DE102011088426A1 - ELECTRONIC BALLAST AND METHOD FOR OPERATING AT LEAST ONE FIRST CASCADE AND ONE SECOND CASCADE OF LEDS - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer ersten (K1) und einer zweiten Kaskade (K2) von LEDs, umfassend einen Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Koppeln mit einer Versorgungswechselspannung (UN); einen Gleichrichter (10), der mit dem ersten (E1) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist, wobei der Gleichrichter (10) einen Ausgang mit einem ersten (A1) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A2) aufweist; mindestens eine erste Einheit (EH1), die zumindest die erste Kaskade (K1) von LEDs umfasst; mindestens eine zweite Einheit (EH2), die zumindest die zweite Kaskade (K2) von LEDs umfasst; und mindestens eine lineare Strombegrenzungsvorrichtung (SB1), die seriell zu zumindest der ersten Einheit (EH1) gekoppelt ist; wobei die erste Einheit (EH1) einen ersten Speicherkondensator (C1) umfasst, der der ersten Kaskade (K1) parallel geschaltet ist; und die zweite Einheit (EH2) einen zweiten Speicherkondensator (C2) umfasst, der der zweiten Kaskade (K2) parallel geschaltet ist. Die Erfindung betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben mindestens einer ersten und einer zweiten Kaskade von LEDs.The present invention relates to an electronic ballast for operating at least a first (K1) and a second cascade (K2) of LEDs, comprising an input having a first (E1) and a second input terminal (E2) for coupling to a supply AC voltage (UN); a rectifier (10) coupled to the first (E1) and second input terminals (E2), the rectifier (10) having an output having a first (A1) and a second output terminal (A2); at least one first unit (EH1) comprising at least the first cascade (K1) of LEDs; at least one second unit (EH2) comprising at least the second cascade (K2) of LEDs; and at least one linear current limiting device (SB1) serially coupled to at least the first unit (EH1); wherein the first unit (EH1) comprises a first storage capacitor (C1) connected in parallel with the first cascade (K1); and the second unit (EH2) comprises a second storage capacitor (C2) connected in parallel with the second cascade (K2). The invention also relates to a corresponding method for operating at least a first and a second cascade of LEDs.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer ersten Kaskade und einer zweiten Kaskade von LEDs, umfassend einen Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss zum Koppeln mit einer Versorgungswechselspannung, einen Gleichrichter, der mit dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist, wobei der Gleichrichter einen Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss aufweist, mindestens eine erste Einheit, die zumindest die erste Kaskade von LEDs umfasst, mindestens eine zweite Einheit, die zumindest die zweite Kaskade von LEDs umfasst, und mindestens eine lineare Strombegrenzungsvorrichtung, die seriell zu zumindest der ersten Einheit gekoppelt ist. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben mindestens einer ersten und einer zweiten Kaskade von LEDs.The present invention relates to an electronic ballast for operating at least a first cascade and a second cascade of LEDs, comprising an input having a first and a second input terminal for coupling with an AC supply voltage, a rectifier coupled to the first and second input terminals, wherein the rectifier has an output having a first and a second output terminal, at least one first unit comprising at least the first cascade of LEDs, at least one second unit comprising at least the second cascade of LEDs, and at least one linear current limiting device connected in series is coupled to at least the first unit. It also relates to a corresponding method for operating at least a first and a second cascade of LEDs.
Stand der TechnikState of the art
Wenngleich vorliegend nur zwei Kaskaden und zwei Schalter dargestellt sind, kann diese Anordnung eine Vielzahl von Kaskaden sowie eine Vielzahl von Schaltern umfassen. Durch geeignete Ansteuerung der Schalter Si in Abhängigkeit der am Ausgang A1, A2 des Gleichrichters
Diese Schaltung kommt ohne Induktivitäten aus und hat daher Vorteile im Hinblick auf die Anforderungen an die einschlägigen Funkentstörungsvorschriften. Außerdem ist die Baugröße gering sowie der Leistungsfaktor gut.This circuit does not require any inductors and therefore has advantages with regard to the requirements of the relevant radio interference regulations. In addition, the size is small and the power factor is good.
Allerdings gehen mit diesem bekannten elektronischen Vorschaltgerät eine Vielzahl von Nachteilen einher: Die LEDs werden schlecht ausgenutzt, da viele LEDs über große Zeiträume nicht genutzt werden. In Anbetracht des hohen Preises von LEDs ist dies unerwünscht. Weiterhin werden bestimmte LEDs sehr viel häufiger betrieben als andere LEDs. Beispielsweise werden mit Bezug auf
Weiterhin ergibt sich hinsichtlich eines Großteils der LEDs eine Lichtstrommodulation mit einem Modulationsgrad von 100 %. Dies resultiert in unerwünschten Flickererscheinungen. Während der Lichtstrom im Wesentlichen halbsinusförmig ist, erfolgt die Stromaufnahme aus dem Netz rechteckförmig. Dadurch entstehen viele Oberschwingungen. Dies resultiert in einem schlechten Leistungsfaktor. Da insbesondere für Leuchten mit einer Leistung von mehr als 25 W Vorschriften existieren, die eine weitgehend sinusförmige Stromaufnahme fordern, ist das aus dem Stand der Technik bekannte, in
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes elektronisches Vorschaltgerät derart weiterzubilden, dass es möglichst geringe EMV-Störungen verursacht, die vorhandenen LEDs möglichst gut ausnutzt und eine möglichst geringe Lichtstrommodulation zeigt.The present invention is therefore based on the object, a generic electronic ballast in such a way that it causes the lowest possible EMC interference, the existing LEDs as well as possible and uses the lowest possible Lichtstromodulation shows.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Vorschaltgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 19.This object is achieved by an electronic ballast having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 19.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben genannte Aufgabe gelöst werden kann, wenn den Kaskaden jeweils ein Speicherkondensator parallel geschaltet wird. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, die LEDs auch während der Phasen mit Strom zu versorgen, während derer die am Ausgang des Gleichrichters bereitgestellte gleichgerichtete Versorgungswechselspannung niedrige Spannungswerte aufweist. Dadurch kann grundsätzlich, je nach Größe des jeweils verwendeten Speicherkondensators, der Modulationsgrad der Lichtmodulation deutlich reduziert, insbesondere auf null gesenkt werden. Erfindungsgemäß können die LED-Kaskaden dauerhaft betrieben werden. Dies führt zu einer vollständigen Ausnutzung der vorhandenen LEDs, das heißt alle LEDs können bei geeigneter Dimensionierung des Speicherkondensators dauerhaft in Betrieb sein.The present invention is based on the finding that the abovementioned object can be achieved if in each case one storage capacitor is connected in parallel to the cascades. In this way, it is possible to supply the LEDs during the phases with electricity during which the rectified provided at the output of the rectifier Supply AC voltage has low voltage values. As a result, depending on the size of the storage capacitor used in each case, the degree of modulation of the light modulation can in principle be significantly reduced, in particular reduced to zero. According to the invention, the LED cascades can be operated permanently. This leads to a complete utilization of the existing LEDs, that is all LEDs can be permanently in operation with suitable dimensioning of the storage capacitor.
Eine erste bevorzugte Kategorie erfindungsgemäßer elektronischer Vorschaltgeräte umfasst mindestens eine erste und eine zweite lineare Strombegrenzungsvorrichtung, wobei die erste lineare Strombegrenzungsvorrichtung der ersten Einheit zugeordnet ist und seriell zur ersten Einheit gekoppelt ist, wobei die zweite lineare Strombegrenzungsvorrichtung der zweiten Einheit zugeordnet ist und seriell zur zweiten Einheit gekoppelt ist, wobei die Serienschaltung aus erster linearer Strombegrenzungsvorrichtung und erster Einheit einerseits sowie die Serienschaltung aus zweiter linearer Strombegrenzungsvorrichtung und zweiter Einheit andererseits zumindest phasenweise parallel zwischen den ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters und ein Bezugspotential, insbesondere den zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters, gekoppelt ist. Eine lineare Strombegrenzungsvorrichtung kann in ihrer einfachsten Ausführung einen regelbaren Widerstand darstellen. Dieser ist zwar billig und erzeugt keine EMV-Störungen, jedoch ergeben sich dadurch unerwünschte Verluste. Bevorzugt ist es deshalb, die lineare Strombegrenzungsvorrichtung als linear geregelte Stromquelle auszubilden. Dadurch lässt sich ein vorgebbarer Strom einstellen. Bevorzugt ist eine derartig linear geregelte Stromquelle realisiert durch einen Operationsverstärker.A first preferred category of electronic ballasts according to the invention comprises at least a first and a second linear current limiting device, wherein the first linear current limiting device is associated with the first unit and coupled serially to the first unit, the second linear current limiting device being associated with the second unit and serial to the second unit is coupled, wherein the series circuit of the first linear current limiting device and the first unit on the one hand and the series circuit of the second linear current limiting device and second unit on the other hand, at least in phases parallel between the first output terminal of the rectifier and a reference potential, in particular the second output terminal of the rectifier coupled. A linear current limiting device may in its simplest embodiment constitute a variable resistor. Although this is cheap and produces no EMC interference, but this results in unwanted losses. It is therefore preferred to form the linear current limiting device as a linearly regulated current source. As a result, a specifiable current can be set. Preferably, such a linearly regulated current source is realized by an operational amplifier.
Bei einer ersten Ausführungsform ist die erste und die zweite lineare Strombegrenzungsvorrichtung ohne Zwischenschaltung eines elektronischen Schalters mit dem ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters gekoppelt. Dabei werden die jeweiligen Speicherkondensatoren immer dann nachgeladen, wenn die Spannung am ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters über der Flussspannung der jeweiligen LED-Kaskade liegt. Die Differenz zwischen der Spannung am ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters und der Spannung über der jeweiligen LED-Kaskade fällt an der jeweiligen linearen Strombegrenzungsvorrichtung ab. Dadurch entstehen Verluste, weshalb Ausführungsformen bevorzugt sind, bei denen zumindest zwischen den ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters und die zweite lineare Strombegrenzungsvorrichtung ein erster elektronischer Schalter gekoppelt ist. Der elektronische Schalter beeinträchtigt die gute EMV nicht, da der Schalter üblicherweise nur zweimal pro Halbwelle schaltet und damit langsam, das heißt ohne EMV-Störungen zu erzeugen, geschaltet werden kann.In a first embodiment, the first and the second linear current limiting device is coupled to the first output terminal of the rectifier without the interposition of an electronic switch. The respective storage capacitors are always recharged when the voltage at the first output terminal of the rectifier is above the forward voltage of the respective LED cascade. The difference between the voltage at the first output terminal of the rectifier and the voltage across the respective LED cascade drops at the respective linear current limiting device. This results in losses, which is why embodiments are preferred in which at least between the first output terminal of the rectifier and the second linear current limiting device, a first electronic switch is coupled. The electronic switch does not affect the good EMC, since the switch usually switches only twice per half cycle and thus slowly, that is, without generating EMC interference, can be switched.
Sind die jeweiligen LED-Kaskaden für verschiedene Eingangsspannungsbereiche optimiert, kann die jeweilige LED-Kaskade abhängig von der Höhe der momentanen Gleichrichterausgangsspannung mittels des ersten elektronischen Schalters zu- und weggeschaltet werden, so dass die jeweiligen Einheiten und die zugehörigen linearen Strombegrenzungsvorrichtungen nur im optimalen Spannungsbereich aktiviert sind. Dabei werden die Stromquellen entsprechend der unterschiedlichen Flussspannungen der LED-Kaskaden zu geeigneten, unterschiedlichen Zeitpunkten aktiviert, so dass sich eine oberwellenreduzierte Stromaufnahme ergibt. Eine derartige Ausführungsform zeichnet sich demnach durch einen ausgezeichneten Leistungsfaktor aus.If the respective LED cascades are optimized for different input voltage ranges, the respective LED cascade can be switched on and off depending on the level of the instantaneous rectifier output voltage by means of the first electronic switch, so that the respective units and the associated linear current limiting devices are activated only in the optimum voltage range are. In this case, the current sources are activated according to the different forward voltages of the LED cascades at suitable, different times, so that there is a harmonic reduced current consumption. Such an embodiment is therefore characterized by an excellent power factor.
Die Aktivierung der jeweiligen Kaskade erfolgt automatisch, wenn die Gleichrichterausgangsspannung größer als die Flussspannung der jeweiligen LED-Kaskade wird, wobei die lineare Strombegrenzungsvorrichtung eine Diodenwirkung aufweist. Dadurch ergeben sich sehr geringe Verluste. Trotz des Zu- und Wegschaltens der jeweiligen Einheit werden die LEDs dauerhaft betrieben. Dazu ist der Speicherkondensator der jeweiligen Einheit entsprechend auszulegen.The activation of the respective cascade takes place automatically when the rectifier output voltage becomes greater than the forward voltage of the respective LED cascade, the linear current limiting device having a diode action. This results in very low losses. Despite the switching on and off of the respective unit, the LEDs are operated permanently. For this purpose, the storage capacitor of the respective unit must be interpreted accordingly.
Die Kombination aus linearer Strombegrenzungsvorrichtung und zugehöriger Einheit mit der höchsten Spannung kann dauerhaft mit dem Gleichrichterausgang gekoppelt sein, wobei die zugehörige lineare Strombegrenzungsvorrichtung eine Diodenwirkung aufweisen sollte, damit der Speicherkondensator bei Überschreitung der Schwellenspannung, die sich aus der Flussspannung der parallel geschalteten LED-Kaskade ergibt, nachgeladen wird und sich nur über die ihm zugeordnete LED-Kaskade entladen kann. Die Diode verhindert das Entladen des Kondensators beim Zuschalten eines parallelen Pfades.The combination of linear current limiting device and associated unit with the highest voltage may be permanently coupled to the rectifier output, the associated linear current limiting device should have a diode action, so that the storage capacitor when exceeding the threshold voltage resulting from the forward voltage of the parallel-connected LED cascade , is recharged and can only discharge via its associated LED cascade. The diode prevents the discharge of the capacitor when connecting a parallel path.
Noch bevorzugter ist zwischen den ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters und die erste lineare Strombegrenzungsvorrichtung, das heißt, die der LED-Kaskade mit der höchsten Flussspannung zugeordnet ist, ein zweiter elektronischer Schalter gekoppelt. Die Verwendung eines zweiten elektronischen Schalters bietet den Vorteil, dass der Zeitpunkt für das Einschalten der zugeordneten LED-Kaskade gesteuert erfolgen kann und damit später erfolgen kann als im Fall, dass das Einschalten über die Schwellspannung definiert wird. Damit ergibt sich ein zusätzlicher Freiheitsgrad, der für die Optimierung der Oberwellenkorrektur oder für die Optimierung der Aufteilung der Leistung auf die verschiedenen LED-Kaskaden genutzt werden kann.More preferably, a second electronic switch is coupled between the first output terminal of the rectifier and the first linear current limiting device, that is, associated with the highest flux voltage LED cascade. The use of a second electronic switch has the advantage that the time for switching on the associated LED cascade can be controlled and can be done later than in the case that the switching on the threshold voltage is defined. This results in an additional degree of freedom, which can be used for optimizing the harmonic correction or for optimizing the distribution of the power to the various LED cascades.
Bevorzugt weist das elektronische Vorschaltgerät weiterhin mindestens eine weitere lineare Strombegrenzungsvorrichtung, einen weitern elektronischen Schalter sowie eine weitere Einheit mit einer weiteren Kaskade von LEDs sowie einen weiteren Speicherkondensator auf. Je mehr derartige Einheiten vorgesehen sind, umso sinusförmiger kann die Stromaufnahme gestaltet werden. Je sinusförmiger die Stromaufnahme ist, desto besser ist der Leistungsfaktor eines derartigen elektronischen Vorschaltgeräts. Bei Systemen mit Leistungen über 25 W haben sich drei bis vier LED-Kaskaden als guter Kompromiss zwischen Kosten und Leistungsfaktor ergeben. Die jeweiligen LED-Kaskaden und die zugehörige lineare Strombegrenzungsvorrichtung sind jeweils optimiert für verschiedene Eingangsspannungsbereiche. Die Leistung der jeweiligen LED-Kaskaden kann dabei unterschiedlich sein, wodurch sich ein zusätzlicher Freiheitsgrad ergibt, um einen hohen Wirkungsgrad und eine optimierte Oberwellenkorrektur der Stromaufnahme zu erreichen. Preferably, the electronic ballast further comprises at least one further linear current limiting device, a further electronic switch and a further unit with a further cascade of LEDs and a further storage capacitor. The more such units are provided, the more sinusoidal the current consumption can be designed. The more sinusoidal the current consumption is, the better the power factor of such an electronic ballast. For systems over 25W, three to four LED cascades have been a good compromise between cost and power factor. The respective LED cascades and the associated linear current limiting device are each optimized for different input voltage ranges. The power of the respective LED cascades can be different, resulting in an additional degree of freedom, in order to achieve a high efficiency and an optimized harmonic correction of the current consumption.
Eine zweite bevorzugte Kategorie eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts zeichnet sich dadurch aus, dass die erste und die zweite Einheit zueinander in Serie gekoppelt sind. Dabei umfasst das elektronische Vorschaltgerät eine lineare Strombegrenzungsvorrichtung, die der ersten Einheit und der zweiten Einheit zugeordnet ist, wobei die lineare Strombegrenzungsvorrichtung seriell zur Serienschaltung der ersten und der zweiten Einheit gekoppelt ist, wobei die Serienschaltung aus linearer Strombegrenzungsvorrichtung, erster Einheit sowie zweiter Einheit zumindest phasenweise seriell zwischen den ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters und ein Bezugspotential, insbesondere den zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters, gekoppelt ist. Bevorzugt ist seriell zwischen die erste und die zweite Einheit eine erste Diode gekoppelt. Diese sorgt dafür, dass sich der Speicherkondensator der ersten Einheit bei leitender zweiter Einheit nicht über die LED-Kaskade der zweiten Einheit entlädt.A second preferred category of a ballast according to the invention is characterized in that the first and the second unit are coupled to each other in series. In this case, the electronic ballast comprises a linear current limiting device, which is associated with the first unit and the second unit, wherein the linear current limiting device is serially coupled to the series connection of the first and the second unit, wherein the series circuit of linear current limiting device, first unit and second unit at least in phases connected in series between the first output terminal of the rectifier and a reference potential, in particular the second output terminal of the rectifier. Preferably, a first diode is serially coupled between the first and second units. This ensures that the storage capacitor of the first unit with conductive second unit does not discharge via the LED cascade of the second unit.
Weiterhin bevorzugt ist parallel zur Serienschaltung aus erster Diode und zweiter Einheit ein erster elektronischer Schalter gekoppelt. Auf diese Weise kann die zweite LED-Kaskade kurzgeschlossen werden, so dass eine kleine Spannung, die sich aus der Flussspannung der ersten LED-Kaskade ergibt, mit dem Gleichrichterausgang koppelbar ist. Wenn der elektronische Schalter nichtleitend geschaltet ist, ist die Serienschaltung aus erster und zweiter LED-Kaskade zwischen die Gleichrichterausgangsanschlüsse gekoppelt. Damit kann eine höhere Spannung am Gleichrichterausgang weitgehend verlustfrei zum Betreiben der LED-Kaskaden verwendet werden.Further preferably, a first electronic switch is coupled in parallel to the series connection of the first diode and the second unit. In this way, the second LED cascade can be short-circuited, so that a small voltage, which results from the forward voltage of the first LED cascade, can be coupled to the rectifier output. When the electronic switch is nonconductive, the series combination of first and second LED cascades is coupled between the rectifier output terminals. Thus, a higher voltage at the rectifier output can be used largely lossless to operate the LED cascades.
Auch diese Variante kann zur Optimierung der Oberwellenkorrektur sowie der Minimierung der Verluste weiterhin mindestens eine weitere Diode, einen weiteren elektronischen Schalter, eine weitere Einheit mit einer weiteren Kaskade von LEDs sowie einen weiteren Speicherkondensator umfassen.This variant may also comprise at least one further diode, a further electronic switch, a further unit with a further cascade of LEDs and a further storage capacitor for optimizing the harmonic correction and minimizing the losses.
Bevorzugt ist generell der jeweilige Speicherkondensator, unabhängig von der gewählten Verschaltungsvariante der LED-Kaskaden, so dimensioniert, dass ausreichend Energie zum Versorgen aller LEDs der jeweiligen Kaskade während einer Halbwelle der Versorgungswechselspannung vorhanden ist. Dadurch kann die Lichtmodulation wunschgemäß auf Werte nahe Null reduziert werden. Bevorzugt weisen die zwei oder mehr Kaskaden eine unterschiedliche Flussspannung auf. Dadurch lässt sich eine optimale Anpassung an den halbsinusförmigen Verlauf der Gleichrichterausgangsspannung erzielen, was in sehr geringen Verlusten einerseits sowie einer weitgehend sinusförmigen Stromaufnahme andererseits resultiert.Preferably, the respective storage capacitor is generally, regardless of the selected Verschaltungsvariante the LED cascades, dimensioned so that sufficient energy to supply all the LEDs of the respective cascade is present during a half cycle of the AC supply voltage. As a result, the light modulation can be reduced to values close to zero as desired. Preferably, the two or more cascades have a different forward voltage. As a result, an optimal adaptation to the semi-sinusoidal profile of the rectifier output voltage can be achieved, which results in very low losses on the one hand and a largely sinusoidal current consumption on the other hand.
Wie bereits erwähnt, kann die jeweilige lineare Strombegrenzungsvorrichtung bevorzugt eine linear regel- oder steuerbare Stromquelle darstellen oder einen Strombegrenzungswiderstand.As already mentioned, the respective linear current-limiting device can preferably represent a linearly controllable current source or a current-limiting resistor.
Weiterhin bevorzugt umfasst das elektronische Vorschaltgerät eine Steuervorrichtung zum Steuern zumindest des ersten und/oder des zweiten und/oder des weiteren elektronischen Schalters. In diesem Zusammenhang ist es bei einer parallelen Verschaltung der LED-Einheiten besonders bevorzugt, wenn die Steuervorrichtung ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter nichtleitend zu schalten, sobald Strom durch die ersten Kaskade fließt. Dieser Zustand kann beispielsweise durch einen kleinen Shuntwiderstand auf einfache Weise detektiert werden.Further preferably, the electronic ballast comprises a control device for controlling at least the first and / or the second and / or the further electronic switch. In this context, it is particularly preferred for a parallel connection of the LED units if the control device is designed to switch the first electronic switch nonconducting as soon as current flows through the first cascade. This state can be easily detected, for example, by a small shunt resistor.
Weiterhin kann in diesem Zusammenhang die Steuervorrichtung ausgelegt sein, den ersten elektronischen Schalter leitend zu schalten, sobald kein Strom mehr durch die erste Kaskade fließt.Furthermore, in this context, the control device can be designed to switch the first electronic switch to conducting as soon as no current flows through the first cascade.
Generell kann die Steuervorrichtung ausgelegt sein, den/die jeweiligen elektronischen Schalter derart leitend oder nichtleitend zu schalten, dass das zeitliche Integral der Verlustleistung aller linearen Strombegrenzungsvorrichtungen über eine Halbwelle der Versorgungswechselspannung unter einem vorgebbaren Schwellwert liegt, insbesondere minimal ist. Dadurch ergeben sich besonders verlustarme Realisierungen.In general, the control device can be designed to switch the respective electronic switch in such a conductive or non-conductive manner that the temporal integral of the power loss of all linear current-limiting devices is below a predefinable threshold value over a half-wave of the alternating supply voltage, in particular is minimal. This results in particularly low-loss implementations.
Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Anzahl aller mittels des elektronischen Vorschaltgeräts zu betreibenden LEDs vorgegeben ist, wobei die Aufteilung der LEDs in die einzelnen Kaskaden derart erfolgt, dass das zeitliche Integral der Verlustleistung aller linearen Strombegrenzungsvorrichtungen über eine Halbwelle der Versorgungswechselspannung unter einem vorgebbaren Schwellwert liegt, insbesondere minimal ist. Diese Vorgehensweise trägt dem Umstand Rechnung, dass sich die Verluste minimieren lassen durch eine geschickte Aufteilung der beispielsweise aufgrund der zu erzielenden Leistung vorgegebenen Anzahl an LEDs.It can also be provided that a number of all to be operated by means of the electronic ballast LEDs is specified, the division of the LEDs in the individual cascades in such a way that the temporal integral of the power loss of all linear current limiting devices is less than a predefinable threshold value over a half-wave of the AC supply voltage, in particular is minimal. This procedure takes into account the fact that the losses can be minimized by a clever division of the number of LEDs specified, for example, on the basis of the power to be achieved.
Bevorzugt wird die mindestens eine lineare Strombegrenzungsvorrichtung dabei derart angesteuert, dass die Netzstromaufnahme vorgebbaren Anforderungen an die Netzoberschwingungen oder einen Powerfaktor oder vorgebbare Anforderungen in Form einer vorgebbaren Kurvenform entspricht.In this case, the at least one linear current-limiting device is preferably controlled in such a way that the mains current consumption corresponds to predefinable requirements for the mains harmonics or a power factor or predefinable requirements in the form of a predefinable waveform.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further preferred embodiments emerge from the subclaims.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße elektronische Vorschaltgerät vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben zumindest einer ersten und einer zweiten Kaskade von LEDs.The preferred embodiments presented with respect to the electronic ballast according to the invention and their advantages apply correspondingly, as far as applicable, to the method according to the invention for operating at least one first and one second cascade of LEDs.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)Short description of the drawing (s)
Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Die mit Bezug auf
Letztere umfasst die Parallelschaltung eines Speicherkondensators C2 und einer zweiten LED-Kaskade K2.The latter comprises the parallel connection of a storage capacitor C2 and a second LED cascade K2.
Die LED-Kaskaden K1 und K2 weisen eine unterschiedliche Anzahl an LEDs und deshalb unterschiedliche Flussspannungen auf. Der in die erste lineare Strombegrenzungsvorrichtung SB1 fließende Strom ist mit I1 bezeichnet, während der in die zweite lineare Strombegrenzungsvorrichtung SB2 fließende Strom mit I2 bezeichnet ist. The LED cascades K1 and K2 have a different number of LEDs and therefore different forward voltages. The current flowing in the first linear current limiting device SB1 is denoted by I1, while the current flowing into the second linear current limiting device SB2 is indicated by I2.
Sobald die Spannung UGl wieder unter einen vorgebbaren Schwellwert fällt, das heißt vorliegend zum Zeitpunkt t4, wird die lineare Strombegrenzungsvorrichtung SB1 deaktiviert und die lineare Strombegrenzungsvorrichtung SB2 aktiviert. Es beginnt wieder ein Strom I2 zu fließen. Zum Zeitpunkt t5 wird die Strombegrenzungsvorrichtung SB2 inaktiv. Die Netzstromaufnahme erfolgt demnach zwischen den Zeitpunkten t2 und t5 gemäß den eingezeichneten, zu diesen Zeitpunkten fließenden Strömen I1 und I2.As soon as the voltage U Gl again falls below a predefinable threshold value, that is to say in this case at the time t4, the linear current-limiting device SB1 is deactivated and the linear current-limiting device SB2 is activated. It starts again to flow a current I2. At time t5, the current limiting device SB2 becomes inactive. Accordingly, the mains current consumption takes place between times t2 and t5 in accordance with the indicated currents I1 and I2 flowing at these times.
Wie sich aus den dick eingezeichneten Doppelpfeilen ergibt, fließt im Spannungsbereich UB1 der Spannung UGl ein Strom I1, wohingegen der Spannungsbereich UB2 durch den dann phasenweise fließenden Strom I2 abgedeckt ist. Wie für den Fachmann offensichtlich, könnte durch Vorsehen weiterer Spannungsbegrenzungsvorrichtungen SBI sowie Einheiten EI eine verbesserte Anpassung der Stromaufnahme an den Verlauf der Spannung UGl bewirkt werden, was in einer weiteren Optimierung des Leistungsfaktors sowie in einer Reduktion der Verlustleistung resultieren würde. Die jeweilige Verlustleistung bestimmt sich insbesondere als das Produkt des durch die jeweilige Strombegrenzungsvorrichtung fließenden Stroms sowie der über der jeweiligen Spannungsbegrenzungsvorrichtung abfallenden Spannungsdifferenz. Diese ist proportional dem Zwischenraum zwischen der Kurve UGl sowie den jeweils eingezeichneten Stromverläufen.As can be seen from the thick double arrows, a current I1 flows in the voltage range UB1 of the voltage U Gl , whereas the voltage range UB2 is covered by the then current I2 flowing in phases. As would be obvious to one skilled in the art, by providing further voltage limiting devices SBI and units EI, an improved adaptation of the current consumption to the course of the voltage U Gl could be effected, which would result in a further optimization of the power factor as well as in a reduction of the power loss. The respective power loss is determined in particular as the product of the current flowing through the respective current-limiting device and the voltage difference across the respective voltage-limiting device. This is proportional to the gap between the curve U Gl and the respectively indicated current curves.
Die jeweiligen Strombegrenzungsvorrichtungen SB1, SB2 sowie die Flussspannungen U1, U2 sind so gewählt, dass die zweite lineare Strombegrenzungsvorrichtung (Strom I2) mit kleinerer Spannung arbeitet als die erste Strombegrenzungsvorrichtung. Die Aktivierung erfolgt jeweils, wenn die Spannung UGl größer als die Flussspannung der jeweiligen LED-Kaskade wird. Die jeweiligen linearen Spannungsbegrenzungsvorrichtungen SB1, SB2 sind bevorzugt als Linearregler mit Diodenwirkung ausgeführt.The respective current limiting devices SB1, SB2 and the forward voltages U1, U2 are selected such that the second linear current limiting device (current I2) operates at a lower voltage than the first current limiting device. The activation takes place in each case when the voltage U Gl is greater than the forward voltage of the respective LED cascade. The respective linear voltage limiting devices SB1, SB2 are preferably designed as linear regulators with diode action.
Mit Bezug auf
Claims (19)
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