AT14948U1 - Treiberschaltung für Leuchtmittel insbesondere LEDs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung schlägt vor eine Treiberschaltung (1, 20) für Leuchtmittel, insbesondere LEDs, aufweisend: - eine mittels wenigstens eines Schalters (FET1, FET2) getaktete Schaltung (2), wie bspw. einen Wechselrichter in Form einer Halbbrückenschaltung, die einen Resonanzkreis (3) speist, - einen auf den Resonanzkreis (3) folgenden Transformator (L2), ausgehend von dessen Sekundärwicklung (L2b) die Leuchtmittel versorgbar sind, und -eine Steuerschaltung (ST), die die Schalter (FET1, FET2) der getakteten Schaltung (2) taktet, wobei der Steuerschaltung (ST) ein den Strom durch die Leuchtmittel indirekt wiedergebendes Ist-Signal (ILED_PRIM) zurückgeführt ist, das auf der Sekundärseite (L2/2) des Transformators (L2) induktiv ausgekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung (ST) dazu ausgebildet ist: - anhand des Ist-Signals (ILED_PRIM) einen Fehlerzustand folgend der Sekundärwicklung (L2b) des Transformators (L2) und/oder der Leuchtmittel zu erfassen und davon abhängig ein Fehler-Signal auszugeben und/oder die Ansteuerung der getakteten Schaltung (2) zu verändern.

Description

Beschreibung

TREIBERSCHALTUNG FÜR LEUCHTMITTEL INSBESONDERE LEDS

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Konverter für den Betrieb wenigstens eines Leuchtmittels, insbesondere eine Treiberschaltung für den Betrieb wenigstens einer LED.

[0002] Treiberschaltungen zum Betreiben von LEDs sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Eine solche Treiberschaltung wird von einer elektrischen Versorgungsquelle versorgt, und umfasst einen Resonanzkreis, wie z.B. einen LLC-Konverter, der dafür zuständig ist, Strom über eine galvanische Sperre bzw. galvanische Barriere von einer Primärseite auf eine Sekundärseite der galvanischen Sperre zu übertragen. Zweck dieser Übertragung von elektrischer Energie ist die Versorgung einer auf der Sekundärseite geschalteten LED- Strecke mit Strom.

[0003] Bekannterweise wird ein solcher Resonanzkreis bzw. eine solche Treiberschaltung als Konstantstrom-Konverter betrieben. Hierzu kann ein Regelkreis zur Regelung des LED-Stroms vorgesehen sein, wobei ein Istwert des LED- Stroms auf der Sekundärseite der galvanischen Sperre gemessen werden kann. Diese Istwert-Messung muss allerdings an einen primärseitigen Steuerkreis bzw. an eine primärseitige Steuerschaltung zurückgeführt werden, um die Treiberschaltung entsprechend zu steuern.

[0004] Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist die Tatsache, dass die Rückführung des Istwerts des LED-Stroms zurück zur primärseitigen Steuerschaltung eine Potentialtrennung und somit einen Optokoppler erfordert.

[0005] Daher wurde im Stand der Technik bereits versucht, auf eine sekundärseitige Erfassung des LED-Stroms zu verzichten und den Wert des Stroms indirekt über den Strom auf der Primärseite des Transformators zu erfassen. Ausgehend von diesem Rückführwert wird eine Stromregelung durchgeführt, in dem ein entsprechender Schalter einer Halbbrückenschaltung der Treiberschaltung verändert wird.

[0006] Auch solche Ausgestaltungen sind indessen nicht zufriedenstellend. Diese Erfassung auf der Primärseite hat nämlich den Nachteil, dass sie nicht direkt den LED-Strom wiedergibt, sondern vielmehr den variablen Anteil des Magnetisierungsstroms auf der Primärseite mit umfasst. Dieser Anteil ist variabel und hängt insbesondere von der LED-Spannung ab, welche wiederum z.B. von der Anzahl der LEDs abhängig ist. Eine feste Kompensation des Magnetisierungsstroms kann somit nicht erfolgen. Vielmehr ist zur Kompensation eine direkte Messung der LED-Spannung notwendig, was allerdings wiederum einen AD-Wandler und eine Rückführung über einen Optokoppler zu der Steuerschaltung auf der Primärseite erfordert.

[0007] Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Schaltung bzw. einen LED-Konverter zum Betreiben einer LED-Strecke und ein entsprechendes Betriebsverfahren anzugeben, bei denen die primärseitige Regelung verbessert werden kann und insbesondere die oben genannten Nachteile beseitigt werden können.

[0008] Dieses der Erfindung zugrunde liegende Problem wird nunmehr durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung vorteilhaft weiter.

[0009] Grundgedanke der Erfindung ist es, eine sekundärseitige transformatorische Erfassung des LED-Stroms indirekt dadurch zu veranlassen, dass eine transformatorische Auskopplung in dem Bereich der Sekundärseite insbesondere zwischen der Sekundärseite des Transformators und der Gleichrichtung erfolgt.

[0010] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Treiberschaltung für Leuchtmittel, insbesondere LEDs, vorgesehen. Die Treiberschaltung umfasst eine mittels wenigstens eines Schalters getaktete Schaltung, wie bspw. einen Wechselrichter in Form einer Halbbrückenschaltung, die einen Resonanzkreis speist. Die Treiberschaltung umfasst einen auf den Reso nanzkreis folgenden Transformator, ausgehend von dessen Sekundärwicklung die Leuchtmittel versorgbar sind. Die Treiberschaltung umfasst eine Steuerschaltung, die die Schalter der getakteten Schaltung taktet.

[0011] Der Steuerschaltung ist ein den Strom durch die Leuchtmittel indirekt wiedergebendes Ist-Signal zurückgeführt, das auf der Sekundärseite des Transformators induktiv ausgekoppelt ist.

[0012] Die Steuerschaltung ist dazu ausgebildet, zur Regelung des Stroms durch die Leuchtmittel wenigstens einen Schalter der getakteten Schaltung abhängig von dem Ist-Signal zu takten.

[0013] Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Steuerschaltung dazu ausgebildet, anhand des Ist-Signals einen Fehlerzustand folgend der Sekundärwicklung des Transformators - d.h. ein Fehlerzustand auf der Sekundärseite des Transformators - und/oder der Leuchtmittel zu erfassen und davon abhängig ein Fehler- Signal auszugeben und/oder die Ansteuerung der getakteten Schaltung zu verändern.

[0014] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein LED-Modul vorgesehen, aufweisend eine derartige Treiberschaltung sowie wenigstens eine von der Treiberschaltung versorgte LED-Strecke, die wenigstens eine LED aufweist.

[0015] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Leuchte, wie z.B. eine LED-Leuchte, vorgesehen. Die Leuchte umfasst eine derartige Treiberschaltung. Die Leuchte umfasst weiterhin einen vorgeschalteten Gleichrichter zum Gleichrichten einer Netzspannung, und einen DC/DC-Wandler, z.B. in Form einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung, zur Versorgung der Treiberschaltung ausgehend von der gleichgerichteten Netzspannung.

[0016] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen zu Regelung des Stroms durch eine Leuchtmittel-Strecke, unter Verwendung einer Treiberschaltung. Die Treiberschaltung weist dabei auf eine mittels wenigstens eines Schalters getaktete Schaltung, bspw. eine Halbbrückenschaltung, die einen Resonanzkreis speist. Die Treiberschaltung umfasst einen auf den Resonanzkreis folgenden Transformator, ausgehend von dessen Sekundärwicklung die Leuchtmittel versorgt werden. Die Treiberschaltung umfasst weiterhin eine Steuerschaltung, die die Schalter der getakteten Schaltung taktet.

[0017] Der Steuerschaltung wird ein den Strom durch die Leuchtmittel indirekt wiedergebendes Ist-Signal zurückgeführt, das auf der Sekundärseite des Transformators induktiv ausgekoppelt wird.

[0018] Die Steuerschaltung regelt entsprechend diesem Ist-Signal den Strom durch die Leuchtmittel, indem sie die getaktete Schaltung abhängig von dem Ist-Signal taktet.

[0019] Alternativ oder zusätzlich dazu erfasst die Steuerschaltung anhand des Ist-Signals einen Fehlerzustand auf der Sekundärseite des Transformators und/oder einen Fehlerzustand der Leuchtmittel. Davon abhängig gibt die Steuerschaltung ein Fehler-Signal aus und/oder sie verändert die Ansteuerung der getakteten Schaltung.

[0020] Vorzugsweise speist die Sekundärwicklung des Transformators eine Gleichrichterschaltung und das Ist- Signal ist vor der Gleichrichtung ausgekoppelt.

[0021] Vorzugsweise ist die Gleichrichterschaltung als Vollbrückengleichrichter oder Mittelpunktgleichrichter ausgestaltet.

[0022] Vorzugsweise umfasst die Treiberschaltung einen Erfassungs-Transformator mit mindestens einer auf der Sekundärseite des Transformators geschalteten Erfassungs- Wicklung zur induktiven Auskopplung des Ist-Signals.

[0023] Vorzugsweise ist auf der Sekundärseite des Transformators eine Erfassungs-Wicklung vorgesehen, wenn der Gleichrichterschaltung als Vollbrückengleichrichter ausgestaltet ist. Zwei Erfassungs-Wicklungen sind dabei auf der Sekundärseite des Transformators vorgesehen, wenn der Gleichrichterschaltung als Mittelpunktgleichrichter ausgestaltet ist.

[0024] Vorzugsweise ist das Ist-Signal der Steuerschaltung über eine Auswerteschaltung zugeführt.

[0025] Vorzugsweise weist die Auswerteschaltung einen Gleichrichter auf.

[0026] Vorzugsweise ist die Auswerteschaltung derart ausgebildet, dass eine oder beide Polaritäten des induktiv ausgekoppelten Ist-Signals der Steuerschaltung zugeführt werden.

[0027] Vorzugsweise steuert die Steuerschaltung die Schalter der getakteten Schaltung ohne galvanische Trennung an.

[0028] Vorzugsweise ist die Steuerschaltung ein ASIC oder ein Mikrokontroller.

[0029] Vorzugsweise ist der Steuerschaltung kein Signal von der Primärseite des Transformators, also der der getakteten Schaltung zugewandten Seite des Transformators, zurückgeführt.

[0030] Zusammenfassend bezieht sich die Erfindung auf eine Treiberschaltung bzw. auf einen LED-Treiber, bei dem z.B. ein sogenannter LLC-Resonanzkreis verwendet wird. Dabei speist eine Halbbrückenschaltung einen Resonanzkreis, der über eine galvanische Trennung in Form z.B. eines Transformators und eine Gleichrichterschaltung die LED-Strecke speist. Gemäß der Erfindung ist auf der Sekundärseite des Transformators kein Buck-Konverter (DC/DC-Wandler), oder anderen getakteten Wandlern vorgesehen.

[0031] Es sind unterschiedliche Schaltungs-Topologien vorgesehen, da es erfindungsgemäß unterschiedliche Möglichkeiten gibt, die Sekundärwicklung des Transformators anzuzapfen und diese Spannung gleichgerichtet der LED-Strecke zuzuführen.

[0032] Ziel ist es bei den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen allgemein, möglichst wenig Rückführungen von der Sekundärseite potentialgetrennt zu der Steuerschaltung auf der Primärseite zu haben und dabei auf kostenträchtige Optokoppler zu verzichten.

[0033] Die erfindungsgemäße transformatorische Auskopplung und die konkrete Auswertung dieses transformatorischen AC-Signals können in unterschiedlicher Weise erfolgen.

[0034] Erfindungsgemäß ist es von Bedeutung, dass auf der Sekundärseite des Transformators ein Signal transformatorisch ausgekoppelt wird und ggf. verarbeitet, der primärseitigen Steuerschaltung zugeführt wird, die wiederum die Leistungsschalter der Halbbrücke taktet.

[0035] Somit ist die Regelschleife geschlossen.

[0036] Nachfolgend wird die Erfindung außerdem in Hinblick auf die Figuren beschrieben.

[0037] Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Treiberschaltung zur

Versorgung einer LED-Strecke, [0038] Fig. 2 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Treiberschal tung zur Versorgung einer LED-Strecke, [0039] Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung für die Zurückfüh rung eines Ist-Signals, [0040] Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Auswer teschaltung, und [0041] Fig. 5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Auswerteschal tung für die Zurückführung des Ist-Signals.

[0042] Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Treiberschaltung 1 zur Versorgung von Leuchtmitteln, insbesondere in Form eines eines LED-Konverters zur Versorgung von LEDs bzw. einer LED-Strecke.

[0043] Die Treiberschaltung 1 wird von einer Eingangsspannung Vdc gespeist. Die Eingangsspannung Vdc ist vorzugsweise eine gleichgerichtete, und gegebenenfalls gefilterte, Wechselspannung bzw. Netzspannung. Vorzugsweise wird diese gleichgerichtete Netzspannung noch einem Wandler in Form z.B. einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (nicht gezeigt) zugeführt, bevor sie die Treiberschaltung 1 versorgt. Die Eingangsspannung Vdc ist in diesem Fall eine näherungsweise konstante Busspannung gegebenenfalls aufweisend eine Restwelligkeit. Alternativ kann die Eingangsspannung Vdc auch eine Gleichspannung bzw. eine konstante Spannung wie z.B. eine Batteriespannung.

[0044] Eingangsseitig ist in der Treiberschaltung 1 ein Schaltregler vorgesehen, der von der Eingangsspannung Vdc gespeist wird. Die Eingangsspannung Vdc versorgt insbesondere eine getaktete Schaltung bzw. einen Wechselrichter, der z.B. in Form einer Flalbbrückenschaltung 2 ausgestaltet sein kann. Die gezeigte Halbbrückenschaltung 2 weist einen potentialniedrigeren Schalter FET2 und einen potentialhöheren Schalter FET1 auf. Erfindungsgemäß weist der Wechselrichter 2 zumindest einen Schalter auf. Als Wechselrichter mit einem Schalter kann z.B. ein Flyback- Konverter (nicht gezeigt) vorgesehen sein.

[0045] Die beiden Schalter FET1, FET2 der Halbbrückenschaltung 2 können als Transistoren, z.B. FET oder MOSFET, ausgestaltet sein. Die Schalter FET1, FET2 werden von jeweiligen Steuersignalen HS, LS ausgehend von einer Steuerschaltung ST gesteuert. Der potentialniedrigere Schalter FET2 ist mit einer primärseitigen Masse GNDPRIM verbunden. An der Halbbrückenschaltung 2 liegt die Eingangsspannung Vdc an.

[0046] Am Mittelpunkt der Halbbrückenschaltung 2, d.h. zwischen beiden Schaltern FET1, FET2, ist ein Resonanzkreis 3 in Form z.B. eines Serienresonanzkreis angeschlossen. Alternativ kann erfindungsgemäß auch ein Parallelresonanzkreis am Mittelpunkt der Halbbrückenschaltung 2 angeschlossen sein. Der in Fig. 1 gezeigte Resonanzkreis 3 ist als Serienresonanzkreis ausgestaltet und umfasst Induktanz- und Kapazitätselemente. Insbesondere ist zwischen primärseitiger Masse GND PRIM und dem Mittelpunkt der Halbbrückenschaltung 2 eine Serienschaltung aufweisend eine erste Spule L1, eine zweite Spule L2a und einen Kondensator C1. Der Resonanzkreis 3 wird in diesem Fall als LLC-Resonanzkreis bezeichnet. Der Kondensator C1 und die Spule L1 bilden vorzugsweise einen LC-Resonanzkreis.

[0047] Die zweite Spule L2a ist vorzugsweise die Primärwicklung eines Transformators L2, der als Übertrager zur galvanischen Trennung dient. Der Transformator L2 ist ein Beispiel einer galvanischen Sperre. In Fig. 1 ist der Transformator L2 als idealer Transformator dargestellt, wobei die Primärwicklung des realen Transformators L2 eine Streuinduktivität und eine Hauptinduktivität zum Führen des Magnetisierungsstroms aufweisen kann.

[0048] Der Transformator L2 bildet insgesamt eine galvanische Sperre 5 zwischen einer Primärseite L2/1 aufweisend die Primärwicklung L2a und einer Sekundärseite L2/2 aufweisend die Sekundärwicklung L2b des Transformators L2.

[0049] Diese Sekundärwicklung L2b des Transformators L2 wird einem Gleichrichter 4 zugeführt, der im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 als Brückengleichrichter bzw. Vollbrückengleichrichter mit vier geschalteten Dioden D1, D2, D3, D4 gebildet ist. Diese Ausführung mit den vier Dioden D1, D2, D3, D4 ist beispielhaft für ein passiver Gleichrichter. Alternativ kann der Gleichrichter als aktiver Gleichrichter ausgestaltet sein, insbesondere mit Schaltern, z.B. in Form von MOSFETs.

[0050] Der Vollbrückengleichrichter speist ausgangsseitig ausgehend von einer sekundärseitigen Masse GND SEC einen Speicherkondensator C2. Als Speicherkondensator C2 kann aufgrund seiner vergleichsweise hohen Kapazität vorzugsweise ein Elektrolytkondensator eingesetzt werden.

[0051] Parallel zum Speicherkondensator C2 sind die Leuchtmittel, vorzugsweise LEDs bzw. eine LED-Strecke, geschaltet. In Fig. 1 soll die dargestellte LED für eine oder mehrere LEDs repräsentativ sein. Vorzugsweise kann die von der Treiberschaltung 1 betriebene LED-Strecke eine Reihenschaltung von mehreren LEDs aufweisen. Alternativ können auch parallel angeordnete LEDs oder eine Kombination aus parallel und in Serie geschalteten LEDs versorgt werden.

[0052] Am Ausgang der Gleichrichterschaltung 4 bzw. des Speicherkondensators C2 können weitere Bauteile zur Filterung vorgesehen sein. Beispielhaft ist hierzu in Fig. 1 eine Spule L3 gezeigt. Diese Spule L3 ist in Serie zu den LEDs angeordnet, wobei diese Serienschaltung parallel zum Kondensator C2 geschaltet ist.

[0053] Durch die Sekundärwicklung L2b des Transistors L2 fließt im Betrieb vorzugsweise ein AC-Strom d.h. ein Wechselstrom. Erfindungsgemäß wird nunmehr vorgeschlagen, diesen Wechselstrom über eine auf der Sekundärseite L2/2 vorgesehene Erfassungs-Wicklung CTR1 in einen primärseitigen Strom zu transformieren. Diese Erfassungs- Wicklung CTR1 ist hierzu mit einer primärseitigen Erfassungs-Wicklung CTR3 gekoppelt.

[0054] Die sekundärseitige Erfassungs-Wicklung CTR1 ist in Serie zur Sekundärwicklung L2b des Transformators L2 angeordnet. Vorzugsweise ist die Erfassungs-Wicklung CTR1 zwischen der Sekundärwicklung L2b und der Gleichrichterschaltung 4, d.h. zwischen einer Klemme der Sekundärwicklung L2b und einer Eingangsklemme der Gleichrichterschaltung 4, geschaltet.

[0055] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sekundärwicklung L2b und die Erfassungs-Wicklung CTR1 als separate Wicklungen ausgebildet. D.h. die Sekundärwicklung L2b und die Erfassungs-Wicklung CTR1 bilden zwei separate Transformatoren. Dies ergibt sich insbesondere aus der Anforderung, dass der Erfassungs-Transformator CTR1, CTR3 als Stromtransformator ausgebildet ist. Die Wicklungen des Erfassungs-Transformators CTR1, CTR3 sind insbesondere dazu ausgebildet, eine möglichst verlustfreie Erfassung des sekundärseitigen Wechselstroms zu ermöglichen. Durch geeignete Wahl der Wicklungen kann der als Stromtransformator ausgebildete Erfassungs-Transformator CTR1, CTR3 eine möglichst geringe Impedanz aufweisen.

[0056] Der Strom durch die Erfassungs-Wicklung CTR1 gibt den Strom durch die LEDs wieder. Wenn der optionale Speicherkondensator C2 nicht in der Treiberschaltung 1 vorgesehen ist, fließt der Strom durch die Erfassungs- Wicklung CTR1 in der Tat auch durch die LEDs. Wenn der zur Filterung dienende Kondensator C2 angeschlossen ist, wird die elektrische Energie, die er zwischenzeitlich speichert, wieder an die Last d.h. an die LEDs weitergegeben. Ob mit oder ohne Speicherkondensator C2, der Mittelwert des LED-Stroms bleibt gleich, und die Erfassungs-Wicklung CTR1 gibt den LED-Strom wieder.

[0057] Der Wechselstrom durch die Erfassungs-Wicklung CTR1 erzeugt entsprechend einen Wechselstrom in der primärseitigen Erfassungs-Wicklung CTR3. Eine Auswerteschaltung 30 ist an der primärseitigen Erfassungs- Wicklung CTR3 angeschlossen, um einen Messwert ILEDPRIM für den Strom durch die LEDs zu erzeugen. Dieser Messwert ILEDPRIM wird der Steuerschaltung ST zurückgeführt. Auf der Grundlage des erhaltenen Rückführwerts erzeugt die Steuerschaltung ST die Steuersignale HS, LS für die Schalter FET1, FET2, wobei diese Schalter alternierend ein- und ausgeschaltet werden. Ausgehend von dem Ist-Wert ILED PRIM führt die Steuerschaltung ST eine Stromregelung auf einen gewünschten Soll-Wert durch, in dem die Halbbrückenschaltung 2 entsprechend getaktet wird.

[0058] Die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 eingesetzte Auswerteschaltung 30 wird nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 3 näher erläutert.

[0059] Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Treiberschaltung 20 für Leuchtmittel wie z.B. LEDs.

[0060] Die Treiberschaltung 20 entspricht grundsätzlich der in Fig. 1 gezeigte Treiberschaltung 1, und umfasst entsprechend die Halbbrückenschaltung 2 und den Resonanzkreis 3. Von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 unterscheidet sich die Treiberschaltung 20 indessen durch die Ausgestaltung des Transformators und der Gleichrichterschaltung 24.

[0061] Die Sekundärwicklung L2b des Transformators L2 weist eine Anzapfung bzw. Abzapfung, insbesondere eine Mittelanzapfung bzw. Mittelpunktanzapfung. Diese Mittelanzapfung bildet ein Potential der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 24, nämlich die sekundärseitige Masse GND SEC.

[0062] Eine Klemme der Sekundärwicklung L2b ist mit der Anode einer ersten Diode D1' verbunden, und die andere Klemme der Sekundärwicklung L2b mit der Anode einer zweiten Diode D2' . Die jeweiligen Kathoden der Dioden D1', D2' sind zusammengeführt und bilden das andere Ausgangspotential der Gleichrichterschaltung 24, das vorzugsweise mit dem Speicherkondensator C2 verbunden ist. Dieser Gleichrichter 24 kann als Mittelpunktgleichrichter bezeichnet werden.

[0063] Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind nunmehr zwei sekundärseitige Erfassungs-Wicklungen CTR1', CTR2' notwendig, um eine korrekte Erfassung des Wechselstroms auf der Sekundärseite L2/2 zu gewährleisten. Je nach Richtung des Wechselstroms wird ein Strom durch die erste oder durch die zweite Diode D1', D2' fließen.

[0064] Zur kompletten Erfassung des Stroms durch die LEDs ist somit die erste Erfassungs-Wicklung CTR1' in Serie mit der ersten Diode D1' geschaltet, und die zweite Erfassungs- Wicklung CTR2' in Serie mit der zweiten Diode D2'.

[0065] Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die zwei sekundärseitigen Erfassungs-Wicklungen CTR1' , CTR2' mit der primärseitigen Erfassungs-Wicklung CTR3 gekoppelt. Unabhängig von der Ausgestaltung der Treiberschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 oder der Fig. 2 ergibt sich insgesamt an der primärseitigen Erfassungs-Wicklung CTR3 denselben Strom.

[0066] Ähnlich wie in Fig. 1 ist der durch die Wicklungen CTR1' , CTR2' , CTR3 gebildete Erfassungs-Transformator als Stromtransformator ausgestaltet. Vorzugsweise sind auch die Erfassungs-Wicklungen CTR1', CTR2' separat zum Transformator L2 ausgebildet.

[0067] Gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 mehr Dioden notwendig - die vier Dioden D1, D2, D3, D4 gegenüber zwei Dioden D1', D2' -.

[0068] Dafür umfasst die Treiberschaltung 1 eine einzige sekundärseitige Erfassungs-Wicklung CTR1, im Vergleich zu den zwei Wicklungen CTR1', CTR2' der Treiberschaltung 20 mit Mittelanzapfung.

[0069] Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Auswerteschaltung 30, wie sie in den Treiberschaltungen 1,20 der Figs. 1,2 vorkommt.

[0070] Die Auswerteschaltung 30 dient prinzipiell dazu, die von der Erfassungs-Wicklung CTR3 gelieferte Information über den Strom durch die LEDs auszuwerten bzw. zu verarbeiten und anschließend zu der Steuerschaltung ST rückzuführen.

[0071] Um den Wert des Stroms durch die Sekundärseite L2/2 zu ermitteln, soll die Steuerschaltung ST dabei insbesondere das Verhältnis der Windungszahlen der Wicklungen CTR1, CTR3 oder CTR1', CTR2', CTR3 berücksichtigen, wobei im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die Windungszahlen der sekundärseitigen Erfassungs-Wicklungen CTR1', CTR2' vorzugsweise gleich sind.

[0072] Parallel zur Erfassungs-Wicklung CTR3 sind zwei Reihenschaltungen bestehend jeweils aus einer Diode DR1, DR2 und einem Widerstand bzw. Messwiderstand Rb1, Rb2 geschaltet. Die Widerstände Rb1, Rb2 sind jeweils an der primärseitigen Masse GND PRIM angeschlossen. Eine Diode DR2 ist mit ihrer Anode zu einer Klemme der Erfassungs- Wicklung CTR3 angeschlossen, die andere Diode DR1 ist mit ihrer Kathode zu dieser Klemme angeschlossen. Die Dioden DR1, DR2 bzw. die entsprechenden Reihenschaltungen sind antiparallel geschaltet.

[0073] Die Auswerteschaltung 30 ist so ausgestaltet, dass nur eine Halbwelle des von der Erfassungs-Wicklung CTR3 erfassten Stroms ausgewertet wird und der Steuerschaltung ST zurückgeführt wird.

[0074] Vorzugsweise wird über die Spannung an einem der Widerstände Rb1, Rb2 der Strom durch die LEDs ausgewertet. In der Äusführungsform der Fig. 3 wird die Spannung am Widerstand Rb2 berücksichtigt. Alternativ könnte auch die Spannung am anderen Widerstand Rb1 in Betracht gezogen werden.

[0075] Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die den LED-Strom wiedergebende Spannung einem RC-Glied zugeführt. Das RC-Glied besteht aus einem Widerstand Rlp und einem Kondensator Clp und dient zur Tiefpass-Filterung der gemessenen Spannung am Widerstand Rb2. Somit wird der

Steuerschaltung ST einem Mittelwert des Stroms durch die LEDs zurückgeführt. Dieses RC-Glied ist optional, so dass auch die Spannung am Widerstand Rb2 als Rückführwert ILEDPRIM genommen werden kann.

[0076] Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Auswerteschaltung 40. Diese Auswerteschaltung 40 kann z.B. in den Figs. 1 und 2 die Auswerteschaltung 30 ersetzen.

[0077] Einziger Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist hier das Weglassen des Widerstands Rb1 dessen Spannung in Fig. 3 nicht gemessen wird.

[0078] Die Funktionsweise der Auswerteschaltung 40 ist somit ähnlich, in dem nur eine Halbwelle des durch die Erfassungs-Wicklung CTR3 erfassten Stroms ausgewertet wird und der Steuerschaltung ST als Ist-Signal ILED PRIM weitergeleitet wird.

[0079] Bei der Auswerteschaltung 40 wird also ein Bauelement - der Widerstand Rb1 - eingespart. Allerdings ist diese Ausführungsform gegenüber Fig. 3 auch nachteilig, in dem beide Halbwellen nicht symmetrisch belastet werden.

[0080] In Fig. 3 sind indessen durch die Widerstände Rb1, Rb2 beide Halbwellen vorteilhafterweise symmetrisch belastet, insbesondere wenn beide Widerstände Rb1, Rb2 denselben elektrischen Widerstand aufweisen. Die hierdurch erreichte symmetrische Belastung des Stroms durch die Sekundärseite und somit durch den Resonanzkreis 3 ist vorteilhaft für den guten Betrieb der Treiberschaltung.

[0081] Fig. 5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Auswerteschaltung 50, die ebenfalls bei einer Treiberschaltung 1,20 gemäß Figs. 1 oder 2 einsetzbar ist.

[0082] Im Gegensatz zu den Figs. 3 und 4 werden hier beide Halbwellen ausgewertet. Entsprechend ist die Erfassungs- Wicklung CTR3 mit einem Vollbrückengleichrichter 51, der vorzugsweise aus vier Dioden DRT, DR2', DR3', DR4 ' besteht, verschaltet. Somit werden vom Gleichrichter 51 sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen des Wechselstroms durch die Wicklung CTR3 weitergegeben bzw. gleichgerichtet.

[0083] Am Ausgang des Vollbrückengleichrichters 51 ist wiederum ein Widerstand bzw. Messwiderstand Rb geschaltet, der den Strom durch die Sekundärseite und durch die LEDs wiedergibt. Nach der optionalen Tiefpass-Filterung durch das RC-Glied Rlp, Clp wird das Ist-Signal ILED PRIM der Steuerschaltung zurückgeführt.

[0084] Vorteilhafterweise werden also bei der Auswerteschaltung 50 beide Halbwellen des Wechselstroms ausgewertet. Der Hauptvorteil ist es dabei, dass die LED-Strommessung nunmehr genauer ist und dass ein linearer Zusammenhang zwischen dem LED-Strom und dem zurückgeführten Parameter ILED PRIM besteht. Die mit einem möglichen variablen Magnetisierungsstrom verbundene Unsicherheit betreffend die Messung entfällt somit bei der Auswerteschaltung 50.

[0085] Nachteilig ist es bei der Lösung mit dem Vollbrückengleichrichters 51, dass es in Bezug auf die verwendeten Bauelemente auch die teuerste Ausführungsform der in Figs. 3-5 dargestellten drei Auswerteschaltungen.

[0086] Beispielsweise kann der Erfassungs-Transformator ein Windungszahlen-Verhältnis von 1:60 aufweisen. Die in Figs. 3-5 eingesetzten Wiederstände Rb1, Rb2, Rb zur Auswertung des Wechselstroms weisen z.B. einen Wert von 60 Ohm auf. Zur Tiefpass-Filterung weisen der Widerstand Rlp und der Kondensator Clp z.B. einen jeweiligen Wert von 130 Ohm bzw. 220 nF auf.

[0087] Vorzugsweise wird der Steuerschaltung ST auf der Primärseite L2/1 kein weiteres Messsignal von der Primärseite des Resonanzkreises 3 zugeführt, insbesondere vorzugsweise kein Messsignal, das den Strom durch die Halbbrückenschaltung 2 wiedergibt. Insbesondere ist also kein Messwiderstand in Serie zur Primärwicklung L2a bzw. in Serie zum Resonanzkreis 3 geschaltet.

[0088] Zusätzlich oder alternativ zur Regelung des Stroms durch die LEDs können über die genannte Messung des Ist-Signals ILEDPRIM auch bestimmte Fehlerzustände erfasst werden. Insbesondere kann der Fehlerzustand „no load" ermittelt werden, wobei in diesem Fehlerzustand kein Strom auf der Sekundärseite L2/2 fliest. Z.B. kann dieser Fehlerzustand bedeuten, dass keine Last bzw. keine LEDs vorhanden sind oder dass die LEDs bzw. die LED-Strecke defekt sind.

[0089] Anhand des Ist-Signals ILED PRIM kann somit die Steuerschaltung auch einen Fehlerzustand auf der Sekundärseite L2/2 des Transformators L2 und/oder einen Fehlerzustand der Leuchtmittel bzw. der LEDs erfassen. Davon abhängig kann die Steuerschaltung ST ein Fehler-Signal ausgeben und z.B. einer zentralen Überwachungseinheit (nicht gezeigt) weitergeben. Abhängig von solchen Fehlerzuständen kann die Steuerschaltung ST ebenfalls die Ansteuerung des Wechselrichters bzw. der Halbbrücke 2 verändern.

Claims (14)

1. Ansprüche

   1. Treiberschaltung (1,20) für Leuchtmittel, insbesondere LEDs, aufweisend: - eine mittels wenigstens eines Schalters (FET1, FET2) getaktete Schaltung (2), insbesondere einen Wechselrichter in Form einer Halbbrückenschaltung, die einen Resonanzkreis (3) speist, - einen auf den Resonanzkreis (3) folgenden Transformator (L2), ausgehend von dessen Sekundärwicklung (L2b) die Leuchtmittel versorgbar sind, und - eine Steuerschaltung (ST), die die Schalter (FET1, FET2) der getakteten Schaltung (2) taktet, wobei der Steuerschaltung (ST) ein den Strom durch die Leuchtmittel indirekt wiedergebendes Ist-Signal (ILEDPRIM) zurückgeführt ist, das auf der Sekundärseite (L2/2) des Transformators (L2) induktiv ausgekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung (ST) dazu ausgebildet ist: - anhand des Ist-Signals (ILED PRIM) einen Fehlerzustand folgend der Sekundärwicklung (L2b) des Transformators (L2) und/oder der Leuchtmittel zu erfassen und davon abhängig ein Fehler-Signal auszugeben und/oder die Ansteuerung der getakteten Schaltung (2) zu verändern.
2. 2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei die Sekundärwicklung (L2b) des Transformators (L2) eine Gleichrichterschaltung (4, 24) speist und das Ist- Signal (ILED PRIM) vor der Gleichrichtung ausgekoppelt ist.
3. 3. Treiberschaltung nach Anspruch 2, wobei die Gleichrichterschaltung als Vollbrückengleichrichter (4) oder Mittelpunktgleichrichter (24) ausgestaltet ist.
4. 4. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Erfassungs-Transformator mit mindestens einer auf der Sekundärseite des Transformators (L2) geschalteten Erfassungs-Wicklung (CTR1, CTR1', CTR2') zur induktiven Auskopplung des Ist-Signals.
5. 5. Treiberschaltung nach den Ansprüchen 4 und 3, wobei auf der Sekundärseite des Transformators (L2) eine Erfassungs-Wicklung (CTR1) vorgesehen ist, wenn der Gleichrichterschaltung als Vollbrückengleichrichter (4) ausgestaltet ist, und zwei Erfassungs-Wicklungen (CTRT, CTR2') vorgesehen sind, wenn der Gleichrichterschaltung als Mittelpunktgleichrichter (24) ausgestaltet ist.
6. 6. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Ist-Signal der Steuerschaltung (ST) über eine Auswerteschaltung (30, 40, 50) zugeführt ist.
7. 7. Treiberschaltung nach Anspruch 6, bei der die Auswerteschaltung (30, 40, 50) einen Gleichrichter aufweist.
8. 8. Treiberschaltung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Auswerteschaltung (30, 40, 50) derart ausgebildet ist, dass eine oder beide Polaritäten des induktiv ausgekoppelten Ist-Signals der Steuerschaltung (ST) zugeführt werden.
9. 9. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerschaltung (ST) die Schalter (FET1, FET2) der getakteten Schaltung (2) ohne galvanische Trennung ansteuert.
10. 10. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerschaltung (ST) ein ASIC oder ein Mikrokontroller ist.
11. 11. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Steuerschaltung (ST) kein Signal von der Primärseite (L2/1) des Transformators (L2), also der der getakteten Schaltung (2) zugewandten Seite des Transformators (L2), zurückgeführt ist.
12. 12. LED-Modul, aufweisend eine Treiberschaltung (1, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie wenigstens eine von der Treiberschaltung (1, 20) versorgte LED-Strecke, die wenigstens eine LED aufweist.
13. 13. Leuchte, insbesondere LED-Leuchte, aufweisend eine Treiberschaltung (1,20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie einen vorgeschalteten Gleichrichter zum Gleichrichten einer Netzspannung und einen DC/DC-Wandler, z.B. in Form einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung, zur Versorgung der Treiberschaltung (1, 20) ausgehend von der gleichgerichteten Netzspannung.
14. 14. Verfahren zu Regelung des Stroms durch eine Leuchtmittel-Strecke, unter Verwendung einer Treiberschaltung (1,20), die aufweist: - eine mittels wenigstens eines Schalters (FET1, FET2) getaktete Schaltung (2), bspw. eine Halbbrückenschaltung, die einen Resonanzkreis (3) speist, - einen auf den Resonanzkreis (3) folgenden Transformator (L2), ausgehend von dessen Sekundärwicklung (L2b) die Leuchtmittel versorgt werden, und - eine Steuerschaltung (ST), die die Schalter (FET1, FET2) der getakteten Schaltung (2) taktet, wobei der Steuerschaltung (ST) ein den Strom durch die Leuchtmittel indirekt wiedergebendes Ist-Signal (ILEDPRIM) zurückgeführt wird, das auf der Sekundärseite (L2/2) des Transformators (L2) induktiv ausgekoppelt wird, wobei die Steuerschaltung (ST) anhand des Ist-Signals (ILED PRIM) einen Fehlerzustand folgend der Sekundärwicklung (L2b) des Transformators (L2) und/oder der Leuchtmittel erfasst, und davon abhängig ein Fehler-Signal ausgibt und/oder die Ansteuerung der getakteten Schaltung (2) verändert. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen