AT14866U1 - Treiberschaltung für LEDs mit sekundärseitigem selektiv schaltbarem Überbrückungspfad - Google Patents

Abstract

Die Erfindung stellt eine Treiberschaltung für Leuchtmittel, insbesondere für eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED, bereit aufweisend eine mit Spannung versorgbare und mittels wenigstens eines Schalters getaktete Schaltung, die mittels eines Übertragers einen Resonanzkreis speist, von dem ausgehend die Leuchtmittel versorgbar sind, eine Steuerschaltung, die dazu eingerichtet ist, in einem Regelkreis zur Regelung eines Leuchtmittel-Stroms abhängig von einem Rückführsignal, das einen Istwert eines Strom durch die Leuchtmittel wiedergibt, und einem Signal, das einen Sollwert für den Leuchtmittel-Strom wiedergibt, eine Stellgröße für die Regelung des Leuchtmittel-Stroms zu erzeugen und entsprechend den wenigstens einen getakteten Schalter zu steuern, wobei ein zu dem Übertrager sekundärseitiger Schaltungsteil der Treiberschaltung wenigstens einen Überbrückungspfad parallel zu Anschlüssen für die Leuchtmittel aufweist, wobei der Überbrückungspfad selektiv, insbesondere PWM-moduliert, aktivierbar/deaktivierbar ist.

Description

Beschreibung

TREIBERSCHALTUNG FÜR LEDS MIT SEKUNDÄRSEITIGEM SELEKTIV SCHALTBAREM ÜBERBRÜCKUNGSPFAD

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treiberschaltung für Leuchtmittel und einen Konverter für den Betrieb wenigstens eines Leuchtmittels, z. B. eine Treiberschaltung für den Betrieb wenigstens einer LED, mit einem sekundärseitigem selektiv schaltbarem Überbrückungspfad. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels mit der Treiberschaltung.

[0002] Eine Treiberschaltung zum Betreiben von Leuchtmitteln und insbesondere LEDs ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Eine solche Treiberschaltung wird von einer elektrischen Versorgungsquelle aus versorgt und umfasst einen Resonanzkreis, beispielsweise einen LLC- Konverter, der dafür sorgt, dass der Strom über eine galvanische Sperre bzw. Barriere von einer Primärseite der Treiberschaltung auf einer Sekundärseite der Treiberschaltung bezüglich der galvanischen Barriere zu übertragen, bzw. bezüglich eines Übertragers, der den Resonanzkreis speist. Dies dient dem Zweck, durch Übertragung von elektrischer Energie von der Primärseite auf die Sekundärseite ein auf der Sekundärseite verbindbares Leuchtmittel mit Strom zu versorgen.

[0003] Die Erfindung geht nun von einer LLC-Topologie aus, die einen primärseitig angeordneten Halbbrücken-Wechselrichter mit nachfolgendem Resonanzkreis umfasst. Der Resonanzkreis speist dabei einen Übertrager, von dessen Sekundärseite ausgehend eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED versorgbar ist.

[0004] Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, dass zur Konstantregelung des Leuchtmittelstroms der Strom durch die Primärseite des Übertragers als Ist-Wert des Leuchtmittelstroms erfasst werden kann.

[0005] Bei der galvanisch trennenden Barriere kann es sich insbesondere um eine SLV-Barriere (Sicherheitskleinspannungsbarriere) handeln.

[0006] Bekannt ist weiter, dass ein Dimmen bei einer solchen Treiberschaltung erfolgen kann, indem kurzzeitig die Schalter der hochfrequent getakteten Halbbrücke abgeschaltet werden. Dies kann durch eine niederfrequente PWM-Modulation auf der Primärseite der Treiberschaltung erreicht werden.

[0007] Ziel ist es nunmehr, eine alternative Schaltungsanordnung bereitzustellen, die es erlaubt, ein sekundärseitiges Dimmen durchzuführen, und somit eine Vereinfachung der Schaltung bereitzustellen.

[0008] Die Erfindung stellt daher eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit, wie es in den unabhängigen Ansprüchen definiert ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0009] In einem ersten Aspekt wird eine Treiberschaltung für Leuchtmittel, insbesondere für eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED, bereitgestellt, aufweisend eine mit Spannung versorgbare und mittels wenigstens eines Schalters getaktete Schaltung, die mittels eines Übertragers einen Resonanzkreis speist, von dem ausgehend die Leuchtmittel versorgbar sind, eine Steuerschaltung, die dazu eingerichtet ist, in einem Regelkreis zur Regelung eines Leuchtmittel- Stroms abhängig von einem Rückführsignal, das einen Istwert eines Strom durch die Leuchtmittel wiedergibt, und einem Signal, das einen Sollwert für den Leuchtmittel-Strom wiedergibt, eine Stellgröße für die Regelung des Leuchtmittel-Stroms zu erzeugen und entsprechend den wenigstens einen getakteten Schalter zu steuern, wobei ein zu dem Übertrager sekundärseitiger Schaltungsteil der Treiberschaltung wenigstens einen Überbrückungspfad parallel zu Anschlüssen für die Leuchtmittel aufweist, wobei der Überbrückungspfad selektiv, insbesondere PWM-moduliert, aktivierbar/deaktivierbar ist.

[0010] Eine Frequenz der Aktivierung/Deaktivierung kann im Vergleich zur Schaltfrequenz des getakteteten Schalters niederfrequent sein.

[0011] Die Taktung des wenigstens einen Schalters kann PWM-moduliert erfolgen.

[0012] Bei aktiviertem Überbrückungspfad kann der Leuchtmittel-Strom zu Masse abgeleitet werden.

[0013] Der Überbrückungspfad kann den sekundärseitigen Schaltungsteil bei Aktivierung wenigstens teilweise kurzschließen.

[0014] Die Steuerschaltung kann den Leuchtmittel-Strom bei aktiviertem Überbrückungspfad auf den Sollwert regeln.

[0015] Der Überbrückungspfad kann zwischen einem Leuchtmittel und einem Speicherkondensator angeordnet sein. Er kann vorzugsweise den Speicherkondensator bei Aktivierung überbrücken.

[0016] Der Überbrückungspfad kann zwischen der Sekundärseite des Übertragers und einem in Vorwärtsrichtung folgenden Gleichrichter und/oder Kondensator angeordnet sein.

[0017] Das selektive Aktivieren/Deaktivieren des Überbrückungspfads kann durch eine Steuereinheit erfolgen, insbesondere in Abhängigkeit von einem zugeführten Dimmsignal. Die Steuereinheit kann primärseitig oder sekundärseitig angeordnet sein und kann insbesondere Teil der Steuerschaltung sein.

[0018] Der wenigstens eine Schalter kann mit eine Frequenz von 50 - 150 kHz, insbesondere 100 kHz getaktet sein.

[0019] Der Überbrückungspfad kann selektiv mit einer Frequenz von 100 Hz bis 3 kHz angesteuert werden.

[0020] Der wenigstens eine getaktete Schalter kann bei Aktivierung des Überbrückungspfads von der Steuerschaltung deaktiviert werden.

[0021] Der wenigstens eine getaktete Schalter kann Teil eines getakteten Wechselrichters, insbesondere Teil einer getakteten Halbbrücke sein.

[0022] In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das selektive Aktivieren/Deaktivieren des Überbrückungspfads zeitlich abgestimmt, vorzugsweise synchronisiert, mit einem kurzzeitigen Abschalten eines getakteten Schalter als Teil eines getakteten Wechselrichters, insbesondere Teil einer getakteten Halbbrücke, erfolgen.

[0023] In einem weiteren Aspekt wird eine Leuchte mit einer Treiberschaltung bereitgestellt, wie sie oben beschrieben ist.

[0024] In noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb einer Treiberschaltung für Leuchtmittel, insbesondere für eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED, bereitgestellt wobei eine mit Spannung versorgbare und mittels wenigstens eines Schalters getaktete Schaltung, einen Resonanzkreis mittels eines Übertragers speist, von dem ausgehend die Leuchtmittel versorgbar sind, eine Steuerschaltung in einen Regelkreis zur Regelung des Leuchtmittel-Stroms abhängig von einem Rückführsignal, das einen Istwert eines Strom durch die Leuchtmittel wiedergibt, und einem Signal, das einen Sollwert für den Leuchtmittel-Strom wiedergibt, eine Stellgröße für die Regelung des Leuchtmittel-Stroms erzeugt und entsprechend den wenigstens einen getakteten Schalter steuert, wobei ein zu dem Übertrager sekundärseitiger Schaltungsteil der Treiberschaltung wenigstens einen Überbrückungspfad parallel zu Anschlüssen für die Leuchtmittel aufweist, wobei der Überbrückungspfad selektiv, insbesondere PWM-moduliert, aktivierbar/deaktivierbar ist.

[0025] Die Erfindung wird nunmehr auch mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigen: [0026] Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung, die den Ausgangspunkt der Erfindung darstellt; [0027] Fig. 2 einen Ausschnitt der Schaltung aus Fig. 1 gemäß der erfindungsgemäßen

Weiterbildung; [0028] Fig. 3 schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung; [0029] Fig. 4 schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfindung; [0030] Fig. 5 schematisch eine dritte Ausführungsform der Erfindung; [0031] Eine Treiberschaltung, die einen Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung bildet ist in Fig. 1 dargestellt.

[0032] Die dargestellte Treiberschaltung 1 wird eingangsseitig von einer Eingangsspannung Vdc gespeist. Die Eingangsspannung Vdc ist vorzugsweise eine gleichgerichtete und gegebenenfalls gefilterte Wechselspannung, bzw. Netzspannung. Vorzugsweise wird diese gleichgerichtete Netzspannung noch einem Wandler in Form z. B. einer Leistungskorrekturschaltung (nicht gezeigt) zugeführt, bevor sie die Treiberschaltung 1 versorgt.

[0033] Die Eingangsspannung Vdc kann auch eine nährungsweise konstante Busspannung sein. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist die Eingangsspannung Vdc beispielsweise eine Amplitude von 400 Volt auf. Die Eingangsspannung kann auch Busspannung oder Zwischenkreisspannung genannt werden. Alternativ kann die Eingangsspannung Vdc auch eine Gleichspannung bzw. eine konstante Spannung, wie beispielsweise eine Batteriespannung, sein.

[0034] Eingangsseitig ist in der Treiberschaltung 1 ein Schaltregler vorgesehen, der von der Eingangsspannung Vdc gespeist wird. Die Eingangsspannung Vdc versorgt insbesondere eine getaktete Schaltung und insbesondere einen Wechselrichter, der z. B. in Form einer Halbbrückenschaltung ausgestaltet sein kann.

[0035] Im Wesentlichen weist die Treiberschaltung wenigstens einen getakteten Schalter auf. Die gezeigte Halbbrückenschaltung 2 weist einen potential niedrigeren Schalter LS und einen potential höheren Schalter HS auf. Als Wechselrichter mit einem Schalter kann z. B. ein Fly-back-Konverter (nicht gezeigt, auch isolierter Sperrwandler genannt) vorgesehen sein.

[0036] Die in Serie geschalteten Schalter LS, HS der Halbbrückenschaltung 2 können als Transistoren, z. B. FETs oder MOSFETs ausgestaltet sein. Die Schalter LS, HS werden von jeweiligen Steuersignalen S/LS, S/HS, ausgehend von einem Halbbrückentreiber 12 einer Steuereinheit ST gesteuert.

[0037] Vorzugsweise werden die Schalter LS, HS durch die Steuersignale S/LS, S/HS bzw. durch den Halbbrückentreiber 12 alternierend ein- und ausgeschaltet. Der Mittelwert des Stroms durch die Leuchtmittel kann durch Veränderung der Ansteuerfrequenz ASF der Schalter LS, HS und/oder durch Veränderung des Tastverhältnisses der Ansteuerung angepasst werden. Der potential niedrigere Schalter LS ist mit einer primärseitigen Masse verbunden. An der Halbbrückenschaltung 2 liegt die Eingangsspannung Vdc an.

[0038] Zwischen den zwei Schaltern LS, HS, d. h. am Mittenpunkt der Halbbrückenschaltung 2, ist ein Resonanzkreis 3 in Form eines Serienresonanzkreises (LLC) angeschlossen. Alternativ kann dem Mittenpunkt der Halbbrückenschaltung 2 auch ein Parallelresonanzkreis angeschlossen sein.

[0039] Der in Fig. 1 gezeigt Resonanzkreis 3 ist als Serienresonanzkreis ausgestaltet und umfasst Induktanz- und Kapazitätselemente. Insbesondere ist zwischen der primärseitigen Masse und dem Mittenpunkt der Halbbrückenschaltung 2 eine Serienschaltung aufweisend eine erste Spule LR, eine zweite Spule LA und einen Kondensator CR angeordnet. Der Resonanzkreis 3 wird in diesem Fall als LLC-Resonanzkreis bezeichnet. Die Spule Lr und der Kondensator Cr bilden vorzugsweise den Resonanzkreis und werden als Resonanzspule und Resonanzkondensator bezeichnet.

[0040] Die in Serie zu der Spule Lr und dem Kondensator Cr geschaltete zweite Spule La ist vorzugsweise die Primärwicklung eines Transformators T, der als Übertrager zur galvanischen Trennung dient. Der Transformator T überbrückt zum Beispiel eine galvanische Sperre, die in

Fig. 1 als Sicherheitskleinspannungs-Barriere bzw. SELV- Barriere 7 (Safety Extra-Low Voltage Barriere) dargestellt ist.

[0041] Der Transformator T bildet insgesamt eine galvanische Kopplung zwischen einer Primärseite, aufweisend die Primärwicklung La, und eine Sekundärseite, aufweisend eine Sekundärwicklung Lb des Transformators T. In Fig. 1 ist der Transformator T als idealer Transformator dargestellt, wobei die Primärwicklung des realen Transformators eine Streuinduktivität und eine Hauptinduktivität zum Führen des Magnetisierungsstroms aufweisen kann.

[0042] Die Sekundärwicklung Lb des Transformators T weist eine Anzapfung bzw. Abzapfung, insbesondere eine Mittenpunktabzapfung auf, wobei diese Mittenpunktabzapfung als sekundärseitige Masse dienen kann. Relativ kann die Sekundärwicklung Lb aus zwei getrennten Wicklungen bestehen, wobei dann der Mittenpunkt dieser getrennten Wicklungen der Mittenanzapfung entspricht.

[0043] Eine Klemme der Sekundärwicklung Lb ist mit einer ersten Erfassungswicklung L1 verbunden, die andere Klemme der Sekundärwicklung Lb mit einer zweiten Erfassungswicklung LT. Die erste Erfassungswicklung L1 und die zweite Erfassungswicklung LT sind vorzugsweise identisch. Vorzugsweise sind die jeweiligen Windungszahl nL1_sec, nL1'_sec der Erfassungswicklung L1 und LT gleich.

[0044] In Serie zu der ersten Erfassungswicklung L1 ist eine erste Diode D1 verbunden. In Serie zur zweiten Erfassungswicklung LT ist eine zweite Diode DT geschaltet. Die Erfassungswicklung L1, LT sind mit der Anode der Dioden D1, DT verbunden.

[0045] Die jeweiligen Katoden der Dioden D1, DT sind zusammengeführt, so dass die Dioden D1, DT eine Gleichrichterschaltung 4 bilden. Durch die Sekundärwicklung Lb des Transistors T fließt im Betrieb vorzugsweise ein Wechselstrom. Je nach Richtung des Wechselstroms fließt ein Strom durch die erste Diode D1 oder durch die zweite Diode DT. Am Ausgang der Gleichrichterschaltung 4, d. h. am Verbindungspunkt der Dioden D1, DT, fließt somit ein gleichgerichteter Strom. Der Gleichrichter wird auch als Mittenpunktgleichrichter bezeichnet.

[0046] Die Gleichrichterschaltung 4 speist ausgangsseitig einen Speicherkondensator C2. Dieser Speicherkondensator C2 ist vorzugsweise zwischen dem Verbindungspunkt der Dioden D1, DT und der Mittenanzapfung der Sekundärwicklung Lb geschaltet. Als Speicherkondensator C2 kann aufgrund seiner vergleichsweise hohen Kapazität vorzugsweise ein Elektrolytkondensator eingesetzt werden. Der sekundärseitige Strom durch die Erfassungswicklung L1, LT wird also zum Betreiben der Leuchtmittel zunächst durch die Gleichrichterschaltung 4 gleichgerichtet und anschließend vorzugsweise gefiltert bzw. tiefpassgefiltert.

[0047] Parallel zum Speicherkondensator C2 sind die Leuchtmittel, vorzugsweise eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED, geschaltet.

[0048] Die Treiberschaltung 1 weist entsprechend zwei Ausgangsklemmen K1, K2 auf, die für den Anschluss des Leuchtmittel bereit stehen.

[0049] In Fig. 1 soll die dargestellte LED für ein oder mehrere Leuchtmittel repräsentativ sein. Vorzugsweise kann das von der Treiberschaltung 1 betriebene Leuchtmittel eine Reihenschaltung von einer oder mehreren LEDs sein. Alternativ können auch parallel angeordnete LEDs oder eine Kombination aus parallel und in Serie geschalteten LEDs versorgt werden.

[0050] Am Ausgang der Gleichrichterschaltung 4 bzw. des Speicherkondensators C2 können weitere Bauteile zur Filterung vorgesehen sein. Beispielhaft ist hierzu in Fig. 1 eine Spule L2 gezeigt. Diese Spule L2 kann vorzugsweise in Serie zu dem Leuchtmittel angeordnet sein.

[0051] Diese Serienschaltung kann parallel zum Kondensator C2 geschaltet sein. Die Spule L2 ist vorzugsweise zwischen der Ausgangsklemme K1 einerseits und dem Verbindungspunkt der Dioden D1, DT andererseits geschaltet. Zwischen beiden Ausgangsklemmen K1, K2 kann die Treiberschaltung noch einen weiteren Speicherkondensator bzw. Filterkondensator C3 aufweisen.

[0052] Zwischen der Ausgangsklemme K2 und der Mittenanzapfung der Sekundärwicklung Lb kann zusätzlich ein Widerstand R3 vorgesehen sein. Alternativ zu dem Widerstand R3 kann auch eine weitere Induktivität (nicht gezeigt) vorgesehen sein.

[0053] Die Erfassungswicklung L1, L1' sind mit einer primärseitigen Wicklung L1" gekoppelt. Der durch die Sekundärwicklung Lb des Transistors T fließende Wechselstrom wird somit von der sekundärseitig vorgesehenen Erfassungswicklung L1, LT in einen durch die primärseitige Wicklung L1" fließenden primärseitigen Strom transformiert. Die drei Wicklung L1, LT, LT' bilden somit einen Erfassungstransformator bzw. vorzugsweise einen potentialgetrennten Er-fassungsübertrager T1.

[0054] Der Strom durch die primärseitige Wicklung L1" gibt den Strom durch die sekundärseitigen Wicklungen L1, LT, d. h. auch den Strom durch das Leuchtmittel wieder. Zumindest zeitlich gemittelt ist der Strom durch die primärseitige Wicklung L1" eine Wiedergabe des Mittelwerts des Stroms durch das Leuchtmittel.

[0055] Hierbei ist natürlich das Verhältnis der Windungszahlen der entsprechenden primär- und sekundärseitigen Wicklung zueinander zu berücksichtigen. Vorzugsweise sind die Windungszahlen nL1"_prim, nL1_sec, nL1'_sec der primär- und sekundärseitigen Wicklung L1", L1, LT gleich.

[0056] Vorzugsweise sind dabei die Sekundärwicklung Lb einerseits und die Erfassungswicklungen L1, LT andererseits als separate Wicklungen ausgebildet. Das heißt, die Sekundärwicklung Lb der Erfassungswicklungen L1, LT bilden zwei separate Transformatoren. Dies ergibt sich insbesondere aus der Anforderung, dass der Erfassungstransformator L1, LT, L1" vorzugsweise als Stromtransformator ausgebildet ist. Die Wicklung des Erfassungstransformators L1, LT, L1" sind insbesondere dazu ausgebildet, eine möglichst verlustfreie Erfassung des sekundärseitigen Stroms zu ermöglichen. Durch geeignete Wahl der Wicklung kann der als Stromtransformator ausgebildete Erfassungstransformator L1, LT, L1" eine möglichst geringe Impedanz aufweisen.

[0057] Der Wechselstrom durch die Erfassungswicklungen L1, LT erzeugt einen Wechselstrom in der gekoppelten primärseitigen Erfassungswicklung L1". Eine Auswertungsschaltung 6 ist an der primärseitigen Erfassungswicklung L1" angeschlossen, um einen Messwert Im für den Strom durch das Leuchtmittel zu erzeugen. Dieser Messwert Im wird der Steuerschaltung ST zurückgeführt.

[0058] Auf der Grundlage des erhaltenen Rückwärtswerts Im erzeugt die Steuerschaltung ST die Steuersignale S/LS, S/HS für die Schalter LS, HS. Ausgehend von dem Ist-Wert Im führt die Steuerschaltung ST eine Stromregelung auf einen gewünschten Soll-Wert ILS durch, indem die Halbbrückenschaltung 2 entsprechend getaktet wird.

[0059] Die Auswerteschaltung 6 dient prinzipiell dazu, die von der Erfassungswicklung L1" gelieferte Information über den Strom durch das wenigstens eine Leuchtmittel auszuwerten bzw. zu verarbeiten und anschließend zu der Steuerschaltung ST zurückzuführen. Sekundärseitig wird also induktiv ein den Strom durch das sekundärseitige Leuchtmittel wiedergebendes Signal ausgekoppelt und auf die Primärseite transformiert, wo es gleichgerichtet gemittelt und der Steuerschaltung ST zugeführt wird. Die Erfassungswicklung L1" kann hierzu mit einem Gleichrichter 5 verschaltet sein, der mit einem Strommesswidertand Rshunt verbunden sein kann. Der Gleichrichter 5 kann z. B. in Form eines Vollbrückengleichrichters verwendet werden.

[0060] Nach dem Strommesswidertand Rshunt kann eine Tiefpassfilterung (LPF) erfolgen, wobei der Ist-Wert Im gefiltert wird und insbesondere ein Mittelwert des Ist-Werts Im des Stroms durch die Leuchtmittel erzeugt wird. Dieser gemittelte Wert kann durch einen Analog-Digital-Konverter (ADC) in einem digitalen Ist-Wert umgesetzt werden.

[0061] Der gemessene Ist-Wert Im des LED-Stroms wird von der Steuereinheit ST mit einem Soll-Wert für den Leuchtmittelstrom ILS verglichen. Die Steuereinheit ST umfasst Mittel, wie beispielsweise einen Komparator 9, zum Vergleichen des Soll-Werts ILS und des IST-Werts Im.

Die sich aus dem Vergleich ergebene Regeldifferenz RDF zum Regeln des Stroms durch die Leuchtmittel ergibt sich daraus.

[0062] Der Soll-Wert ILS für den Leuchtmittelstrom kann indessen auch intern von der Steuereinheit ST festgelegt sein.

[0063] Die Regeldiffernz RDF wird einem Regler 10 zugeführt, in welchem ein Regelalgorithmus für die Regelung des Leuchtmittelstroms implementiert ist. Der Regler 10, der insbesondere Teil der Steuerschaltung ST ist, ist vorzugsweise als Digitalregler ausgestaltet und kann z. B. in Form eines P/Pl/PlD-Reglers konfiguriert sein. Abhängig von der zugeführten Regeldifferenz erzeugt der Regler eine Stellgröße mittels der der Halbbrückentreiber 12 angesteuert wird. Die Stellgröße kann z. B. die Ansteuerfrequenz ASF der Schalter LS, HS und/oder das Tastverhältnis der Ansteuerung der Schalter LS, HS vorgesehen sein. Dabei werden die Schalter LS, HS der Halbbrücke 2 hochfrequent geschaltet, typischerweise in einem Frequenzbereich von über 10 kH bzw. in einem Bereich von 50 bis 150 kH und vorzugsweise bei 100 kH.

[0064] Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der Schaltung aus Fig. 1, die eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Schaltung aus Fig. 1 zeigt.

[0065] In der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ist nunmehr vorgesehen, dass sekundärseitig mindestens ein Überbrückungspfad (Bypass-Pfad) BP1-BP4 selektiv durch eine sekundärseitige Steuereinheit pP_sec selektiv schaltbar ist, um abhängig von einem der Treiberschaltung zugeführten Dimmsignal B temporär kurzzuschließen. In Fig. 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen die für Fig. 1 beschriebenen Bestandteile der Schaltung. Der in Fig. 2 sowie auch den Fig. 3 bis 5 dargestellte Halbbrückentreiber 12 ist Teil einer Steuereinheit ST, wobei in diesen Darstellungen zur Vereinfachung nur der Halbbrückentreiber 12 dargestellt ist.

[0066] Der Dimmbefehl B kann dabei extern vorgegeben sein.

[0067] Die Treiberschaltung kann beispielsweise mit einer Leitung und insbesondere einer Datenleitung bzw. einem Datenbus zur Übertragung von insbesondere digitalen Befehlen verbunden sein, über die der Dimmbefehl B der Treiberschaltung zugeführt wird. Dazu kann die Treiberschaltung mit einer Datenschnittstelle zur Datenübertragung zwischen der Treiberschaltung und einer externen Kommunikationseinheit (beide nicht gezeigt) ausgestattet sein. Die Datenübertragung kann alternativ auch analog erfolgen, erfolgt jedoch vorzugsweise mittels eines Protokolls zur Steuerung von gebäudetechnischen Betriebsgeräten. Als Protokoll kann z. B. das DALI (Digital Addressable Lighting Interface) oder das DSI (Digital Serial Interface) Protokoll verwendet werden.

[0068] Der empfangene Dimmbefehl B wird von der sekundärseitigen Steuereinheit pP_sec entsprechend in Steuerinformation für das selektiv Aktivieren/Deaktivieren des wenigstens einen Überbrückungspfads BP1-BP4 umgesetzt. Dabei steuert die sekundärseitige Steuereinheit pP_sec wenigstens ein Schaltmittel S in dem wenigstens einen Überbrückungspfad BP1-BP4 (auch Bypass-Pfad genannt; steht hierbei für eine die Schaltung kurzschließenden selektiv aktivierbaren Kurzschlusspfad), um den wenigstens einen Überbrückungspfad BP1-BP4 zu aktivieren/deaktivieren, insbesondere das Leuchtmittel stromlos zu schalten bzw. den Leuchtmittel- Strom um das Leuchtmittel herumzuleiten.

[0069] Dabei ist zu verstehen, dass die bereits beschriebene LLC-Schaltung eine im Wesentlichen ideale Stromquelle darstellt und auch im Kurzschlussfall, d. h. bei Aktivierung des wenigstens einen Überbrückungspfads BP1-BP4 den Strom auf der Sekundärseite der Treiberschaltung dennoch auf den Soll-Wert regelt.

[0070] In Fig. 2 sind nun für eine konkrete Anordnung des wenigstens einen Überbrückungspfads verschiedene Möglichkeiten exemplarisch dargestellt.

[0071] Zum Einen ist es möglich, dass ein Überbrückungspfad BP1 unmittelbar am Ausgang der Treiberschaltung, d. h. unmittelbar mittelbar an den Klemmen K1, K2 angeordnet ist, also nach dem Speicherkondensator C3. Hier ist zu beachten, dass nach einem Kurzschluss der Kondensator C3 jeweils zuerst neu geladen werden muss, da er sich bei einem Kurzschluss über den Überbrückungspfad BP1 bei Aktivierung des Schaltmittels S entlädt.

[0072] Eine zweite Möglichkeit für eine Anordnung eines Überbrückungspfades BP2 besteht in der Anordnung des Überbrückungspfades BP2 zwischen den gleichrichtenden Dioden D1, D1\ wobei hier eine Diode DX vorgesehen sein kann, um eine Entladung des Kondensators C2 zu verhindern, wenn der Überbrückungspfad BP2 durch die Steuereinheit pP_sec und Aktivierung des Schaltmittels S aktiviert wird.

[0073] Bevorzugt ist jedoch eine Anordnung eines Überbrückungspfades, wie es in Fig. 2 durch einen Überbrückungspfad BP3 gezeigt ist, nämlich unmittelbar nach der Sekundärwicklung Lb der LLC-Schaltung. Dieser Überbrückungspfad BP3 muss dabei in jedem seiner Zweige jeweils eine Diode aufweisen, aufgrund der induzierten Wechselspannung.

[0074] Statt durch eine sekundärseitige Steuereinheit pP_sec kann das selektive Aktivie-ren/Deaktivieren des wenigstens einen Überbrückungspfad BP1-BP4 auch durch eine primärseitige Steuereinheit pP_prim erfolgen. Weiter kann das Dimmsignal B statt von extern zugeführt auch intern vorgegeben sein, beispielsweise abhängig von einem bestimmten Zeitpunkt oder einer bestimmten Zeitdauer, von der Treiberschaltung zugeführten sensorischen Information (Helligkeit, Temperatur, ...) oder von anderen Betriebsparametern, die beispielsweise anhand einer Tabelle oder einer vorgegebenen Funktion ausgewertet werden können.

[0075] Steuereinheit pP_sec, pP_prim kann abhängig davon selektiv das Schaltmittel S des wenigstens einen Überbrückungspfades BP1-BP4 im Wege einer PWM-Taktung steuern, wobei die PWM- Taktung des Schaltmittels S niederfrequent erfolgt, also beispielsweise im dem Bereich von 100 Hz bis 3 kH, jedenfalls aber niederfrequent im Vergleich zur Taktung des Wechselrichters 2 durch den Halbbrückentreiber 12.

[0076] Das selektive Aktivieren/Deaktivieren des Überbrückungspfads BP1-BP4 kann beispielsweise zeitlich abgestimmt mit einem kurzzeitigen Abschalten der Schalter der getakteten Halbbrücke des Wechselrichters 2 erfolgen.

[0077] Beispielsweise kann das Aktivieren des Überbrückungspfads BP1-BP4 synchronisiert mit dem kurzzeitigen Abschalten der Schalter der getakteten Halbbrücke des Wechselrichters 2 synchronisiert erfolgen. Es kann aber auch das kurzzeitige Abschalten der Schalter des Wechselrichters 2 kurz nach dem Aktivieren des Überbrückungspfads BP1-BP4 erfolgen, und beispielsweise das Wiedereinschalten der Schalter des Wechselrichters 2 kurz vor dem Deaktivieren des Überbrückungspfads BP1-BP4 erfolgen.

[0078] Durch das kurzzeitige Abschalten der Schalter des Wechselrichters 2 kann ein energieeffizienterer Betrieb der Schaltung bei Beibehaltung ihrer Funktionalität ermöglicht werden, da nur eine Energie übertragen wird, wenn der Überbrückungspfad nicht aktiv ist und somit die LED als Leuchtmittel gespeist wird.

[0079] Als weitere Alternative für einen Überbrückungspfad ist in Fig. 2 der Überbrückungspfad BP4 gezeigt, der zwischen den Kondensatoren C2 und C3 verschaltet ist, und vorzugsweise zwischen dem Kondensator C2 und den weiteren Schaltungsbestandteilen wie beispielsweise der Induktivität L2 und dem parallel dazu geschalteten Widerstand R3.

[0080] Ein Problem des selektiven Kurzschließens kann indessen darin bestehen, dass die oben beschriebene, mittels der Transformatoren T und T1 verwirklichte Regelschleife, die also den Strom auf der Ausgangsseite des Transformators T misst und abhängig davon die Frequenz für den Betrieb des Wechselrichters einstellt, beim Einschalten des Leuchtmittels, d. h. bei Deaktivierung des wenigstens einen Überbrückungspfades BP1-BP4 eine Frequenz relativ nahe an der Resonanzfrequenz wählt, wobei nahezu keine Energieübertragung des Transformators erfolgt. Beim selektiven Kurzschließen kann dann jedoch ein Sprung zu einer sehr hohen Frequenz gewählt werden müssen, wobei sich bei der Ausgangsspannung des LLCs eine entsprechend niedrige Spannung einstellt.

[0081] Aufgrund der vorgegebenen Randbedingungen der Regelschleife, und insbesondere aufgrund ihrer Geschwindigkeit, kann es somit zu Beginn des Kurzschließens durch den we nigstens einen Überbrückungspfad BP1-BP4 zu einem Überschwingen der Spannung und zu einem verhältnismäßig langsamen Aufbau der Spannung über dem Leuchtmittel beim Wiederaktivieren des Leuchtmittels kommen.

[0082] Dieses Verhalten kann dadurch kompensiert werden, dass synchron zum Aktivieren des wenigstens einen Überbrückungspfads BP1-BP4 der Wechselrichter 2 und insbesondere wenigstens ein getakteter Schalter des Wechselrichters 2 deaktiviert wird.

[0083] Wie in Fig. 2 dargestellt, kann auf der Primärseite der Treiberschaltung 1 eine Erfassung des primärseitigen Stromes oder der primärseitigen Leistung angeordnet sein. Als Beispiel ist hier der Widerstand Rs dargestellt, mittels dem der Strom durch den Wechselrichter erfasst werden kann. Durch Überwachung des primärseitigen Stroms, beispielsweise über den Widerstand Rs kann indirekt eine Aktivierung des Überbrückungspfades BP1-BP4 durch die Steuereinheit ST erkannt werden, ohne dass eine Kommunikation zwischen der primärseitigen Steuereinheit und der sekundärseitigen Steuereinheit erforderlich sein muss. Beispielhaft ist dies später anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 5 erläutert.

[0084] Die Figuren Fig. 3 bis Fig. 5 zeigen nun exemplarische Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltung und insbesondere einer Kommunikation zwischen primärseitigen und sekundärseitigen Steuerschaltungskomponenten bzw. den Steuereinheiten.

[0085] In Fig. 3 ist dabei eine Ausführungsform gezeigt, bei der die eigentliche Regelintelligenz auf der Sekundärseite der LLC-Schaltung angeordnet ist, d. h., dass eine sekundärseitige intelligente Steuereinheit (IC, ASIC, Mikrokontroller) pP_sec einen Leuchtmittelstrom misst.

[0086] Zudem wertet die sekundärseitige Steuereinheit pP_sec einen internen oder externen zugeführten Dimmbefehl B aus und steuert entsprechend mittels PWM-Modulation das Schaltmittel S zum Deaktivieren/Aktivieren des wenigstens einen Überbrückungspfads BP1-BP4. Wie in Fig. 3 dargestellt, steuert die sekundärseitige Steuereinheit pP_sec dabei exemplarisch einen FET-Treiber an, der dann einen entsprechenden Schalter ansteuert. Das Ergebnis der Strommessung wird dabei der sekundärseitigen Steuereinheit pP_sec zugeführt.

[0087] Darüber hinaus kann die sekundärseitige Steuereinheit pP_sec mit einer primärseitigen Steuereinheit pP_prim insoweit kommunizieren, dass sie dieser primärseitigen Steuereinheit pP_prim mitteilt, dass aufgrund des Aktivierens des wenigstens einen Überbrückungspfades BP1-BP4 der wenigstens eine getaktete Schalter des Wechselrichters deaktiviert werden soll. Es ist zudem möglich, dass auf der Sekundärseite auch die eigentliche Regelschleife für die Frequenzeinstellung des Wechselrichters bzw. des wenigstens einen getakteten Schalters abhängig von dem gemessenen Leuchtmittelstrom erfolgt, so dass bei einem aktivierten Leuchtmittel die sekundärseitige Steuereinheit pP_sec der primärseitigen Steuereinheit pP_prim die einzustellende Frequenzinformation übermittelt.

[0088] Die Informationsübermittlung von der sekundärseitigen Steuereinheit pP_sec zu der primärseitigen Steuereinheit pP_prim erfolgt dabei vorzugsweise galvanisch getrennt und insbesondere über einen Optokoppler. Die primärseitige Steuereinheit pP_prim führt dann dem Halbbrückentreiber 12 entsprechende Informationen zu.

[0089] In Fig. 4 ist eine Alternative gezeigt, bei dem der Hauptteil der Schaltungsintelligenz auf der Primärseite der LLC-Schaltung vorgesehen ist. Eine primärseitige Steuereinheit pP_prim', die ebenfalls als integrierte Schaltung (IC, ASIC, Mikrokontroller) ausgebildet sein kann, steuert wie in Fig. 3 gezeigt wiederum ein Halbbrückentreiber 12 an.

[0090] Potential getrennt auf der Sekundärseite der Treiberschaltung erfasst die primärseitige Steuereinheit pP_prim' dann den Leuchtmittelstrom auf der Sekundärseite der LLC-Schaltung und aktiviert selektiv und potential getrennt den wenigstens einen Überbrückungspfad BP1-BP4 auf der Sekundärseite der LLC-Schaltung.

[0091] Die in Fig. 4 dargestellte sekundärseitige Steuereinheit pP_sec' dient folglich lediglich zur Übermittlung der erfassten Parameter bzw. des erfassten Leuchtmittelstroms, die wiederum vorzugsweise potential getrennt über beispielsweise einen Optokoppler erfolgt. Die sekundär seitige Steuereinheit pP_sec' aktiviert basierend auf einer über die galvanische Barriere übertragenen Informationen, beispielsweise Übertragen durch einen weiteren Optokoppler, das Schaltmittel des wenigstens einen Überbrückungspfads BP1-BP4, der hier wiederum als FET-Transisotors ausgebildet sein kann, der über einen FET- Treiber angesteuert wird.

[0092] Flier wertet die primärseitige Steuereinheit pP_prim' das zugeführte interne oder externe Dimmsignal B aus und führt eine entsprechende Steuerung insbesondere des Schaltmittels des wenigstens einen Überbrückungspfades BP1-BP4 durch.

[0093] Schließlich ist in Fig. 5 schematisch eine dritte Ausführungsform gezeigt, bei der sowohl sekundärseitig eine Steuereinheit pP_sec" als auch primärseitig eine Steuereinheit pP_prim" vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform erfolgt jedoch keine Kommunikation zwischen der Steuereinheit pP_sec" und der primärseitigen Steuereinheit pP_prim". Die sekundärseitige Steuereinheit pP_sec" aktiviert den wenigstens einen Überbrückungspfad BP1-BP4 lediglich abhängig von einer zugeführten internen oder externen Dimminformation B.

[0094] Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Leuchtmittelstrom grundsätzlich auch auf der Primärseite der LLC-Schaltung gemessen wird, beispielsweise mittels einer indirekten Messung des Leuchtmittelstroms mit Hilfe einer Strommessung auf der Primärseite oder aufgrund einer Strommessung über die Potentialtrennung, beispielsweise mittels einer Erfassungswicklung L1" gemäß des Ausführungsbeispiels der Fig. 1. Hierbei ist dann aber zu beachten, dass dieser mit einer unbekannten Größe des Magnetisierungsanteils behaftet ist.

[0095] Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform, bei der also die beiden Steuereinheiten pP_prim", pP_sec" nicht miteinander kommunizieren, wird bei einem Aktivieren des wenigstens einen Überbrückungspfads BP1-BP4 die primärseitige Steuereinheit pP_prim" einen Frequenzsprung nach oben ausführen. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei Erreichen eines oberen Schwellenwerts für die Frequenz die primärseitige Steuereinheit pP_prim" den wenigstens einen getakteten Schalter, insbesondere die Halbbrücke abschaltet bzw. den Halbbrückentreiber 12 entsprechend ansteuert, ohne dass eine entsprechende Abschaltinformation von der sekundärseitigen Steuereinheit pP_sec" übermittelt wurde. Es handelt sich hierbei also nicht um eine strenge Synchronisierung.

Claims (15)

1. Ansprüche

   1. Treiberschaltung für Leuchtmittel, insbesondere für eine LED-Strecke mit wenigstens einer LED, aufweisend: - eine mit Spannung versorgbare und mittels wenigstens eines Schalters getaktete Schaltung, die mittels eines Übertragers einen Resonanzkreis speist, von dem ausgehend die Leuchtmittel versorgbar sind, - eine Steuerschaltung, die dazu eingerichtet ist, in einem Regelkreis zur Regelung eines Leuchtmittel-Stroms abhängig von einem Rückführsignal, das einen Istwert eines Strom durch die Leuchtmittel wiedergibt, und einem Signal, das einen Sollwert für den Leuchtmittel-Strom wiedergibt, eine Stellgröße für die Regelung des Leuchtmittel-Stroms zu erzeugen und entsprechend den wenigstens einen getakteten Schalter zu steuern, wobei - ein zu dem Übertrager sekundärseitiger Schaltungsteil der Treiberschaltung wenigstens einen Überbrückungspfad parallel zu Anschlüssen für die Leuchtmittel aufweist, wobei der Überbrückungspfad selektiv, insbesondere PWM-moduliert, aktivierbar/deaktivierbar ist.
2. 2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei die Frequenz der Aktivierung/Deaktivierung im Vergleich zur Schaltfrequenz des getakteteten Schalters niederfrequent ist.
3. 3. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei die Taktung des wenigstens einen Schalters PWM-moduliert erfolgt.
4. 4. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei bei aktiviertem Überbrückungspfad der Leuchtmittel-Strom zu Masse abgeleitet wird.
5. 5. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei der Überbrückungspfad den sekundärseitigen Schaltungsteil bei Aktivierung wenigstens teilweise kurzschließt.
6. 6. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung den Leuchtmittel-Strom bei aktiviertem Überbrückungspfad auf den Sollwert regelt.
7. 7. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei der Überbrückungspfad zwischen Leuchtmittel und einem Speicherkondensator angeordnet ist, und vorzugsweise den Speicherkondensator bei Aktivierung überbrückt.
8. 8. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei der Überbrückungspfad zwischen der Sekundärseite des Übertragers und einem in Vorwärtsrichtung folgenden Gleichrichter und/oder Kondensator angeordnet ist.
9. 9. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei das selektive Aktivieren/Deaktivieren des Überbrückungspfads durch eine Steuereinheit erfolgt, insbesondere in Abhängigkeit von einem zugeführten Dimmsignal, wobei die Steuereinheit primärseitig oder sekundärseitig angeordnet sein kann und insbesondere Teil der Steuerschaltung sein kann.
10. 10. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Schalter mit eine Frequenz von 50- 150 kHz, insbesondere 100 kHz getaktet ist.
11. 11. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei der Überbrückungspfad selektiv mit einer Frequenz von 100 Hz bis 3 kHz angesteuert wird.
12. 12. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine getaktete Schalter bei Aktivierung des Überbrückungspfads von der Steuerschaltung deaktiviert wird.
13. 13. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine getaktete Schalter Teil eines getakteten Wechselrichters, insbesondere Teil einer getakteten Halbbrücke ist.
14. 14. Leuchte mit einer Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. 15. Verfahren zum Betrieb einer Treiberschaltung für Leuchtmittel, insbesondere für eine LED- Strecke mit wenigstens einer LED, wobei - eine mit Spannung versorgbare und mittels wenigstens eines Schalters getaktete Schaltung, einen Resonanzkreis mittels eines Übertragers speist, von dem ausgehend die Leuchtmittel versorgbar sind, - eine Steuerschaltung in einen Regelkreis zur Regelung des Leuchtmittel-Stroms abhängig von einem Rückführsignal, das einen Istwert eines Strom durch die Leuchtmittel wiedergibt, und einem Signal, das einen Sollwert für den Leuchtmittel- Strom wiedergibt, eine Stellgröße für die Regelung des Leuchtmittel-Stroms erzeugt und entsprechend den wenigstens einen getakteten Schalter steuert, wobei - ein zu dem Übertrager sekundärseitiger Schaltungsteil der Treiberschaltung wenigstens einen Überbrückungspfad parallel zu Anschlüssen für die Leuchtmittel aufweist, wobei der Überbrückungspfad selektiv, insbesondere PWM-moduliert, aktivierbar/deaktivierbar ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen