen Kondensator mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden sein.
Neben den Widerstandsbauelementen kann der Spannungsteiler einen Transistor aufweisen, insbesondere einen pnp-Bipolartransistor, dessen Basis mittelbar über ein Widerstandsbauelement oder unmittelbar mit dem ersten Eingangsanschluss und mit dem Bezugspotential verbunden ist. Vorzugsweise ist der Kollektor mittelbar über ein Widerstandsbauelement oder unmittelbar mit dem ersten Eingangsanschluss und der Emitter mit dem Anschluss für das Bezugspotential verbunden. Ein zweiter Knoten des Spannungsteilers kann mit der Basis des Transistors verbunden sein.
Das mit dem Kollektor verbundene Widerstandsbauelement begrenzt und definiert den Strom über den Transistor. Aufgrund des definierten Stromes und der Übertragungskennlinie des Transistors wird sich eine dazugehörige Basis-Emitter-Spannung einstellen, mit deren Hilfe eine interne Referenzspannung am ersten Knoten definiert wird. Die Spannung am ersten Knoten kann sich insbesondere in Abhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung dieses Transistors einstellen. Der zweite Knoten kann über ein Widerstandsbauelement mit dem ersten Eingangsanschluss und über ein anderes Widerstandsbauelement mit dem ersten Knoten verbunden sein.
Die Steuerschaltung kann ein temperaturempfindliches Bauelement, insbesondere einen Heißleiter aufweisen. Dieser kann ein Bauelement des Spannungsteilers sein. Der erste Knoten kann mittelbar über ein Widerstandsbauelement oder unmittelbar mit der Basis eines anderen Transistors, insbesondere eines pnp-Transistors, der Steuerschaltung verbunden sein, dessen Kollektor mit dem Steuersignalanschluss und mittelbar über ein Widerstandsbauelement oder unmittelbar mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden sein kann und dessen Emitter mit dem Anschluss für das Bezugspotential verbunden sein kann. Kommt es zu einem erhöhten Strom durch das elektrische Bauelement, führt dies dazu, dass das Potential an dem ersten Knoten angehoben wird. Dadurch erhöht sich die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des anderen Transistors, wodurch die Kollektor-Emitter-Strecke leitend wird. Dadurch verändert sich die Spannung am Kollektor und an dem damit verbundenen Steuersignalausgang der Steuerschaltung und dem Steuersignaleingang des Bauelementes, dessen elektrischer Widerstand zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss dadurch erhöht wird.
Die Steuerschaltung kann eine Zenerdiode aufweisen, deren Kathode mit dem Steuersignalanschluss und deren Anode mit dem Anschluss für das Bezugspotential verbunden ist. Mit dieser Zenerdiode ist es möglich, das elektrische Bauelement gegen eine Überspannung zu sichern.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung aus einem DC/DC-Wandler, einer LED-Kette und einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Das Schaltbild zeigt vereinfacht einen DC/DC-Wandler mit einer Stromquelle, einer Ausgangsspule L_OUT und einem Ausgangskondensator C_OUT, der an einem Ausgang LED_Output einen Strom zum Betreiben der LED-Kette bereitstellt.
Die LED-Kette besteht aus einer Reihenschaltung von Parallelschaltungen, wobei in den Parallelschaltungen eine oder mehrere LEDs LED1 bis LEDx parallel zu einem Schalter SWITCH1 bis SWITCHy geschaltet sind. Durch die Schalter SWITCH1 bis SWITCHy kann die parallel geschaltete LED LED1 bis LEDx oder können die parallel zu dem Schalter SWITCH1 bis SWITCHy geschalteten LEDs LED1 bis LEDx kurzgeschlossen werden. Die Schalter können dazu von einer nicht dargestellten Steuerung angesteuert werden.
In Reihe zu der LED-Kette ist ein steuerbares elektrisches Bauelement MOSFET der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und ein Widerstandsbauelement R_Shunt angeordnet. Ein erster Anschluss des Baudelementes ist an die LED-Kette und ein zweiter Anschluss des Bauelementes ist an das Widerstandsbauelement R_Shunt angeschlossen. Ein Steuersignaleingang ist an eine Steuerschaltung C der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung angeschlossen.
Das elektrische Bauelement ist in dem dargestellten Beispiel eine n-Kanal MOSFET vom Verarmungstyp. Der erste Anschluss ist die Drain-Elektrode und der zweite Anschluss ist der Source-Anschluss des MOSFET. Der Steuersignaleingang ist die Gate- Elektrode des MOSFETs. Es könnte sich aber auch um ein anderes elektrisches Bauelement handeln, dessen elektrischer Widerstand einstellbar ist, zum Beispiel um ein Potentiometer mit einem Antrieb.
Sind die Schalter SWITCH1 bis SWITCHy für lange Zeit unverändert, hat sich über dem Ausgangskondensator C_OUT des DC/DC-Wandlers eine Spannung eingestellt, die der Spannung über der Reihenschaltung aus der LED-Kette, dem steuerbaren elektrische Bauelement MOSFET und dem Widerstandsbauelement R_Shunt entspricht.
Wird mindestens einer der zuvor geöffneten oder mindestens ein zuvor geöffneter Schalter Switchl bis Switchy geschlossen, ändert sich die Spannung über der LED- Kette. Die sich aufgrund des Stromflusses durch die LED-Kette am Ausgangskondensator C_OUT eingestellte Spannung ist dann plötzlich höher als die Spannung, die über der LED-Kette, dem elektrischen Bauelement MOSFET und dem Widerstandsbauelement R_Shunt abfällt. Diese plötzliche Spannungsänderung führt zu einer Entladung des Ausgangskondensators über die LED-Kette, das Bauelement MOSFET und das Widerstandsbauelement R_Shunt. Der Strom durch die LED-Kette, das Bauelement MOSFET und das Widerstandsbauelement R_Shunt steigt dadurch schlagartig an. Ein Stromimpuls bildet sich, der die LEDs der LED-Kette beschädigen oder zerstören kann.
Die Höhe des Stromimpulses wird durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung begrenzt. Dazu wird das Bauelement MOSFET so von der Steuerschaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung angesteuert, dass der elektrische Widerstand des Bauelementes in Abhängigkeit des durch das Bauelement fließenden Stroms erhöht wird.
Die Steuerschaltung kann auf verschiedene Arten gestaltet sein. Eine Möglichkeit für eine aus diskreten Bauelementen aufgebaute Steuerschaltung ist in der Figur 1 dargestellt. Es könnten aber auch andere Steuerschaltungen mit der gleichen Funktion benutzt werden. Die Steuerschaltung kann auch als integrierte Steuerschaltung ausgeführt sein.
Die Steuerschaltung hat einen Steuersignalausgang, der mit dem Steuersignaleingang des Bauelementes MOSFET verbunden ist. An diesem Steuersignalausgang wird ein Steuersignal bereitgestellt, welches den elektrischen Widerstand des Bauelementes zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Bauelementes einstellt.
Das Steuersignal wird im Wesentlichen durch einen Transistor T1 der Steuerschaltung erzeugt. Dieser Transistor ist mit dem Kollektor über ein Widerstandsbauelement mit einem ersten Eingangsanschluss der Steuerschaltung verbunden, der mit dem Ausgang LED_Output des DC/DC-Wandlers und in der Fig. 1 ebenfalls mit LEDJDutput bezeichnet ist.
Der Emitter des Transistors T1 ist mit einem Anschluss für das Bezugspotential (Masse) verbunden. Die Basis des Transistors T1 ist über ein Widerstandsbauelement R6 und einen Kondensator C1 mit dem einen zweiten Eingangsanschluss der Steuerschaltung C verbunden, der mit dem zweiten Anschluss des steuerbaren Bauelementes MOSFET verbunden ist.
Der Knoten Ref. zwischen dem Widerstandsbauelement R6 und dem Kondensator C1 ist auch ein Knoten eines Spannungsteilers, der aus im Beispiel Widerstandsbauelementen R1 , R2, R3, R4, R7, einem Transistor T2 und einem Heißleiter NTC gebildet ist. Die Widerstandsbauelemente R1 und R7 sind mit ersten Anschlüssen mit dem ersten Eingangsanschluss LED_Output verbunden. Mit seinem zweiten Anschluss ist das Widerstandsbauelement R1 mit der Basis des Transistors T2 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstandsbauelementes R7 ist mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden. Der Emitter des Transistors T2 ist mit dem Anschluss für das Bezugspotential der Steuerschaltung C verbunden.
Ein erster Anschluss des Widerstandsbauelementes R2 ist ebenfalls mit der Basis des zweiten Transistors T2 und damit auch mit dem zweiten Anschluss des Widerstandsbauelementes R1 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstandsbauelementes R2 ist mit dem Knoten Ref. zwischen dem Kondensator C1 und dem Widerstandsbauelement R6 verbunden.
Ein erster Anschluss des Widerstandsbauelementes R3 ist mit dem Knoten Ref. zwischen dem Kondensator C1 , dem Widerstandsbauelement R6 und dem Widerstandsbauelement R2 verbunden. Ein zweiter Anschluss dieses Widerstandsbauelementes R3 ist über eine Parallelschaltung aus dem Heißleiter NTC und dem Widerstandsbauelement R4 mit dem Anschluss für das Bezugspotential verbunden.
Die Spannung über diesem Spannungsteiler definiert eine temperaturabhängige Referenzspannung, die etwas geringer als die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T1 ist.
Der Transistor T2 ist so gewählt und so beschältet, dass er stets einen Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke führt. Mit diesem Strom wird sich eine Referenzspannung zwischen der Basis und dem Emitter einstellen, also die Spannung zwischen der Basis und dem Bezugspotential.
Ein Kondensator C2 zwischen dem Eingangsanschluss LEDJDutput und dem Anschluss für das Bezugspotential puffert die Spannung am ersten Eingangsanschluss LED_Output, so dass dort stets annährend die gleiche Spannung gegenüber dem Bezugspotential ansteht.
Eine Zenerdiode DZ parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T1 t begrenzt damit die Spannung am Steuersignalausgang der Steuerschaltung C und kann so den Transistor T1 und auch das steuerbare Bauelement MOSFET vor Überspannungen bewahren.
Die Spannung an der Basis wird unter anderem durch die Spannung zwischen dem Knoten Ref. und dem Bezugspotential bestimmt. Die Spannung zwischen dem Knoten Ref. und dem Bezugspotential wird auch von dem Strom durch das Widerstandsbauelement R_Shunt und der Spannung über dem Kondensator C1 bestimmt. In einem eingeschwungenen Zustand des gesamten Systems ist die Spannung zwischen dem Knoten Ref. und dem Bezugspotential so eingestellt, das der Transistor T1 über der Kollektor-Emitter-Strecke keinen Strom führt. Dadurch und weil durch das Widerstandsbauelement R5 kein Strom fließt, steht am Steuersignalausgang der Steuerschaltung C eine Spannung an, die der Spannung an der Zenerdiode DZ entspricht. Da diese Spannung dann auch am Steuersignaleingang des steuerbaren Bauelementes MOSFET anliegt, ist das steuerbare Bauelement MOSFET so angesteuert, dass sich dem Strom vom ersten zum zweiten Anschluss kein Widerstand entgegenstellt.
Wenn also durch das Kurzschließen einer der LEDs LED1 bis LEDx der von dem DC/DC-Wandler getriebene Strom ansteigt, führt das auch zu einem Anstieg des Stroms und damit der Spannung über das Widerstandsbauelement R_Shunt und damit zu einem Spannungsanstieg an dem zweiten Eingangsanschluss der Steuerschaltung C. Da der mit dem zweiten Eingangsanschluss verbundene Kondensator C1 nicht unmittelbar auf die Spannungsänderungen an dem zweiten Eingangsanschluss reagiert, er hält zunächst seine Spannung, steigt dadurch auch die Spannung am Knoten Ref. Der Spannungsanstieg an dem Knoten Ref. wirkt dann auch auf die Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors T1 . Durch den Anstieg der Basis-Emitter-Spannung wird der Transistor T1 im Kleinsignalbereich angesteuert und ein Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke ermöglicht, die bisher gesperrt war.
Dadurch sinkt die Spannung am Kollektor, die der Spannung am Steuersignalausgang der Steuerschaltung C entspricht. Die sinkende Spannung am Steuersignalausgang und somit am Steuersignaleingang des steuerbaren Bauelementes MOSFET führt dazu, dass der Strom zwischen dem ersten Anschluss des steuerbaren Bauelementes und dem zweiten Anschluss des steuerbaren Bauelementes reduziert wird. Der Widerstand wird dadurch größer und der Strom durch die LED-Kette wird reduziert. Dadurch können Stromimpulse zwar nicht grundsätzlich verhindert werden, sie werden aber in der Höhe so wirksam begrenzt, dass für die LED LED1 bis LEDx keine Gefahr der Zerstörung entsteht.
Nachdem der Ausgangskondensator entladen ist, hat sich der Strom durch die LED- Kette wieder auf das normale Niveau eingestellt. Die Spannung am Widerstandsbauelement und damit am zweiten Eingangsanschluss und am Knoten Ref. sinken. In Folge dessen wird durch den Transistor T1 die Spannung am Steuersignalausgang der Steuerschaltung und am Steuersignaleingang des steuerbaren Bauelementes MOSFET wieder erhöht, wodurch der Widerstand zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des steuerbaren Bauelements MOSFETs sich wieder verringert bis das Bauelement MOSFET wieder vollständig leitend ist.
Bezugszeichenliste
DC/DC DC/DC-Wandler
1 Stromquelle des DC/DC-Wandlers
L_OUT Ausgangsdrossel des DC/DC-Wandlers
C OUT Ausgangskondensator des DC/DC-Wandlers
LEDJDUTPUT Ausgang des DC/DC-Wandlers/erster Eingangsanschluss der Steuerschaltung
LED1 bis LEDx LEDs der LED-Kette
SWITCH 1 bis SWITCHy Schalter der LED-Kette
C Steuerschaltung
C1 , C2 Kondensatoren der Steuerschaltung
R1 bis R7 Widerstandsbauelemente der Steuerschaltung
T1 , T2 Transistoren der Steuerschaltung
NTC Heißleiter der Steuerschaltung
Dz Zenerdiode der Steuerschaltung
MOSFET Steuerbares Bauelement
R_Shunt Widerstandsbauelement

Claims

Patentansprüche
1 . Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Überstromimpulsen im PWM- Betrieb von LED-Ketten aus LEDs (LED1 bis LEDx) und elektrisch parallel zu den LEDs angeordneten Schaltern (SWITCH1 bis SWITCHy)
- mit einem elektrischen Bauelement (MOSFET), das einen ersten und einen zweiten Anschluss und einen Steueranschluss aufweist,
- wobei ein ohmscher Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Bauelementes (MOSFET) über ein elektrisches Steuersignal an dem Steueranschluss einstellbar ist und
- mit einer Steuerschaltung (C), die einen Steuersignalausgang, einen ersten Eingangsanschluss (LED_Output) und einen zweiten Eingangsanschluss hat und mit der das elektrische Steuersignal zum Einstellen des Widerstands des elektrischen Bauelementes (MOSFET) erzeugbar ist,
- wobei der Steuersignalausgang mit dem Steueranschluss des elektrischen Bauelementes (MOSFET) verbunden ist,
- wobei der erste Eingangsanschluss (LED_Output) mit an eine Versorgungsspannung innerhalb der Schaltungsanordnung angeschlossen oder außerhalb der Schaltungsanordnung anschließbar ist,
- wobei der erste Anschluss des Bauelementes (MOSFET) mit einem zweiten Anschluss der LED-Kette verbindbar ist,
- wobei der zweite Anschluss des Bauelementes (MOSFET) und der zweite Eingangsanschluss der Steuerschaltung (C) mittelbar oder unmittelbar miteinander verbunden sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (C) einen Anschluss für ein Bezugspotential aufweist. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (C) ein temperaturempfindliches Bauelement (NTC) aufweist. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (MOSFET) ein FET, zum Beispiel ein MOSFET, insbesondere ein n-Kanal FET vom Verarmungstyp ist. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuerschaltung (C) in Abhängigkeit einer Spannung zwischen dem Anschluss für das Bezugspotential und dem zweiten Eingangsanschluss das elektrische Steuersignal am Steuersignalausgang bereitstellbar ist. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Steuerschaltung (C) erzeugbare Steuersignal im Kleinsignalbereich des elektrischen Bauelementes (MOSFET) liegt. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung einen Spannungsteiler zumindest aus Widerstandsbauelementen aufweist, der einerseits mit dem ersten Eingangsanschluss (LED_Output) und andererseits mit dem Anschluss für das Bezugspotential verbunden ist, und dass ein Knoten (Ref) des Spannungsteilers über einen Kondensator (C1 ) mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Knoten (Ref) mittelbar über ein Widerstandsbauelement (R6) oder unmittelbar mit der Basis eines Transistors (T1 ), insbesondere eines pnp-Transis- tors, der Steuerschaltung (C) verbunden ist, dessen Kollektor mit dem Steuersignalanschluss und mittelbar über einen Widerstand oder unmittelbar mit dem ersten Eingangsanschluss (LEDJDutput) verbunden ist und dessen Emitter mit dem Anschluss für das Bezugspotential verbunden ist. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (C) eine Zenerdiode (DZ) aufweist, deren Kathode mit dem Steuersignalanschluss und deren Anode mit dem Anschluss für das Bezugspotential verbunden ist.
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US20180063918A1 (en) * 2016-08-30 2018-03-01 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lighting device and vehicle
DE102018104672B4 (de) 2017-03-01 2019-09-26 Infineon Technologies Ag Verfahren, Treiberschaltkreis und System für Leuchtdioden-Ketten
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