EP3033922A1 - Elektronisches vorschaltgerät zum betreiben mindestens einer ersten und einer zweiten kaskade von leds - Google Patents

Elektronisches vorschaltgerät zum betreiben mindestens einer ersten und einer zweiten kaskade von leds

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Publication number
EP3033922A1
EP3033922A1 EP14736863.3A EP14736863A EP3033922A1 EP 3033922 A1 EP3033922 A1 EP 3033922A1 EP 14736863 A EP14736863 A EP 14736863A EP 3033922 A1 EP3033922 A1 EP 3033922A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupled
cascade
voltage
leds
voltage divider
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14736863.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Fischer
Helmut Endres
Josef Kreittmayr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Publication of EP3033922A1 publication Critical patent/EP3033922A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/395—Linear regulators
    • 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
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • 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
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • An electronic ballast for operating at least a first and a second cascade of LEDs
  • the present invention relates to an electronic ballast for operating at least a first and a second cascade of LEDs, comprising an input having a first and a second input terminal for coupling with an AC supply voltage, a rectifier, which is coupled to the first and the second input terminal, wherein the rectifier egg NEN output with a first and a second output terminals circuit comprises a first unit comprising the first Kaska ⁇ de of LEDs, at least one second unit which comprises the second cascade of LEDs, wherein the second cascade of LEDs an electronic switch is switched on parallel, wherein the first unit is coupled to the first training input terminal of the rectifier and the at least one second unit is serially coupled to the first a ⁇ uniform and on the side of the first a ⁇ integrated, the is not coupled to the first output terminal of the rectifier, a Series circuit umfas ⁇ send a series regulator and a shunt resistor, and this series circuit is serially ge ⁇ coupled between the second unit and the second output terminal of the rectifier, as well as
  • LED arrangements in which a mains current can only flow if the mains voltage is greater than the forward voltage of at least part of the LEDs used.
  • These are LED arrays, which although certain LEDs of the overall arrangement can be bridged by switches, but a certain number of LEDs, here called the first cascade of LED under ⁇ A saving of a switch are not bridged.
  • the problem is that the voltage tap on the above voltage divider outputs a non-negligible setpoint even in a temporal section around the network zero crossing, but this setpoint corresponding line current can not flow.
  • a non-bridgeable Cascade of LEDs can be saved in the practical implementation of a switch.
  • This cascade of LEDs is thus always in operation as long as the gear provided at the rectifier output ⁇ voltage is greater than the for- ward voltage of the LEDs of the first cascade.
  • the current controller requires a settling time in which the AC power is larger than the desired, the target value ent ⁇ speaking value (deviation). This overshoot of the mains current has a negative effect on the behavior of the overall arrangement with regard to the mains current harmonics and the radio interference.
  • the present invention is therefore the object ⁇ reason to develop an aforementioned, generic electro ⁇ African ballast such that to provide a sufficient Stromregelgeschwindig- ness overshoot of the line current can be as far as possible prevented.
  • the present invention is based on the idea not to couple the first voltage divider used to set the target value for the LED current directly between the first and the second output terminal of the rectifier, but to a potential that is opposite to the voltage at the output of the rectifier is exactly reduced by the forward voltage of the non-bridgeable part of the LEDs, that is, the first cascade of LEDs. Since ⁇ is namely achieved that a target value becomes zero just formed larger, when the input voltage is greater than the forward voltage of the non-bridged part of the LEDs through.
  • the first voltage divider is coupled between the coupling point of the first unit and the second unit on the one hand and the second output terminal of the rectifier on the other hand.
  • the first voltage divider comprises a first and a second ohmic resistance, wherein a capacitor is connected paral ⁇ lel the second ohmic resistance of the first voltage divider, which is coupled between the tap of the first voltage divider and the second output terminal of the rectifier. This serves high-frequency spikes at the tap of the first voltage divider to elimi ⁇ kidney.
  • the nominal value specification device comprises an operational amplifier whose negative input represents the first input of the nominal value presetting device and whose plus input represents the second input of the nominal value presetting device.
  • the operational amplifier is preferably connected in such a way that it acts as a P controller, PI controller or as an I controller.
  • a capacitor is connected in parallel.
  • ripple be reduced in the light by the power supply breaks that is, in the phases in which the respective cascade of LEDs due to ih ⁇ rer forward voltage is not supplied with power supplied from the respective associated buffer capacitor.
  • a diode is advantageously coupled in series between the LED cascade of a higher-lying unit and the buffer capacitor of a lower-lying unit. This prevents a discharging of a respective LED cascade associated Pufferkondensa ⁇ sector by the parallel electronic switch. "Higher lying” or “deeper” is responsive to the respective voltage level at which the jewei ⁇ then cascades of LEDs lie.
  • the first voltage divider set value a can be added to the space formed by the first voltage divider set value a in proportion to the period of the supply network time ⁇ Lich substantially constant proportion, for example for improving the use of the LEDs.
  • This substantially constant offset would like ⁇ derum form a target value even in the time range in which no net current can flow, which would lead to the above-described state of saturation of the current regulator.
  • Such a substantially constant offset could be generated by adding a substantially constant voltage to the plus input of the operational amplifier.
  • an auxiliary device may be connected in parallel, designed is to set the slope of the voltage drop across the second ohmic resistance.
  • This auxiliary device thus serves to further improve the operating behavior or the optimization of the mains current waveform by reducing the part of the setpoint corresponding to a constant offset or the falling edge slope before or during the rise after mains voltage zero crossings as a function of the voltage provided by the first voltage divider is set to zero.
  • the slope of the setpoint increase, that is, the rising edge of the supply voltage, relationship ⁇ the setpoint drop, that is, the falling edge of the supply voltage, and the position of the edges are adjusted in relation to the phase position of the input voltage.
  • This auxiliary device preferably comprises an electronic switch with a control electrode, a work ⁇ electrode and a reference electrode, wherein the control ⁇ electrode is coupled to the tap of a second voltage divider comprising a first and a second ohmic resistance, which is connected in parallel to the first voltage divider , Accordingly, this electronic switch bridges the second ohmic resistance of the first voltage divider when the input voltage, that is to say the voltage at the output of the rectifier, falls below a certain level. Then, the electronic switch of the auxiliary device becomes conductive, so that under a certain voltage, the setpoint early zero. In this way, transitions in which the current can flow to flatten to prevent EMC interference. To determine when an LED current can and does not flow, the auxiliary device hangs on the same tap as the voltage divider that provides the setpoint to the series regulator.
  • the second voltage divider is preferably so dimen sioned ⁇ that the electronic switch the reference value then reduced to zero when the input voltage klei ⁇ ner than the forward voltage of the first cascade of LEDs, and thus can not flow the electrical outlet.
  • the second ohmic resistance of the second voltage divider which is coupled between the tap of the second voltage divider and a reference potential, a Zener diode and / or a capacitor connected in parallel ⁇ ge. It can be adjusted during insertion of the mains current through a suitable choice of the Capa ⁇ capacity of this latter capacitor, the flanks ⁇ slope of the voltage across the second resistor of the first voltage divider which corresponds to the desired value for the linear regulator.
  • the zener diode is used le ⁇ diglich for limiting the voltage between the reference electrode and control electrode of the electronic switch of the auxiliary device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSEN electronic ballast.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an electronic ballast according to the invention 10.
  • a supply change ⁇ voltage V e is applied, which may be, for example, 230 V and 50 Hz. This is coupled to the input of a rectifier D002, between whose output terminals a capacitor C001 is coupled, which serves for the elimination of RF interference.
  • the between the Output terminals of the rectifier D002 falling voltage is denoted by V (n003).
  • a first, non-bridgeable cascade of LEDs is provided, by way of example an LED is marked, which is designated D101.
  • a diode D012 is coupled between the two LED cascades.
  • the series circuit of diode D012 and the parallel circuit comprising the LED cascade D117 and the Puf ⁇ ferkondensator CHI is connected in parallel with an electronic switch SW1.
  • the second LED cascade D117, the di ode ⁇ D012, the buffer capacitor CHI and the switch SW1 constitute a second unit EH2.
  • a large number of further such second units may be arranged serially to the first illustrated second unit EH2.
  • the respective cascade of LEDs is bridged by means of the switch ⁇ ordered, if the voltage V (n003) is not sufficient to operate the respective cascade of LEDs in addition to the first cascade of LEDs, that of the unit EH1.
  • the series circuit of a series regulator Q100 and a shunt resistor R100 is arranged.
  • the current flowing in the series regulator Q100 on the drain side is denoted by I d (Q100) and forms itself in a voltage drop at the shunt resistor R100.
  • This current through the series regulator Q100 corresponds to the current absorbed by the supply network and - if no buffer capacitors are used in parallel with the LED cascades - the LED current.
  • a setpoint presetting device 12 provides a setpoint to the control electrode of the longitudinal regulator Q100.
  • the voltage drop across the shunt resistor R100 ⁇ clamping voltage is applied via a resistor R041 to the minus input of operational amplifier IC1-B.
  • the plus input of this operational amplifier IC1-B is coupled to the tap of a voltage divider comprising the ohmic resistors ROH and R012. Erfindungsge ⁇ Gurss of this voltage divider is not directly between the output terminals of the rectifier D002 maral ⁇ tet, but between the coupling point Nl of the first unit EH1 with the second unit EH2 one hand and the second output terminal of the rectifier D002 at ⁇ other hand.
  • a capacitor C040 is connected in parallel with the resistor R012.
  • the clamping ⁇ voltage at the plus input of the operational amplifier IC1-B is denoted by V (n019).
  • the voltage at the output of Ope ⁇ rationsverEntrs IC1-B is denoted by V (n016).
  • the series connection of a capacitor C041 and an ohmic ⁇ resistance R043 is connected. In this way, a PI controller is realized.
  • the voltage divider which comprises the resistive resistors ROH and R012
  • the resistor overhead terminal of the rectifier D002 is gekop ⁇ pelt, but to a potential which is reduced by the forward voltage of the first cascade of LEDs opposite the voltage at the rectifier output, it is achieved that a target value is larger only made zero when the output voltage V (n003) of the rectifier D002 is greater than the forward voltage of the first cascade of LEDs.
  • An auxiliary device designated 14 serves to reduce the measures for the radio interference suppression and the reduction of mains harmonics. It allows the slope to be set before and after the phases in which the voltage provided at the rectifier output is slightly greater than the forward voltage of the first cascade of LEDs, that is in the transient phases.
  • This auxiliary device 14 comprises a further voltage divider with the ohmic resistors R013 and R014, which is connected in parallel to the first voltage divider, that is, in particular, is also connected to the coupling point N1.
  • the control electrode of a transistor Q011 is connected to the tap of the voltage divider R013, R014 ge ⁇ coupled.
  • the resistors are so dimensioned R013 and R014 di ⁇ that the transistor Q011 the setpoint then reduced to zero when the input voltage is only just slightly larger than the forward voltage of the first LED cascade and thus no net current I d (Q100) can flow ,
  • the resistor R014 is connected on the one hand a capacitor C010, on the other hand, the Zener diode D010 in parallel.
  • a capacitor C010 By a suitable choice of the capacitance of the capacitor C010 so that the slope of the voltage across R012 that speaks the target value for the linear regulator Q100 ent ⁇ , during insertion of the current I d can be (Q100) are provided one.
  • Zener diode D010 is used to limit the base-emitter voltage of Q011 only.
  • the steepness of the setpoint increase, that is at rising edge of the voltage V (n003), or the setpoint drop, that is at falling edge of the voltage V (n003), as well as the position of the edges in relation to the phase position of voltage V (n003) are set on the rectifier output ⁇ gear.
  • Figures 2 and 3 show the time course of different sizes in an electronic ballast according to the prior art (Fig. 2) and in an inventive electronic ballast shown in Fig. 1 (Fig. 3).
  • the respective representation a) shows the voltage V (n003) between the output terminals of the rectifier D002.
  • the time profile of the current I d (Q100) is shown.
  • Representation c) shows on the one hand the time course of the voltage V (n019) at the positive input of the operational amplifier IC1-B, that is the voltage at the tap of the first voltage divider ROH, R012, as well as the time course of the voltage V (n016) at the output of Operational amplifier IC1-B, that is the signal at the control electrode of the series regulator Q100.
  • the voltage V (n003) is identical in the illustration of FIG. 2 and FIG. Differences in the representations gene b) and c) result from the fact that in Fig. 2, the setpoint value as known from the prior art by Ab ⁇ grip the voltage at the rectifier output is generated, whereas the representations in Fig. 3 when using an electronic ballast according to the invention revealed.
  • the profile of the current I d (Q100) in the representation of Fig. 2b) is very erratic, which is bad in terms of Funkent ⁇ trouble and current harmonics.
  • the profile is softer.

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät (10) zum Betreiben mindestens einer ersten (D101) und einer zweiten Kaskade von LEDs (D117), wobei die erste Kaskade von LEDs (D101) nicht überbrückbar ausgebildet ist. Um einen Sollwert für einen seriell zu den LED-Kaskaden (D101, D117) angeordneten Längsregler (Q100) bereitzustellen, wird ein ohmscher Spannungsteiler (ROH, R012) verwendet, der zwischen den Kopplungspunkt (N1) der nicht überbrückbaren LED-Kaskade (D101) und der überbrückbaren LED-Kaskade (D117) einerseits und den zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters (D002) andererseits gekoppelt ist.

Description

Beschreibung
Elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer ersten und einer zweiten Kaskade von LEDs
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät zum Betreiben mindestens einer ersten und einer zweiten Kaskade von LEDs, umfassend einen Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss zum Koppeln mit einer Versorgungswechselspannung, einen Gleichrichter, der mit dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist, wobei der Gleichrichter ei- nen Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsan- schluss aufweist, eine erste Einheit, die die erste Kaska¬ de von LEDs umfasst, mindestens eine zweite Einheit, die die zweite Kaskade von LEDs umfasst, wobei der zweiten Kaskade von LEDs ein elektronischer Schalter parallel ge- schaltet ist, wobei die erste Einheit mit dem ersten Aus- gangsanschluss des Gleichrichters gekoppelt ist und die mindestens eine zweite Einheit seriell zu der ersten Ein¬ heit gekoppelt ist und zwar auf der Seite der ersten Ein¬ heit, die nicht mit dem ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters gekoppelt ist, eine Serienschaltung umfas¬ send einen Längsregler und einen Shunt-Widerstand, wobei diese Serienschaltung seriell zwischen die zweite Einheit und den zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters ge¬ koppelt ist, sowie eine Sollwert-Vorgabevorrichtung für den Längsregler mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang, wobei der Ausgang der Sollwert- Vorgabevorrichtung mit dem Längsregler gekoppelt ist, wobei der erste Eingang der Sollwert-Vorgabevorrichtung mit dem Shunt-Widerstand gekoppelt ist, wobei der zweite Ein- gang der Sollwert-Vorgabevorrichtung mit dem Abgriff des ersten Spannungsteilers gekoppelt ist. Eine sogenannte "Kaskade" von LEDs umfasst zwar bevorzugt eine Vielzahl von LEDs, kann jedoch auch durch eine einzelne LED reprä- sentiert werden.
Stand der Technik
Bei LED-Treiberkonzepten, die den LED-Strom und damit den Netzstrom linear regeln und bei denen es aufgrund ihrer Leistungsaufnahme erforderlich ist, eine weitgehend si¬ nusförmige Stromaufnahme aus dem Netz zu gewährleisten, wird bisher mittels eines an die Eingangsspannung ange¬ schlossenen Spannungsteilers mit einem ersten und einem zweiten ohmschen Widerstand ein Sollwert für den Stromregler abgeleitet. Da diese Eingangsspannung sinusförmig ist, ist dadurch auch der Sollwert und bei geeignetem Re- gelkonzept auch der Istwert des Netzstroms sinusförmig.
Es gibt LED-Anordnungen, bei denen ein Netzstrom nur dann fließen kann, wenn die Netzspannung größer als die Vorwärtsspannung mindestens eines Teils der eingesetzten LEDs ist. Dies sind LED-Anordnungen, bei denen zwar be- stimmte LEDs der Gesamtanordnung durch Schalter überbrückbar sind, aber eine bestimmte Anzahl an LEDs, vorliegend die so genannte erste Kaskade von LED unter Ein¬ sparung eines Schalters nicht überbrückt sind. Bei sol¬ chen Anordnungen besteht das Problem, dass der Spannungs- abgriff an dem oben genannten Spannungsteiler auch in einem zeitlichen Abschnitt um den Netznulldurchgang herum einen nicht vernachlässigbaren Sollwert ausgibt, ein diesem Sollwert entsprechender Netzstrom aber nicht fließen kann. Durch die Verwendung einer nicht überbrückbaren Kaskade von LEDs kann in der praktischen Umsetzung ein Schalter eingespart werden. Diese Kaskade von LEDs ist demnach immer in Betrieb, sofern die am Gleichrichteraus¬ gang bereitgestellte Spannung größer ist als die Vor- wärtsspannung der LEDs dieser ersten Kaskade. Dadurch geht weiterhin der Vorteil einher, dass, solange die nö¬ tige Vorwärtsspannung noch nicht erreicht ist, kein Strom über den Längsregler fließt, um dort lediglich Verlustwärme zu erzeugen. Beim Einsatz üblicher Regeleinrichtungen für die Stromregelung führt dies dazu, dass der Stromregler beginnend zu dem Zeitpunkt, bei dem der Momentanwert der Netzspannung unter die Vorwärtsspannung des nicht überbrückbaren Teils der LEDs sinkt, in Sättigung geht. Wenn anschließend bei zunehmender Netzspannung diese wieder über die Vorwärtsspannung des nicht überbrückbaren Teils der LEDs steigt, benötigt der Stromregler eine Einschwingzeit, in der der Netzstrom größer als der gewünschte, dem Sollwert ent¬ sprechende Wert ist (Regelabweichung) . Dieser Überschwin- ger des Netzstroms wirkt sich negativ auf das Verhalten der Gesamtanordnung hinsichtlich der Netzstromoberschwingungen und der Funkstörung aus.
Um dieses Problem zu lösen, wäre es denkbar, die Zeitcha¬ rakteristik des Stromreglers so zu verändern, dass die Stromlücken „ausgeblendet" werden. Dies hätte allerdings den Nachteil zur Folge, dass dann die gesamte Stromregel¬ geschwindigkeit zu gering werden könnte. Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu¬ grunde, ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes elektro¬ nische Vorschaltgerät derart weiterzubilden, dass unter Bereitstellung einer ausreichenden Stromregelgeschwindig- keit Überschwinger des Netzstroms möglichst weitgehend unterbunden werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Vor¬ schaltgerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den ersten Spannungsteiler, der zur Sollwertbildung für den LED-Strom verwendet wird, nicht direkt zwischen den ersten und den zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters zu koppeln, sondern an ein Potential, das gegenüber der Spannung am Ausgang des Gleichrichters genau um die Vorwärtsspannung des nicht überbrückbaren Teils der LEDs, das heißt der ersten Kaskade von LEDs, reduziert ist. Da¬ durch wird nämlich erreicht, dass ein Sollwert größer null nur gebildet wird, wenn die Eingangsspannung größer als die Vorwärtsspannung des nicht überbrückbaren Teils der LEDs ist.
Erfindungsgemäß wird deshalb der erste Spannungsteiler zwischen den Kopplungspunkt der ersten Einheit und der zweiten Einheit einerseits und den zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters andererseits gekoppelt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass unabhängig von der to- leranz- und temperaturabhängigen Vorwärtsspannung der ersten Kaskade von LEDs ein Sollwert größer null exakt dann an den Stromregler geleitet wird, wenn die Spannung am Ausgang des Gleichrichters die momentane Vorwärtsspan- nung der ersten Kaskade von LEDs übersteigt. Dadurch wird gewährleistet, dass der Stromregler nicht in Sättigung gehen kann, wodurch ein Überschwingen des vom Netz entnommenen Stroms ausgeschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Spannungsteiler einen ersten und einen zweiten ohmschen Widerstand, wobei dem zweiten ohmschen Widerstand des ersten Spannungsteilers, der zwischen den Abgriff des ersten Spannungsteilers und den zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters gekoppelt ist, ein Kondensator paral¬ lel geschaltet ist. Dieser dient dazu, hochfrequente Spikes am Abgriff des ersten Spannungsteilers zu elimi¬ nieren .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Soll- wert-Vorgabevorrichtung einen Operationsverstärker, dessen Minus-Eingang den ersten Eingang der Sollwert- Vorgabevorrichtung darstellt und dessen Plus-Eingang den zweiten Eingang der Sollwert-Vorgabevorrichtung darstellt. Auf diese Weise kann besonders einfach eine Rege- lung des Stroms durch die Kaskaden von LEDs vorgenommen werden. In diesem Zusammenhang ist der Operationsverstärker bevorzugt derart beschaltet, dass er als P-Regler, PI-Regler oder als I-Regler wirkt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der jeweiligen Kaskade von LEDs ein Kondensator parallel geschaltet. Durch diese Maßnahme werden Ripple im Licht reduziert, indem in den Netzspannungspausen, das heißt in den Phasen, in denen die jeweilige Kaskade von LEDs aufgrund ih¬ rer Vorwärtsspannung nicht mit Strom versorgt wird, aus dem jeweils zugeordneten Pufferkondensator versorgt wird. In diesem Zusammenhang ist in vorteilhafter Weise seriell zwischen die LED-Kaskade einer höher liegenden Einheit und den Pufferkondensator einer tiefer liegenden Einheit eine Diode gekoppelt. Diese verhindert ein Entladen des einer jeweiligen LED-Kaskade zugeordneten Pufferkondensa¬ tors durch den parallel geschalteten elektronischen Schalter. „Höher liegend" bzw. „tiefer liegend" spricht auf das jeweilige Spannungsniveau an, auf dem die jewei¬ ligen Kaskaden von LEDs liegen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann zu dem durch den ersten Spannungsteiler gebildeten Sollwert ein im Verhältnis zur Periodendauer des Versorgungsnetzes zeit¬ lich im Wesentlichen konstanter Anteil hinzuaddiert werden, beispielsweise für eine verbesserte Nutzung der LEDs. Dieser im Wesentlichen konstante Offset würde wie¬ derum einen Sollwert auch in dem Zeitbereich bilden, in dem kein Netzstrom fließen kann, was zu dem oben beschriebenen Sättigungszustand des Stromreglers führen würde. Ein derartiger im Wesentlichen konstanter Offset könnte durch Addition einer im Wesentlichen konstanten Spannung auf den Plus-Eingang des Operationsverstärkers erzeugt werden.
Unabhängig davon können sich weiterhin in den Phasen, in denen die am Gleichrichterausgang bereitgestellte Span- nung gerade eben größer ist als die Vorwärtsspannung der ersten Kaskade von LEDs, d.h. in den Übergangsphasen, EMV-Störungen sowie Netzstromoberschwingungen einstellen.
Um diesen zwei Problemen zu begegnen, kann dem zweiten ohmschen Widerstand des ersten Spannungsteilers eine Hilfsvorrichtung parallel geschaltet sein, die ausgelegt ist, die Flankensteilheit der über dem zweiten ohmschen Widerstand abfallenden Spannung einzustellen. Diese Hilfsvorrichtung dient damit einer weiteren Verbesserung des Betriebsverhaltens beziehungsweise der Optimierung der Netzstromkurvenform, indem der einem konstanten Offset entsprechenden Teil des Sollwerts bzw. die Flankensteilheit beim Abfall vor bzw. beim Anstieg nach Netzspannungsnulldurchgängen in Abhängigkeit der durch den ersten Spannungsteiler bereitgestellten Spannung re- duziert beziehungsweise zu null gesetzt wird. Auf diese Weise kann die Steilheit des Sollwertanstiegs, das heißt die steigende Flanke der Versorgungsspannung, beziehungs¬ weise des Sollwertabfalls, das heißt die fallende Flanke der Versorgungsspannung, sowie die Position der Flanken in Bezug zur Phasenlage der Eingangsspannung eingestellt werden .
Durch die Hilfsvorrichtung kann somit eine deutliche Reduzierung der Funkstörung sowie der Netzstromoberschwingungen erreicht werden. Diese Hilfsvorrichtung umfasst bevorzugt einen elektronischen Schalter mit einer Steuerelektrode, einer Arbeits¬ elektrode und einer Bezugselektrode, wobei die Steuer¬ elektrode mit dem Abgriff eines zweiten Spannungsteilers umfassend einen ersten und einen zweiten ohmschen Wider- stand gekoppelt ist, der dem ersten Spannungsteiler parallel geschaltet ist. Dieser elektronische Schalter überbrückt demnach den zweiten ohmschen Widerstand des ersten Spannungsteilers, wenn die Eingangsspannung, das heißt die Spannung am Ausgang des Gleichrichters ein ge- wisses Maß unterschreitet. Dann wird der elektronische Schalter der Hilfsvorrichtung leitend, sodass unter einer gewissen Spannung der Sollwert frühzeitig zu null wird. Auf diese Weise lassen sich Übergänge, in denen der Strom fließen kann, zur Verhinderung von EMV-Störungen abflachen. Um festzustellen, wann ein LED-Strom fließen kann und wann nicht, hängt die Hilfsvorrichtung am gleichen Abgriff wie der Spannungsteiler, der den Sollwert für den Längsregler liefert.
Dabei ist der zweite Spannungsteiler bevorzugt so dimen¬ sioniert, dass der elektronische Schalter den Sollwert dann auf null reduziert, wenn die Eingangsspannung klei¬ ner als die Vorwärtsspannung der ersten Kaskade von LEDs ist und damit kein Netzstrom fließen kann.
Bevorzugt ist dem zweiten ohmschen Widerstand des zweiten Spannungsteilers, der zwischen den Abgriff des zweiten Spannungsteilers und ein Bezugspotential gekoppelt ist, eine Zenerdiode und/oder ein Kondensator parallel ge¬ schaltet. Dabei kann durch eine geeignete Wahl der Kapa¬ zität dieses letztgenannten Kondensators die Flanken¬ steilheit der Spannung über dem zweiten ohmschen Widerstand des ersten Spannungsteilers, die dem Sollwert für den Längsregler entspricht, während des Einsetzens des Netzstroms eingestellt werden. Die Zenerdiode dient le¬ diglich zur Begrenzung der Spannung zwischen Bezugselektrode und Steuerelektrode des elektronischen Schalters der Hilfsvorrichtung .
Wenngleich im Nachfolgenden der einfacheren Verständlichkeit wegen die vorliegende Erfindung am Beispiel eines elektronischen Vorschaltgeräts mit einer ersten und einer zweiten Einheit beschrieben wird, können in der Praxis eine Vielzahl von zweiten Einheiten vorgesehen sein. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge¬ mäßen elektronischen Vorschaltgeräts;
Fig. 2 und Fig. 3: den zeitlichen Verlauf verschiedener
Größen bei einem elektronischen Vor- schaltgerät nach dem Stand der Tech¬ nik (Fig. 2) und bei einem erfindungsgemäßen, wie in Fig. 1 dargestellten elektronischen Vorschaltge- rät (Fig. 3) .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts 10. Zwischen einen ersten El und einen zweiten Eingangsanschluss E2 wird eine Versorgungswechsel¬ spannung Ve angelegt, die beispielsweise 230 V und 50 Hz betragen kann. Diese wird an den Eingang eines Gleichrichters D002 gekoppelt, zwischen dessen Ausgangsanschlüssen ein Kondensator C001 gekoppelt ist, der zur Eliminierung von HF-Störungen dient. Die zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters D002 abfallende Spannung ist mit V(n003) bezeichnet.
Es ist eine erste, nicht überbrückbare Kaskade von LEDs vorgesehen, wovon beispielhaft eine LED eingezeichnet ist, die mit D101 bezeichnet ist. Diese erste Kaskade von LEDs bildet zusammen mit einem optionalen ersten Pufferkondensator C101, der dieser ersten Kaskade von LEDs parallel geschaltet ist, eine erste Einheit EH1. Einer zweiten Kaskade von LEDs, von denen beispielhaft die LED D117 eingezeichnet ist, ist ein optionaler Pufferkonden¬ sator CHI parallel geschaltet. Um eine Entladung des Pufferkondensators CHI beim Schließen des Schalters SW1 in Richtung der ersten Einheit EH1 zu verhindern, ist zwischen die beiden LED-Kaskaden eine Diode D012 gekop- pelt. Der Serienschaltung aus Diode D012 und der Parallelschaltung umfassend die LED-Kaskade D117 und den Puf¬ ferkondensator CHI ist ein elektronischer Schalter SW1 parallel geschaltet. Die zweite LED-Kaskade D117, die Di¬ ode D012, der Pufferkondensator CHI sowie der Schalter SW1 bilden eine zweite Einheit EH2. Es können eine Viel¬ zahl weiterer derartiger zweiter Einheiten seriell zu der ersten dargestellten zweiten Einheit EH2 angeordnet sein. Dabei wird die jeweilige Kaskade von LEDs mittels des zu¬ geordneten Schalters überbrückt, wenn die Spannung V(n003) nicht ausreicht, um die jeweilige Kaskade von LEDs zusätzlich zur ersten Kaskade von LEDs, diejenige der Einheit EH1, zu betreiben.
Seriell zu den Einheiten EH1, EH2 ist die Serienschaltung eines Längsreglers Q100 sowie eines Shunt-Widerstands R100 angeordnet. Der drainseitig in den Längsregler Q100 fließende Strom ist mit Id(Q100) bezeichnet und bildet sich in einem Spannungsabfall am Shunt-Widerstand R100 ab. Dieser Strom durch den Längsregler Q100 entspricht dem vom Versorgungsnetz aufgenommenen Strom und - falls keine, den LED-Kaskaden parallel geschaltete Pufferkon- densatoren verwendet werden - dem LED-Strom.
Eine Sollwert-Vorgabevorrichtung 12 stellt einen Sollwert an die Steuerelektrode des Längsreglers Q100 bereit. Dazu wird die über dem Shunt-Widerstand R100 abfallende Span¬ nung über einen ohmschen Widerstand R041 an den Minus- Eingang eines Operationsverstärkers IC1-B angelegt. Der Plus-Eingang dieses Operationsverstärkers IC1-B ist mit dem Abgriff eines Spannungsteilers gekoppelt, der die ohmschen Widerstände ROH und R012 umfasst. Erfindungsge¬ mäß ist dieser Spannungsteiler nicht unmittelbar zwischen die Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters D002 geschal¬ tet, sondern zwischen den Kopplungspunkt Nl der ersten Einheit EH1 mit der zweiten Einheit EH2 einerseits und den zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters D002 an¬ dererseits . Zur Vermeidung hochfrequenter Spikes ist dem Widerstand R012 ein Kondensator C040 parallel geschaltet. Die Span¬ nung am Plus-Eingang des Operationsverstärkers IC1-B ist mit V(n019) bezeichnet. Die Spannung am Ausgang des Ope¬ rationsverstärkers IC1-B ist mit V(n016) bezeichnet. In die Rückkopplung des Operationsverstärkers IC1-B ist die Serienschaltung eines Kondensators C041 und eines ohm¬ schen Widerstands R043 geschaltet. Auf diese Weise wird ein PI-Regler realisiert.
Dadurch, dass der Spannungsteiler, der die ohmschen Wi- derstände ROH und R012 umfasst, nicht direkt mit dem hoch liegenden Anschluss des Gleichrichters D002 gekop¬ pelt ist, sondern an ein Potential, das gegenüber der Spannung am Gleichrichterausgang genau um die Vorwärtsspannung der ersten Kaskade von LEDs reduziert ist, wird erreicht, dass ein Sollwert größer null nur gebildet wird, wenn die Ausgangsspannung V(n003) des Gleichrichters D002 größer ist als die Vorwärtsspannung der ersten Kaskade von LEDs.
Eine mit 14 bezeichnete Hilfsvorrichtung dient zur Redu- zierung der Maßnahmen für die Funkentstörung sowie der Reduktion von Netzstromoberschwingungen. Sie ermöglicht die Einstellung der Flankensteilheit vor und nach den Phasen, in denen die am Gleichrichterausgang bereitgestellte Spannung etwas größer ist als die Vorwärtsspan- nung der ersten Kaskade von LEDs, das heißt in den Übergangsphasen .
Diese Hilfsvorrichtung 14 umfasst einen weiteren Spannungsteiler mit den ohmschen Widerständen R013 und R014, der dem ersten Spannungsteiler parallel geschaltet ist, das heißt insbesondere auch mit dem Kopplungspunkt Nl verbunden ist. Die Steuerelektrode eines Transistors Q011 ist mit dem Abgriff des Spannungsteilers R013, R014 ge¬ koppelt. Dabei sind die Widerstände R013 und R014 so di¬ mensioniert, dass der Transistor Q011 den Sollwert dann auf null reduziert, wenn die Eingangsspannung gerade eben etwas größer als die Vorwärtsspannung der ersten LED- Kaskade ist und damit kein Netzstrom Id(Q100) fließen kann .
Dem Widerstand R014 ist einerseits ein Kondensator C010, andererseits die Zenerdiode D010 parallel geschaltet. Durch eine geeignete Wahl der Kapazität des Kondensators C010 kann damit die Flankensteilheit der Spannung über R012, die dem Sollwert für den Linearregler Q100 ent¬ spricht, während des Einsetzens des Stroms Id(Q100) ein- gestellt werden. Die Zenerdiode D010 dient lediglich zur Begrenzung der Basis-Emitter-Spannung von Q011.
Durch geeignete Dimensionierung der Hilfsvorrichtung 14 kann die Steilheit des Sollwertanstiegs, das heißt bei steigender Flanke der Spannung V(n003), beziehungsweise des Sollwertabfalls, das heißt bei fallender Flanke der Spannung V(n003), sowie die Position der Flanken in Bezug zur Phasenlage der Spannung V(n003) am Gleichrichteraus¬ gang eingestellt werden.
Die Figuren 2 und 3 zeigen den zeitlichen Verlauf ver- schiedener Größen bei einem elektronischen Vorschaltgerät nach dem Stand der Technik (Fig. 2) und bei einem erfindungsgemäßen, wie in Fig. 1 dargestellten elektronischen Vorschaltgerät (Fig. 3).
Die jeweilige Darstellung a) zeigt die Spannung V(n003) zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters D002. In der jeweiligen Darstellung b) ist der zeitliche Verlauf des Stroms Id(Q100) gezeigt. Darstellung c) zeigt einerseits den zeitlichen Verlauf der Spannung V(n019) am Plus-Eingang des Operationsverstärkers IC1-B, das heißt die Spannung am Abgriff des ersten Spannungsteilers ROH, R012, sowie den zeitlichen Verlauf der Spannung V(n016) am Ausgang des Operationsverstärkers IC1-B, das heißt des Signals an der Steuerelektrode des Längsreglers Q100.
Die Spannung V(n003) ist bei der Darstellung von Fig. 2 und von Fig. 3 identisch. Unterschiede in den Darstellun- gen b) und c) ergeben sich dadurch, dass bei Fig. 2 der Sollwert wie aus dem Stand der Technik bekannt durch Ab¬ griff der Spannung am Gleichrichterausgang erzeugt wird, wohingegen sich die Darstellungen in Fig. 3 bei Verwendung eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltge- räts ergeben. Wie deutlich zu sehen ist, ist der Verlauf des Stroms Id(Q100) in der Darstellung von Fig. 2b) sehr sprunghaft, was schlecht ist im Hinblick auf die Funkent¬ störung und Netzstromoberschwingungen. Beim Verlauf des Stroms Id(Q100) eines erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgeräts , siehe die Darstellung in Fig. 3b) hinge¬ gen fehlen derartige Sprünge, der Verlauf ist weicher.
Wie sich aus der Darstellung von Fig. 2c ergibt, siehe dort den Verlauf der Spannung V(n019), ist im Stand der Technik nahe dem Nulldurchgang schon ein Sollwert vorhanden. Aufgrund dessen steigt die Spannung V(n016) am Aus¬ gang des Operationsverstärkers IC1-B an, wobei in der vorliegenden Auslegung kein Über- bzw. Einschwingen des Stroms Id (Ql 00 ) sichtbar ist. Wie sich aus dem entspre¬ chenden Verlauf in Fig. 3c erkennen läßt, sind bei einem erfindungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerät diese Nachteile beseitigt.

Claims

Ansprüche
1. Elektronisches Vorschaltgerät (10) zum Betreiben min¬ destens einer ersten (D101) und einer zweiten Kaskade von LEDs (D117) , umfassend:
- einen Eingang mit einem ersten (El) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Koppeln mit einer Versorgungswechselspannung (Ve) ;
- einen Gleichrichter (D002) , der mit dem ersten (El) und dem zweiten Eingangsanschluss (E2) gekoppelt ist, wobei der Gleichrichter (D002) einen Ausgang mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss aufweist;
- eine erste Einheit (EH1) , die die erste Kaskade von LEDs (D101) umfasst;
- mindestens eine zweite Einheit (EH2) , die die zweite Kaskade von LEDs (D117) umfasst, wobei der zweiten Kaskade von LEDs (D117) ein elektronischen Schalter parallel geschaltet ist;
- wobei die erste Einheit (EH1) mit dem ersten Aus¬ gangsanschluss des Gleichrichters (D002) gekoppelt ist und die mindestens eine zweite Einheit (EH2) se¬ riell zu der ersten Einheit (EH1) gekoppelt ist und zwar auf der Seite der ersten Einheit (EH1) , die nicht mit dem ersten Ausgangsanschluss des Gleich¬ richters (D002) gekoppelt ist;
- eine Serienschaltung umfassend einen Längsregler (Q100) und einen Shunt-Widerstand (R100) , wobei die¬ se Serienschaltung seriell zwischen die zweite Einheit (EH2) und den zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters (D002) gekoppelt ist; - eine Sollwert-Vorgabevorrichtung (12) für den Längsregler (Q100) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang, wobei der Ausgang der Sollwert-Vorgabevorrichtung (12) mit dem Längsregler (Q100) gekoppelt ist, wobei der erste Eingang der Sollwert-Vorgabevorrichtung (12) mit dem Shunt- Widerstand (R100) gekoppelt ist, wobei der zweite Eingang der Sollwert-Vorgabevorrichtung (12) mit dem Abgriff eines ersten Spannungsteilers gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Spannungsteiler (ROH, R012) zwischen den Kopplungspunkt der ersten Einheit (EH1) und der zweiten Einheit (EH2) einerseits und den zweiten Aus- gangsanschluss des Gleichrichters (D002) andererseits gekoppelt ist.
Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Spannungsteiler einen ersten (ROH) und einen zweiten ohmschen Widerstand (R012) umfasst, wobei dem zweiten ohmschen Widerstand (R012) des ersten Spannungsteilers, der zwischen den Abgriff des ersten Spannungsteilers und den zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters (D002) gekoppelt ist, ein Kondensator (C040) parallel geschaltet ist.
Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sollwert-Vorgabevorrichtung (12) einen Operationsverstärker (IC1-B) umfasst, dessen Minus-Eingang den ersten Eingang der Sollwert-Vorgabevorrichtung (12) darstellt und dessen Plus-Eingang den zweiten Eingang der Sollwert-Vorgabevorrichtung (12) darstellt .
Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Operationsverstärker (IC1-B) derart beschal¬ tet ist, dass er als P-Regler, als PI-Regler oder als I-Regler wirkt.
Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der vor¬ hergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweiligen Kaskade von LEDs (D101, D117) ein Kondensator (C101; CHI) parallel geschaltet ist.
Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass seriell zwischen die LED-Kaskade einer höher lie¬ genden Einheit und den Kondensator einer tiefer liegenden Einheit eine Diode (D012) gekoppelt ist.
Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach einem der An¬ sprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem zweiten ohmschen Widerstand (R012) des ersten Spannungsteilers eine Hilfsvorrichtung (14) parallel geschaltet ist, die ausgelegt ist, die Flankensteil¬ heit der über dem zweiten ohmschen Widerstand (R012) abfallenden Spannung (V(n019) einzustellen.
8. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Hilfsvorrichtung (14) einen elektronischen Schalter (QU) mit einer Steuerelektrode, einer Ar¬ beitselektrode und einer Bezugselektrode umfasst, wo¬ bei die Steuerelektrode mit dem Abgriff eines zweiten Spannungsteilers umfassend einen ersten (R013) und ei¬ nen zweiten ohmschen Widerstand (R014) gekoppelt ist, wobei der zweite Spannungsteiler dem ersten Spannungsteiler parallel geschaltet ist.
9. Elektronisches Vorschaltgerät (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass dem zweiten ohmschen Widerstand (R014) des zwei¬ ten Spannungsteilers, der zwischen den Abgriff des zweiten Spannungsteilers und ein Bezugspotential ge¬ koppelt ist, eine Zenerdiode (D010) und/oder ein Kon¬ densator (C010) parallel geschaltet ist.
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