DE102012100543B4

DE102012100543B4 - Antriebsvorrichtung für Leuchtdioden und deren Verfahren

Info

Publication number: DE102012100543B4
Application number: DE102012100543.5A
Authority: DE
Inventors: Wei Chang; Shao-Wei Chiu
Original assignee: Unity Opto Technology Co Ltd
Current assignee: Unity Opto Technology Co Ltd
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2032-01-24
Also published as: JP5439512B2; TW201325302A; JP2013118164A; CN103139978A; DE102012100543B8; US20130141008A1; DE102012100543A1

Abstract

Steuervorrichtung für Leuchtdioden, die mindestens eine Leuchtdiode antreiben und die Helligkeit der Leuchtdiode linear regeln kann und die umfasst: eine Regelschaltung (20), die mit einer Stromquelle (1) verbunden ist, eine Wechselspannung (10) empfängt und eine veränderbare Regelspannung (203) eines veränderbaren Gleichstroms ausgibt, eine integrierende Schaltung (21), die mit der Regelschaltung (20) verbunden ist, die Regelspannung (203) empfängt und eine integrierte Spannung (211) eines konstanten Gleichstroms ausgibt, eine Steuerschaltung (23), die mit der integrierenden Schaltung verbunden ist, einen Vergleicher (230) und ein Flipflop (231) aufweist, wobei der Vergleicher (230) die integrierte Spannung (211) mit einer Sensorspannung vergleicht, wodurch das Flipflop (231) ein Steuersignal ausgibt, eine Filterschaltung (22), die mit der Regelspannung (20) verbunden ist, die Regelspannung empfängt und eine konstante Filterspannung (220) ausgibt, und eine Antriebsschaltung (24), die mit der Filterschaltung (22) und der Steuerschaltung (23) verbunden ist, einen Sensorwiderstand aufweist, eine Sensorspannung an die Steuerschaltung anlegt und entsprechend dem Steuersignal die Filterspannung (220) in einen Antriebsstrom (240) umwandelt, um die Leuchtdiode anzutreiben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtschaltung, insbesondere eine Steuervorrichtung für Leuchtdioden und deren Verfahren, die/das durch einen Triac und eine Steuerschaltung den Antriebsstrom eines konstanten Gleichstroms verstellt, um die Helligkeit der Leuchtdiode linear zu regeln.
Um die Anforderung an die Beleuchtung von Bühnen, Kinos, Konferenzräumen usw. und die Energiesparung zu erfüllen, besitzen Beleuchtungsvorrichtungen üblicherweise einen Dimmer, um die Helligkeit des Lichtes zu regeln. Die Leuchtdiodenlampe verwendet eine Triac (Zweirichtungs-Thyristortriode) zur Regelung des Durchlass-Phasenwinkels der eingegebenen Spannung und einen Sensorwiderstand zur Spannungssenkung und zur Erfassung des Antriebsstroms. Ein Vergleicher vergleicht die Spannungssenkung und die eingegebene Spannung. Wenn die eingegebene Spannung größer ist als die Spannungssenkung, wird eine Hochpegelspannung ausgegeben. Umgekehrt wird eine Niederpegelspannung ausgegeben, um den Transistor in Durchlass- oder Sperrrichtung zuschalten. Dadurch kann der Tastgrad des PWM(Pulse Width Modulation)-Signals verstellt werden, um die Größe der ausgegebenen Antriebsspannung zu verstellen, so dass die Größe des Antriebsstroms und somit die Helligkeit der Leuchtdiode gesteuert werden kann.
Entsprechend der Kennlinie des Stroms und der Spannung der Leuchtdiode ist die Leuchtdiode nicht ein lineares Bauelement. D. h. die Spannung ist nicht proportional zu dem Strom. Bei der obengenannten Dimmung werden die Antriebsspannung und der Antriebsstrom unterschiedlich verändert, so dass die Dimmwirkung nicht präzise ist. Wenn die Dimmfrequenz zu niedrig ist, z. B. 100 oder 120 Hz, kann die Leuchtdiode durch den Triac flimmern, was unangenehm für die Augen des Benutzers ist. Wenn die Dimmfrequenz zu hoch ist, wird die Umwandlung der Hochpegelspannung und der Niederpegelspannung zu schnell, wodurch eine Interferenz auftreten kann, so dass die Leuchtdiode nicht normal arbeiten kann.
Aus dem Dokument US 2010 0 207 536 A1 ist eine Steuervorrichtung für Leuchtdioden bekannt, in der ein durch einen Spannungsteiler geeignet skaliertes Steuersignal in eine Steuerschaltung gespeist wird, um einen gleichmäßigeren Leuchtdiodenbetrieb zu erzielen. Aus dem Dokument US 2011 0 193 488 A1 ist eine Steuervorrichtung für Leuchtdioden bekannt, in der die Leuchtdiodensteuerung über einen Vergleich des Phasenwinkels mit einem Referenzwert erfolgt.
Aus der Firmenschrift der Firma ST Microelectronics mit dem Titel AN2711 Application note. Genf, Schweiz, September 2010 36 Seiten, abrufbar am 07. September 2015 unter http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/691025/STMICROELECTRONICS/AN2711.html ist eine Steuerschaltung für eine Leuchtdiode bekannt, welche eine galvanische Trennung zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite beinhaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für Leuchtdioden und deren Verfahren zu schaffen, die/das durch eine Steuerschaltung und eine Antriebsschaltung einen konstanten Strom erzeugt und die Helligkeit der Leuchtdiode linear regelt, wodurch ein Flimmern oder eine Interferenz durch eine zu niedrige oder zu hohe Dimmfrequenz vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für Leuchtdioden gelöst, die mindestens eine Leuchtdiode antreiben und die Helligkeit der Leuchtdiode linear regeln kann und umfasst: eine Regelschaltung, die mit einer Stromquelle verbunden ist, eine Wechselspannung empfängt und eine veränderbare Regelspannung eines veränderbaren Gleichstroms ausgibt; eine integrierte Schaltung, die mit der Regelschaltung verbunden ist, die Regelspannung empfängt und eine integrierte Spannung eines konstanten Gleichstroms ausgibt; eine Steuerschaltung, die mit der integrierten Schaltung verbunden ist, einen Vergleicher und ein Flipflop aufweist, wobei der Vergleicher die integrierte Spannung mit einer Sensorspannung vergleicht, wodurch das Flipflop ein Steuersignal ausgibt; eine Filterschaltung, die mit der Regelspannung verbunden ist, die Regelspannung empfängt und eine konstante Filterspannung ausgibt; und eine Antriebsschaltung, die mit der Filterschaltung und der Steuerschaltung verbunden ist, einen Sensorwiderstand aufweist, eine Sensorspannung an die Steuerschaltung anlegt und entsprechend dem Steuersignal die Filterspannung in einen Antriebsstrom umwandelt, um die Leuchtdiode anzutreiben. Die Regelschaltung kann einen Triac und einen Brücken-Vollwellengleichrichter aufweisen, wobei der Triac die Wechselspannung empfangen und den Durchlass-Phasenwinkel der Wechselspannung regeln kann, die dann in dem Brücken-Vollwellengleichrichter gleichgerichtet wird, wodurch die Regelspannung erzeugt wird. Die Steuerschaltung weist einen Oszillator auf, der mit dem Flipflop verbunden ist und das Flipflop regelmäßig triggert, das somit das Steuersignal in Echtzeit ausgibt.
Die Steuervorrichtung kann weiter eine Haltestromschaltung umfassen, die zwischen der Regelschaltung und der Antriebsschaltung geschaltet ist und einen Haltestrom an den Triac liefert, damit die Regelschaltung normal arbeiten kann. Die Haltestromschaltung weist einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor auf, deren Gates mit der Antriebsschaltung verbunden sind, wobei wenn die Regelschaltung die Leuchtdiode dimmt und die Antriebsschaltung aktiviert wird, die Transistoren in Durchlassrichtung geschaltet werden, so dass der Haltestrom ausgegeben wird.
Die Erfindung betrifft weiter ein Steuerverfahren für Leuchtdioden, das die Steuervorrichtung für Leuchtdioden verwendet, um mindestens eine Leuchtdiode anzutreiben und die Helligkeit der Leuchtdiode linear zu regeln, wobei die Steuervorrichtung eine Regelschaltung, eine integrierte Schaltung, eine Steuerschaltung, eine Filterschaltung und eine Antriebsschaltung umfasst und die folgenden Schritte umfasst: die Regelschaltung empfängt eine Wechselspannung und gibt eine veränderbare Regelspannung eines veränderbaren Gleichstroms aus; die integrierte Schaltung empfängt die Regelspannung und gibt eine integrierte Spannung eines konstanten Gleichstroms aus; die Steuerschaltung vergleicht durch einen Vergleicher die integrierte Spannung mit einer Sensorspannung, wodurch ein Flipflop der Steuerschaltung ein Steuersignal ausgibt, wobei die Sensorspannung von einem Sensorwiderstand der Antriebsschaltung erzeugt wird; die Filterschaltung filtert die integrierte Spannung und gibt eine konstante Filterspannung aus; und die Antriebsschaltung wandelt entsprechend dem Steuersignal die Filterspannung in einen Antriebsstrom um, um die Leuchtdiode anzutreiben.
Das erfindungsgemäße Steuerverfahren kann weiter folgende Schritte umfassen: ein Triac der Regelschaltung empfängt die Wechselspannung und regelt den Durchlass-Phasenwinkel der Wechselspannung, die dann in dem Brücken-Vollwellengleichrichter der Regelschaltung gleichgerichtet wird, wodurch die Regelspannung erzeugt wird; eine Haltestromschaltung liefert einen Haltestrom an den Triac, damit die Regelschaltung normal arbeitet; wenn die Regelschaltung die Leuchtdiode dimmt und die Antriebsschaltung aktiviert wird, werden die Transistoren der Haltestromschaltung in Durchlassrichtung geschaltet, so dass der Haltestrom ausgegeben wird; ein Oszillator der Steuerschaltung triggert das Flipflop regelmäßig, das somit das Steuersignal in Echtzeit ausgibt.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und Bezug auf die Zeichnung im Detail beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Ablaufdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens,
2 eine Blockschaltung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung,
3 einen Schaltplan des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung,
4 eine Blockschaltung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und
5 einen Schaltplan des weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Wie dargestellt, verwendet das erfindungsgemäße Steuerverfahren für Leuchtdioden eine Steuervorrichtung für Leuchtdioden, um mindestens eine Leuchtdiode anzutreiben und die Helligkeit der Leuchtdiode zu regeln. Die Steuervorrichtung umfasst eine Regelschaltung, eine Haltestromschaltung, eine integrierte Schaltung, eine Steuerschaltung, eine Filterschaltung und eine Antriebsschaltung und umfasst die folgenden Schritte:
Im Schritt S1 empfängt der Triac der Regelschaltung eine Wechselspannung aus einer Stromquelle und regelt den Durchlass-Phasenwinkel der Wechselspannung. D. h. Die Wechselspannung wird in einem Brücken-Vollwellengleichrichter der Regelschaltung gleichgerichtet, wodurch eine Regelspannung eines veränderbaren Gleichstroms ausgegeben wird. Wenn die Regelschaltung das Licht dimmt und die Antriebsschaltung aktiviert wird, werden die beiden Transistoren der Haltestromschaltung in Durchlassrichtung geschaltet, wodurch ein Haltestrom an den Triac geliefert wird, damit die Regelschaltung normal arbeitet.
Im Schritt S2 wird die Regelspannung an die integrierte Schaltung angelegt, die die Spannung stabilisiert und eine integrierte Spannung eines konstanten Gleichstroms ausgibt. Die integrierte Schaltung kann eine digitale oder analoge Schaltung sein oder durch Look Up Tabellen gebildet sein.
Im Schritt S3 vergleicht ein Vergleicher der Steuerschaltung die integrierte Spannung und eine Sensorspannung, wodurch ein Flipflop der Steuerschaltung ein Steuersignal ausgibt. Die Sensorspannung wird von einem Sensorwiderstand der Antriebsschaltung erzeugt. Das Flipflop wird regelmäßig von einem Oszillator getriggert und kann das Steuersignal in Echtzeit ausgeben.
Im Schritt S4 filtert ein Filterkondensator der Filterschaltung die integrierte Schaltung, damit die integrierte Schaltung noch stabiler ist, so dass eine konstante Filterspannung erzeugt wird.
Schließlich wird im Schritt S5 die Antriebsschaltung entsprechend dem Steuersignal die Filterspannung verstellen und diese wird in einen stabilen Antriebsstrom umgewandelt, um die Leuchtdiode anzutreiben. Bei der Erfindung erfolgt die Dimmung durch einen konstanten Strom, wodurch das Problem des Flimmerns des Triac durch eine zu niedrige Dimmfrequenz gelöst wird. Zudem kann eine Interferenz der Antriebsschaltung durch eine zu hohe Dimmfrequenz vermieden werden, so dass ein abnormales Signal der Antriebsschaltung nicht auftritt.
Die 2 und 3 zeigen eine Blockschaltung und einen Schaltplan des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Wie dargestellt, kann die Steuervorrichtung 2 eine Vielzahl von Leuchtdioden 3 antreiben und die Helligkeit der Leuchtdioden 3 linear regeln. Die Steuervorrichtung 2 umfasst eine Regelschaltung 20, eine integrierte Schaltung 21, eine Filterschaltung 22, eine Steuerschaltung 23 und eine Antriebsschaltung 24. Die Regelschaltung 20 weist einen Triac 200, einen variablen Widerstand 201 und einen Brücken-Vollwellengleichrichter 202 auf. Der Triac 200 ist mit einer Stromquelle 1, wie Netzstrom, verbunden und kann eine Wechselspannung 10 empfangen und den Durchlass-Phasenwinkel der Wechselspannung regeln. Die Wechselspannung wird in dem Brücken-Vollwellengleichrichter 202 gleichgerichtet, wodurch eine veränderbare Regelspannung 203 erzeugt wird, die an die integrierte Schaltung 21 und die Filterschaltung 22 angelegt wird. Durch Verstellung des Widerstandswerts des variablen Widerstands 201 kann der Durchlass-Phasenwinkel verstellt werden, wodurch die Regelspannung 203 geregelt werden kann, so dass die Helligkeit der Leuchtdioden 3 gesteuert werden kann.
Die integrierte Schaltung 21 kann durch einen RC-Integrator gebildet sein und durch einen integrierten Kondensator 210 aufgeladen und entladen werden, wodurch die Regelspannung 203 in eine konstante integrierte Gleichspannung 211 umgewandelt und an die Steuerschaltung 23 angelegt wird. Die Steuerschaltung 23 kann durch einen Steuerchip gebildet sein und weist einen Vergleicher 230 und ein Flipflop 231 auf. Der Vergleicher 230 vergleicht die integrierte Spannung 211 mit einer Sensorspannung und erzeugt ein Vergleichsergebnis. Das Flipflop 231 wird entsprechend dem Vergleichsergebnis von einem Oszillator (nicht dargestellt), wie Quarzoszillator, regelmäßig getriggert und sendet ein Steuersignal an die Antriebsschaltung 24.
Gleichzeitig kann die Filterschaltung 22 durch einen Kondensator aufgeladen und entladen werden, wodurch die Regelspannung 203 stabilisiert wird, so dass eine konstante Filterspannung 220 an die Antriebsschaltung 24 angelegt wird. Wenn die Regelspannung 203 vergrößert oder verkleinert wird und die integrierte Schaltung 211 somit größer oder kleiner ist als die Sensorspannung, verstellt das Steuersignal die Größe der Filterspannung 220 und treibt die Antriebsschaltung 24 die Leuchtdioden 3 an. Hierbei kann die Antriebsschaltung 24 entsprechend dem Steuersignal die Größe der Filterspannung 220 stufig verstellen, wodurch ein stufig veränderter Antriebsstrom 240 erzeugt wird, z. B. ein um 5 mA veränderter konstanter Strom, so dass die Helligkeit der Leuchtdioden 3 linear gesteuert wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Antriebsschaltung 24 ein Sensorelement 241, wie einen Widerstand, auf, um den Antriebsstrom 240 in Echtzeit zu erfassen, wodurch eine Sensorspannung erzeugt wird. Da die Leuchtdioden 3 einen niedrigen Antriebsstrom 240 und eine hohe Leuchtleistung besitzen, kann die Steuervorrichtung 2 durch das Steuersignal den Antriebsstrom stufig verstellen, bis ein präziser Niederstromwert erreicht wird, wodurch der Stromverbrauch reduziert wird.
Die 4 und 5 zeigen eine Blockschaltung und einen Schaltplan eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung. Um ein Flimmern der Leuchtdioden 3 zu vermeiden, da der Triac 200 nicht im Durchlasszustand gehalten werden kann, kann die Steuervorrichtung 2 weiter eine Haltestromschaltung 25 umfassen, um einen Haltestrom an den Triac 200 zu liefern, damit die Regelschaltung 20 normal arbeitet Die Haltestromschaltung 25 ist zwischen der Regelschaltung 20 und der Antriebsschaltung 24 geschaltet und weist einen ersten Transistor 250 und einen zweiten Transistor 251 auf. Die Größe der Regelspannung 203 ist proportional zu der Stromgröße des ersten Transistors 250 und umgekehrt proportional zu der Stromgröße des zweiten Transistors 251. Dadurch kann die Haltestromschaltung 25 durch die Transistoren 251, 252 einen stabilen Haltestrom liefern.
Die Steuervorrichtung 2 kann gleichzeitig mit einer roten Leuchtdiode 30, einer grünen Leuchtdiode 31 und einer blauen Leuchtdiode 32 verbunden werden und die Helligkeit der Leuchtdioden 30, 31, 32 steuern, so dass eine Lichtmischwirkung erreicht wird.

Claims

Steuervorrichtung für Leuchtdioden, die mindestens eine Leuchtdiode antreiben und die Helligkeit der Leuchtdiode linear regeln kann und die umfasst: eine Regelschaltung (20), die mit einer Stromquelle (1) verbunden ist, eine Wechselspannung (10) empfängt und eine veränderbare Regelspannung (203) eines veränderbaren Gleichstroms ausgibt, eine integrierende Schaltung (21), die mit der Regelschaltung (20) verbunden ist, die Regelspannung (203) empfängt und eine integrierte Spannung (211) eines konstanten Gleichstroms ausgibt, eine Steuerschaltung (23), die mit der integrierenden Schaltung verbunden ist, einen Vergleicher (230) und ein Flipflop (231) aufweist, wobei der Vergleicher (230) die integrierte Spannung (211) mit einer Sensorspannung vergleicht, wodurch das Flipflop (231) ein Steuersignal ausgibt, eine Filterschaltung (22), die mit der Regelspannung (20) verbunden ist, die Regelspannung empfängt und eine konstante Filterspannung (220) ausgibt, und eine Antriebsschaltung (24), die mit der Filterschaltung (22) und der Steuerschaltung (23) verbunden ist, einen Sensorwiderstand aufweist, eine Sensorspannung an die Steuerschaltung anlegt und entsprechend dem Steuersignal die Filterspannung (220) in einen Antriebsstrom (240) umwandelt, um die Leuchtdiode anzutreiben.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung (20) einen Triac (200) und einen Brücken-Vollwellengleichrichter (202) aufweist, wobei der Triac (200) die Wechselspannung (10) empfangen und den Durchlass-Phasenwinkel der Wechselspannung regeln kann, die dann in dem Brücken-Vollwellengleichrichter (202) gleichgerichtet wird, wodurch die Regelspannung (203) erzeugt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Haltestromschaltung (25), die zwischen der Regelschaltung (20) und der Antriebsschaltung (24) geschaltet ist und einen Haltestrom an den Triac (200) liefert, damit die Regelschaltung (20) normal arbeiten kann.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestromschaltung (25) einen ersten Transistor (250) und einen zweiten Transistor (251) aufweist, deren Gates mit der Antriebsschaltung (24) verbunden sind, wobei wenn die Regelschaltung (20) die Leuchtdiode dimmt und die Antriebsschaltung (24) aktiviert wird, die Transistoren (251, 252) in Durchlassrichtung geschaltet werden, so dass der Haltestrom ausgegeben wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (23) einen Oszillator aufweist, der mit dem Flipflop verbunden ist und das Flipflop regelmäßig triggert, das somit das Steuersignal in Echtzeit ausgibt.
Steuerverfahren für Leuchtdioden, das die Steuervorrichtung für Leuchtdioden verwendet, um mindestens eine Leuchtdiode anzutreiben und die Helligkeit der Leuchtdiode linear zu regeln, wobei die Steuervorrichtung eine Regelschaltung, eine integrierende Schaltung, eine Steuerschaltung, eine Filterschaltung und eine Antriebsschaltung umfasst und die folgenden Schritte umfasst: die Regelschaltung empfängt eine Wechselspannung und gibt eine veränderbare Regelspannung eines veränderbaren Gleichstroms aus, die integrierende Schaltung empfängt die Regelspannung und gibt eine integrierte Spannung eines konstanten Gleichstroms aus, die Steuerschaltung vergleicht durch einen Vergleicher die integrierte Spannung mit einer Sensorspannung, wodurch ein Flipflop der Steuerschaltung ein Steuersignal ausgibt, wobei die Sensorspannung von einem Sensorwiderstand der Antriebsschaltung erzeugt wird, die Filterschaltung filtert die integrierte Spannung und gibt eine konstante Filterspannung aus und die Antriebsschaltung wandelt entsprechend dem Steuersignal die Filterspannung in einen Antriebsstrom um, um die Leuchtdiode anzutreiben.
Steuerverfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: ein Triac der Regelschaltung empfängt die Wechselspannung und regelt den Durchlass-Phasenwinkel der Wechselspannung, die dann in dem Brücken-Vollwellengleichrichter der Regelschaltung gleichgerichtet wird, wodurch die Regelspannung erzeugt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: eine Haltestromschaltung liefert einen Haltestrom an den Triac, damit die Regelschaltung normal arbeitet.
Steuerverfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: wenn die Regelschaltung die Leuchtdiode dimmt und die Antriebsschaltung aktiviert wird, werden die Transistoren der Haltestromschaltung in Durchlassrichtung geschaltet, so dass der Haltestrom ausgegeben wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: ein Oszillator der Steuerschaltung das Flipflop regelmäßig triggert, das somit das Steuersignal in Echtzeit ausgibt.