DE202012100109U1

DE202012100109U1 - Circuit arrangement for operating LED light sources

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Publication number: DE202012100109U1
Application number: DE202012100109U
Authority: DE
Original assignee: PRODUCTIVITY ENGINEERING GES fur PROZESSINTEGRATION MBH; Productivity Engineering Gesellschaft fur Prozessintegration Mbh
Current assignee: PRODUCTIVITY ENGINEERING GES fur PROZESSINTEGRATION MBH; Productivity Engineering Gesellschaft fur Prozessintegration Mbh
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2012-02-27
Anticipated expiration: 2022-01-13

Abstract

Schaltungsanordnung zum Betreiben von LED-Lichtquellen mit Eingangsklemmen zum Anschließen an eine Spannungsquelle, mit eingangsseitigen Eingangsfiltern, sowie einem Schaltelement mit zugehöriger Steuerschaltung zum periodischen Aus- und Einschalten zugeordneten Wandler mit Ausgangsklemmen zum Anschluss der LED-Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, dass der am Gleichrichter angeschlossene Wandler ein Sperrwandler oder ein Drossel-Abwärtswandler mit einem Schaltelement (Q1) ist, wobei der Steuerausgang (SA) der Steuerschaltung (ST) mit dem Schaltelement (Q1) verbunden ist und wobei die Steuerimpulse am Steuerausgang (SA) eine konstante Frequenz und ein konstantes Lastverhältnis aufweisen.Circuit arrangement for operating LED light sources with input terminals for connecting to a voltage source, with input filters on the input side, and a switching element with associated control circuit for periodically switching off and on associated converters with output terminals for connecting the LED light sources, characterized in that the connected to the rectifier Converter is a flyback converter or a step-down converter with a switching element (Q1), wherein the control output (SA) of the control circuit (ST) is connected to the switching element (Q1) and wherein the control pulses at the control output (SA) have a constant frequency and a constant Have load ratio.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von LED-Lichtquellen mit Eingangsklemmen zum Anschließen an eine Spannungsquelle, mit eingangsseitigen Eingangsfiltern, sowie einem Schaltelement mit zugehöriger Steuerschaltung zum periodischen Aus- und Einschalten des Schaltelementes sowie einem dem Schaltelement zugeordneten Wandler mit Ausgangsklemmen zum Anschluss der LED-Lichtquellen.The invention relates to a circuit arrangement for operating LED light sources with input terminals for connection to a voltage source, with input-side input filters, and a switching element with associated control circuit for periodic switching off and on of the switching element and a switch associated with the transducer output terminals for connecting the LED light sources.

Für den Fall, dass die Spannungsquelle eine Wechselspannungsquelle ist, wird den Eingangsfiltern ein Gleichrichter zur Erzeugung einer pulsierenden Gleichspannung nachgeschaltet.In the event that the voltage source is an AC voltage source, a rectifier for generating a pulsating DC voltage is connected downstream of the input filters.

Derartige Schaltungsanordnungen sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. So ist der Wandler in der Regel ein Sperrwandler und dient als Schaltnetzteil für die Stromversorgung der LED-Lichtquelle, bei dem die zugehörige Steuerschaltung den Ein- und Ausschaltzeitpunkt für das Schaltelement des Schaltnetzteiles vorgibt.Such circuits are known in different designs. Thus, the converter is usually a flyback converter and serves as a switching power supply for the power supply of the LED light source, in which the associated control circuit sets the on and off timing for the switching element of the switching power supply.

Leuchtdioden werden in zunehmendem Maße als Lichtquellen eingesetzt, da diese gegenüber Glühlampen eine wesentlich höhere Nutzungslebensdauer aufweisen und wesentlich weniger Energie verbrauchen. Ein weiterer Vorteil von LED-Lichtquellen ist, dass diese beim Einschalten sofort die volle Lichtleistung abgeben. Damit sind LED-Lichtquellen auch für Signalleuchten geeignet. Da die von der LED-Lichtquelle abgegebene Lichtmenge unmittelbar vom durchfließenden Strom abhängt, sollte der Wandler als Stromquelle aufgebaut sein.Light-emitting diodes are increasingly being used as light sources since they have a substantially longer service life compared to incandescent lamps and consume considerably less energy. Another advantage of LED light sources is that they immediately emit the full light output when switched on. Thus, LED light sources are also suitable for signal lights. Since the amount of light emitted by the LED light source depends directly on the current flowing through it, the converter should be constructed as a current source.

Bei herkömmlichen Wandlern, die an eine Wechselspannungsversorgung angeschlossen sind, ist der Leistungsfaktor deutlich geringer, als bei Glühlampen, die direkt an der Wechselspannungsquelle betrieben werden. Unter Leistungsfaktor wird das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung verstanden. Bei einer Glühlampe beträgt der Leistungsfaktor 1, da die Blindleistung bei Null liegt, d. h. es gibt zwischen dem durch die Glühlampe fließenden Strom und der anliegenden Spannung keine Phasenverschiebung.Conventional converters connected to an AC power supply have a much lower power factor than incandescent bulbs operated directly from the AC source. Power factor is the ratio of active power to apparent power. For a light bulb, the power factor is 1 because the reactive power is zero, ie. H. there is no phase shift between the current flowing through the incandescent lamp and the applied voltage.

Um nun Energienetze nicht mit hoher Blindleistung zu belasten, sollte der Leistungsfaktor generell über 0,98 liegen. Aus diesem Grund ist zu erwarten, dass wegen der zunehmenden Nutzung von LED-Lichtquellen zukünftig hohe Anforderungen an den Leistungsfaktor gestellt werden, um eine Zulassung zum Verkauf von LED-Lichtquellen zu erhalten.In order not to burden energy networks with high reactive power, the power factor should generally be above 0.98. For this reason, it is to be expected that due to the increasing use of LED light sources, future high power factor requirements will be imposed in order to obtain approval for the sale of LED light sources.

Üblicherweise kann der Leistungsfaktor durch zusätzliche Schaltungselemente verbessert werden, was allerdings eine Erhöhung des materiellen Aufwandes bedeuten würde. Der größte Nachteil, der jedoch mit solchen zusätzlichen Schaltungselementen verbunden ist, ist die Tatsache, dass dadurch die Lebendauer der Ansteuerschaltung für die LED-Lichtquelle verringert wird. Dadurch wird der Vorteil der langlebigen LED-Lichtquelle wieder zunichte gemacht.Usually, the power factor can be improved by additional circuit elements, but this would mean an increase in material costs. However, the biggest disadvantage associated with such additional circuit elements is the fact that this reduces the lifetime of the driving circuit for the LED light source. As a result, the advantage of the long-life LED light source is nullified.

Der Wandler kann in unterschiedlichen Betriebsweisen, wie in diskontinuierlicher, in kontinuierlicher oder in kritischer Betriebsweise, betrieben werden. Bei der diskontinuierlichen Betriebsweise fließt einige Zeit kein Strom in der zum Wandler gehörenden Wicklung eines Transformators oder einer Spule, wohingegen im kontinuierlichen Betrieb immer etwas Strom durch die Wicklung fließt. Im kritischen Betrieb wird zu dem Zeitpunkt, wenn der Strom in der Wicklung zu Null wird, das Schaltelement wieder eingeschaltet, so dass erneut Strom fließt. Im kontinuierlichen und im kritischen Betrieb wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht, da zu jeder Zeit ein Strom durch die Wicklung des Wandlers fließt.The transducer may be operated in a variety of modes, such as batch, continuous or critical modes. In the discontinuous mode, no current flows in the winding of a transformer or a coil belonging to the converter for some time, whereas in continuous operation, some current always flows through the winding. In critical operation, at the time when the current in the winding becomes zero, the switching element is turned on again, so that current flows again. In continuous and critical operation, a high efficiency is achieved because at all times a current flows through the winding of the converter.

Um einen guten Leistungsfaktor zu erreichen, ist es notwendig, dass der Eingangsstrom die gleiche Wellenform aufweist, wie die Eingangswechselspannung und dass zwischen beiden keine nennenswerte Phasenverschiebung besteht.In order to achieve a good power factor, it is necessary that the input current has the same waveform as the input AC voltage and that there is no significant phase shift between them.

Bei Wandlern, die in kontinuierlicher und kritischer Betriebsweise betrieben werden, muss zum Erreichen dieser Anforderung die Wellenform der Eingangswechselspannung in der Steuerschaltung erfasst werden und der Ein- oder Ausschaltzeitpunkt, oder beide Zeitpunkte, gemäß dieser Wellenform verändert werden.In converters operating in continuous and critical operation, to meet this requirement, the waveform of the input AC voltage must be detected in the control circuit and the on or off timing, or both times, changed according to this waveform.

Allerdings vergeht zwischen dem Erfassen der Wellenform und dem Verändern der Ein- und Ausschaltzeitpunkte eine gewisse Verarbeitungszeit, die im Wandler dann zu einer Phasenverschiebung zwischen Eingangswechselspannung und Eingangsstrom führt.However, a certain processing time passes between the detection of the waveform and the changing of the switch-on and switch-off times, which then leads to a phase shift between the input AC voltage and the input current in the converter.

Durch diese Phasenverschiebung sind allerdings der Verbesserung des Leistungsfaktors in diesen Betriebsarten hin zu hohen Werten Grenzen gesetzt. Wird nun einer von beiden Zeitpunkten, d. h. der Ein- oder Ausschaltzeitpunkt, verändert, hat das eine Veränderung der Schaltfrequenz zur Folge, die die Wellenform des Eingangsstromes gegenüber der Eingangswechselspannung moduliert. Das wiederum führt zu einer Begrenzung der Verbesserung des Leistungsfaktors zu hohen Werten hin.However, this phase shift limits the improvement of the power factor in these modes to high values. Will now one of both times, d. H. the on or off timing, changed, this results in a change in the switching frequency, which modulates the waveform of the input current to the AC input voltage. This in turn leads to a limitation of the improvement of the power factor to high values.

Darüber hinaus bedeutet die variable Schaltfrequenz zusätzlich einen höheren Aufwand in den Filtermitteln, um den Pegel der harmonischen Verzerrungen (THD) niedrig zu halten, da ein breiteres Frequenzband gefiltert werden muss. Unter THD (Total Harmonic Distortion) ist das Gesamt-Oberschwingungsverhältnis zu verstehen.In addition, the variable switching frequency also means a higher overhead in the filter means to keep the level of harmonic distortion (THD) low since a wider frequency band has to be filtered. Under THD ( Total Harmonic Distortion) is the overall harmonic ratio.

So geht aus der DE 600 07 610 T2 ein Sperrwandler als LED-Treiber hervor, der in der kritischen Betriebsart betrieben wird, mit einer Integration über eine Periode von mindestens 2,5 T. Die zum Schaltelement gehörende Steuerschaltung verfügt über mehrere Messeingänge.So goes out of the DE 600 07 610 T2 a flyback converter as an LED driver, which operates in the critical mode, with an integration over a period of at least 2.5 T. The belonging to the switching element control circuit has several measuring inputs.

Weiterhin wird in der EP 2 315 499 A1 eine LED-Stromversorgung mit einer sehr aufwändigen Regelung des Sekundärstroms durch eine LED-Anordnung beschriebenFurthermore, in the EP 2 315 499 A1 described an LED power supply with a very complex control of the secondary current through an LED array

Die DE 197 32 828 A1 bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leuchtdioden-Arrays mit einer Spule als Speicherelement sowie einem Pulsweitenmodulationsschalter.The DE 197 32 828 A1 refers to a circuit arrangement for driving light emitting diode arrays with a coil as a memory element and a pulse width modulation switch.

In der DE 102 25 670 wird eine Ansteuerschaltung für mindestens einen LED-Strang beschrieben. Die Ansteuerschaltung enthält einen Regelkreis mit einem Spitzenwertdetektor für die an einem Widerstand abfallende Spannung infolge des durch den LED-Strang fließenden Stromes, mit dem ein Schalter derart angesteuert wird, dass ein einstellbarer Mittelwert des den LED-Strang durchfließenden Stroms erzielt wird.In the DE 102 25 670 a drive circuit for at least one LED string is described. The drive circuit contains a control circuit with a peak detector for the voltage dropping across a resistor as a result of the current flowing through the LED string, with which a switch is controlled in such a way that an adjustable mean value of the current flowing through the LED string is achieved.

Aus der DE 698 16 023 T2 geht schließlich eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Halbleiterlichtquelle mit Eingangsklemmen zum Entnehmen eines Speisestroms aus einer Speisequelle und mit Mitteln zum Generieren eines Steuersignals, sowie ein Wandler mit einem Schaltelement, hervor. Das Schaltelement wird mit hoher Frequenz in Abhängigkeit vom Wert des Steuersignals getriggert. Die sehr aufwändige Schaltungsanordnung wird in kritischer Betriebsart betrieben.From the DE 698 16 023 T2 Finally, a circuit arrangement for operating a semiconductor light source with input terminals for removing a supply current from a supply source and means for generating a control signal, and a converter with a switching element, forth. The switching element is triggered at high frequency depending on the value of the control signal. The very complex circuit arrangement is operated in critical mode.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer LED-Lichtquelle mit möglichst wenigen Schaltungselementen zu schaffen, mit der ein Leistungsfaktor von größer 0,98 erreicht wird.The invention is based on the object of providing a circuit arrangement for operating an LED light source with as few circuit elements as possible, with which a power factor of greater than 0.98 is achieved.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst dass der am Gleichrichter angeschlossene Wandler ein Sperrwandler oder ein Drossel-Abwärtswandler mit einem Schaltelement ist, wobei der Steuerausgang der Steuerschaltung mit dem Schaltelement verbunden ist und wobei die Steuerimpulse am Steuerausgang eine konstante Frequenz und ein konstantes Tastverhältnis aufweisen.The object underlying the invention is achieved in a circuit arrangement of the type mentioned in that the converter connected to the rectifier is a flyback converter or a choke down converter with a switching element, wherein the control output of the control circuit is connected to the switching element and wherein the control pulses at the control output have a constant frequency and a constant duty cycle.

Frequenz und Tastverhältnis werden unabhängig von der Speisespannung, unabhängig von der Ausgangsspannung und unabhängig vom Ausgangsstrom vorgegeben. Jegliche Messvorgänge in der Steuerschaltung können somit entfallen.Frequency and duty cycle are independent of the supply voltage, regardless of the output voltage and independent of the output current. Any measuring operations in the control circuit can thus be dispensed with.

Der Wandler wird bevorzugt mit maximaler Speisespannung in diskontinuierlicher Betriebsweise betrieben.The converter is preferably operated with maximum supply voltage in discontinuous operation.

Die am Wandler zwischen den Anschlussklemmen anliegende Speisespannung ist nicht geglättet.The voltage applied to the converter between the terminals is not smoothed.

Zwischen den Anschlussklemmen ist weiterhin ein Filterelement angeordnet, das bevorzugt ein Kondensator ist. Die Kapazität des Kondensators wird bevorzugt so bemessen, dass der Schwingungsgehalt gemäß DIN40110-1 über 0,85 liegt. Mit diesem Filterelement werden hochfrequente Oberwellen ausgefiltert.Between the terminals, a filter element is further arranged, which is preferably a capacitor. The capacitance of the capacitor is preferably dimensioned such that the vibration content in accordance with DIN40110-1 over 0.85. High-frequency harmonics are filtered out with this filter element.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Schaltfrequenz und das Tastverhältnis der Ein- und Ausschaltzeitpunkte konstant gehalten werden und dass der Wandler im diskontinuierlichen Betrieb arbeitet, so dass die Nachteile des Standes der Technik mit geringem Aufwand vermieden werden können. Insbesondere wird ein Leistungsfaktor von größer 0,98 erreicht.The essence of the invention is that the switching frequency and the duty cycle of the switching on and off are kept constant and that the converter operates in discontinuous operation, so that the disadvantages of the prior art can be avoided with little effort. In particular, a power factor of greater than 0.98 is achieved.

Die LED-Lichtquellen werden in Flussrichtung betrieben. Damit ist die Spannung über den beiden Anschlussklemmen der LED-Lichtquelle über deren Kennlinie direkt vom durchfließenden Strom abhängig. Deshalb ist es nicht notwendig, die Ausgangsspannung in der Steuerschaltung zu erfassen, wenn der Wandler als Stromquelle arbeitet, wie im vorliegenden Fall. Ein Wandler, der nach dem Sperrwandler Prinzip arbeitet, erfüllt diese Forderung.The LED light sources are operated in the flow direction. This means that the voltage across the two terminals of the LED light source depends directly on the current flowing through it via its characteristic curve. Therefore, it is not necessary to detect the output voltage in the control circuit when the converter is operating as a current source, as in the present case. A converter that works according to the flyback converter principle meets this requirement.

Dieses Prinzip wird bei der vorliegenden Erfindung angewandt. Aus der konstanten Einschaltzeit lässt sich über die Eingangsspannung und die Induktivität der Spule der Strom bestimmen. Ein Messen des Stromes in der Steuerschaltung ist nicht erforderlich.This principle is used in the present invention. From the constant on-time, the current can be determined via the input voltage and the inductance of the coil. Measuring the current in the control circuit is not required.

Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. In the accompanying drawings show:

1: ein vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer netzgetrennten LED-Lichtquelle; 1 a simplified circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention for operating a network-separated LED light source;

2: ein vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer nicht netzgetrennten LED-Lichtquelle; und 2 a simplified circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention for operating a non-isolated LED light source; and

3: ein Beispielschaltbild für ein Filterelement mit nachgeschaltetem Gleichrichter. 3 : An example circuit diagram for a filter element with downstream rectifier.

Gemäß 1 ist eine Speisespannung V_IN aus einer nicht dargestellten Speisespannungsquelle an Eingangsklemmen A, B der Schaltungsanordnung angeschlossen, wobei die Speisespannung eine Wechselspannung sein kann. Die Speisespannung V_IN wird über ein Filterelement FE an einen Gleichrichter GL weitergeleitet, so dass an den Anschlussklemmen K+ und K– des Gleichrichters GL eine pulsierende Gleichspannung zur Verfügung steht. According to 1 is a supply voltage V _IN from a supply voltage source, not shown, connected to input terminals A, B of the circuit arrangement, wherein the supply voltage may be an AC voltage. The supply voltage V _IN is forwarded via a filter element FE to a rectifier GL, so that a pulsating DC voltage is available at the connection terminals K + and K- of the rectifier GL.

Zwischen den positiven und negativen Anschlussklemmen K+ und K– des Gleichrichters GL ist ein Kondensator C1 geschaltet. Der Kondensator C1 dient als Filterelement, dessen Kapazität so zu bemessen ist, dass der Schwingungsgehalt der zwischen den Anschlussklemmen K+ und K– anliegenden Spannung gemäß DIN40110-1 über 0,85 liegt.Between the positive and negative terminals K + and K- of the rectifier GL, a capacitor C1 is connected. The capacitor C1 serves as a filter element whose capacity is to be dimensioned such that the vibration content of the voltage applied between the terminals K + and K- voltage according to DIN40110-1 over 0.85.

Parallel zu dem Kondensator C1 ist eine Steuerschaltung ST geschaltet, deren Steuerausgang SA mit einem Schaltelement Q1 verbunden ist. Als Schaltelement Q1 kann ein MOSFET in Sourceschaltung, oder ein anderes steuerbares Schaltelement, eingesetzt werden, d. h. der Steuerausgang SA ist mit dem Gate G des Schaltelementes Q1 verbunden, Source S ist mit der Anschlussklemme K– des Gleichrichters GL und Drain D ist über die Primärwicklung eines Transformators TR mit der Anschlussklemme K+ verbunden.Parallel to the capacitor C1, a control circuit ST is connected, whose control output SA is connected to a switching element Q1. As a switching element Q1, a MOSFET in source circuit, or other controllable switching element can be used, d. H. the control output SA is connected to the gate G of the switching element Q1, source S is connected to the terminal K- of the rectifier GL, and drain D is connected to the terminal K + via the primary winding of a transformer TR.

Der Transformators TR ist ein Wandler, dessen Sekundärwicklung über eine Diode D1 mit Ausgangsklemmen E, F verbunden ist, an denen die LED-Lichtquelle D4 ... Dn angeschlossen ist. Die konkrete Anzahl der LED's D4 bis Dn richtet sich nach der maximalen Speisespannung, dem Wicklungsverhältnis von Primar- und Sekundärspule des Transformators TR und dem Tastverhältnis der Ansteuerung des Schaltelements Q1 durch den Steuerausgang SA der Steuerschaltung ST.The transformer TR is a converter whose secondary winding is connected via a diode D1 to output terminals E, F, to which the LED light source D4 ... Dn is connected. The concrete number of LEDs D4 to Dn depends on the maximum supply voltage, the winding ratio of the primary and secondary coil of the transformer TR and the duty cycle of the control of the switching element Q1 by the control output SA of the control circuit ST.

Parallel zur Primärwicklung des Transformators TR liegt eine Schutzschaltung, bestehend aus einer Reihenschaltung einer Diode D3 mit einem Widerstand R1 sowie einem parallel zum Widerstand R1 geschalteten Kondensator C1. Diese Schutzschaltung dient der Unterdrückung kurzer Hochspannungsimpulse und schützt somit das Schaltelement Q1.Parallel to the primary winding of the transformer TR is a protective circuit, consisting of a series connection of a diode D3 with a resistor R1 and a parallel to the resistor R1 connected capacitor C1. This protection circuit serves to suppress short high-voltage pulses and thus protects the switching element Q1.

Weiterhin ist die Source des Schaltelements Q1 direkt mit der Anschlussklemme K– des Gleichrichters GL verbunden und parallel zu Drain und der Anschlussklemme K– befindet sich eine Diode D2. Die Diode D2 ist in Sperrichtung geschaltet und schützt das Schaltelement ST somit vor negativen Spannungen.Furthermore, the source of the switching element Q1 is directly connected to the terminal K- of the rectifier GL and parallel to the drain and the terminal K- is a diode D2. The diode D2 is connected in the reverse direction and thus protects the switching element ST against negative voltages.

Der Transformator TR stellt in dieser Schaltungsanordnung das induktive Speicherelement dar. Mit der Diode D1 wird der im Transformator TR gespeicherte Strom in der Ausschaltphase des Schaltelements Q1 über die Ausgangsklemmen E, F über die LED's D4 ... Dn geleitet.In this circuit arrangement, the transformer TR represents the inductive storage element. With the diode D1, the current stored in the transformer TR is conducted in the switch-off phase of the switching element Q1 via the output terminals E, F via the LEDs D4... Dn.

Im eingeschalteten Zustand des Schaltelements Q1 fließt der Strom von der positiven gleichgerichteten Spannung an der Anschlussklemme K+ des Gleichrichters GL durch die Primärspule des Transformators TR über das Schaltelement Q1 zur Anschlussklemme K–. Dieser Strom wird im Transformator TR gespeichert und in der Ausschaltphase des Schaltelements Q1 über die Sekundärspule und die Diode D1 an die LED's D4 ... Dn der LED-Lichtquelle abgegeben.In the on state of the switching element Q1, the current flows from the positive rectified voltage at the terminal K + of the rectifier GL through the primary coil of the transformer TR via the switching element Q1 to the terminal K-. This current is stored in the transformer TR and delivered in the off phase of the switching element Q1 via the secondary coil and the diode D1 to the LED's D4 ... Dn the LED light source.

Die diskontinuierliche Betriebsart wird dadurch erreicht, dass das Übertragungsverhältnis des Transformators TR so gewählt wird, dass bei dem in der Steuerschaltung ST fest eingestellten Tastverhältnis der Strom in der Sekundärspule auf Null gefallen ist, wenn das Schaltelement Q1 wieder einschaltet. Die Steuerschaltung ST benötigt außer der Stromversorgung über die Anschlussklemmen K+, K– keine weiteren Eingangssignale, da Taktfrequenz und Tastverhältnis konstant sind. Damit kann die Steuerschaltung ST sehr einfach mit wenigen Bauelementen aufgebaut werden, so dass die Gesamtlebensdauer der LED's D4 ... Dn nicht nennenswert eingeschränkt wird.The discontinuous mode is achieved in that the transmission ratio of the transformer TR is selected so that in the fixed duty cycle in the control circuit ST, the current in the secondary coil has fallen to zero when the switching element Q1 turns on again. The control circuit ST requires except the power supply via the terminals K +, K- no further input signals, since the clock frequency and duty cycle are constant. Thus, the control circuit ST can be very easily constructed with a few components, so that the overall service life of the LED's D4 ... Dn is not significantly limited.

In 2 ist ein vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer nicht netzgetrennten LED-Lichtquelle D4 ... Dn dargestellt.In 2 is a simplified circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention for operating a non-isolated LED light source D4 ... Dn shown.

Diese Schaltungsanordnung ist hinsichtlich der Zuführung der Speisespannung VIN, das daran angeschlossene Filterelement FB, dem Gleichrichter GL, dem Filterkondensator C1 und der Steuerschaltung ST, sowie das an den Steuerausgang SA angeschlossene Gate G des Schaltelements Q1 mit der Schaltungsanordnung nach 1 identisch. Hier kann ebenfalls ein MOSFET als Schaltelement Q1 eingesetzt werden. Im Unterschied zu der Schaltungsanordnung nach 1 wird in der Schaltungsanordnung nach 2 als induktives Speicherelement und Wandler eine Spule L1 verwendet, die als Drossel-Abwärtswandler genutzt wird.This circuit arrangement is with respect to the supply of the supply voltage VIN, the filter element FB connected thereto, the rectifier GL, the filter capacitor C1 and the control circuit ST, and connected to the control output SA gate G of the switching element Q1 with the circuit arrangement according to 1 identical. Here also a MOSFET can be used as switching element Q1. In contrast to the circuit arrangement 1 will after in the circuit 2 as inductive storage element and converter uses a coil L1, which is used as a choke-down converter.

Zwischen Drain D des Schaltelements Q1 und der Anschlussklemme K+ ist eine Diode D3 in Sperrichtung geschaltet.Between the drain D of the switching element Q1 and the terminal K +, a diode D3 is reverse-connected.

Weiterhin ist die Source des Schaltelements Q1 direkt mit der Anschlussklemme K– des Gleichrichters GL verbunden und parallel zu Drain D und der Anschlussklemme K– befindet sich eine Diode D2. Die Diode D2 ist in Sperrichtung geschaltet und schützt das Schaltelement ST somit vor negativen Spannungen.Furthermore, the source of the switching element Q1 is connected directly to the terminal K- of the rectifier GL and parallel to the drain D and the terminal K- is a diode D2. The diode D2 is connected in the reverse direction and protects the switching element ST thus against negative voltages.

Am Drain D des Schaltelements Q1 ist weiterhin die Spule L1 angeschlossen, die über die Ausgangsklemme F mit einem Anschluss der LED's D4 ... Dn der LED-Lichtquelle verbunden ist. Der andere Anschluss der LED's D4 ... Dn ist über die Anusgangsklemme E mit der Anschlussklemme K+ des Gleichrichters GL verbunden.At the drain D of the switching element Q1, the coil L1 is further connected, which is connected via the output terminal F to a terminal of the LED's D4 ... Dn of the LED light source. The other terminal of the LEDs D4 ... Dn is connected via the anus terminal E to the terminal K + of the rectifier GL.

Im eingeschalteten Zustand des Schaltelements Q1 fließt der Strom von der Ausgangsklemme F durch die Spule L1 und das Schaltelement Q1. Dieser Strom wird in der Spule L1 gespeichert und in der Ausschaltphase des Schaltelements Q1 an die LED's abgegeben. Es fließt also in beiden Schaltphasen des Schaltelements Q1 ein Strom durch die LED's D4 ... Dn. Nur in der Pause des diskontinuierlichen Betriebes fließt kein Strom durch die LED's D4 ... Dn. Die Steuerschaltung benötigt auch bei dieser Schaltungsanordnung außer der Speisespannungsversorgung VIN keine weiteren Eingangssignale, da die Taktfrequenz und das Tastverhältnis der Steuerschaltung konstant sind.In the on state of the switching element Q1, the current flows from the output terminal F through the coil L1 and the switching element Q1. This current is stored in the coil L1 and delivered to the LEDs in the turn-off phase of the switching element Q1. It flows in both switching phases of the switching element Q1, a current through the LED's D4 ... Dn. Only in the intermission of discontinuous operation no current flows through the LED's D4 ... Dn. The control circuit also requires no further input signals in this circuit arrangement except the supply voltage supply VIN, since the clock frequency and the duty cycle of the control circuit are constant.

Die vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnungen können grundsätzlich auch an einer Gleichspannungsquelle betrieben werden. In diesem Fall kann der Gleichrichter entfallen.The circuit arrangements described above can in principle also be operated on a DC voltage source. In this case, the rectifier can be omitted.

In 3 ist ein Beispielschaltbild für ein Filterelement FE mit nachgeschaltetem Gleichrichter GL dargestellt, die für beide vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnungen geeignet ist. Das Filterelement ist ein π-Filter, bestehend aus einem mit der Eingangsklemme A verbundenen Sicherungswiderstand RS und einer nachgeschalteten Spule L2 mit einem zu dieser parallel geschalteten Dämpfungswiderstand RD. Eingang und Ausgang der Spule L2 sind über jeweils einen Kondensator C2, C3 mit der Eingangsklemme B verbunden. Dem Filterelement FE folgt ein üblicher Gleichrichter GL mit vier Dioden in Brückenschaltung GB.In 3 is an example circuit diagram for a filter element FE with downstream rectifier GL shown, which is suitable for both circuit arrangements described above. The filter element is a π-filter, consisting of a connected to the input terminal A fuse resistor RS and a downstream coil L2 with a parallel to this damping resistor RD. Input and output of the coil L2 are connected via a respective capacitor C2, C3 to the input terminal B. The filter element FE is followed by a conventional rectifier GL with four diodes in bridge circuit GB.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

VINVIN

Speisespannungsupply voltage

FEFE

Filterelementfilter element

GLGL

Gleichrichterrectifier

STST

Steuerschaltungcontrol circuit

SASA

Steuerausgangcontrol output

TR1TR1

Transformatortransformer

Q1Q1

Schaltelementswitching element

RSRS

Sicherungswiderstandfuse resistance

L1, L2L1, L2

SpuleKitchen sink

A, BA, B

Eingangsklemmeninput terminals

K+, K–K +, K-

Anschlussklemmenterminals

GG

Gategate

SS

Sourcesource

DD

Draindrain

D1 ... D3D1 ... D3

Diodediode

D4 ... DnD4 ... Dn

LED-LichtquelleLED light source

C1 ... C4C1 ... C4

Kondensatorcapacitor

RDRD

Dämpfungswiderstanddamping resistor

GBGB

GleichrichterbrückenschaltungRectifier bridge circuit

E, FE, F

Ausgangsklemmenoutput terminals

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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EP 2315499 A1 [0015] EP 2315499 A1 [0015]
DE 19732828 A1 [0016] DE 19732828 A1 [0016]
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DE 69816023 T2 [0018] DE 69816023 T2 [0018]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN40110-1 [0024] DIN40110-1 [0024]
DIN40110-1 [0033] DIN40110-1 [0033]

Claims

Schaltungsanordnung zum Betreiben von LED-Lichtquellen mit Eingangsklemmen zum Anschließen an eine Spannungsquelle, mit eingangsseitigen Eingangsfiltern, sowie einem Schaltelement mit zugehöriger Steuerschaltung zum periodischen Aus- und Einschalten des Schaltelementes sowie einem dem Schaltelement zugeordneten Wandler mit Ausgangsklemmen zum Anschluss der LED-Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, dass der am Gleichrichter angeschlossene Wandler ein Sperrwandler oder ein Drossel-Abwärtswandler mit einem Schaltelement (Q1) ist, wobei der Steuerausgang (SA) der Steuerschaltung (ST) mit dem Schaltelement (Q1) verbunden ist und wobei die Steuerimpulse am Steuerausgang (SA) eine konstante Frequenz und ein konstantes Lastverhältnis aufweisen.Circuit arrangement for operating LED light sources with input terminals for connection to a voltage source, with input-side input filters, and a switching element with associated control circuit for periodically switching off and on of the switching element and a switching element associated converter with output terminals for connecting the LED light sources, characterized in that the converter connected to the rectifier is a flyback converter or a choke-down converter with a switching element (Q1), the control output (SA) of the control circuit (ST) being connected to the switching element (Q1) and the control pulses at the control output (SA) have a constant frequency and a constant load ratio.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler mit maximaler Speisespannung VIN in diskontinuierlicher Betriebsweise betrieben wird.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the converter is operated with maximum supply voltage VIN in discontinuous operation.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Wandler anliegende Spannung zwischen den Anschlussklemmen K+ und K– nicht geglättet ist.Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage applied to the converter between the terminals K + and K- is not smoothed.

Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlussklemmen (K+, K–) ein Filterelement angeordnet ist.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the terminals (K +, K-) a filter element is arranged.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement ein Kondensator (C1) ist.Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the filter element is a capacitor (C1).

Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Kondensators (C1) so bemessen ist, dass der Schwingungsgehalt der Spannung zwischen den Anschlussklemmen (K+ und K–) gemäß DIN40110-1 über 0,85 liegt.Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the capacitance of the capacitor (C1) is dimensioned such that the vibration content of the voltage between the terminals (K + and K-) according to DIN40110-1 is above 0.85.