AT511990A1 - Stellglied zur ansteuerung von lichtemittierenden dioden - Google Patents

Abstract

Lichtemittierende Dioden (LED) stellen eine interessante Möglichkeit in der Beleuchtungstechnik dar. Schaltet man den Transistor ein, so beginnt ein Stromfluss aus der Eingangsspannungsquelle (U) über die Primärwicklung (N1) des Transformators zu fließen. Dieser Strom besteht aus zwei Komponenten. Einerseits baut sich ein entsprechend dem Sekundärstrom, der durch die Last, bestehend aus den Dioden (D1b) bis (Dmb) und der Induktivität (L), verursacht wird auf und andererseits überlagert sich der, durch die Hauptinduktivität des Transformators (T) erforderliche, Magnetisierungsstrom. Schaltet nun der aktive Schalter (S) ab, so baut sich die in der Spule (L) gespeicherte Energie über die Dioden (D1a) bis (Dna) und die Dioden (D1b) bis (Dmb) ab. Der Transformator (T) kann sich über die Dioden (D1a) bis (Dna) freilaufen. Je nach geforderter Helligkeit kann nach der Entmagnetisierung des Transformators (T) der aktive Schalter sofort wieder eingeschaltet oder eine entsprechend lange stromlose Pause eingefügt werden. Das Stellglied kann auch mit einem spannungsherabsetzenden, bzw. mit einem spannungshinaufsetzenden Spartransformator ausgeführt werden.

Description

Stellglied zur Ansteuerung von lichtcmittierenden Dioden

Die Erfindung betrifft ein Stellglied zur Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden, bestehend aus einem Transformator (T) mit mindestens einer Sekundärwicklung (N2), wobei die Primärwicklung (NI) des Transformators (T) in Serie mit einem aktiven Schalter (S) geschaltet ist und an dieser Serienschaltung die Eingangsspannung (U) angeschlossen wird, Dioden und Leuchtdioden (Dia, ..Dma, Dlb, ...Dnb) und einer Spule (L), bzw. ein Stellglied zur Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden, bestehend aus einem Spartransformator (T) bestehend aus zwei in Serie geschalteten, magnetisch gekoppelten Windungen oder zwei Teilwicklungen mit Anzapfung (NI, N2), wobei diese in Serie mit einem aktiven Schalter (S) geschaltet sind und an dieser Serienschaltung die Eingangsspannung (U) angeschlossen wird, Dioden und Leuchtdioden (Dia, ..Dma, Dlb, ...Dnb) und einer Spule (L), bzw. ein Stellglied zur Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden, bestehend aus einem Spartransformator (T) bestehend aus zwei in Serie geschalteten, magnetisch gekoppelten Windungen oder zwei TeilwickLungen mit Anzapfung (NI, N2), wobei diese Wicklungen in Serie mit einem aktiven Schalter (S) geschaltet sind und an den negativen Anschluss des aktiven Schalters der negative Pol der Eingangsspannung (U) angeschlossen wird, Dioden und Leuchtdioden (Dia, ..Dma, Dlb, ,,,Dnb) und einer Spule (L).

Lichtemittierende Dioden (LED) stellen eine interessante Möglichkeit in der Beleuchtungstechnik dar. Sie haben als Halbleiterelemente eine hohe Lebensdauer, einen hohen Wirkungsgrad und geringe Betriebstemperatur. Die Ansteuerung erfolgt durch leistungselektronische Konverter, die üblicherweise strombegrenzt oder stromgeregelt betrieben werden. Dimmen kamt durch Reduktion des Betriebsstroms erfolgen oder auch durch Pulsung. Pulsung hat dabei den Vorteil, dass die LED kurzfristig optimaler betrieben wird. Durch die hochfrequente Taktung kommt es zu einem gleichmäßigen Lichteindruck.

Im Folgenden werden einige Möglichkeiten für Pulsstellglicder besprochen.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren erklärt. Figur 1 zeigt die Grundstruktur, Fig. 2 eine Vereinfachung, Fig. 3 und Fig. 4 Abwandlungen mit einem Spartransformator (zwei galvanisch verbundene, magnetisch gekoppelte Wicklungen).

Figur 1 zeigt die Grundidee. Der aktive Schalter (S), beispielhaft als MOSFET gezeichnet, wird über eine Treiberstufe (nicht gezeichnet) angesteuert. Sinnvoll ist dabei, das Abschalten bei einem vorgegebenen Strom durchzuführen. Es eignet sich dazu eine einfache Steuerung in 1 T17/fh/20110926

Abhängigkeit von der Versorgungsspannung. So kann z.B. entsprechend der Eingangsspannung die Einschaltdauer variiert werden und über die Wiederholrate die Beleuchtung verändert (gedimmt) werden. Schaltet man den Transistor ein, so beginnt ein Stromfluss aus der Eingangsspannungsquelle (U) über die Primärwicklung (NI) des Transformators. Dieser Strom besteht aus zwei Komponenten. Einerseits baut sich ein entsprechend dem Sekundärstrom, der durch die Last, bestehend aus den Dioden (Dlb) bis (Dmb) und der Induktivität (L), verursacht wird auf und andererseits überlagert sich der durch die Hauptinduktivität des Transformators (T) erforderliche Magnetisierungsstrom. Schaltet nun der aktive Schalter (S) ab, so baut sich die in der Spule (L) gespeicherte Energie über die Dioden (Dia) bis (Dna) und die Dioden (Dlb) bis (Dmb) ab. Der Transformator (T) kann sich über die Dioden (Dia) bis (Dna) freilaufen. Je nach geforderter Helligkeit kann nach der Entmagnetisierung des Transformators (T) der aktive Schalter sofort wieder eingeschaltet werden oder eine entsprechend lange stromlose Pause eingefugt werden. Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Stellglied, bei dem die Leuchtdioden (Dlb) bis (Dmb) in Serie zur Induktivität (L) durch einen Kurzschluss ersetzt werden. Eine weitere Abwandlung erhält man, wenn man die Lcuchtdioden (Dlb) bis (Dmb) in Serie zur Induktivität (L) durch eine einzige Diode oder Leuchtdiode ersetzt. Wenn keine Potentialtrennung erforderlich ist, kann der Transformator (T) auch durch einen Spartransformator ersetzt werden. Fig. 3 zeigt den Konverter gemäß Fig. 1 mit einem spannungsherabsetzenden, Fig. 4 mit einem spannungshinaufsetzenden Spartransformator. Die Steuerung und Regelung des Stellglieds erfolgt nach den üblichen Techniken. Besonders geeignet ist dabei Einschaltpulse mit von der Eingangsspannung abhängiger Pulslänge. Das Dimmen erfolgt über die Wiederholratc. Bei diesem Verfahren ist kein sonderlicher messtechnischer Aufwand erforderlich. Die Eingangsspannung lässt sich leicht z.B. über einen einfachen Spannungsteiler der Ansteuerschaltung zuführen.

Die Aufgabe Stellglieder für die Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden zu realisieren wird erfindungsgemäß dadurch bewerkstelligt, dass an die Sekundärwicklung (N2) einerseits eine erste Serienschaltung von Dioden und Leuchtdioden (Dia, ..Dma) geschaltet ist, wobei die Kathode der ersten dieser Dioden (Dia) an den Wicklungsanfang geschaltet ist und andererseits eine zweite Serienschaitung von Dioden, Leuchtdioden (Dlb, ..Dnb) und einer Induktivität (L) geschaltet ist, wobei diese Dioden umgekehrt gepolt wie die der ersten Gruppe sind, bzw. dass an die Anzapfung bzw. an den Verbindungspunkt der beiden Teilwicklungen (NI, N2) und dem Wicklungsende der zweiten Wicklung (N2) einerseits eine erste Serienschaltung von Dioden und Leuchtdioden (Dia, ..Dma) geschaltet ist, wobei die Kathode der ersten dieser Dioden (Dia) an den Wicklungsanfang der zweiten Teilwicklung 2 T17/fh/20110926 geschaltet ist und andererseits eine zweite Serienschaltung von Dioden, Leuchtdioden (Dlb, ..Dnb) und einer Induktivität (L) geschaltet ist, wobei diese Dioden umgekehrt gepolt wie die der ersten Gruppe sind, bzw. dass an die Anzapfung bzw. an den Verbindungspunkt der beiden Teilwicklungen (NI, N2) der positive Pol der Eingangsspannung und zwischen den Beginn der ersten Teilwicklung (NI) und dem Ende der zweiten Teilwicklung (N2) einerseits eine erste Serienschaltung von Dioden und Lcuchtdioden (Dia, ..Dma) geschaltet ist, wobei die Kathode der ersten dieser Dioden (Dia) an den Wicklungsanfang der ersten Teilwicklung geschaltet ist und andererseits eine zweite Serienschaltung von Dioden, Leuchtdioden (Dlb, ..Dnb) und einer Induktivität (L) geschaltet ist, w'obei diese Dioden umgekehrt gepolt wie die der ersten Gruppe sind. Weiters kann die zweite Serienschaltung nur aus einer Diode oder Leuchtdiode und der Spule (L) bestehen, bzw. an Stelle der zweiten Serienschaltung nur die Spule (L) geschaltet sein. Weiters ist es sinnvoll, in jeder Serienschaltung höchstens eine nicht lichtemittierende Diode cinzubauen. Schaltungstechnisch ist es sinnvoll, parallel zur Eingangsspannung einen Kondensator zu schalten. Die Lichtemission kann über den Spitzenstrom durch den aktiven Schalter und/oder über die Schaltfrequenz des aktiven Schalters gestellt werden. 3 TI 7/fh/20110926

Claims (6)

1. Patentansprüche Stellglied zur Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden, bestehend aus einem Transformator (T) mit mindestens einer Sekundärwicklung (N2), wobei die Primärwicklung (N1) des Transformators (T) in Serie mit einem aktiven Schalter (S) geschaltet ist und an dieser Serienschaltung die Eingangsspannung (U) angeschlossen wird, Dioden und Leuchtdioden (Dia, „Dma, Dlb, ...Dnb) und einer Spule (L) dadurch gekennzeichnet, dass an die Sekundärwicklung (N2) einerseits eine erste Serienschaltung von Dioden und Leuchtdioden (Dia, ..Dma) geschaltet ist, wobei die Kathode der ersten dieser Dioden (Dia) an den Wicklungsanfang geschaltet ist und andererseits eine zweite Serienschaltung von Dioden, Leuchtdioden (Dlb, ..Dnb) und einer Induktivität (L) geschaltet ist, wobei diese Dioden umgekehrt gepolt wie die der ersten Gruppe sind. Stellglied zur Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden, bestehend aus einem Spartransformator (T) bestehend aus zwei in Serie geschalteten, magnetisch gekoppelten Windungen oder zwei Teil Wicklungen mit Anzapfung (NI, N2), wobei diese in Serie mit einem aktiven Schalter (S) geschaltet sind und an dieser Serienschaltung die Eingangsspannung (U) angeschlossen wird, Dioden und Leuchtdioden (Dia, ..Dma, Dlb, ...Dnb) und einer Spule (L) dadurch gekennzeichnet, dass an die Anzapfung bzw. an den Verbindungspunkt der beiden Teilwicklungen (NI, N2) und dem Wicklungsende der zweiten Wicklung (N2) einerseits eine erste Serienschaltung von Dioden und Leuchtdioden (Dia, ..Dma) geschaltet ist, wobei die Kathode der ersten dieser Dioden (Dia) an den Wicklungsanfang der zweiten Teilwicklung geschaltet ist und andererseits eine zweite Serienschaltung von Dioden, Leuchtdioden (Dlb, ..Dnb) und einer Induktivität (L) geschaltet ist, wobei diese Dioden umgekehrt gepolt wie die der ersten Gruppe sind. Stellglied zur Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden, bestehend aus einem Spartransformator (T) bestehend aus zwei in Serie geschalteten, magnetisch gekoppelten Windungen oder zwei Teilwicklungen mit Anzapfung (NI, N2), wobei diese Wicklungen in Serie mit einem aktiven Schalter (S) geschaltet sind und an den negativen Anschluss des aktiven Schalters der negative Pol der Eingangsspannung (U) angeschlossen wird, Dioden und Leuchtdioden (Dia, ..Dma, Dlb, ...Dnb) und einer Spule (L) dadurch gekennzeichnet, dass an die Anzapfung bzw. an den Verbindungspunkt der beiden Teil Wicklungen (NI, N2) der positive Pol der Eingangsspannung und zwischen den Beginn der ersten Teilwicklung (NI) und dem Ende der zweiten Teilwicklung (N2) einerseits eine erste Serienschaltung von Dioden und Leuchtdioden (Dia, ..Dma) geschaltet ist, wobei die Kathode der ersten dieser 4 TI 7/fh/20110926 Dioden (Dia) an den Wicklungsanfang der ersten Teilwicklung geschaltet ist und andererseits eine zweite Serienschaltung von Dioden, Leuchtdioden (Dlb, ..Dnb) und einer Induktivität (L) geschaltet ist, wobei diese Dioden umgekehrt gepolt wie die der ersten Gruppe sind.
2. 4. Stellglied zur Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Serienschaltung nur aus einer Diode oder Leuchtdiode und der Spule (L) besteht.
3. 5. Stellglied zur Ansteuerung von lichtemitticrenden Dioden gemäß Anspruch 1, 2, oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle der zweiten Serienschaltung nur die Spule (L) geschaltet ist.
4. 6. Stellglied zur Ansteuerung von lichtemitlierenden Dioden gemäß Anspruch 1,2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Serienschaltung höchstens eine nicht lichtemittierende Diode geschaltet ist.
5. 7. Stellglied zur Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden gemäß Anspruch 1,2, 3,4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu Eingangsspannung ein Kondensator geschaltet ist.
6. 8. Stellglied zur Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass Lichtemission über den Spitzenstrom durch den aktiven Schalter und/oder über die Schaltfrequenz des aktiven Schalters gestellt wird. 5 TI 7/fh/20110926