EP1755363B1 - Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer Leuchtstoffentladungsampe und mindestens einer LED - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer Leuchtstoffentladungsampe und mindestens einer LED Download PDF

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EP1755363B1
EP1755363B1 EP06013146A EP06013146A EP1755363B1 EP 1755363 B1 EP1755363 B1 EP 1755363B1 EP 06013146 A EP06013146 A EP 06013146A EP 06013146 A EP06013146 A EP 06013146A EP 1755363 B1 EP1755363 B1 EP 1755363B1
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led
circuit
supply unit
bridge
lamp
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Olaf Busse
Markus Heckmann
Reinhard Lecheler
Alfons Lechner
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B35/00—Electric light sources using a combination of different types of light generation

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for operating at least one electric lamp and at least one LED (Light Emitting Diode), comprising an inverter with a bridge circuit having at least a first and a second series-connected bridge transistor, wherein between the first and the second bridge transistor a center of the bridge circuit is defined, and a lamp supply unit for supplying the electric lamp with energy from the bridge circuit, which comprises a supply line with an inductance, via which the center of the bridge circuit is coupled to a first terminal for the electric lamp.
  • LED Light Emitting Diode
  • the basic problem underlying the present invention is that in order to achieve special optical effects, for example for realizing an emergency light or night light function of a lighting unit or for varying the color temperature, both electric lamps, for example fluorescent lamps, and LEDs are operated in a lighting unit.
  • two ballasts are used in the prior art, namely a ballast for the LEDs and a second for the fluorescent lamps.
  • both ballasts are connected by the manufacturer of such a lighting unit via corresponding lines to the mains connection of the lighting unit.
  • a disadvantage of this known solution is the costs incurred by the manufacturer of such a lighting unit cabling and the costs incurred by the two ballasts in such a lighting unit space.
  • the object of the present invention therefore consists in further developing the circuit arrangement mentioned in the introduction in such a way that a reduction of the cabling effort as well as a reduction of the space requirement of the unit (s) used to drive the electric lamps or the LEDs is made possible.
  • the present invention is based on the recognition that the disadvantages of the prior art can be overcome if the at least one electric lamp and the at least one LED are operated with one and the same ballast. Because this only requires a ballast to be connected to the power supply. On the other hand, such a ballast requires less space than the two ballasts that were necessary in the prior art approach, especially when certain assemblies are used both for the operation of the at least one electric lamp and for the operation of the at least one LED. To realize the night-light function, in which only the at least one LED should be lit, the bridge circuit can be operated at a frequency which is higher than the frequency in normal operation, but in which the ignition condition for the electric lamp is not yet met. An optional preheater for the coils should be deactivated.
  • an ohmic resistance and / or an inductance can be connected in series with the at least one LED.
  • a preferred embodiment is characterized in that the LED supply unit has an input and an output, wherein the input and the output are galvanically isolated from each other in terms of their potentials.
  • the potential separation ensures that no direct current is transferred from the input of the LED supply unit to the output of the LED supply unit. This measure makes it easy to comply with the safety regulations for the operation of LEDs provided for some applications or in various countries.
  • the LED supply unit comprises a transformer, which is coupled to the supply line.
  • this results in an alternating voltage with a constant amplitude on the primary side of the transformer and consequently also on the secondary side of the transformer.
  • the amplitude of the AC voltage can be set on the secondary side.
  • the voltage on the secondary side of the transformer results over the characteristic of at least one LED, a typical current through the LED and thus a certain color temperature.
  • a particularly space-saving realization can be achieved if the inductance in the supply line of the electric lamp represents the primary winding of this transformer.
  • a voltage limiting device in particular a Zener diode, is preferably connected in parallel with the at least one LED.
  • a voltage limiting device in particular a Zener diode, is preferably connected in parallel with the at least one LED.
  • the LED supply unit further comprises a rectifier which is designed to be connected to the output of the LED supply unit, i. H. at the terminal, where the at least one LED is connected to the LED supply unit to provide a rectified signal.
  • a rectifier which is designed to be connected to the output of the LED supply unit, i. H. at the terminal, where the at least one LED is connected to the LED supply unit to provide a rectified signal.
  • a smoothing inductor can be serially inserted in the current path of the LEDs.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a circuit arrangement according to the invention, wherein for reasons of clarity, only the relevant with regard to the invention components are shown.
  • a first switch S1 realized by a first bridge transistor and a second switch S2 realized by a second bridge transistor
  • U ZW applied which, as is well known, is generated from the mains voltage and usually of the order of 400 V is.
  • a half-bridge circuit is used as the bridge circuit.
  • the invention can also be practiced using a full bridge circuit.
  • the switches S1 and S2 are driven in a known manner for the realization of an inverter.
  • a center M of the bridge circuit is defined.
  • a lamp supply unit 10 which serves to supply an electric lamp LP. It comprises a coupling capacitor C1, an inductance L1 and a resonance capacitor C2.
  • an LED supply unit 12 which is designed to supply the LED with energy.
  • the LED supply unit 12 comprises a transformer Tr with a transmission ratio U whose secondary side is coupled to a rectifier comprising the diodes D1 to D4, wherein the output of the rectifier is coupled to the LED.
  • the inductance L1 in the supply line of the electric lamp LP the primary winding of the transformer Tr.
  • the transformer Tr To implement the transformer Tr while the secondary transformer winding is applied to the inductor L1.
  • a voltage limiting device in this case a Zener diode ZI arranged.

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer elektrischen Lampe und mindestens einer LED (Light-Emitting Diode), umfassend einen Wechselrichter mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten und einem zweiten in Serie zueinander angeordneten Brückentransistor, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Brückentransistor ein Mittelpunkt der Brückenschaltung definiert ist, und einer Lampen-Versorgungseinheit zur Versorgung der elektrischen Lampe mit Energie aus der Brückenschaltung, die eine Versorgungsleitung mit einer Induktivität umfasst, über die der Mittelpunkt der Brückenschaltung mit einem ersten Anschluss für die elektrische Lampe gekoppelt ist.
    • Stand der Technik
  • Die grundsätzlich der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problematik besteht darin, dass zur Erzielung besonderer optischer Effekte, beispielsweise zur Realisierung einer Notlicht- oder Nachtlichtfunktion einer Beleuchtungseinheit oder zur Variation der Farbtemperatur, in einer Beleuchtungseinheit sowohl elektrische Lampen, beispielsweise Leuchtstofflampen, als auch LEDs betrieben werden. Hierzu werden im Stand der Technik zwei Vorschaltgeräte verwendet, und zwar ein Vorschaltgerät für die Leuchtdioden und ein zweites für die Leuchtstofflampen. Dabei werden vom Hersteller einer derartigen Beleuchtungseinheit beide Vorschaltgeräte über entsprechende Leitungen mit dem Netzanschluss der Beleuchtungseinheit verbunden. Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist der beim Hersteller einer derartigen Beleuchtungseinheit anfallende Verkabelungsaufwand sowie der durch die zwei Vorschaltgeräte in einer derartigen Beleuchtungseinheit anfallende Platzbedarf.
  • Weiter ist aus WO-A-2004/097866 eine Anordnung für LEDs und Leuchtstofflampen mit einem einzigen gemeinsamen Vorschaltgerät bekannt, und ist aus EP-A-1 076 476 eine Anordnung für LEDs und Glühlampen mit einem einzigen gemeinsamen elektronischen Trafo bekannt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die eingangs genannte Schaltungsanordnung derart weiterzubilden, dass eine Reduktion des Verkabelungsaufwands sowie eine Reduktion des Platzbedarfs der zur Ansteuerung der elektrischen Lampen bzw. der LEDs verwendeten Einheit(en) ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
  • Die vorliegende Erfindung basiert grundsätzlich auf der Erkenntnis, dass die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden können, wenn die mindestens eine elektrische Lampe und die mindestens eine LED mit ein und demselben Vorschaltgerät betrieben werden. Denn dadurch braucht zum einen nur dieses eine Vorschaltgerät mit dem Netzanschluss verkabelt werden. Zum anderen benötigt ein derartiges Vorschaltgerät weniger Raum als die zwei Vorschaltgeräte, die bei der Vorgehensweise nach dem Stand der Technik nötig waren, insbesondere wenn bestimmte Baugruppen sowohl für den Betrieb der mindestens einen elektrischen Lampe als auch für den Betrieb der mindestens einen LED genutzt werden. Zur Realisierung der Nachtlichtfunktion, bei der nur die mindestens eine LED leuchten soll, kann die Brückenschaltung bei einer Frequenz betrieben werden, die höher ist als die Frequenz im Normalbetrieb, bei der jedoch die Zündbedingung für die elektrische Lampe noch nicht erfüllt wird. Dabei sollte eine für die Wendeln optionale Vorheizung deaktiviert sein.
  • Zur Begrenzung des Stroms durch die mindestens eine LED kann ein ohmscher Widerstand und/oder eine Induktivität in Reihe zur mindestens einen LED geschaltet werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die LED-Versorgungseinheit einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Eingang und der Ausgang hinsichtlich ihrer Potentiale voneinander galvanisch getrennt sind. Durch die Potentialtrennung wird sichergestellt, dass kein Gleichstrom vom Eingang der LED-Versorgungseinheit an den Ausgang der LED-Versorgungseinheit übertragen wird. Durch diese Maßnahme lassen sich auf einfache Weise die für manche Anwendungen bzw. in diversen Ländern vorgesehenen Sicherheitsvorschriften für den Betrieb von LEDs einhalten.
  • Besonders bevorzugt umfasst die LED-Versorgungseinheit einen Übertrager, der mit der Versorgungsleitung, gekoppelt ist. Im Betrieb liegt damit auf der Primärseite des Übertragers eine Wechselspannung mit konstanter Amplitude an und folglich auch auf der Sekundärseite des Übertragers. Durch die Wahl des Windungsverhältnisses kann die Amplitude der Wechselspannung auf der Sekundärseite festgelegt werden. Infolge der Spannung auf der Sekundärseite des Übertragers ergibt sich über die Kennlinie der mindestens einen LED ein typischer Strom durch die LED und damit eine bestimmte Farbtemperatur.
  • Eine besonders Raum sparende Realisierung lässt sich erzielen, wenn die Induktivität in der Versorgungsleitung der elektrischen Lampe die Primärwicklung dieses Übertragers darstellt.
  • Bevorzugt ist weiterhin parallel zu der mindestens einen LED eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung, insbesondere eine Zener-Diode, geschaltet. Insbesondere bei der oben bereits erwähnten Ausführungsform, bei der die Induktivität in der Versorgungsleitung der elektrischen Lampe die Primärwicklung des Übertragers darstellt, wird durch eine derartige Spannungsbegrenzungsvorrichtung sichergestellt, dass die mindestens eine LED vor Überlastung durch zu hohe Spannungen im Zündbetrieb der elektrischen Lampe gesichert wird.
  • Bevorzugt umfasst die LED-Versorgungseinheit weiterhin einen Gleichrichter, der ausgelegt ist, am Ausgang der LED-Versorgungseinheit, d. h. an dem Anschluss, an dem die mindestens eine LED an die LED-Versorgungseinheit angeschlossen wird, ein gleichgerichtetes Signal bereitzustellen.
  • Vorteilhaft kann zur Glättung des Stroms in den LEDs eine Glättungsdrossel in den Strompfad der LEDs seriell eingefügt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
    • Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die im Hinblick auf die Erfindung relevanten Bauelemente dargestellt sind. So wird an die Serienschaltung eines ersten Schalters S1, realisiert durch einen ersten Brückentransistor, und eines zweiten Schalters S2, realisiert durch einen zweiten Brückentransistor, eine so genannte Zwischenkreisspannung UZW angelegt, die, wie allgemein bekannt ist, aus der Netzspannung erzeugt wird und üblicherweise in der Größenordnung von 400 V liegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Brückenschaltung eine Halbbrückenschaltung verwendet. Wie für den Fachmann jedoch offensichtlich, kann die Erfindung auch unter Verwendung einer Vollbrückenschaltung realisiert werden. Die Schalter S1 und S2 werden in bekannter Weise zur Realisierung eines Wechselrichters angesteuert. Zwischen den beiden Schalten S1, S2 ist ein Mittelpunkt M der Brückenschaltung definiert. Mit dem Brückenmittelpunkt M ist eine Lampen-Versorgungseinheit 10 verbunden, die zur Versorgung einer elektrischen Lampe LP dient. Sie umfasst einen Koppelkondensator C1, eine Induktivität L1 und einen Resonanzkondensator C2. Erfindungsgemäß umfasst sie überdies eine LED-Versorgungseinheit 12, die ausgelegt ist, die LED mit Energie zu versorgen. Die LED-Versorgungseinheit 12 umfasst einen Übertrager Tr mit einem Übersetzungsverhältnis Ü dessen Sekundärseite an einen Gleichrichter gekoppelt ist, der die Dioden D1 bis D4 umfasst, wobei der Ausgang des Gleichrichters an die LED gekoppelt ist. Durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses Ü des Übertragers Tr können die Eigenschaften des von der LED abgegebenen Lichts, insbesondere die Farbtemperatur und die Helligkeit, eingestellt werden.
  • Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel stellt die Induktivität L1 in der Versorgungsleitung der elektrischen Lampe LP die Primärwicklung des Übertragers Tr dar. Zur Realisierung des Übertragers Tr wird dabei die sekundäre Übertragerwicklung auf die Induktivität L1 aufgebracht. Da damit die LED im Vorheiz- und im Zündbetrieb der elektrischen Lampe LP mit einem anderen Strom, im Zündbetrieb insbesondere mit einem höheren Strom, betrieben würde als wie für den laufenden Betrieb vorgesehen, wird zur Absicherung der LED gegen Überlastung durch zu hohe Spannungen, insbesondere im Zündbetrieb, parallel zur LED eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung, vorliegend eine Zener-Diode ZI, angeordnet.

Claims (4)

  1. Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer Leuchtstofflampe (LP) und mindestens einer LED umfassend:
    - einen Wechselrichter mit einer Brückenschaltung mit mindestens einem ersten (S1) und einem zweiten (S2) in Serie zueinander angeordneten Brückentransistor, wobei zwischen dem ersten (S1) und dem zweiten (S2) Brückentransistor ein Mittelpunkt (M) der Brückenschaltung definiert ist;
    - einer Lampen-Versorgungseinheit (10) zur Versorgung der elektrischen Lampe (LP) mit Energie aus der Brückenschaltung, die eine Versorgungsleitung mit einer Induktivität (L1) umfasst, über die der Mittelpunkt (M) der Brückenschaltung mit einem ersten Anschluss für die elektrische Lampe (LP) elektrisch verbunden ist;
    wobei die Lampen-Versorgungseinheit (10) eine LED-Versorgungseinheit (12) umfasst, die ausgelegt ist, die mindestens eine LED mit Energie zu viersorgen
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die LED-Versorgungseinheit (12) einen Übertrager (Tr) umfasst, dessen Primärwicklung die Induktivität (L1) in der Versorgungsleitung der elektrischen Lampe bildet und dessen Sekundärwicklung mit der mindestens einen LED gekoppelt ist.
  2. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass parallel zu der mindestens einen LED eine Spannungsbegrenzungsvorrichtung, insbesondere eine Zener-Diode (Z1), geschaltet ist.
  3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die LED-Versorgungseinheit (12) einen Gleichrichter (D1, D2, D3, D4) umfasst, der ausgelegt ist, am Ausgang der LED-Versorgungseinheit ein gleichgerichtetes Signal bereitzustellen.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in Serie zur mindestens einen LED eine Glättungsdrossel geschaltet ist.
EP06013146A 2005-06-28 2006-06-26 Schaltungsanordnung zum Betrieb mindestens einer Leuchtstoffentladungsampe und mindestens einer LED Not-in-force EP1755363B1 (de)

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