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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Anmeldung betrifft einen elektronischen Treiber für ein LED-Beleuchtungsmodul sowie eine LED-Lampe.
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Technischer Hintergrund
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Seit Jahren sind Fluoreszenzlampen allgemein bekannte und verbreitete Beleuchtungsmodule als effiziente Alternativen für Glühbirnen. Jedoch sind mit dem Aufkommen von LED-Lampen sogar noch effizientere und langlebigere Beleuchtungsmittel verfügbar. Daher besteht ein Bedarf, bestehende Fluoreszenzlampen durch LED-Lampen zu ersetzen.
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Aktuell verfügbare Fluoreszenzlampen werden gewöhnlich mit einem elektrischen Vorschaltgerät (auch bekannt als ECG) zum Regulieren und Begrenzen des Stroms, der der Fluoreszenzlampe zugeführt wird, und zum Bereitstellen einer Zündspannung während eines Anlaufvorgangs der Fluoreszenzlampe betrieben. Das elektrische Vorschaltgerät ist Teil der Leuchte für die Fluoreszenzlampe.
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Ein Ersetzen bestehender elektrischer Vorschaltgeräte in bestehenden Leuchten wäre arbeitsintensiv und erforderte somit wesentliche Kosten. Daher ist ein Betreiben von LED-Lampen mit bereits eingebauten elektrischen Vorschaltgeräten bevorzugt. Um eine LED-Lampe zu schaffen, die mit dem elektrischen Vorschaltgerät kompatibel ist, umfassen aktuell verfügbare LED-Lampen elektronische Treiber oder Lampentreiber zum Anpassen der Spannung und/oder des Stroms, die durch das Vorschaltgerät bereitgestellt werden, an die Anforderungen des Beleuchtungsmoduls der LED-Lampe, das die Leuchtdioden umfasst. Sonst könnten elektronische und/oder optoelektronische Bauteile der LED-Lampe durch das Vorschaltgerät aufgrund hoher Spannungen, die während der Startsequenz erzeugt werden, beschädigt oder zerstört werden. Weiterhin würde, da die Leistungsaufnahme einer LED-Lampe niedriger ist als diejenige einer Fluoreszenzlampe, das elektrische Vorschaltgerät ohne den elektronischen Treiber in einem instabilen Zustand arbeiten.
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Jedoch weisen aktuell verfügbare elektronische Treiber einige Nachteile auf. Zum Beispiel könnte während der Vorheizphase ein Flickern der LED-Lampe aufgrund eines durch das elektrische Vorschaltgerät bereitgestellten instabilen Eingangsstroms auftreten. Weiterhin könnte nach dem Zünden ein Flickern der LED-Lampe auftreten, insbesondere falls die LED-Lampe mit einem Dimmer gedimmt wird. Im Allgemeinen kann das Flickern auf eine Kombination einer niedrigen Ausgangsleistung und des Welligkeitsstroms zurückzuführen sein, der durch das elektrische Vorschaltgerät bereitgestellt wird.
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Eine Lösung dieser Probleme wäre es, den Leistungsverbrauch der LED-Lampe zu erhöhen. Dadurch wäre die Betriebsspannung der LED-Lampe größer als die durch das elektrische Vorschaltgerät während der Vorheizphase bereitgestellte Eingangsspannung. Dies würde jedoch ein Erhöhen der Anzahl von Leuchtdioden in der LED-Lampe erfordern und wäre somit teurer. Eine weitere Lösung wäre es, die hohe Zündspannung zu erfassen und das Beleuchtungsmodul der LED-Lampe erst nach dem Beenden der Zündung mit dem elektrischen Vorschaltgerät zu verbinden. Dieses Verfahren könnte jedoch zu einem Überstrom am Beleuchtungsmodul nach der Zündung führen. Zum Reduzieren des Flickerns könnte dem elektronischen Treiber eine lineare Schaltung zum Filtern des Welligkeitsstroms hinzugefügt werden, der durch das elektrische Vorschaltgerät bereitgestellt wird, aber dies würde aufgrund von Verlusten in der linearen Schaltung zu einer hohen Leistungsaufnahme der LED-Lampe führen.
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Darstellung der Erfindung
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Angesichts der oben beschriebenen Nachteile aktuell verfügbarer Systeme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten elektronischen Treiber für ein LED-Beleuchtungsmodul bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine verbesserte LED-Lampe bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden durch einen elektronischen Treiber und eine LED-Lampe nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die abhängigen Ansprüche, die Beschreibung und die Zeichnungen angegeben.
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Entsprechend wird ein elektronischer Treiber zum Umwandeln einer durch ein elektrisches Vorschaltgerät bereitgestellten Eingangsspannung in eine Betriebsspannung für ein LED-Beleuchtungsmodul angegeben. Der elektronische Treiber umfasst eine Flickerunterdrückungsschaltung, die dazu ausgelegt ist, um in einem Sättigungsmodus zu arbeiten, wenn die Eingangsspannung unter einer Schwellenspannung liegt, und in einem Schaltmodus zu arbeiten, wenn die Eingangsspannung oberhalb der Schwellenspannung liegt, wobei ein Spannungsabfall in der Flickerunterdrückungsschaltung im Sättigungsmodus höher ist als im Schaltmodus.
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Vorzugsweise weist der elektronische Treiber Eingänge zum Empfangen der Eingangsspannung und eines Eingangsstroms, die durch das elektrische Vorschaltgerät bereitgestellt sind, und Ausgänge zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung und eines Ausgangsstroms zum LED-Beleuchtungsmodul auf. Der elektronische Treiber ist vorzugsweise ausgelegt, eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die einer Betriebsspannung des LED-Beleuchtungsmoduls entspricht, und einen Ausgangsstrom bereitzustellen, der einem Betriebsstrom des LED-Beleuchtungsmoduls entspricht. Die Betriebsspannung und der Betriebsstrom können immanente Merkmale des LED-Beleuchtungsmoduls sein.
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Das elektrische Vorschaltgerät kann eine Eingangswechselspannung bereitstellen, die durch den elektronischen Treiber in eine Eingangsgleichspannung umgewandelt wird. Da elektrische Vorschaltgeräte eine eingebaute Strombegrenzung sind, hängt die Eingangsspannung von der an das elektrische Vorschaltgerät angeschlossenen Last und/oder dem Betriebsmodus des elektrischen Vorschaltgeräts ab (d.h. Vorheizung, Zündung oder Normalmodus). Im Falle einer leichten Last, beispielsweise während des Dimmens oder des Vorheizens, wird eine niedrige Eingangsspannung durch das elektrische Vorschaltgerät bereitgestellt. Im Falle einer hohen Last, beispielsweise während des Normalbetriebs und/oder der Zündung, wird eine hohe Eingangsspannung durch das elektrische Vorschaltgerät bereitgestellt.
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Die Flickerunterdrückungsschaltung kann ein Verringern und/oder Beseitigen eines Flickerns im Falle einer leichten Last ermöglichen, da in diesem Fall ein hoher Spannungsabfall in der Flickerunterdrückungsschaltung vorliegt. Vorzugsweise entspricht der Spannungsabfall der durch den elektronischen Treiber bereitgestellten Ausgangsspannung. Im Falle einer hohen Last ist der Verlust der Flickerunterdrückungsschaltung aufgrund des niedrigen Spannungsabfalls reduziert. Vorzugsweise ist die Schwellenspannung durch die Flickerunterdrückungsschaltung definiert.
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Im Schaltmodus kann die Flickerunterdrückungsschaltung im Wesentlichen das Verhalten eines ohmschen Kontakts zeigen. Im Sättigungsmodus kann sich ein Widerstand der Flickerunterdrückungsschaltung mit steigendem Spannungsabfall an der Flickerunterdrückungsschaltung erhöhen. Vorzugsweise kann im Schaltmodus die Flickerunterdrückungsschaltung eine spannungsgesteuerte Stromversorgung bilden.
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Im Folgenden schließen die Begriffe „Bereitstellen“, „Anlegen“, „Koppeln“ (und so weiter) einer Spannung und/oder eines Stroms an ein elektronisches Bauteil des elektronischen Treibers nicht aus, dass andere elektronische Bauteile zwischen die Spannungsquelle und/oder die Stromquelle und das elektronische Bauteil gesetzt sind.
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Weiter kann in dieser Anmeldung ein unbestimmter Artikel, wie etwa „ein“ oder „eine“ als Singular oder Plural verstanden werden, insbesondere mit der Bedeutung „mindestens ein“, „ein oder mehrere“ usw., sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist, beispielsweise durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des elektronischen Treibers ist ein Widerstand der Flickerunterdrückungsschaltung im Schaltmodus höher als der Widerstand der Flickerunterdrückungsschaltung im Sättigungsmodus. Vorzugsweise ist im Falle einer leichten Last, in dem die Flickerunterdrückungsschaltung im Sättigungsmodus arbeitet, der Strom in der Flickerunterdrückungsschaltung konstant. Im Falle einer hohen Last, in dem die Flickerunterdrückungsschaltung im Schaltmodus arbeitet, kann sich der Strom in der Flickerunterdrückungsschaltung mit steigender Eingangsspannung erhöhen.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des elektronischen Treibers umfasst die Flickerunterdrückungsschaltung einen Spannungsschalter, wobei ein Gate des Spannungsschalters an eine Spannungserfassungsschaltung angeschlossen ist, die ausgelegt ist, einen niedrigen Strom für das Gate bereitzustellen, wenn die Eingangsspannung unterhalb der Schwellenspannung liegt, und einen hohen Strom für das Steuergate bereitzustellen, wenn die Eingangsspannung oberhalb der Schwellenspannung liegt.
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Das Gate des Spannungsschalters kann der Steuereingang des Spannungsschalters sein. Das heißt, eine an das Gate des Spannungsschalters angelegte Spannung (so genannte Gate-Spannung), insbesondere die Eingangsspannung, kann zum Betreiben des Schalters verwendet werden. Der Spannungsschalter kann weiter einen Drain und eine Source enthalten (auch Emitter und Kollektor genannt). Der Drain und die Source können einen Eingang bzw. einen Ausgang des Spannungsschalters bilden, oder umgekehrt. Ein Ausgang des elektronischen Treibers kann an die Source oder den Drain angeschlossen sein, vorzugsweise direkt angeschlossen. Vorzugsweise kann sich der Spannungsschalter abhängig von der Gate-Spannung im Sättigungsmodus oder im Schaltmodus befinden.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des elektronischen Treibers ist der Spannungsschalter ein MOSFET, insbesondere ein MOSFET vom Anreicherungstyp. Besonders bevorzugt ist der MOSFET ein p-Kanal-MOSFET vom Anreicherungstyp. Eine Source des Spannungsschalters ist an einen Ausgang des elektronischen Treibers angeschlossen, und ein Drain des Spannungsschalters ist an einen Eingang des elektronischen Treibers angeschlossen, oder umgekehrt ist ein Drain des Spannungsschalters an den Ausgang angeschlossen und ist eine Source des Spannungsschalters an den Eingang angeschlossen. Der Sättigungsmodus kann dem aktiven Modus des MOSFETs entsprechen. Der Schaltmodus kann dem Triodenmodus des MOSFETs entsprechen.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des elektronischen Treibers umfasst die Flickerunterdrückungsschaltung einen Entkoppelkondensator und einen Entkoppelwiderstand, die zueinander und zum Ausgang parallel geschaltet sind. Die Parallelschaltung des Entkoppelkondensators und des Entkoppelwiderstands können eine Ersatzlast zum Einstellen einer Zeitkonstante der Flickerunterdrückungsschaltung bilden. Insbesondere ist es durch ein Vorsehen des Entkoppelkondensators und des Entkoppelwiderstands jeweils möglich, die Anstiegs- und/oder die Abfallzeit einzustellen, wenn die am Ausgang vorgesehene Ausgangsspannung erhöht und/oder verringert wird.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst der elektronische Treiber eine Leerlauferkennungsschaltung zum Erkennen eines Leerlaufs am Ausgang. Ein Leerlauf entspricht einem offenen Stromkreis. Die Leerlauferkennungsschaltung ist dazu ausgelegt, eine Steuerspannung für einen Schaltkreisschalter bereitzustellen, sodass der Schaltkreisschalter die Flickerunterdrückungsschaltung und/oder den Ausgang vom Eingang trennt, wenn ein Leerlauf am Ausgang vorliegt. Der Schaltkreisschalter kann ein Transistor sein, insbesondere ein MOSFET-Transistor. Die Steuerspannung kann an das Gate des Schaltkreisschalters angelegt werden.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform der elektronischen Schaltung umfasst die Leerlauferkennungsschaltung einen Shunt-Regler, der zum Regeln der Steuerspannung ausgelegt ist. Vorzugsweise ist der Shunt-Regler mit dem Schaltkreisschalter so gekoppelt, dass im Falle eines Leerlaufs eine niedrige Steuerspannung für den Schaltkreisschalter bereitgestellt wird. Besonders bevorzugt ist das Gate des Schaltkreisschalters im Falle eines Leerlaufs an Masse gelegt. Dadurch kann der Schaltkreisschalter im Falle eines Leerlaufs geöffnet (d.h. nicht leitend) sein.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des elektronischen Treibers ist ein Überspannungssuppressor (TVS) mit der Leerlauferkennungsschaltung gekoppelt, wobei der Überspannungssuppressor durchbricht, wenn ein Leerlauf am Ausgang des elektronischen Treibers vorliegt. Vorzugsweise ist der Überspannungssuppressor mit dem Ausgang des elektronischen Treibers und/oder der Leerlauferkennungsschaltung und/oder der Flickerunterdrückungsschaltung so gekoppelt, dass im Falle eines Leerlaufs der Ausgang des elektronischen Treibers und/oder die Leerlauferkennungsschaltung und/oder die Flickerunterdrückungsschaltung vom Eingang entkoppelt werden. Besonders bevorzugt ist der Überspannungssuppressor mit dem Ausgang des elektronischen Treibers und/oder der Leerlauferkennungsschaltung und/oder der Flickerunterdrückungsschaltung parallel geschaltet.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des elektronischen Treibers ist eine Ansprechzeit des Schaltkreisschalters und/oder eine Ansprechzeit des Überspannungssuppressors derart, dass, wenn ein Leerlauf am Ausgang vorliegt, die Spannung an der Flickerunterdrückungsschaltung, insbesondere am Entkoppelkondensator, während der Ansprechzeit nur bis zu einer vordefinierten Maximalspannung steigt, wobei die vordefinierte Maximalspannung niedriger als die Eingangsspannung ist. Falls ein Leerlauf am Ausgang des elektronischen Treibers vorliegt, erfordert das Entkoppeln der Flickerunterdrückungsschaltung und/oder des Ausgangs vom Eingang des elektronischen Treibers eine kurze Zeit, beispielsweise im Bereich einiger Millisekunden. Die Zeitskala dieser kurzen Zeit ergibt sich hauptsächlich aus der Ansprechzeit des Schaltkreisschalters und/oder der Ansprechzeit des Überspannungssuppressors. Während der Ansprechzeit kann sich die Spannung an der Flickerunterdrückungsschaltung, insbesondere am Entkoppelkondensator, bis zu der durch das elektrische Vorschaltgerät bereitgestellten Ausgangsspannung erhöhen. Dies könnte eine Zerstörung der Flickerunterdrückungsschaltung ergeben, insbesondere des Entkoppelkondensators. Durch ein Einstellen der Ansprechzeit des Schaltkreisschalters und/oder des Überspannungssuppressors kann das Entkoppeln der Flickerunterdrückungsschaltung erfolgen, bevor die Spannung an der Flickerunterdrückungsschaltung, insbesondere am Entkoppelkondensator, ein gefährliches Niveau erreicht hat.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des elektronischen Treibers ist eine Strombegrenzungsschaltung zwischen dem Eingang und der Flickerunterdrückungsschaltung gekoppelt, wobei die Strombegrenzungsschaltung dazu ausgelegt ist, einen durch das elektrische Vorschaltgerät vorgesehenen Eingangsstrom zu begrenzen und/oder zu glätten. Vorzugsweise umfasst die Strombegrenzungsschaltung einen Kondensator.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des elektronischen Treibers ist das elektrische Vorschaltgerät zum Einstellen, insbesondere zum Dimmen der Eingangsspannung gemäß einer Benutzereingabe eingerichtet, wobei die Flickerunterdrückungsschaltung dazu ausgelegt ist, ein Flickern des LED-Beleuchtungsmoduls während des Dimmens zu beseitigen. Insbesondere ist die Flickerunterdrückungsschaltung dazu ausgelegt, einen Welligkeitsstrom zu glätten, der für die Flickerunterdrückungsschaltung vorgesehen ist.
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Weiterhin wird eine LED-Lampe angegeben. Die LED-Lampe umfasst vorzugsweise einen vorstehend beschriebenen elektronischen Treiber. Das heißt, alle bezüglich des elektronischen Treibers offenbarten Merkmale sind auch für die LED-Lampe offenbart und umgekehrt.
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Die LED-Lampe umfasst einen elektronischen Treiber, insbesondere einen elektronischen Treiber, wie vorstehend beschrieben, und ein LED-Beleuchtungsmodul mit mindestens einer Leuchtdiode. Das LED-Beleuchtungsmodul ist an einen Ausgang des elektronischen Treibers angeschlossen. Vorzugsweise ist die LED-Lampe eine Retrofit-LED-Lampe zum Ersetzen einer Fluoreszenzlampe.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Gezeigt sind in:
- 1 und 2 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektronischen Treibers, wie vorstehend beschrieben;
- 3 eine alternative Ausführungsform eines elektronischen Treibers; und
- 4A und 4B eine beispielhafte Ausführungsform eines elektronischen Treibers, wie vorstehend beschrieben.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Im Folgenden sind beispielhafte Ausführungsformen eines elektronischen Treibers und einer LED-Lampe, wie vorstehend beschrieben, mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Dieselben oder ähnliche Elemente oder Elemente mit derselben Wirkung können in mehreren Figuren mit derselben Bezugsnummer bezeichnet sein. Auf eine wiederholte Beschreibung solcher Elemente kann verzichtet werden, um redundante Beschreibungen zu vermeiden. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sollten nicht als maßstabsgetreu angesehen werden. Vielmehr können einzelne Elemente mit einer übertriebenen Größe dargestellt sein, um eine bessere Darstellung und/oder ein besseres Verständnis zu ermöglichen.
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Mit Bezugnahme auf das schematische Schaltbild von 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines hier beschriebenen elektronischen Treibers 100 detailliert beschrieben. Der elektronische Treiber 100 umfasst Eingänge 121, 122, 123, 124, eine Spannungserfassungsschaltung 101, eine Flickerunterdrückungsschaltung 102, einen Überspannungssuppressor 103, eine Leerlauferkennungsschaltung 104, einen Schaltkreisschalter 105, einen Filamentenkreis 111, eine Strombegrenzungsschaltung 112, eine Gleichrichterbrücke 113 und Ausgänge 131, 132.
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Die Eingänge 121, 122, 123, 124 sind für den Anschluss an ein elektrisches Vorschaltgerät 200 eingestellt. Die Ausgänge 131, 132 sind für den Anschluss an ein LED-Beleuchtungsmodul 300 eingestellt. Der Filamentenkreis 111 kann eine elektromagnetische Entkopplung des Rests des elektronischen Treibers 100 vom Eingang 121, 122, 123, 124 bereitstellen.
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Die Gleichrichterbrücke 113 ist dazu ausgelegt, die Wechselspannung und/oder den Wechselstrom, die durch das elektrische Vorschaltgerät 200 bereitgestellt werden, in eine Gleichspannung und/oder einen Gleichstrom umzuwandeln. Die Strombegrenzungsschaltung 112 ist zwischen den Eingängen 121, 122, 123, 124 und der Gleichrichterbrücke 113 gekoppelt. Die Strombegrenzungsschaltung 112 ist dazu ausgelegt, den durch das elektrische Vorschaltgerät 200 bereitgestellten Eingangsstrom zu begrenzen und/oder zu glätten.
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Der Überspannungssuppressor 103 und die Leerlauferkennungsschaltung 104 sind parallel geschaltet. Im Falle eines Leerlaufs an den Ausgängen 131, 132 brechen der Überspannungssuppressor 103 und/oder die Leerlauferkennungsschaltung 104 vorzugsweise durch, d.h. sind leitend und stellen dadurch eine Verbindung zu Masse und ein Entkoppeln der Flickerunterdrückungsschaltung 102 und der Ausgänge 131, 132 von den Eingängen 121, 122, 123, 124 bereit. Weiter wird im Falle eines Leerlaufs der Schaltkreisschalter 105 geöffnet, d.h. nicht leitend, und dadurch die Flickerunterdrückungsschaltung 102 aus dem Schaltkreis des elektronischen Treibers 100 entfernt. Der Schaltkreisschalter 105 kann ein Transistor sein, insbesondere ein p-Kanal-MOSFET vom Anreicherungstyp.
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Die Spannungserfassungsschaltung 101 ist mit den Eingängen 121, 122, 123, 124 gekoppelt. Die Spannungserfassungsschaltung 101 ist dazu ausgelegt, eine hohe Spannung für die Flickerunterdrückungsschaltung 102 bereitzustellen, falls eine hohe Spannung durch die Eingänge 121, 122, 123, 124 bereitgestellt wird, und eine niedrige Spannung bereitzustellen, falls eine niedrige Spannung durch die Eingänge 121, 122, 123, 124 bereitgestellt wird.
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2 zeigt ein detaillierteres Schaltbild einer beispielhaften Ausführungsform eines elektronischen Treibers 100, wie vorstehend beschrieben. Vorzugsweise entspricht das Schaltbild von 2 einem detaillierten Schaltbild der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform.
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Die Spannungserfassungsschaltung 101 umfasst eine Erfassungsdiode 141, einen Erfassungskondensator 143 und eine Zenerdiode 142. Vorzugsweise entspricht die Schwellenspannung (auch Durchbruchsspannung genannt) der Zenerdiode 142 der oben beschriebenen Schwellenspannung. Falls das elektrische Vorschaltgerät 200 eine hohe Eingangsspannung für den elektronischen Treiber 100 bereitstellt, insbesondere falls sich die Last an den Ausgängen 131, 132 von einer leichten Last zu einer hohen Last ändert, erhöht sich die Spannung am ersten Punkt B und somit die Spannung am zweiten Punkt A vor der Zenerdiode 142 der Spannungserfassungsschaltung 101. Die Spannung am zweiten Punkt A ist klein bei einer leichten Last und hoch bei einer hohen Last. Bei einer leichten Last liegt die Spannung an der Zenerdiode 142 unter der Schwellenspannung der Zenerdiode 142. Daher blockiert die Zenerdiode 142, d.h. ist nicht leitend. Falls sich die Spannung an der Zenerdiode 142 über die Schwellenspannung erhöht, bricht die Zenerdiode 142 durch und wird leitend.
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Der Ausgang der Spannungserfassungsschaltung 101 ist mit dem Gate G3 eines Spannungsschalters 146, insbesondere eines p-Kanal-MOSFETs vom Anreicherungstyp, der Flickerunterdrückungsschaltung 102 gekoppelt. Bei einer niedrigen Last wird eine niedrige Spannung zum Gate G3 des Spannungsschalters 146 bereitgestellt. Der Spannungsschalter 146 befindet sich somit im Sättigungsmodus. Bei einer hohen Last, bei der die Spannung an der Zenerdiode 141 der Spannungserfassungsschaltung 101 höher ist als die Schwellenspannung der Zenerdiode 141, erhöht sich die Spannung am Gate G3 langsam. Da der Strom an der Source S3 und am Drain D3 des Spannungsschalters 146 konstant ist, ergibt ein Erhöhen der Spannung am Gate G3 eine Verschiebung vom Sättigungsmodus zum Verschiebungsmodus (Triodenmodus) des Spannungsschalters 146. Der Spannungsabfall - und somit der Widerstand - am Drain D3 und an der Source S3 des Spannungsschalters 146 wird verringert. Dadurch werden Verluste über den Spannungsschalter 146 verringert, falls eine hohe Last an die Ausgänge 131, 132 angeschlossen ist. Die Flickerunterdrückungsschaltung 102 umfasst weiter einen Entkoppelwiderstand 144 und einen Entkoppelkondensator 145, die eine Ersatzlast für die Flickerunterdrückungsschaltung 102 zum Einstellen der Zeitkonstante der Flickerunterdrückungsschaltung 102 bereitstellen. Insbesondere ist es durch diese Ersatzlast möglich sicherzustellen, dass sich die an den Ausgängen 131, 132 bereitgestellte Spannung nur langsam erhöht, wenn eine hohe Last an den Ausgängen 131, 132 anliegt.
Durch die Flickerunterdrückungsschaltung 102 kann die durch den elektronischen Treiber 100 an den Ausgängen 131, 132 bereitgestellte Ausgangsspannung auf verschiedene Betriebsmodi des elektrischen Vorschaltgeräts 200 eingestellt werden. Während einer Vorheizphase erhöht sich beispielsweise die Ausgangsspannung langsam und ist das LED-Beleuchtungsmodul 300 ausgeschaltet. Nach der Vorheizphase werden die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom auf einen Wert erhöht, der der Betriebsspannung und dem Betriebsstrom des LED-Beleuchtungsmoduls 300 entspricht.
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Die Flickerunterdrückungsschaltung 102 beseitigt vorzugsweise ein Flickern der Leuchtdioden des LED-Beleuchtungsmoduls im Falle einer leichten Last. Dazu kann ein Glättungskondensator 147 an den Spannungsschalter 146 und die Ausgänge 131, 132 gekoppelt sein. Unter voller Last werden Verluste an der Flickerunterdrückungsschaltung 102 verringert, indem der Spannungsschalter 146 im Schaltmodus betrieben wird.
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Im Falle eines Leerlaufs an den Ausgängen 131, 132 erhöht sich die Spannung im elektronischen Treiber 100. Somit würde sich auch die Ausgangsspannung an den Ausgängen 131, 132 erhöhen. Diese hohe Spannung in dem Schaltkreis löst zwei Vorgänge aus, wie nachstehend erläutert. Vorzugsweise findet der erste Vorgang kurzzeitig statt, beispielsweise höchstens für 20 ms oder höchstens für 10 ms, während der zweite Vorgang über längere Zeit stattfindet, beispielsweise für mindestens 15 ms oder für mindestens 5 ms.
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Zuerst, wenn die Spannung an einem dritten Punkt C in der Schaltung größer ist als ein vordefinierter Wert, beispielsweise 2,5 V, bricht ein Shunt-Regler 106 in der Leerlauferkennungsschaltung 104 durch. In diesem Fall verringert sich die Gate-Spannung an einem Gate G2 des Schaltkreisschalters 105, wird insbesondere auf Masse gezogen, und der Schaltkreisschalter 105 ist nicht leitend. Somit ist die Flickerunterdrückungsschaltung 102 von der hohen Spannung im Schaltkreis entkoppelt und der Entkoppelkondensator 145 ist gegen die hohe Spannung geschützt.
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Als Zweites wird bei einer hohen Erhöhung der Spannung in der Schaltung der Überspannungssuppressor 103 leitend, d.h. er bricht durch, und entkoppelt auch die Leerlauferkennungsschaltung 104 von den Eingängen 121, 122, 123, 124. Die Spannung hinter der Gleichrichterbrücke 113 ist dann klein.
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Mit Bezugnahme auf das schematische Schaltbild gemäß 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines alternativen Treibers 100' genau erläutert. Der alternative Treiber 100' umfasst eine Zündspannungserfassungsschaltung 151 zum Erfassen der hohen Zündspannung, die während der Zündung durch das elektrische Vorschaltgerät 200 bereitgestellt wird. Erst nachdem die Zündung erfolgt ist, erhöht sich die Spannung an einem ersten Kondensator 152 der Zündspannungserfassungsschaltung 151, insbesondere über 32 V, was dazu führt, dass eine bidirektionale Triggerdiode 153 der Zündspannungserfassungsschaltung 151 hinreichend Strom bereitstellt, um einen Thyristorschalter 154 zu triggern. Eine solche Zündspannungserfassungsschaltung 151 weist den Nachteil auf, nach der Zündung Überströme zu verursachen.
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Mit Bezugnahme auf die Spannungsmessungen gemäß 4A und 4B wird eine beispielhafte Ausführungsform eines elektronischen Treibers 100, wie vorstehend beschrieben, detailliert erläutert. 4A und 4B zeigen eine erste Spannung 401 am Überspannungssuppressor 103 und eine zweite Spannung 402 am Entkoppelkondensator 145. Die Spannungen sind in 4A und 4B in willkürlichen Einheiten (w.E. oder aribtrary units a.u.) gezeigt. 4B zeigt eine maßstäbliche Vergrößerung der in 4A gezeigten Messung.
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Zum Beispiel kann eine durch das elektrische Vorschaltgerät 200 und/oder an das elektrische Vorschaltgerät 200 vorgesehene Eingangsspannung 277 V AC betragen. Unter voller Last kann der Spannungsabfall zwischen dem Drain D3 und der Source S3 des Spannungsschalters 146 0,4 V betragen, welcher einem Verlust des Spannungsschalters 146 von 0,05 W entspricht. Unter leichter Last kann der Spannungsabfall zwischen dem Drain D3 und der Source S3 4,8 V betragen, welcher einem Verlust des Spannungsschalters 146 von 0,024 W entspricht.
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4A und 4B zeigen eine beispielhafte Messung in dem Fall, dass ein Leerlauf an den Ausgängen 131, 132 des elektronischen Treibers 100 vorliegt. Der Leerlauf liegt zu einer Nullpunktzeit t0 vor. Vor dieser Nullpunktzeit t0 liegt eine mittlere zweite Spannung 402 von etwa 100 V am Überspannungssuppressor 103 an, und eine mittlere erste Spannung 401 liegt am Entkoppelkondensator 145 an. Im Falle eines Leerlaufs werden sowohl die zweite Spannung 402 als auch die erste Spannung 401 für eine kurze Zeitdauer erhöht. Diese Zeitdauer kann der Ansprechzeit des Überspannungssuppressors 103 entsprechen. Die erste Spannung 401 erhöht sich auf einen Wert unterhalb einer Schädigungsspannung des Entkoppelkondensators 145. Wenn beispielsweise eine Spannung von 277 V AC für den elektronischen Treiber 100 bereitgestellt wird, kann sich die erste Spannung 401 auf 190 V erhöhen, wobei eine Schädigungsspannung des Entkoppelkondensators 145 200 V betragen kann. Nach der Zeitdauer fallen die erste Spannung 401 und die zweite Spannung 402 auf null.
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Die Erfindung ist durch die Beschreibung auf Grundlage der Ausführungsformen nicht eingeschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung ein beliebiges neues Merkmal und auch eine beliebige Kombination von Merkmalen, und beinhaltet insbesondere eine beliebige Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, sogar wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht ausdrücklich in den Patentansprüchen oder den beispielhaften Ausführungsformen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- elektronischer Treiber
- 100'
- alternativer Treiber
- 101
- Spannungserfassungsschaltung
- 102
- Flickerunterdrückungsschaltung
- 103
- Überspannungssuppressor
- 104
- Leerlauferkennungsschaltung
- 105
- Schaltkreisschalter
- 106
- Shunt-Regler
- 111
- Filamentenkreis
- 112
- Strombegrenzungsschaltung
- 113
- Gleichrichterbrücke
- 121, ..., 124
- Eingänge
- 131, 132
- Ausgänge
- 141
- Erfassungsdiode
- 142
- Zenerdiode
- 143
- Erfassungskondensator
- 144
- Entkoppelwiderstand
- 145
- Entkoppelkondensator
- 146
- Spannungsschalter
- 147
- Glättungskondensator
- 151
- Zündspannungserfassungsschaltung
- 152
- erster Kondensator
- 153
- bidirektionale Triggerdiode
- 154
- Thyristorschalter
- 200
- elektrisches Vorschaltgerät
- 300
- LED-Beleuchtungsmodul
- 401
- erste Spannung
- 402
- zweite Spannung
- G3,D3,S3
- Gate, Drain, Source des Spannungsschalters
- G2,D3,S3
- Gate, Drain, Source des Schaltkreisschalters
- A,B,C
- zweiter, erster, dritter Punkt im Schaltkreis
- t0
- Nullpunktzeit
- t1
- erste Zeit
