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Die Erfindung betrifft allgemein Betriebsgeräte für Leuchtmittel wie bspw. LEDs, worunter auch OLEDs zu verstehen sind.
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Moderne energiesparende Leuchten beinhalten beispielsweise lichtemittierende Dioden (LEDs) als Leuchtmittel. Diese emittieren schon Licht bei sehr geringen Strömen, da die I/U-Kennlinie im Wesentlichen die einer normalen Diode ist. In einem Betriebsgerät zum Betreiben von Leuchtmittel sind in der Regel Kondensatoren und/oder Spulen verbaut. Zumindest beinhaltet ein Betriebsgerät Elemente, die eine (unter Umständen parasitäre) Induktivität oder Kapazität haben. Im laufenden Betrieb eines Betriebsmittels wird in all diesen Induktivitäten und/oder Kapazitäten Energie gespeichert. Beim Ausschalten oder Abschalten der gewünschten Bestromung des Leuchtmittels wird die in den Induktivitäten/Kapazitäten gespeicherte Energie langsam abgebaut. Zumindest teilweise verursacht diese Energie somit einen nach dem eigentlichen Auschalten weiterfliessenden Strom, welcher auch durch das Leuchtmittel fließt und dieses zum Nachleuchten („Glimmen“) bringt.
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In der
WO 2014/085837 A2 wird ein Betriebsgerät vorgestellt zum Unterdrücken des Glimmens von Leuchtmitteln. In diesem ist ein Funkentstörkondensator zwischen der Primärseite und der Sekundärseite eines Betriebsgeräts geschaltet. Dieser soll hochfrequente Störsignale im laufenden Betrieb unterdrücken. Dabei kann dieser sich im laufenden Betrieb als parasitärer Effekt aufladen. Im abgeschalteten Zustand verursacht die elektrische Aufladung des Kondensators ein Glimmen. Um dieses Glimmen zu unterdrücken, wird der Funkentstörkondensator im abgeschalteten Zustand des Betriebsgeräts mit Hilfe eines Schalters vom Betriebsgerät elektrisch getrennt. Es werden in der
WO 2014/085837 A2 aber keine Mittel bereitgestellt, um ein Glimmen zu unterdrücken, welche durch Kapazitäten und Induktivitäten des Betriebsgeräts verursacht werden. Solche Kapazitäten und Induktivitäten können beispielsweise elektrische Leitungen und/oder Speicher- und/oder Glättungskondensatoren sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es auch diesen Effekt zu unterdrücken. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Betriebsgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen befinden sich in den abhängigen Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere einen Konverter für wenigstens eine LED. Diese weist eine aktiv getaktete erste Konverterstufe auf, die einen Speicherkondensator speist. Eine zweite Konverterstufe versorgt die Leuchtmittel. Parallel zu dem Kondensator ist eine Entladeschaltung vorgesehen, die zeitgleich zu einem Deaktivieren der Taktung der ersten Konverterstufe derart aktiviert wird, dass nach dem Deaktivieren der Taktung der ersten Konverterstufe eine Ladung des Kondensators wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig über die Entladeschaltung abfließt.
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Vorzugsweise ist die erste Konverterstufe galvanisch isoliert ausgebildet, bspw. als ein isolierter Serienresonanzwandler (LLC).
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Vorzugsweise ist die zweite Konverterstufe ein Abwärtswandler(„-Buck-Konverter“).
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In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite Konverterstufe ein Aufwärtswandler („Boost-Konverter“). Ein Boost-Konverter wird insbesondere dann eingesetzt, wenn es sich um eine längere Kette von Leuchtmitteln in Serie handelt. Auch bei einem Aufwärtswandler kann vorteilhafterweise direkt der Speicherkondensator kurzgeschlossen werden, der zwischen der ersten und der zweiten Konverterstufe angeordnet ist. Somit wird auch bei dem Aufwärtswandler sichergestellt, das beim Abschalten der ersten Konverterstufe durch das im Wesentlichen gleichzeitige Kurzschließen des Speicherkondensators die zweite Konverterstufe nicht mehr bestromt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Entladeschaltung aus einer Serienschaltung wenigstens eines Ohm’schen Widerstands mit einem Schalter, der vorzugsweise ein Transistor ist.
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In einer Weiterbildung ist der Schalter auf der vorzugsweise betragsmäßig potentialniedrigeren Seite des Ohm’schen Widerstands vorgesehen und mit diesem direkt oder indirekt verbunden. Hierdurch kann der Schalter ggf. direkt durch eine Steuerschaltung, beispielsweise einen Integrated Circuit (IC), angesteuert werden. Der andere Anschluss des Schalters ist vorzugsweise auf Massepotential geführt.
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Vorteilhafterweise wird der Schalter ausgehend von einer Steuerschaltung über eine Treiberschaltung angesteuert. Hierdurch kann der Schalter auch auf einem vorzugsweise betragsmäßig höheren Potential angeordnet werden.
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In einer Weiterbildung liegen die beiden Anschlüsse der Entladeschaltung jeweils auf dem gleichen Potential wie die entsprechenden Anschlüsse des Kondensators.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung steuert die gleiche Steuerschaltung den Schaltvorgang zum Ein- und Ausschalten der ersten Konverterstufe und den Schaltvorgang zur Aktivierung/Deaktivierung der Entladeschaltung an. Dies kann mittelbar oder unmittelbar geschehen. Hierdurch kann das Ein/Ausschalten simultan ohne merkliche Verzögerungen, d.h. in Echtzeit, geschehen. Somit wird ein für das menschliche Auge sichtbares (Nach-)Glimmen der Leuchtmittel verhindert.
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Zusätzliche Funktionen, Merkmale und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Ausführungsbeispielen, in den nachfolgenden Zeichnungen illustriert und noch näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen Einheiten mit gleicher oder ähnlicher Funktion.
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In der 1 wird ein Schaltbild einer Anti-Glimm-Einrichtung für ein Betriebsgerät nach einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt.
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In der 2 wird ein Schaltbild einer Anti-Glimm-Einrichtung für ein Betriebsgerät nach einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt.
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In der 1 wird die Sekundärseite einer ersten Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B, vorzugsweise eines Resonanzwandlers (LLCs), dargestellt.
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Eingangsseitig wird der LLC beispielsweise ausgehend von einer gleichgerichtete Netzspannung versorgt. Die erste Konverterstufe ist vorzugsweise isoliert ausgebildet. Auf der Primärseite können ein von einer Steuereinheit aktiv angesteuerter Schalter oder 2 in Serie geschaltete Schalter vorliegen.
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Vorzugsweise sind die beiden Ausgänge AL, AH der ersten Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B mittels, beispielsweise zwei, Kondensatoren C52, C53 elektrisch verbunden. Diese sind vorzugsweise in Serie geschalten. Insbesondere dienen diese zum Glätten der Ausgangsspannung. Die beiden Ausgänge AL, AH speisen einen, vorzugsweise gemeinsamen, Speicherkondensator C54. Dieser ist also mit beiden Ausgängen mit niedrigem bzw. hohem Potential AL, AH der ersten Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B verbunden. Somit liegt dieser parallel zu den Kondensatoren C52 und/oder C53. Vorzugsweise liegt zumindest der Ausgang AL der ersten Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B und/oder des Speicherkondensators C54 auf Masse. Dies ist der Ausgang AL mit dem vorzugsweise betragsmäßig niedrigeren Potential. Der andere Ausgang AH ist im eingeschalteten Zustand auf dem vorzugsweise betragsmäßig höheren Potential.
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Im weiteren Signalpfad wird durch die erste Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B vorzugsweise mittelbar über einen Kondensator C54 ein Leuchtmittel 1 gespeist. Dieses kann z.B. eine LED, eine LED-Kette, LASER, organische LED (OLED), ein Display und/oder eine Glühbirne sein. Auch sind erfindungsgemäß Reihenschaltungen der genannten Leuchtmittel 1 möglich. Dabei ist die Anode des Leuchtmittels 1, vorzugsweise der LED, mit dem Ausgang höheren Potentials AH der ersten Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B zumindest indirekt verbunden. Die Kathode des Leuchtmittels 1 ist beispielsweise mit einer Spule L60 verbunden.
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Am von dem Leuchtmittel 1 abgewandten Ende der Spule L60 befindet sich ein Schalter M60 einer zweiten Konverterstufe bzw. Bucks. Dieser ist vorzugsweise mittelbar, besonders vorzugsweise über einen Widerstand R61, mit dem Ausgang AL der ersten Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B verbunden. Dieser zweite Ausgang AL weist das, vorzugsweise betragsmäßig, niedrigere Potential auf.
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Zwischen der Spule L60 und dem Schalter M60 gehen in einer vorteilhaften Ausführungsform zwei weitere Zweige ab. Diese sind im Ausführungsbeispiel zumindest mittelbar mit der Anode des Leuchtmittels 1 verbunden. Besonderes vorteilhafterweise befindet sich in einem Zweig eine Diode D60 und im anderen Zweig eine Kapazität C60. Beide Zweige enden auf dem Hoch-Potential AH.
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Es ist also ein in sich geschlossener Stromkreis mit dem Leuchtmittel 1, der Spule L60 und der Diode D60 vorzugsweise in der genannten Reichenfolge vorhanden. Somit sperrt die Diode D60 einen Gleichstrom von dem Hoch-Potential-Anschluss AH zum dem Niedrig-Potential-Anschluss AL der ersten Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B.
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Der Ausgang des Leuchtmittels 1 ist vorzugsweise über mindestens einen Widerstand R68 mit dem Niedrig-Potential-Anschluss AL verbunden. Dadurch kann sich der Kondensator C54 über das Leuchtmittel 1 und den mindestens einen Widerstand R68 entladen. Der Ausgang der Spule L60 ist vorzugsweise mit einem weiteren Schalter M60 verbunden. Dieser besteht vorzugsweise im Wesentlichen oder ausschließlich aus einem Transistor, insbesondere MOSFET, MESFET oder Bipolartransitor.
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Vorzugsweise befindet sich in Reihe mit dem Schalter M60 ein Widerstand R61. Mit diesem kann unter anderem der Strom begrenzt werden, welcher durch den Schalter M60 fließt. Auch kann der Spannungsabfall über dem Widerstand R61 gemessen werden. Vorteilhafterweise ist dabei der Schalter M60 so angeordnet, dass dieser mit einer vorzugsweise betragsmäßig niedrigen Spannung angesteuert werden kann. Dies bedeutet, dass er direkt (nicht gezeigt) mit dem Niedrig-Potential AL verbunden ist.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schalter M60 kann dabei topologisch, vorzugsweise direkt, nach der Spule L60 in dem Stromkreis in Flussrichtung angeordnet.
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Im Folgenden wird nun die Funktionsweise der Vorrichtung beschrieben. Zwischen den Ausgängen mit dem niedrigen bzw. hohen Potential AL, AH der ersten Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B wird nach dem Einschalten eine Spannungsdifferenz ausgegeben bzw. erzeugt. Diese wird durch die Kapazitäten C52 und C53 geglättet. Daraufhin wird die Kapazität C54 zur Spannungsversorgung der zweiten Konverterstufe M60, D62, R72, R60, C61, 3 aufgeladen.
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Anschließend werden die Leuchtmittel 1 mit Strom durchflossen. Dieser fließt teilweise in einem ersten Pfad über die beiden Widerstände R67, R68 ab. Diese beiden Widerstände R67, R68 sind in Serie geschaltet und zumindest mittelbar mit dem Niedrigpotential-Ausgang AL verbunden. Der verbleibende Teil fließt in einem zweiten Pfad im Wesentlichen über die Spule L60, den geöffneten Schalter M60 und den Widerstand R61 ab.
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Dabei steigt mit der Zeit der Anteil des Stroms im zweiten Pfad, da die Spule L60 den Strom im zweiten Pfad immer weniger begrenzt. Übersteigt nun der im zweiten Pfad gemessenen Strom einen ersten Schwellwert wird der Schalter M60 geschlossen. Alternativ kann auch der Strom im ersten Pfad ermittelt werden, und bestimmt werden, ob dieser einen alternativen ersten Schwellwert unterschreitet. Auch in dieser alternativen Messung wird der Schalter M60 bei Unterschreiten des alternativen ersten Schwellwerts geschlossen.
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Damit fließt im zweiten Pfad kein Strom mehr. Der Stromfluss im ersten Pfad steigt daraufhin sprunghaft an. Die Spule L60 entlädt sich nun über die Diode D50 und die Leuchtmittel 1. Somit sinkt der Strom, welcher durch die Leuchtmittel 1 und im ersten Pfad fließt langsam, d. h. innerhalb von Bruchteilen von Millisekunden oder in Millisekunden, ab. Unterschreitet nun der im ersten Pfad gemessen Strom einen zweiten Schwellwert, wird der Schalter M60 wieder geöffnet. Somit lädt sich die Spule L60 wieder. Der Zyklus kann von neuem beginnen. Dieser Vorgang läuft mit einer Frequenz im kHz-Bereich ab. Der Stromdurchfluss durch die LED 1 ist also sägezahnförmig mit einer steigenden Flanke einer ersten Steigung und einer fallenden Flanke einer zweiten Steigung. Durch eine geeignete Taktung wird dieser Vorgang vom menschlichen Auge als Dimmung der Leuchtmittel 1 wahrgenommen, da das menschliche Auge diesen hochfrequenten Vorgängen nicht folgen kann.
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Zur Messung der Stromstärker im ersten Pfad dient der Messwiderstand R68. Der optionale Vorwiderstand R 67 dient primär dazu die über dem Messwiderstand R68 angreifbare Spannung einzustellen.
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Alternativ zu der Messung des zweiten Schwellwerts im ersten Pfad kann die Spannung über den Leuchtmitteln 1 und/oder der Spule L60 abgegriffen werden.
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Wird nun die erste Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B abgeschaltet, entlädt sich der Speicherkondensator C54 langsam über die Leuchtmittel 1. Insbesondere, falls es sich bei den Leuchtmitteln 1 um LEDs handelt, kommt es aufgrund der noch im Speicherkondensator C54 gespeicherten elektrischen Energie zum Glimmen der Leuchtmittel 1. Dieses Glimmen kann für das menschliche Auge sichtbar sein. Auch kann ein solches Glimmen durch parasitäre Induktivitäten, z.B. Leitungen, erzeugt werden.
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Gemäß dem Stand der Technik wurde dies bisher unterdrückt, indem parallel zu den Leuchtmitteln ein zuschaltbarer Kurzschluss, insbesondere kurzschließbarer Transistor geschaltet wurde.
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Dabei bildet der Schalter M60 den Ausgang der zweiten Konverterstufe M60, D62, R72, R60, C61, 3. Dieser ist auf der Seite der LED-Strecke 1 mit niedrigem Potential angeordnet. In anderen Worten ist dieser zumindest im Wesentlichen in Serie zu der LED 1 geschaltet. Somit muss gemäß dem Stand der Technik ein Schalter zum selektiven Kurzschließen auf ein, vorzugsweise zumindest betragsmäßig, relativ hohes Potential geschaltet werden.
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Erfindungsgemäß wird ein selektives Kurzschließen einer LED 1 nicht vorausgesetzt. Stattdessen oder zusätzlich wird erfindungsgemäß ein Widerstand R73 mittels eines Schalters M61 selektiv parallel zu dem Kondensator C54 geschaltet. Dabei sind ist es sowohl möglich den Schalter M61 auf dem betragsmäßigen höheren Potential als auch den Widerstand R73 auf dem betragsmäßig höheren Potential anzuordnen.
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In der 1 ist dargestellt, dass sich der Widerstand R73 auf einem höheren Potential angeordnet ist als der Schalter M61. Hierdurch wird erreicht, dass der Schalter M61 mit einer relativ geringen Spannung angesteuert werden kann, da die dem Widerstand M 61 abgewandte Seite des Schalters M61 sich auf einem betragsmäßig niedrigen Potential AL, vorzugsweise auf Masse, befindet.
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Vorzugsweise wird der Schalter M61 somit direkt von einer Steuerschaltung, beispielsweise ein Integrated Circuit IC, d.h. ASIC oder Mikrocontroller, angesteuert. Dabei kann der Schalter M61 zumindest mittelbar von derselben Steuerschaltung IC angesteuert werden wie die erste Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B.
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Eine alternative Ausführungsform ist in 2 dargestellt. Der Schalter M61 befindet sich, vorzugsweise betragsmäßig, auf einem höheren Potential als der Widerstand R73. Der Schalter M61 wird wie im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls vorzugsweise durch einen IC angesteuert. Falls der IC eine genügend starkes Ansteuersignal vorzugsweise Ansteuerspannung, erzeugen kann, geschieht die Ansteuerung des Schalter M61, vorzugsweise direkt, durch die Steuerschaltung IC. Falls der Schalter ein spannungsgesteuerter Transistor (MOSFET, MESFET oder Ähnliches) ist, kann für die Ansteuerung auf ein insbesondere betragsmäßig, sehr hohes Potential notwendig sein. Somit kann eine Treiberschaltung Q60, Q61, R74, R75 zwischen den IC und den Schalter M61 geschaltet werden. Falls der Schalter M61 ein stromgesteuerter Schalter ist (z.B. Bipolartransitor), kann ebenfalls eine geeignete Treiberschaltung Q60, Q61, R74, R75 zwischen die Steuerschaltung IC und den Schalter M61 geschaltet werden.
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Optional ist eine weitere Kapazität C62 parallel zu dem Leuchtmittel 1 geschaltet. Die beiden optionalen Kapazitäten C60, C62 dienen zur Unterdrückung von störenden hochfrequenten Signalen. Auch kann bei geeigneter Dimensionierung der beiden optionalen Kapazitäten C60, C62 erreicht werden, dass Spannungsspitzen die Leuchtmittel 1 nicht schädigen können bzw. unempfindlich sind. Allerdings sollten die Kapazitäten C60 und C62 nicht zu groß gewählt werden, da ansonsten durch diese ein Nachglimmen der Leuchtmittel 1 verursacht wird. Dies tritt insbesondere direkt nach dem Ausschalten der Spannungsversorgung auf der Sekundärseite der ersten Konverterstufe L51-c, L51-b, D52A, D52B auf.
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Erfindungsgemäß können auch sämtliche Polungen und Polaritäten in allen beschriebenen Ausführungsbeispielen umgekehrt sein. Solche Glimmunterdrückungen haben dieselbe Funktionsweise wie die gerade beschriebenen und sind ausdrücklich in der beschriebenen Erfindung inbegriffen.
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Sämtliche beschriebenen Ausführungsformen und Merkmal sind soweit technisch sinnvoll miteinander kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/085837 A2 [0003, 0003]
