AT14739U1 - Primärseitig gesteuerter Konstantstrom-Konverter für Beleuchtungseinrichtungen - Google Patents

Abstract

Unter einem ersten Aspekt stellt die Erfindung einen LED Konverter zum Versorgen mindestens einer LED mit Strom, mit: einem Schaltregler, der als Resonanzwandler ausgebildet ist, vorzugsweise als Halbbrücken-Wandler mit einer getakteten Halbbrücke, einer galvanischen Sperre, deren Primärseite von dem Schaltregler versorgt wird und deren Sekundärseite so angeordnet ist, dass sie dem LED Strang direkt oder indirekt Strom zuführt, einem Steuerkreis (PCC2) auf der Primärseite der galvanischen Sperre, der in der Lage ist, mittels einer Erfassungsschaltung einen Durchschnittswert einer primärseitigen elektrischen Größe zu erfassen, die einen dem LED Strang auf der Sekundärseite der galvanischen Sperre zugeführten Strom anzeigt, und wobei der Steuerkreis (PCC2) ausgelegt ist, eine Schaltfrequenz der Taktung von Schaltreglerschaltern, insbesondere Schaltern (HS, LS) der getakteten Halbbrücke, auf der Basis des erfassten Durchschnittswerts der primärseitigen elektrischen Größe zu steuern, um den dem LED Strang zugeführten Strom zu steuern, wobei der Steuerkreis (PCC2) zusätzlich dazu ausgelegt ist, dass die Taktung der Schaltreglerschalter nur innerhalb eines änderbaren Zeitfensters erfolgt, wobei die Erfassung des Durchschnittswertes auf der Primärseite nur während des änderbaren Zeitfensters der Taktung der Schaltreglerschalter erfolgt.

Description

Beschreibung

PRIMÄRSEITIG GESTEUERTER KONSTANTSTROM-KONVERTER FÜR BELEUCHTUNGS¬EINRICHTUNGEN

[0001] Die Erfindung betrifft einen LED Konverter sowie ein Verfahren zum Betrieb diesesKonverters. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Leuchte mit dem LED Konverter.

[0002] LED Konverter unter Verwendung von Resonanzwandlern wie z.B. LLC Konvertern, sindaus dem Stand der Technik bekannt und werden in großem Umfang beispielsweise für kosten¬günstige LED Konverter eingesetzt. Insbesondere kann ein LED Konverter von einer elektri¬schen Versorgungsquelle versorgt werden, welche den LED Konverter mit Gleichstrom oderWechselstrom beliefert. Falls ein Wechselstrom zugeführt wird, kann der LED Konverter einenGleichrichter aufweisen, der aus dem Eingangswechselstrom einen Gleichstrom herstellt.

[0003] Der Gleichstrom wird daraufhin beispielsweise einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltungzugeführt, die daraufhin einen Resonanzwandler versorgt, beispielsweise einen Reihen-Resonanzwandler, insbesondere einen LLC Konverter. Ein Transformator, der an den Reso¬nanzwandler angeschlossen oder ein Teil dessen ist, überträgt dann Strom über einen galvani¬sche Sperre, z.B. eine SELV Sperre (Sicherheitskleinspannungssperre), von einer Primärseiteder galvanischen Sperre auf eine Sekundärseite der galvanischen Sperre zur Versorgung einerLichtquelle, insbesondere eines LED-Strang mit mindestens einer LED, mit einem Strom lLED.

[0004] In den meisten bekannten Anwendungen dienen LLC Konverter als Konstantspannungs-Konverter die eine sekundärseitige Gleichstromsammelschiene versorgen.

[0005] Dort erzeugt eine Stromquelle, normalerweise ein Abwärtswandler, den zum Antrieb vonHochleistungs-LED erforderlichen Konstantstrom.

[0006] Ein LLC Konverter ist ein Halbbrücken-Resonanzwandler, der zwei Induktoren (LL) undeinen Kondensator (C) verwendet, bekannt als LLC Anordnung, und dem Fachmann als sol¬ches bekannt ist, siehe beispielsweise http:/www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-9730.pdf mit demTitel „LED Application Design Guide Using Half-Bridge LLC Resonant Converter for 160WStreet Lighting".

[0007] Der allgemeine Vorteil der Verwendung eines LLC Konverters besteht darin, dass diesereine so genannte Soft-Switching Möglichkeit (Primärschalter sowie sekundärseitige Dioden) undein gutes Entlastungsverhältnis vorsieht, d.h. die Ausgangsspannung ändert sich nicht wesent¬lich, wenn sich die Sekundärlast verändert.

[0008] Zur Verringerung der Kosten und zur Erhöhung des Wirkungsgrades von LED Konver¬tern, insbesondere bei Verwendung von LLC Konvertern, wäre es vorteilhaft, wenn keine se¬kundärseitige Stromquelle erforderlich wäre. Es wäre besonders erstrebenswert, den LLC Kon¬verter als Konstantstrom-Konverter anstatt als Konstantspannungs-Konverter zu betreiben. EinLLC Konstantstrom-Konverter benötigt jedoch einen Regelkreis zur Regelung seines Aus¬gangsstroms, z.B. des LED Stroms lLED.

[0009] Fig. 1 zeigt zum Beispiel eine beispielhafte Schaltung, die die Messung eines LEDStroms auf der Sekundärseite einer SELV Sperre, d.h. der Sekundärseite einer galvanischenSperre, und die Bereitstellung einer Rückkopplung an die Primärseite der galvanischen Sperreermöglicht.

[0010] Insbesondere zeigt Fig. 1 einen Schaltregler, z.B. einen Halbbrücken-Wandler, der voneiner Gleichspannung VDC mit einem Hochspannungsschalter HS und einem in Halbbrückegeschalteten Niederspannungsschalter LS versorgt wird. Die Schalter der Halbbrücke könnenaus Transistoren, z.B. FET oder MOSFET, bestehen.

[0011] Von einem Mittelpunkt zwischen den Halbbrückenschaltern HS, LS aus ist eine LLCReihe angeschlossen mit einer Kapazität Cr gefolgt von einer Induktivität Lr (die einen LC Re¬sonanzkreis bildet) und der primärseitigen Induktivität Lm des Transformators. Alternativ können die Induktivitäten Lr und Lm als eine Induktivität L zusammengefasst sein.

[0012] Auf der Sekundärseite ist die sekundärseitige Induktivität Lt des Transformators gezeigt,die an Dioden D1 und D2 angeschlossen ist, welche der Beleuchtungseinrichtung, in diesemFall der LED, einen LED Gleichstrom lLED zuführen. Der LED Strom ILED ist über den Neben¬schlusswiderstand Rsns parallel geerdet.

[0013] Ein sekundärseitiger Steuerkreis SCC erfasst/misst eine Spannung Vsns an dem Neben¬schlusswiderstand Rsns und koppelt die Spannung Vsns oder eine die gemessene Spannunganzeigende Größe über einen Optokoppler an einen primärseitigen Steuerkreis PCC zurück.Der primärseitige Steuerkreis PCC legt sodann die Frequenz zur Betätigung der Schalter HS,LS fest. Die Spannung Vsns ist eine elektrische Größe, die auch den LED Strom ILEd anzeigt unddiesem zugeordnet ist, und somit kann von der Spannung Vsns der LED Strom ILed oder eineandere korrelierte elektrische Größe abgeleitet werden. Aufgrund der Rückkopplung stellt derprimärseitige Steuerkreis PCC die Frequenz der Halbbrückenschalter des Resonanzwandlersein.

[0014] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, benötigt der Regelkreis die Bereitstellung des sekundärseiti¬gen Steuerkreises SCC und auch eines Rückkopplungsweges für die elektrische Größe, der diegalvanische Sperre (SELV Sperre) durchquert, um die Steuerung des LED Stroms ILed durchden primärseitigen Steuerkreis PCC zu ermöglichen. Während die erforderliche Messung derelektrischen Größe auf der Sekundärseite durchgeführt wird, ist es auch möglich, eine primär¬seitige Messung anzuwenden, um eine zur Steuerung des LED Stroms ILed benötigte, elektri¬sche Größe zu erhalten.

[0015] Wie in der beispielhaften Schaltung der Fig. 2 dargestellt, kann ein Strom lprim des Reso¬nanzwandlers auf der Primärseite der galvanischen Sperre gemessen werden, um eine Be¬triebsfrequenz der Resonanzwandler-Halbbrücke festzulegen.

[0016] Die Figur 2 zeigt, dass auf der Sekundärseite der galvanischen Sperre kein Neben¬schlusswiderstand vorgesehen ist und auch weder eine Messung auf der Sekundärseite durch¬geführt wird noch ein sekundärseitiger Steuerkreis SSC vorhanden ist.

[0017] Während die Primärseite des Resonanzwandlers grundsätzlich wie bei Fig. 1 beschrie¬ben aufgebaut ist, ist ein Nebenschlusswiderstand Rsnsi in Reihe mit der primärseitigen Indukti¬vität Lm des Transformators geschaltet. Ein primärseitiger Steuerkreis PCC1 misst/erfasst eineelektrische Größe, z.B. die Nebenstromspannung Vsns1, welche den Resonanzwandler lprimbezeichnet. Der primärseitige Steuerkreis PCC1 legt die Schaltfrequenz der Schalter HS, LSder Resonanzwandler-Halbbrücke auf der Grundlage der gemessenen elektrischen Größe fest,die mit dem Resonanzwandler-Strom lprim korreliert.

[0018] Dieser Aufbau ermöglicht die Schaffung eines Regelkreises nur auf der Primärseite dergalvanischen Sperre, und es ist beispielsweise keine Rückkopplung über die galvanische Sper¬re (SELV Sperre) erforderlich, was die Sicherheit des Schaltkreises erhöht.

[0019] Der primärseitige Steuerkreis PCC1 misst die Spannung Vsns1 an der primärseitigenWicklung, dargestellt durch die primärseitige Induktivität Lm, des Transformators und insbeson¬dere, wenn die Beziehung zwischen dem Resonanzwandler-Strom lprim und dem LED Strom ILedbekannt ist, kann der LED Strom lLED durch Einstellen der Schaltfrequenz des Hochspannungs¬schalters HS und des Niederspannungsschalters LS auf der Grundlage der gemessenen Ne¬benschlussspannung Vsns1 gesteuert werden.

[0020] Diese primärseitige Erfassung verringert, in Anbetracht der sekundärseitigen Erfassung,die Kosten des LED Konverters, da kein sekundärseitiger Steuerkreis erforderlich ist und auchkeine Durchquerung der galvanischen Sperre benötigt wird, wodurch die Kosten für zusätzlicheBauteile, z.B. Optokoppler, eingespart werden. Außerdem ist die primärseitige Erfassung vonVorteil, wenn Dimm-Befehle entweder durch über die Stromversorgung gemeldete Dimm-Signale, durch eine analoge Schnittstelle oder durch eine digitale Schnittstelle (z.B. DALI) aus¬geführt werden sollen, da die Dimm-Befehle normalerweise auf der Primärseite des LED Kon- verters empfangen werden.

[0021] Es ist allgemein bekannt, den Resonanzwandler-Strom lprim unter Anwendung einesSpitzensteuerungsprinzips zu regeln. Gemäß diesem Prinzip wird die Frequenz der Halbbrü-cken-Schalter HS, LS derart eingestellt, dass der an der primärseitigen Wicklung (primärseitigeInduktivität Lm des Transformators) erfasste Spitzenspannungswert VsnSjeak (zeigt einen Reso¬nanzwandler-Spitzenstrom lprim peak an) auf einer konstanten Höhe gehalten wird.

[0022] Dieses Steuerungsprinzip hat jedoch einen Nachteil, da sich die Form des primärenResonanzwandler-Stroms lprim mit der Schaltfrequenz der Halbbrücke und LED Spannung VLedändert. Folglich führen diese Faktoren zu einer wechselnden Beziehung zwischen dem Reso¬nanzwandler-Spitzenstrom lprim Peak und dem LED Strom ILed- [0023] Um diese wechselnden Beziehungen auszugleichen, müssen zusätzliche Messungen indem Schaltkreis durchgeführt werden, um weitere Signale zu erhalten, was die Ausführung undden Betrieb des Konverters stark verkompliziert. Dies ist von Nachteil, da eine zusätzlicheVerdrahtung wiederum die Konverterkosten erhöht.

[0024] Ein weiterer Nachteil des Spitzensteuerungsprinzips besteht darin, dass durch Störkom¬ponenten oder Störungen von anderen Teilen des Konverters verursachte Schwankungeneinen verzerrten Spitzenwert bewirken können. Dies kann zu falschen Messungen und somit zueiner mangelhaften Steuerung des LED Stroms Led führen.

[0025] Die Erfindung sieht daher eine Lösung vor, mit der die Defizite der bekannten Lösungs¬ansätze überwunden werden, indem ein LED Konverter bereitgestellt wird, der keine zusätzli¬chen Messungen benötigt, aber auch keine sekundärseitigen Messungen wie im Stand derTechnik dargestellt. Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines LED Konver¬ters, eine Betätigungsvorrichtung mit dem LED Konverter sowie eine Leuchte mit dem erfinderi¬schen LED Konverter bereit. Während die Hauptgesichtspunkte der Erfindung in den unabhän¬gigen Ansprüchen beansprucht werden, sind weitere Ausführungsformen der Erfindung Gegen¬stand der abhängigen Ansprüche.

[0026] Unter einem ersten Gesichtspunkt stellt die Erfindung einen LED Konverter bereit, dereinen LED Strang mit mindestens einer LED Strom zuführt, mit einem Schaltregler, der alsResonanzwandler ausgebildet sein kann, beispielsweise als Halbbrücken-Wandler mit einergetakteten Halbbrücke, einer galvanischen Sperre, deren Primärseite von dem Schaltreglerversorgt werden kann und deren Sekundärseite so angeordnet sein kann, dass sie dem LEDStrang direkt oder indirekt Strom zuführt, einem Steuerkreis auf der Primärseite der galvani¬schen Sperre, der in der Lage sein kann, mittels einer Erfassungsschaltung einen Durch¬schnittswert einer primärseitigen elektrischen Größe zu erfassen, die einen dem LED Strang aufder Sekundärseite der galvanischen Sperre zugeführten Strom anzeigt, und wobei der Steuer¬kreis ausgelegt sein kann, eine Schaltfrequenz der Taktung von Schaltreglerschaltern, insbe¬sondere Schaltern der getakteten Halbbrücke, auf der Basis des erfassten Durchschnittswertsder primärseitigen elektrischen Größe zu steuern, um den dem LED Strang zugeführten Stromzu steuern, wobei der Steuerkreis zusätzlich dazu ausgelegt ist, dass die Taktung der Schalt¬reglerschalter nur innerhalb eines änderbaren Zeitfensters erfolgt, wobei der Steuerkreis vor¬zugsweise kein Rückkopplungssignal von der Sekundärseite der galvanischen Sperre emp¬fängt, wobei die Erfassung des Durchschnittswertes auf der Primärseite nur während des än¬derbaren Zeitfensters der Taktung der Schaltreglerschalter erfolgt.

[0027] Das Zeitfenster kann in wiederkehrender Weise auftreten und durch Pausen gekenn¬zeichnet sein. Das Zeitfenster kann auch abhängig von einem Dimm-Befehl geändert werden.

[0028] Eine Erfassungsschaltung kann außerhalb des Zeitfensters nicht mit dem Steuerkreis(PCC2) verbunden sein.

[0029] Die Erfassung des Durchschnittswertes während des Zeitfensters kann dadurch erfol¬gen, dass die Erfassungsschaltung nur während des Zeitfensters mit einem Steuerkreis ver¬bunden ist.

[0030] Weiters kann die Erfassungsschaltung mit dem Steuerkreis mittels eines Schaltmittelsverbunden sein.

[0031] Das Schaltmittel kann während des änderbaren Zeitfensters der Taktung der Schaltreg¬lerschalter geschlossen sein und eine Erfassung des Durchschnittwertes auf der Primärseiteermöglichen.

[0032] Der Resonanzwandler kann als Reihenresonanzwandler ausgebildet sein, beispielswei¬se als LLC Konverter, mit einem LC Schaltkreis, mit dem eine Primärinduktivität eines Trans¬formators und ein Nebenschlusswiderstand in Reihe geschaltet sein kann, und/oder wobei derSteuerkreis so ausgeführt ist, dass er die elektrische Größe an dem Nebenschlusswiderstanderfasst.

[0033] Es kann zwischen der Primärinduktivität und dem Nebenschlusswiderstand eine ersteDiode in Durchlassrichtung angeschlossen sein und parallel zu dem Nebenschlusswiderstandund der ersten Diode, eine zweite Diode an die Primärinduktivität in Sperrrichtung angeschlos¬sen sein, und der Steuerkreis die Größe an einem Mittelpunkt zwischen der ersten Diode unddem Nebenschlusswiderstand erfassen kann.

[0034] Im Weiteren kann eine erfasste Größe gefiltert werden, beispielsweise durch ein Tief¬passfilter, bevor sie dem Steuerkreis zugeführt wird, um den erfassten Durchschnittswert derprimärseitigen elektrischen Größe zu bilden, und wobei der Steuerkreis nur die gefilterte Größeerfassen kann.

[0035] Es kann ein Effektivwert, ein durchschnittlicher Doppelweg-Gleichrichtwert oder eindurchschnittlicher Einweg-Gleichrichtwert dem Steuerkreis zugeführt werden.

[0036] Der Resonanzwandler kann auch als Konstantstromquelle ausgebildet sein.

[0037] In einem weiteren Gesichtspunkt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Versorgen einesLED Strangs mit mindestens einer LED mit Strom bereit, wobei das Verfahren folgende Schritteaufweist: [0038] Versorgen einer Primärseite einer galvanischen Sperre durch einen Schaltregler, bei¬spielsweise einen getakteten Halbbrücken-Konverter, und Zuführen, direkt oder indirekt, vonStrom zu dem LED Strang durch deren Sekundärseite, Erfassung eines Durchschnittswerts(gemittelten Werts) einer elektrischen Größe, die einen dem LED Strang auf der Sekundärseiteder galvanischen Sperre zugeführten Strom anzeigt, auf der Basis einer primärseitigen elektri¬schen Größe, vorzugsweise ohne ein Rückkopplungssignal von der Sekundärseite der galvani¬schen Sperre zu empfangen, Steuern einer Schaltfrequenz von Schaltreglerschaltern abhängigvom erfassten Durchschnittswert, die Taktung der Schaltreglerschalter nur innerhalb einesänderbaren Zeitfensters erfolgt, wobei die Erfassung des Durchschnittswertes auf der Primär¬seite nur während des änderbaren Zeitfensters der Taktung der Schaltreglerschalter erfolgt.

[0039] Unter wiederum einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Betätigungsvorrichtungzur Steuerung des Betriebs eines LED Strangs mit mindestens einer LED bereit, mittels einesLED Konverters. Die Betätigungsvorrichtung kann zur Durchführung des vorstehenden be¬schriebenen Verfahrens ausgelegt sein.

[0040] Unter einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine LED Leuchte bereit, die zum Be¬trieb einer Beleuchtungseinrichtung, insbesondere einem LED Strang mit mindestens einerLED, ausgeführt ist, mit einem LED Konverter wie vorstehend beschrieben oder einer Betäti¬gungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben.

[0041] Nachfolgend wird die Erfindung außerdem im Hinblick auf die Figuren beschrieben.Diese zeigen insbesondere in [0042] Fig. 1 einen LLC Konverter unter Einsatz von sekundärseitiger Erfassung; [0043] Fig. 2 ebenfalls einen LLC Konverter aus dem Stand der Technik mit Primärerfassung unter Anwendung eines Spitzenstrom-Steuerungsprinzips; [0044] Fig. 3 einen beispielhaften erfindungsgemäßen Schaltkreis; [0045] Fig. 4 eine Beziehung zwischen verschiedenen Schaltkreisgrößen; [0046] Fig. 5 einen beispielhaften erfindungsgemäßen Schaltkreis.

[0047] Nachfolgend wird die Erfindung hauptsächlich in Bezug auf Fig. 3 beschrieben, wobeidie Unterschiede zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsansätzen erläutertwerden, die in Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben sind.

[0048] Insbesondere entspricht die Sekundärseite des in Fig. 3 dargestellten Resonanzwand¬lers der Sekundärseite der in Fig. 2 dargestellten, galvanischen Sperre und somit der Sekun¬därseite aus Fig. 1 ohne Nebenschlusswiderstand Rsns· Außerdem sind gleiche Bauteile in denFiguren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

[0049] Auf der Primärseite des in Fig. 3 dargestellten Schaltkreises, der auch weitgehend wie inFig. 1 dargestellt aufgebaut ist, ist eine Diode D3 in Reihe mit der primärseitigen Induktivität Lmdes Transformators in Durchlassrichtung gefolgt von einem Nebenschlusswiderstand RsnS3geschaltet. Parallel zu dem Nebenschlusswiderstand Rsns3 und der Diode D3 ist eine Diode D4an die primärseitige Induktivität Lm in Sperrrichtung angeschlossen. Ein Mittelpunkt zwischender Diode D3 und dem Nebenschlusswiderstand RsnS3 ist an eine parallel zu dem Neben¬schlusswiderstand RsnS3 verlaufende Filterkapazität C!p durch einen Filterwiderstand R,p ange¬schlossen.

[0050] Ein primärseitiger Steuerkreis PCC2 erfasst nun eine Ausgangsspannung Vfii, des Tief¬passfilters, die den durchschnittlichen Resonanzwandler-Strom lprim anzeigt. Der primärseitigeSteuerkreis PCC2 steuert daraufhin die Halbbrückenschalter LS, HS gemäß der erfasstenAusgangsspannung Vfiit.

[0051] Die primärseitige Induktivität Lm und die sekundärseitige Induktivität Lt stellen insbeson¬dere eine primäre und die sekundäre Transformatorwicklung dar.

[0052] Die Versorgung der Lichtquelle auf der Sekundärseite ist insbesondere eine direkteVersorgung, d.h. es wird kein weiterer Konverter und insbesondere kein Abwärtswandler für dieVersorgung des LED Strangs eingesetzt. Der Resonanzwandler kann auch als Konstantstrom¬quelle betrieben werden.

[0053] Die primärseitige Steuerung basiert auf einer hohen Korrelation zwischen der erfassten,primärseitigen elektrischen Größe (z.B. Iprim) des Resonanzwandlers und dem LED Strom lLED,und auch in dieser Hinsicht ist die Anwendung des primären Spitzensteuerungsprinzips nichtausreichend genau und es ist ein weiterer Lösungsansatz notwendig.

[0054] Der Grund hierfür liegt darin, dass bei dem primären Spitzensteuerungsprinzip die er¬fasste elektrische Größe auf der Primärseite und der LED Strom lLED in keinem Zusammenhangstehen. Die gemäß dem primären Spitzensteuerungsprinzip erfasste/gemessene elektrischeGröße lprim_peak verwendet lediglich einen Zeitpunkt der auf der Primärseite erfassten Größe (d.h.die Höchstspannung). Folglich können Änderungen des Formfaktors nicht erfasst werden, waszu nicht akzeptablen Schwankungen führt.

[0055] Somit ermöglicht die Erfindung eine enge Beziehung der auf der Primärseite erfassten,elektrischen Größe mit dem/der LED Strom/Spannung ILedA/Led, indem eine Integralmessungdes primärseitigen Signals, z.B. der (AC) Signal-/Stromausgabe durch die Halbbrücke, einge¬setzt wird.

[0056] Beispiele für Integralmessungen sind: Effektivwert (RMS) -Messungen des Konverter¬stroms lprim als lPrimRMS, ein durchschnittlicher Doppelweg-Gleichrichtwert des Konverterstromslprim als lPrimarv und/oder ein durchschnittlicher Einweg-Gleichrichtwert des Konverterstroms lprim

olo I “o 'prim [0057] Der in Fig. 3 dargestellte, beispielhafte Schaltkreis ermöglicht eine Integralmessung. DiePrimärseite des Resonanzwandlers umfasst eine Kapazität Cr und eine Induktivität Lr, die andie Primärwicklung von Lm des Transformators angeschlossen ist. Der Resonanzwandler-

Strom I prim wird von den Dioden D3, D4 gleichgerichtet und an dem NebenschlusswiderstandRsnS2 erfasst.

[0058] Der Resonanzwandler-Strom lprim (oder eine mit dem Resonanzwandler-Strom lprim korre¬lierte elektrische Größe, z.B. Nebenschluss Spannung Vsns2) wird daraufhin von dem durch denFilterwiderstand Rip und die Filterkapazität Cip errichteten Tiefpassfilter tiefpassgefiltert, um dieprimärseitig erfasste, elektrische Größe, die Ausgangs Spannung Vfi|t, herzustellen, die dendurchschnittlichen einweggleichgerichteten Resonanzwandler-Strom lprim1RV anzeigt.

[0059] Diese Messung der Ausgangs Spannung Vfii, bietet eine bessere Korrelation mit demLED Strom ILed- Auch Störungen und Schwankungen werden durch das Tiefpassfiltern beseitigt.Während der Schaltkreis zeigt, wie ein durchschnittlicher Einweg-Gleichrichtwert bestimmtwerden kann (Ausgangsspannung Vfi|t), kann der Schaltkreis auch in der Lage sein, einen Effek¬tivwert (RMS) oder durchschnittlichen Doppelweg-Gleichrichtwert zur Erfassung/Messung durchden primärseitigen Steuerkreis PCC2 bilden.

[0060] Der Wert VfMt wird von dem primären Steuerkreis PCC2 als elektrische Größe eingesetzt.Der primäre Steuerkreis PCC2 kann ein digitaler oder analoger Regler sein, z.B. ein IC, ASICoder ein Mikrocontroller. Wenn der primäre Steuerkreis PCC2 ein digitaler Regler ist, kann derRegler einen Analog- Digital-Wandler aufweisen. Der Wandler stellt die Frequenz der Halbbrü¬cke und insbesondere die Schaltfrequenz der Schalter HS, LS ein.

[0061] In Fig. 4 werden Beziehungen zwischen relevanten Größen des Schaltkreises aus Fig. 3dargestellt.

[0062] Hier wird der Spannungswert Vsms2 als eine unstetige Kurve dargestellt, während dietiefpassgefilterte Spannung Vfii, mit einer nahezu konstanten Höhe dargestellt ist. Die obersteKurve stellt den LED Strom lLED dar, der nicht so konstant ist wie die Spannung ν,Η,. Die Korrela¬tion zwischen der Spannung VfMt und dem LED Strom ILed ist jedoch stark verbessert.

[0063] Die Erfindung liefert außerdem eine vorteilhafte Lösung für LED Konverter, bei welcheneine SELV Sperre aus Sicherheitsgründen aufrechterhalten werden muss, da keine Rückkopp¬lung an die Primärseite von der Sekundärseite des LLC Konverters benötigt wird.

[0064] Eine primärseitige Wicklung des Transformators kann auch von der primärseitigen In¬duktivität Lm und der Induktivität Lr gebildet werden.

[0065] In der Ausführung der Fig. 5 ist beispielhaft ein sogenannter LLC-Konverter (serienreso-nanter isolierter LLC -Halbbrückenwandler) dargestellt.

[0066] Um das emittierte Lichtspektrum während des Betriebs möglichst konstant zu halten, istes bekannt, bei LEDs für Helligkeitsregelungen nicht die Stromamplitude zu variieren, sondernein sogenanntes PWM (pulse-width-modulation) - Verfahren anzuwenden. Dabei werden denLEDs durch das Betriebsgerät niederfrequente (typischerweise mit einer Frequenz im Bereichvon 100-1000 Hz) Pulspakete mit (im zeitlichen Mittel) konstanter Stromamplitude zugeführt.Dem Strom innerhalb eines Pulspakets ist ein hochfrequenter Rippel überlagert. Die Helligkeitder LEDs kann nun durch die Frequenz der Pulspakete gesteuert werden. Die LEDs könnenbeispielsweise gedimmt werden, indem der zeitliche Abstand zwischen den Pulspaketen ver¬größert wird.

[0067] Die Halbbrücke mit den alternierend getakteten Schaltern LS und HS kann gemäß derErfindung mit einem Dimm-Signal angesteuert werden, wobei die beiden Schalter LS und HSjeweils mit 50% Tastverhältnis mit hoher Frequenz während der Pulsbreite (TON*LF) einesniederfrequenten Signals aktiviert werden. Im Weiteren gibt es ein hochfrequentes Signal,dessen Frequenz sich aus der Regelschleife oder dem Stellwert für die Betriebsschaltung erge¬ben kann, beispielsweise abhängig von dem Strom durch eine Sensoreinheit, die vorzugsweiseden Strom durch die LED, durch einen der beiden Schalter LS oder HS oder in dem Resonanz¬kreis, vorzugsweise durch den primärseitigen Steuerkreis PCC2 der eine elektrische Größemisst/erfasst, wie z.B. die Nebenstromspannung VsnS2, welche den Resonanzwandler lprim be¬zeichnet.

[0068] Die elektrische Größe Vsns2 kann mittels eines Tiefpassfilters gefiltert bzw. gemitteltwerden und die gefilterte bzw. gemittelte elektrische Größe Vfii mit dem Pin SNS, welcher mitder Steuerschaltung PCC2 verbunden ist, gemessen/erfasst werden.

[0069] Der primärseitige Steuerkreis PCC2 legt die Schaltfrequenz der Schalter HS, LS derResonanzwandler-Halbbrücke auf der Grundlage der gemessenen elektrischen Größe fest, diemit dem Resonanzwandler-Strom lprim korreliert.

[0070] Die Pulsbreite (TON*LF) und / oder die Periodendauer des niederfrequenten Signalswird als ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer (T_HF) des hochfrequenten Signals ge¬wählt. Die Induktivität Lm kann sekundärseitig an seiner Sekundärwicklung Lt auch mehrereAnzapfungen aufweisen.

[0071] Die Erfassung des Durchschnittswertes kann während des Zeitfensters dadurch erfol¬gen, dass die Erfassungsschaltung nur während des Zeitfensters mit dem Steuerkreis PCC2verbunden sein.

[0072] Die Erfassungsschaltung kann alternativ mittels eines Schaltmittels S mit dem Steuer¬kreis PCC2 verbunden werden, wobei das Schaltmittel S während des änderbaren Zeitfenstersder Taktung der Schaltreglerschalter geschlossen ist und eine Erfassung des Durchschnittwer¬tes auf der Primärseite ermöglicht.

[0073] Es wird ein LED Konverter bereitgestellt, der einen LED Strang mit mindestens einerLED Strom zuführt, mit einem Schaltregler, der als Resonanzwandler ausgebildet sein kann,beispielsweise als Halbbrücken-Wandler mit einer getakteten Halbbrücke, einer galvanischenSperre, deren Primärseite von dem Schaltregler versorgt werden kann und deren Sekundärsei¬te so angeordnet sein kann, dass sie dem LED Strang direkt oder indirekt Strom zuführt, einemSteuerkreis auf der Primärseite der galvanischen Sperre, der in der Lage sein kann, mittelseiner Erfassungsschaltung einen Durchschnittswert einer primärseitigen elektrischen Größe zuerfassen, die einen dem LED Strang auf der Sekundärseite der galvanischen Sperre zugeführ¬ten Strom anzeigt, und wobei der Steuerkreis ausgelegt sein kann, eine Schaltfrequenz derTaktung von Schaltreglerschaltern, insbesondere Schaltern der getakteten Halbbrücke, auf derBasis des erfassten Durchschnittswerts der primärseitigen elektrischen Größe zu steuern, umden dem LED Strang zugeführten Strom zu steuern, wobei der Steuerkreis zusätzlich dazuausgelegt ist, dass die Taktung der Schaltreglerschalter nur innerhalb eines änderbaren Zeit¬fensters erfolgt, wobei der Steuerkreis vorzugsweise kein Rückkopplungssignal von der Sekun¬därseite der galvanischen Sperre empfängt, wobei die Erfassung des Durchschnittswertes aufder Primärseite nur während des änderbaren Zeitfensters der Taktung der Schaltreglerschaltererfolgt.

[0074] Zusammenfassend stellt die Erfindung somit einen LED Konverter bereit, der einen LLCKonverter zum Antreiben eines LED Strangs mit mindestens einer LED umfasst, wobei der LEDStrom durch den LED Strang hindurch gesteuert wird, indem eine integrale Größe des LLCKonverters auf seiner Primärseite gemessen wird, insbesondere des LLC Stroms lprim, wobei dieTaktung des Schaltreglerschalters nur während eines veränderbaren Zeitfensters erfolgt. Eingemittelter Einweg-Gleichrichtwert oder Effektivwert dieser Größe wird durch den Schaltkreisgebildet.

Claims (14)

1. Ansprüche 1. LED Konverter zur Versorgung eines LED Strangs mit mindestens einer LED mit Strom,mit: - einem Schaltregler, der als Resonanzwandler ausgebildet ist, vorzugsweise als Halbbrü-cken-Wandler mit einer getakteten Halbbrücke, - einer galvanischen Sperre, deren Primärseite von dem Schaltregler versorgt wird undderen Sekundärseite so angeordnet ist, dass sie dem LED Strang direkt oder indirektStrom zuführt, - einem Steuerkreis (PCC2) auf der Primärseite der galvanischen Sperre, der in der Lageist, mittels einer Erfassungsschaltung einen Durchschnittswert einer primärseitigenelektrischen Größe zu erfassen, die einen dem LED Strang auf der Sekundärseite dergalvanischen Sperre zugeführten Strom anzeigt, und wobei der Steuerkreis (PCC2)ausgelegt ist, eine Schaltfrequenz der Taktung von Schaltreglerschaltern, insbesondereSchaltern (HS, LS) der getakteten Halbbrücke, auf der Basis des erfassten Durch¬schnittswerts der primärseitigen elektrischen Größe zu steuern, um den dem LED Strangzugeführten Strom zu steuern, wobei der Steuerkreis (PCC2) zusätzlich dazu ausgelegt ist, dass die Taktung der Schalt¬reglerschalter nur innerhalb eines änderbaren Zeitfensters erfolgt, wobei die Erfassung des Durchschnittswertes auf der Primärseite nur während des änder¬baren Zeitfensters der Taktung der Schaltreglerschalter erfolgt.
2. 2. LED Konverter gemäß Anspruch 1, wobei das Zeitfenster in wiederkehrender Weise auftrittund durch Pausen gekennzeichnet ist.
3. 3. LED Konverter gemäß Anspruch 2, wobei das Zeitfenster abhängig von einem Dimm-Befehl geändert werden kann.
4. 4. LED Konverter gemäß Anspruch 3, wobei die Erfassungsschaltung außerhalb des Zeit¬fensters nicht mit dem Steuerkreis (PCC2) verbunden ist.
5. 5. LED Konverter gemäß der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassung des Durchschnittswer¬tes während des Zeitfensters dadurch erfolgt, dass die Erfassungsschaltung nur währenddes Zeitfensters mit dem Steuerkreis (PCC2) verbunden ist.
6. 6. LED Konverter gemäß der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Erfassungsschaltung mit demSteuerkreis (PCC2) mittels eines Schaltmittels (S) verbunden werden kann.
7. 7. LED Konverter gemäß Anspruch 6, wobei das Schaltmittel (S) während des änderbarenZeitfensters der Taktung der Schaltreglerschalter geschlossen ist und eine Erfassung desDurchschnittwertes auf der Primärseite ermöglicht.
8. 8. LED Konverter gemäß der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Resonanzwandler ein Reihenre¬sonanzwandler ist, vorzugsweise ein LLC Konverter, mit einem LC Schaltkreis, mit dem ei¬ne Primärinduktivität eines Transformators (L) und ein Nebenschlusswiderstand (Rsns2) inReihe geschaltet ist, und/oder wobei der Steuerkreis (PCC2) so ausgeführt ist, dass er dieelektrische Größe an dem Nebenschlusswiderstand (Rsns2) erfasst.
9. 9. LED Konverter gemäß Anspruch 8, wobei zwischen der Primärinduktivität und dem Neben¬schlusswiderstand (Rsns2) eine erste Diode (D3) in Durchlassrichtung angeschlossen istund wobei, parallel zu dem Nebenschlusswiderstand (Rsns2) und der ersten Diode (D3),eine zweite Diode (D4) an die Primärinduktivität in Sperrrichtung angeschlossen ist, undwobei der Steuerkreis (PCC2) die Größe an einem Mittelpunkt zwischen der ersten Diode(D3) und dem Nebenschlusswiderstand (Rsns2) erfasst.
10. 10. LED Konverter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erfasste Größegefiltert wird, insbesondere durch ein Tiefpassfilter (Rip, Cip), bevor sie dem Steuerkreis(PCC2) zugeführt wird, um den erfassten Durchschnittswert der primärseitigen elektrischenGröße zu bilden, und wobei der Steuerkreis (PCC2) nur die gefilterte Größe erfasst.
11. 11. LED Konverter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Effektivwert, eindurchschnittlicher Doppelweg-Gleichrichtwert oder ein durchschnittlicher Einweg-Gleich¬richtwert dem Steuerkreis (PCC2) zugeführt wird.
12. 12. LED Konverter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonanzwand¬ler eine Konstantstromquelle ist.
13. 13. Verfahren zum Versorgen eines LED Strangs mit mindestens einer LED mit Strom, mit denfolgenden Schritten: - Versorgen einer Primärseite einer galvanischen Sperre durch einen Schaltregler, insbe¬sondere einen getakteten Halbbrücken-Konverter, und Zuführen, direkt oder indirekt,von Strom zu dem LED Strang durch deren Sekundärseite, - Erfassung eines Durchschnittswerts (gemittelten Werts) einer elektrischen Größe, dieeinen dem LED Strang auf der Sekundärseite der galvanischen Sperre zugeführtenStrom anzeigt, auf der Basis einer primärseitigen elektrischen Größe, - Steuern einer Schaltfrequenz von Schaltreglerschaltern abhängig vom erfassten Durch¬schnittswert, die Taktung der Schaltreglerschalter nur innerhalb eines änderbaren Zeitfensters erfolgt,wobei die Erfassung des Durchschnittswertes auf der Primärseite nur während des änder¬baren Zeitfensters der Taktung der Schaltreglerschalter erfolgt.
14. 14. LED Leuchte, die zum Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eines LEDStrangs mit mindestens einer LED, ausgelegt ist, mit einem LED Konverter gemäß einemder Ansprüche 1 bis 12. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen