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DE102005023502B3 - Circuit arrangement for current supply of light emitting diodes and/or light emitting diode chains, has inductor connected with light emitting diodes and/or light emitting diode chains that are antiparallelly switched - Google Patents

Circuit arrangement for current supply of light emitting diodes and/or light emitting diode chains, has inductor connected with light emitting diodes and/or light emitting diode chains that are antiparallelly switched Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Leuchtdioden (D1, D2) bzw. Leuchtdiodenketten aus einem Wechselstromnetz. Eine derartige Schaltungsanordnung mit erhöhtem Wirkungsgrad und wesentlich höherer Lebensdauer als Schaltnetzteilschaltungen mit Brückengleichrichter und Ladekondensatoren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Drossel (L1) vorgesehen ist, die mittels mindestens eines elektronischen Schalters (S1, S2) abwechselnd mit der positiven und der negativen Halbwelle des Wechselstroms beaufschlagbar ist und die mit den Leuchtdioden (D1, D2) bzw. Leuchtdiodenketten verbunden ist, wobei die Leuchtdioden (D1, D2) bzw. Leuchtdiodenketten antiparallel geschaltet sind.The The invention relates to a circuit arrangement for power supply of light-emitting diodes (D1, D2) or light-emitting diode chains from an alternating current network. Such a circuit arrangement with increased efficiency and essential higher Lifespan as switching power supply circuits with bridge rectifier and charging capacitors is characterized in that a throttle (L1) is provided, by means of at least one electronic switch (S1, S2) alternately can be acted upon by the positive and the negative half-wave of the alternating current is and with the light-emitting diodes (D1, D2) or LED chains is connected, wherein the light emitting diodes (D1, D2) or LED chains are connected in anti-parallel.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Leuchtdioden bzw. Leuchtdiodenketten aus einem Wechselstromnetz.The The invention relates to a circuit arrangement for power supply of light-emitting diodes or light-emitting diode chains from an AC network.

Bekannt für diese Anwendungen sind Schaltnetzteilschaltungen, die stets Brückengleichrichter zur Erzeugung einer Gleichspannung aufweisen. Zur Energiespeicherung werden Ladekondensatoren, insbesondere Elektrolytkondensatoren, eingesetzt, die sich negativ auf die Lebensdauer der Schaltung auswirken.Known for this Applications are switching power supply circuits, which are always bridge rectifier for Generating a DC voltage. For energy storage be charging capacitors, in particular electrolytic capacitors, used, which adversely affect the life of the circuit.

Bei aus der DE 197 32 828 C2 und der DE 202 20 900 U1 bekannten Ansteuerschaltungen für Leuchtdioden sind DC/DC Drossel-Abwärtswandler für die Stromversorgung vorgesehen.At from the DE 197 32 828 C2 and the DE 202 20 900 U1 known drive circuits for light emitting diodes DC / DC choke down converter for the power supply are provided.

Aus der EP 0 905 871 A2 und der US 5,500,575 A sind als Lichtdimmer eingesetzte AC/AC Drossel-Abwärtswandler bekannt.From the EP 0 905 871 A2 and the US 5,500,575 A are known as light dimmer used AC / AC choke down converter.

DC/AC und AC/AC Resonanzwandler mit eingangsseitigem Gleichrichter für antiparallel geschaltete Leuchtdioden sind aus der DE 100 13 207 A1 und der US 6,411,045 B1 bekannt.DC / AC and AC / AC resonant converters with input rectifier for antiparallel switched LEDs are from DE 100 13 207 A1 and the US Pat. No. 6,411,045 B1 known.

Gemäß der US 6,388,393 B1 sind für die Ansteuerung antiparallel geschalteter Leuchtdioden DC/AC Durchflusswandler vorgesehen.According to the US 6,388,393 B1 are intended for controlling antiparallel switched light-emitting diodes DC / AC flow rate converters.

Für den Wechselstrombetrieb antiparallel geschalteter Leuchtdioden ist aus der US 6,388,393 B1 und der WO01/01385 A1 die Vorschaltung mindestens einer Drossel bekannt.For AC operation antiparallel switched light emitting diodes is from US 6,388,393 B1 and WO01 / 01385 A1 discloses the upstream connection of at least one throttle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei der auf Ladekondensatoren weitgehend verzichtet werden kann. Die Schaltung soll einen guten Wirkungsgrad aufweisen, wobei über einen weiten Bereich eine Steuerung der Lichtstärke durch Pulsweitenmodulation möglich sein soll. Beim Auftreten eines Fehlers soll mindestens ein Diodenzweig weiter betriebsfähig bleiben. Eine Regelbarkeit des Leistungsfaktors – PFC Power Factor Correction – wird angestrebt.Of the Invention is based on the object of specifying a circuit arrangement in the case of charging capacitors can be largely dispensed with. The circuit should have a good efficiency, with over a Wide range control of the light intensity by pulse width modulation possible should be. If an error occurs, at least one diode branch remain operational. A controllability of the power factor - PFC Power Factor Correction - is sought.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Da das Prinzip der Schaltung nicht auf die Netzgleichrichtung beruht und somit ein Brückengleichrichter entbehrlich ist, wird, insbesondere bei kleinen Spannungen, der Wirkungsgrad erhöht. Außerdem wird kein Ladekondensator benötigt, wodurch sich eine kleinere Einschaltverzögerung und eine wesentlich höhere Lebensdauer ergeben.The The object is achieved with the features of claim 1. Since that Principle of the circuit is not based on the mains rectification and thus a bridge rectifier is dispensable, especially at low voltages, the Increased efficiency. In addition, will no charging capacitor needed, resulting in a smaller turn-on delay and a significant higher Lifetime result.

Als Wirkprinzip wird das des Drossel-Abwärtswandlers verwendet. Dabei ist die Schaltung derart konzipiert, dass dieser Abwärtswandler in beiden Halbwellen der speisenden Wechselspannung arbeitet. Die Drossel wird abwechselnd mit positiven und negativen Strömen beaufschlagt und wirkt in beiden Fällen als Energiespeicher. Als Ausgangsstrom ergibt sich ein Wechselstrom mit der Frequenz der Eingangsspannung. Der Effekt der Überlagerung des Stromes mit der höherfrequenten Schaltfrequenz ist dabei gering. Die Last muss also ein Wechselstromverbraucher sein. Für die Stromversorgung von Leuchtdioden sind diese antiparallel geschaltet. Diese mit den Leuchtdioden beschalteten Ausgangszweige wirken jeweils abwechselnd als Belastung und als Rückschlagdiode – für den jeweils anderen Zweig. Außer Einzeldioden sind als Belastung auch Leuchtdiodenketten möglich. Bei einem Fehler bleibt mindestens eine Leuchtdiodenkette weiterhin funktionsfähig. Bei Bedarf sind sowohl eine Regelung des Leistungsfaktors als auch eine Steuerung der Lichtstärke durch Pulsweitenmodulation möglich.When Operating principle is that of the choke-down converter used. there the circuit is designed in such a way that this buck converter works in both half-waves of the feeding AC voltage. The Throttle is alternately applied with positive and negative currents and works in both cases as energy storage. The output current is an alternating current with the frequency of the input voltage. The effect of the overlay of the current with the higher frequency Switching frequency is low. The load must therefore be an AC consumer be. For the power supply of LEDs are connected in anti-parallel. These output branches connected to the light-emitting diodes act in each case alternately as a load and as a flyback diode - for each other branch. Except Single diodes are also possible as a burden LED chains. at an error remains at least one LED chain continues functioning. If required, both a regulation of the power factor and a control of the light intensity possible by pulse width modulation.

Schaltungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und werden nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher beschrieben. Es zeigen:circuit examples are characterized in the dependent claims and are described below with reference to figurative representations. Show it:

1 bis 3 unterschiedliche Schaltungsvarianten zur Stromversorgung von Leuchtdioden. 1 to 3 different circuit variants for the power supply of LEDs.

Gemäß 1 ist eine Wechselspannungsquelle V1 über einen mit hoher Taktfrequenz arbeitenden elektronischen Schalter S1 auf eine Drossel L1 geschaltet. Im Gegentakt zu dem Schalter S1 wird ein zweiter elektronischer Schalter S2 betrieben. Eine Taktimpulsquelle V2 erzeugt die Taktfrequenz, mit der die Schalter S1 und S2 geschaltet werden. Ein invertierendes Bauelement A1 sorgt für die Invertierung dieses Signals zwecks Gegentaktansteuerung. Dadurch werden die Schalter S1 und S2 abwechselnd geschaltet. Die zu bestromende Ausgangslast kann aus zwei antiparallel geschalteten Leuchtdioden D1 und D2 bzw. Leuchtdiodenketten bestehen oder auch ein beliebiger Wechselstromverbraucher sein. Bei Bedarf kann ein Kondensator C1 parallel zu der Wechselspannungsquelle V1 geschaltet werden, um das Netz nicht unnötig mit dem in der Taktfrequenz pulsierenden Strom zu belasten.According to 1 An AC voltage source V1 is connected to a choke L1 via a high-frequency electronic switch S1. In push-pull to the switch S1, a second electronic switch S2 is operated. A clock pulse source V2 generates the clock frequency at which the switches S1 and S2 are switched. An inverting device A1 provides for inverting this signal for push-pull driving. Thereby, the switches S1 and S2 are alternately switched. The output load to be energized can consist of two light-emitting diodes D1 and D2 or light-emitting diode chains which are connected in antiparallel, or can also be any AC consumer. If necessary, a capacitor C1 can be connected in parallel with the AC voltage source V1 so as not to load the network unnecessarily with the pulsating current in the clock frequency.

Bei der in 2 dargestellten Schaltungsvariante wird nur ein elektronischer Schalter S1 getaktet angesteuert. Die gegenpolig mit dem Schalter S1 verbundenen Dioden D3 und D4 sorgen dafür, dass in der positiven und in der negativen Netzhalbwelle jeweils abwechselnd über die Drossel L1 die Leuchtdioden D1 und D2 angesteuert werden. Der bei der Taktung unterbrochene Strom in der Drossel L1 kommutiert auf die jeweils andere Leuchtdiode D2 bzw. D1. Diese Leuchtdiode D2 bzw. D1 wirkt somit als Rückschlagdiode und während dieser Phase leuchten jeweils beide Leuchtdioden D1 und D2, gespeist aus der magnetischen Energie der Drossel L1. Wie bei der Schaltung gemäß 1 ist auch hier eine Taktimpulsquelle V2 zur Beaufschlagung des Schalters S1 mit einer Taktfrequenz vorgesehen.At the in 2 shown circuit variant only one electronic switch S1 is controlled clocked. The diodes D3 and D4, which are connected to the switch S1 in opposite polarity, ensure that the light-emitting diodes D1 and D2 are alternately driven in the positive and in the negative line half-cycle respectively via the inductor L1. The at the Clocking interrupted current in the inductor L1 commutes to the other LED D2 or D1. This light-emitting diode D2 or D1 thus acts as a flyback diode and during this phase in each case both light-emitting diodes D1 and D2, fed from the magnetic energy of the inductor L1. As with the circuit according to 1 Here, too, a clock pulse source V2 for applying the switch S1 is provided with a clock frequency.

Die in 3 veranschaulichte Schaltung ist eine Abwandlung der Schaltung gemäß 2. Der Schalter S1 entfällt und die Dioden D3 und D4 werden jeweils durch einen elektronischen Schalter S1 und S2 ersetzt. Diese beiden Schalter S1 und S2 werden über Bauelemente U1 und S3 bzw. U2 und S4 abwechselnd in der positiven und negativen Halbwelle der versorgenden Wechselspannung aus der Taktimpulsquelle V2 angesteuert.In the 3 illustrated circuit is a modification of the circuit according to 2 , The switch S1 is omitted and the diodes D3 and D4 are replaced by an electronic switch S1 and S2 respectively. These two switches S1 and S2 are driven via components U1 and S3 or U2 and S4 alternately in the positive and negative half wave of the supplying AC voltage from the clock pulse source V2.

Claims (5)

Schaltungsanordnung mit einem Drossel-Abwärtswandler zur Stromversorgung von Leuchtdioden (D1, D2) bzw. Leuchtdiodenketten aus einem Wechselstromnetz, wobei eine Drossel (L1) vorgesehen ist, die mittels mindestens eines mit einem höherfrequenten Taktsignal angesteuerten elektronischen Schalters (S1, S2) abwechselnd mit der positiven und der negativen Halbwelle des Wechselstromes beaufschlagbar ist und die mit den Leuchtdioden (D1, D2) bzw. Leuchtdiodenketten verbunden ist, wobei die Leuchtdioden (D1, D2) bzw. Leuchtdiodenketten antiparallel geschaltet sind.Circuit arrangement with a choke down converter for the power supply of light-emitting diodes (D1, D2) or light-emitting diode chains from an alternating current network, wherein a choke (L1) is provided, the driven by at least one with a higher-frequency clock signal electronic switch (S1, S2) alternating with the positive and the negative half-wave of the alternating current can be acted upon and connected to the light-emitting diodes (D1, D2) or LED chains is, wherein the light-emitting diodes (D1, D2) or LED chains anti-parallel are switched. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselspannungsquelle (V1) mit zwei elektronischen Schaltern (51, S2) verbunden ist, die auf die Drossel (L1) geschaltet sind, wobei der erste Schalter (S1) direkt und der zweite Schalter (S2) über ein invertierendes Bauelement (A1) aus einer Taktimpulsquelle (V2) ansteuerbar sind.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized an alternating voltage source (V1) with two electronic switches (51, S2) connected to the throttle (L1), wherein the first switch (S1) directly and the second switch (S2) via a inverting component (A1) from a clock pulse source (V2) can be controlled are. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (C1) parallel zu der Wechselspannungsquelle (V1) geschaltet ist.Circuit arrangement according to Claim 2, characterized in that a capacitor (C1) is parallel to the AC voltage source (V1) is switched. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselspannungsquelle (V1) mit einem elektronischen Schalter (S1) verbunden ist, der über eine erste Diode (D3) mit einer ersten Leuchtdiode (D1) bzw. einer ersten Leuchtdiodenkette und über eine gegenpolig zur ersten Diode (D3) geschaltete zweite Diode (D4) mit einer zweiten Leuchtdiode (D2) bzw. Leuchtdiodenkette verbunden ist, wobei die Drossel (L1) zwischen gegenpoligen Anschlüssen der Leuchtdioden (D1, D2) bzw. Leuchtdiodenketten geschaltet ist und der Schalter (S1) aus einer Taktimpulsquelle (V2) ansteuerbar ist.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized an alternating voltage source (V1) with an electronic switch (S1) connected, the over a first diode (D3) with a first light-emitting diode (D1) or a first LED chain and over a second diode (D4) connected opposite to the first diode (D3) connected to a second light-emitting diode (D2) or light-emitting diode chain is, wherein the throttle (L1) between opposite terminals of the Light emitting diodes (D1, D2) or LED chains is connected and the switch (S1) from a clock pulse source (V2) can be controlled. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselspannungsquelle (V1) über einen ersten elektronischen Schalter (S1) mit einer ersten Leuchtdiode (D1) bzw. Leuchtdiodenkette und über einen zweiten elektronischen Schalter (S2) mit einer zweiten Leuchtdiode (D2) bzw. Leuchtdiodenkette verbunden ist, wobei die Drossel (L1) zwischen gegenpoligen Anschlüssen der Leuchtdioden (D1, D2) bzw. Leuchtdiodenketten geschaltet ist und die Schalter (S1, S2) über Bauelemente (U1/S3, U2/S4) abwechselnd aus einer Taktimpulsquelle (V2) ansteuerbar sind.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that an AC voltage source (V1) is connected via a first electronic switch (S1) with a first light-emitting diode (D1) or light-emitting diode chain and via a second electronic switch (S2) with a second light-emitting diode (D2) or light-emitting diode chain is connected, wherein the throttle (L1) between opposite pole connections the light-emitting diodes (D1, D2) or light-emitting diode chains is connected and the switches (S1, S2) via components (U1 / S3, U2 / S4) alternately from a clock pulse source (V2) can be controlled are.
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