DE112015005931T5

DE112015005931T5 - Ansteuervorrichtung für Beleuchtungsvorrichtung, Beleuchtungsvorrichtung, Leuchtsystem und Verfahren zu Steuern des Leuchtsystems

Info

Publication number: DE112015005931T5
Application number: DE112015005931.8T
Authority: DE
Inventors: Daxin Lin; Xusheng Yang
Original assignee: Ledvance GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: WO2016113068A1; US10701779B2; DE112015005931B4; CN105848375B; US20180007752A1; CN105848375A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuervorrichtung für eine Beleuchtungslast, eine Beleuchtungsvorrichtung, ein Leuchtsystem und ein Verfahren zum Steuern des Leuchtsystems, wobei die Ansteuervorrichtung zwischen die Beleuchtungslast und eine Netzadaptervorrichtung für eine Stromversorgung geschaltet ist, wobei die Ansteuervorrichtung eine Steuerungseinheit aufweist, wobei die Steuerungseinheit dafür eingerichtet ist, die Impedanz der Ansteuervorrichtung gemäß einem gemessenen elektrischen Ausgangssignal von der Beleuchtungslast einzustellen, um die Ausgangsspannung der Netzadaptervorrichtung entsprechend einzustellen und dadurch das elektrische Ausgangssignal für die Beleuchtungslast einzustellen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuervorrichtung für eine Beleuchtungsvorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, ein Leuchtsystem und ein Verfahren zum Steuern des Leuchtsystems, wobei die Beleuchtungsvorrichtung insbesondere eine LED-Beleuchtungslast bzw. einen leuchtenden LED-Verbraucher aufweist und dafür eingerichtet ist, ein elektronisches Vorschaltgerät EVG als weiteren Teil des Leuchtsystems zu verwenden.
Stand der Technik
In den gegenwärtigen Beleuchtungsvorrichtungen im üblichen Gebrauch werden die LED-Beleuchtungsvorrichtungen aufgrund ihrer Leistungen bei der Energieeinsparung und hohen Effizienz weithin verwendet, um die Beleuchtungsvorrichtungen wie etwa Glühlampen oder Fluoreszenzlampen zu ersetzen. Beispielsweise wird, dadurch, dass die LED-Technologie weithin verwendet wird, die Lichtquelle der meisten T8-Leuchtkörper gegen die die LED-Technologie nutzende LED-Lichtquelle getauscht, und der geeignete LED-Treiber wird entsprechend genutzt, so dass die Fluoreszenzlichtquelle entfernt wird, während die Röhrensockel der T8-Lampe in dem jeweiligen Leuchtkörper beibehalten werden. Auf diese Weise hat die hergestellte Lichtquelle das Erscheinungsbild der T8-Lampe, während sie intern mit der Lichtquelle mit LED-Leistung ausgestattet ist. Bei der obigen Verbesserung an der T8-Lampe kann das elektronische Vorschaltgerät EVG bzw. ECG zum Ansteuern der Fluoreszenzlampe aus dem Leuchtkörper nicht entfernt werden, da der Letztgenannte installiert bleibt, und somit bleibt überdies das EVG-Modell verborgen; aber einige, für die Fluoreszenzlichtquelle bestimmte EVGs sind wegen des Problems, dass die LED-Lichtquelle gewöhnlich mit verschiedenen EVG-Modellen nicht kompatibel sein können, oft für die LED-Lichtquelle nicht verwendbar.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die oben erwähnten technischen Probleme zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine neue Ansteuervorrichtung für eine LED-Lampe vor. Diese Ansteuervorrichtung, insbesondere in einer einstufigen Schaltungsstruktur einer Boost-Topologie, kann an das elektronische Vorschaltgerät EVG gut angepasst werden, so dass die LED-Lichtquelle normal betrieben werden kann, wenn sie in dem herkömmlichen, aber mit einem elektronischen Vorschaltgerät EVG ausgestatteten Leuchtkörper für die Fluoreszenzlampe installiert ist. Alle anderen Schaltungsstrukturen einer Schalt-DC/DC-Wandler-Topologie mit nur einer einzigen Schalteinheit sind zum Aufbau dieser Ansteuervorrichtung ebenfalls geeignet.
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird über solch eine Ansteuervorrichtung für eine Beleuchtungsvorrichtung gelöst, welche zwischen eine Beleuchtungslast und eine Netzadaptervorrichtung für eine Stromversorgung geschaltet ist, wobei die Ansteuervorrichtung eine Steuerungseinheit aufweist, wobei die Steuerungseinheit dafür eingerichtet ist, eine Impedanz der Ansteuervorrichtung gemäß einem elektrischen Ausgangssignal für die Beleuchtungslast einzustellen, um so eine Ausgangsspannung der Netzadaptervorrichtung entsprechend einzustellen und dadurch das elektrische Ausgangssignal für die Beleuchtungslast einzustellen. Allgemeiner ausgedrückt, dient der Schalt-DC/DC-Wandler der Ansteuervorrichtung als Nebenschlussregler, der mit der Beleuchtungslast parallel verbunden ist.
Die Ansteuerschaltung weist ferner vorzugsweise eine Schaltungsstruktur einer Schalt-DC/DC-Wandler-Topologie auf, die eine Schalteinheit enthält, wobei die Steuerungseinheit die Impedanz der Ansteuervorrichtung mittels Einstellen der Leitungszeit der Schalteinheit einstellt.
Der Schalt-DC/DC-Wandler der Ansteuerschaltung dient vorzugsweise als Nebenschlussregler, der mit der Beleuchtungslast parallel verbunden ist.
Bevorzugt erhöht die Steuerungseinheit die Leitungszeit der Schalteinheit, um so das elektrische Ausgangssignal für die Beleuchtungslast zu reduzieren, und verringert die Steuerungseinheit die Leitungszeit der Schalteinheit, um das elektrische Ausgangssignal für Beleuchtungslast zu erhöhen.
Die Ansteuervorrichtung wird vorzugsweise in einem kritischen Leitungsmodus (engl. critical conduction mode) betrieben.
Der DC/DC-Wandler, der die Schalteinheit enthält, ist vorzugsweise als eine Verstärkungs- bzw. Boost-Schaltung ausgestaltet.
Eine weitere Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung gelöst, welche ferner eine LED-Beleuchtungslast aufweist, wobei die Beleuchtungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie die angegebene Ansteuervorrichtung aufweist.
In der vorliegenden Erfindung ist auch ein Leuchtsystem vorgesehen, das ferner eine Netzadaptervorrichtung zwischen einer Stromversorgung und der Beleuchtungsvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtsystem eine angegebene bzw. oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung aufweist, und wobei die Netzadaptervorrichtung als EVG elektronisches Vorschaltgerät konfiguriert ist, wobei das EVG elektronische Vorschaltgerät der Impedanz der Ansteuervorrichtung durch Variieren seiner Ausgangsspannung als Antwort auf die Leitungszeit der Schalteinheit folgt.
In der vorliegenden Erfindung bildet die Steuerungseinheit der Ansteuervorrichtung besonders vorteilhaft einen Regelungsmodus mit positiver Rückkopplung, um die Ausgangssituation der Netzadaptervorrichtung, die der Ansteuervorrichtung vorgeschaltet gelegen ist, in einer Situation zu ändern, in der ein von der Beleuchtungslast rückgekoppeltes Ausgangssignal erfasst wird, wodurch das Ausgangssignal für die Beleuchtungsvorrichtung anschließend in einem vorbestimmten Bereich stabilisiert werden kann. Weiterhin kann diese Ansteuervorrichtung die Impedanz der Ansteuervorrichtung gemäß den Eigenschaften des elektronischen Vorschaltgeräts ECG entsprechend so ändern, dass die LED-Beleuchtungslast besser an das elektronische Vorschaltgerät ECG angepasst ist.
Gemäß der Ansteuervorrichtung für eine Beleuchtungsvorrichtung in der vorliegenden Erfindung kann, insbesondere in einer Situation, in der ein elektronische Vorschaltgerät EVG genutzt wird, verglichen mit der Lösung, bei der die herkömmliche Fluoreszenzlampe direkt durch die LED-Lichtquelle ersetzt wird, die LED-Lichtquelle mit dem elektronischen Vorschaltgerät EVG besser kompatibel sein. Verglichen mit der Konfiguration mit einer zweistufigen Topologiestruktur weist die Konfiguration der einstufigen Topologiestruktur in der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Effizienz auf. Weiterhin werden ohne eine ziemlich komplizierte Umwandlung der herkömmlichen Fluoreszenzlampe, zum Beispiel ohne einen Austausch oder eine Umwandlung der Lampenform oder des Steckers für eine elektrische Verbindung der Beleuchtungsvorrichtung mit dieser Ansteuervorrichtung, viele Kosten gespart.
Gemäß einer bevorzugten Lösung der vorliegenden Erfindung ist die Steuerungseinheit dafür eingerichtet, die Ansteuervorrichtung derart zu regeln, dass die Netzadaptervorrichtung ihre Ausgangsspannung erhöht, wenn das gemessene elektrische Ausgangssignal von der Beleuchtungslast niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und ist die Steuerungseinheit dafür eingerichtet, die Ansteuervorrichtung derart zu regeln, dass die Netzadaptervorrichtung die Ausgangsspannung verringert, wenn das gemessene elektrische Ausgangssignal von der Beleuchtungslast höher als der vorbestimmte Wert ist. Die Ansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das elektrische Ausgangssignal von der Beleuchtungslast initiativ erfassen und, wenn bestimmt wird, ob es innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt oder nicht, die Ausgangssituation der Netzadaptervorrichtung ändern, um den Zweck einer Stabilisierung des elektrischen Ausgangssignals für die Beleuchtungsvorrichtung zu realisieren.
Das Leuchtsystem weist vorzugsweise ein EVG auf, das als Netzadaptervorrichtung dient bzw. eingerichtet ist, welche hochfrequente Wechselströme und -spannungen mit RMS- bzw. Effektivwerten abgibt, worauf im Folgenden Bezug genommen wird, und welche einen ersten Ausgangsstrom entsprechend einer ersten größeren Ausgangsspannung und einen zweiten Ausgangsstrom entsprechend einer zweiten kleineren Ausgangsspannung bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem zweiten und dem ersten Ausgangsstrom kleiner als das Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsspannung ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Lösung der vorliegenden Erfindung weist die Ansteuervorrichtung ferner eine Schalteinheit auf, wobei die Steuerungseinheit eine Impedanz der Ansteuervorrichtung auf eine Weise einstellt, bei der eine Leitungszeit der Schalteinheit eingestellt wird. Die Ansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung stellt vorteilhafterweise eine Einschaltdauer bzw. ein Tastverhältnis für eine Leitungszeit der Schalteinheit ein, um die Impedanz der Ansteuervorrichtung zu ändern, so dass die durch die Ansteuervorrichtung gesteuerte Beleuchtungslast seine Abgabe in einer Situation ändern kann, in der die Netzadaptervorrichtung ihre Ausgangsspannung als Antwort auf die Änderung der Impedanz ändert.
Zum Vorteil der Lösung der vorliegenden Erfindung erhöht die Steuerungseinheit der erfinderischen Ansteuervorrichtung die Leitungszeit der Schalteinheit, um das elektrische Ausgangssignal für die Beleuchtungslast zu reduzieren, und die Steuerungseinheit verringert die Leitungszeit der Schalteinheit, um das elektrische Ausgangssignal für die Beleuchtungslast zu vergrößern. Dies ergibt den Regelungsmodus mit positiver Rückkopplung. Die Steuerungskompensation sieht vorzugsweise eine proportionale oder eine proportional-integrierende Kennlinie vor, was besagt, dass der Rückkopplungspfad zumindest einen Widerstand oder eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator aufweist.
Ferner ist die Beleuchtungsvorrichtung vorzugsweise als eine LED-Beleuchtungsvorrichtung konfiguriert bzw. ausgebildet. Die LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist in vorteilhafter Weise ein elektronisches Vorschaltgerät EVG als Netzadaptervorrichtung und die erfinderische Ansteuervorrichtung der Netzadaptervorrichtung nachgeschaltet auf.
Gemäß einer Lösung der vorliegenden Erfindung ist die Netzadaptervorrichtung als ein elektronisches Vorschaltgerät EVG eingerichtet, welches einen hochfrequenten Wechselstrom mit einem konstanten Effektivwert abgibt, welches als Konstantstrom-EVG abgekürzt wird, wobei das elektronische Vorschaltgerät EVG geeignet ist, die Ausgangsspannung als Antwort auf die Leitungszeit der Schalteinheit entsprechend einzustellen.
In der Konfiguration der vorliegenden Erfindung gibt das elektronische Vorschaltgerät EVG ein elektrisches Signal eines konstanten Stroms ab. Das elektronische Vorschaltgerät EVG weist solche Eigenschaften bzw. Kennlinien auf, dass ein EVG vom Konstantstrom-Typ eine Leistung hat, die sich mit der Änderung der Last bzw. des Verbrauchers ändert; im Übrigen wird, falls die Impedanz der Last erhöht wird, die Spannung der Beleuchtungsvorrichtung erhöht, um so einen stabilen Strom der Beleuchtungsvorrichtung zu haben. Damit wird vom ECG vom Konstantstrom-Typ umso mehr Ausgangsleistung bereitgestellt, umso mehr die Impedanz seiner Last zunimmt. In der vorliegenden Erfindung ist die Ansteuervorrichtung gerade vorteilhafterweise derart konfiguriert, dass die Impedanz der Ansteuervorrichtung gemäß der Ausgabe der Last bzw. des Verbrauchers geändert wird, um die Leistung des EVG zu ändern.
Allgemeiner arbeitet die Ansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ordnungsgemäß, selbst wenn das EVG alias die Netzadaptervorrichtung nicht als ideale Stromquelle tätig ist, die einen konstanten Strom gegen jede Ausgangsspannung zeigt, sondern als eine reale Stromquelle agiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen einem zweiten größeren Ausgangsstrom und einem ersten kleineren Ausgangsstrom kleiner als das Verhältnis zwischen der entsprechenden ersten größeren Ausgangsspannung und der entsprechenden zweiten kleineren Ausgangsspannung ist. Falls diese beiden Verhältnisse gleich wären, würde das betreffende EVG eine Ausgangscharakteristik bzw. -kennlinie mit konstanter Leistung aufweisen, was die Grenzbedingung ist, bei der die Ansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ihre beabsichtigte Funktionalität verlieren wird. Die Ansteuervorrichtung passt die Kennlinie der LED-Beleuchtungsvorrichtung geeignet an die Ausgangskennlinie der Netzadaptervorrichtung alias des EVG an, falls das betreffende EVG ein EVG vom Konstantstrom-Typ ist oder eine beliebige Kennlinie zwischen einer Abgabe eines konstanten Stroms und einer Abgabe einer konstanten Leistung hat.
Weiterhin wird die Ansteuervorrichtung vorzugsweise in einem Modus einer kritischen Leitung, "CRM" (critical-conduction mode) genannt, betrieben. Dieser Betriebsmodus der Ansteuervorrichtung kann alternativ dazu als Modus einer Boundary- bzw. Grenzleitung ("BCM") oder Modus einer transienten Leitung ("TCM") bezeichnet werden.
Die Schaltfrequenz der Ansteuervorrichtung stimmt vorzugsweise nicht mit der Schaltfrequenz des als Netzadaptervorrichtung eingerichteten EVG überein. Insbesondere ist das Verhältnis zwischen diesen beiden Frequenzen gleich dem Verhältnis zwischen zwei zwei- oder dreistelligen Primfaktoren. Eine noch besseres Frequenzverhältnis ist eine beliebige irrationale Zahl. Zumindest eine dieser zwei Frequenzen überstreicht bzw. durchläuft im Zeitablauf bevorzugt mehr als ±5 % ihres Mittelwertes, oder beide Frequenzen laufen im Zeitablauf mit zumindest der gleichen Frequenzvariation in einer chaotischen Art und Weise durch, so dass so das Verhältnis zwischen ihnen nicht konstant ist.
Für die Lösung der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise die Ansteuervorrichtung als eine Boost-Schaltung ausgestaltet bzw. konfiguriert. In einer Situation, in der das elektronische Vorschaltgerät EVG einer Erhöhung der Impedanz der Ansteuervorrichtung folgt, kann die Konstantstromabgabe des elektronischen Vorschaltgeräts eine erhöhte Spannungsabgabe aufweisen, und die Verstärkungs- bzw. Boost-Schaltung kann daher mehr Energie empfangen, wodurch die Ausgangsleistung der Boost-Schaltung erhöht wird und ferner der Strom der LED-Last erhöht wird. Wenn der LED-Strom angepasst und bei einem bestimmten vorbestimmten Wert stabil ist, wird die Ausgabe der Boost-Schaltung bei einem bestimmten Wert stabil sein, und das Tastverhältnis für eine Leitungszeit der Schalteinheit wird ebenfalls bei einem bestimmten Wert stabil sein.
Die Schaltfrequenz der Ansteuervorrichtung stimmt mit der Schaltfrequenz des als eine Netzadaptervorrichtung dienenden EVG vorzugsweise nicht überein.
Das Verhältnis zwischen der Schaltfrequenz der Ansteuervorrichtung und der Schaltfrequenz des als Netzadaptervorrichtung dienenden bzw. eingerichteten EVG weist vorzugsweise das Verhältnis zwischen zwei zwei- oder dreistelligen Primfaktoren auf.
Vorzugsweise weist das Verhältnis zwischen der Schaltfrequenz der Ansteuervorrichtung und der Schaltfrequenz des als Netzadaptervorrichtung dienenden EVG eine irrationale Zahl auf.
Die Schaltfrequenz der Ansteuervorrichtung überstreicht bzw. durchläuft im Laufe der Zeit bzw. im Zeitablauf vorzugsweise mehr als ±5 % ihres Mittelwertes.
Die Schaltfrequenz des als Netzadaptervorrichtung eingerichteten EVG durchläuft im Zeitablauf vorzugsweise mehr als ±5 % ihres Mittelwertes.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch solch eine Beleuchtungsvorrichtung gelöst, wobei die Beleuchtungsvorrichtung so ausgestaltet ist, dass sie die Ansteuervorrichtung wie oben beschrieben aufweist.
Weiterhin wird eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung über ein Verfahren zum Steuern des Leuchtsystems wie oben beschrieben gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) eine Steuerungseinheit der Ansteuervorrichtung detektiert ein elektrisches Ausgangssignal von der Beleuchtungslast;
b) die Steuerungseinheit stellt eine Leitungszeit einer Schalteinheit der Ansteuervorrichtung gemäß dem detektierten elektrischen Ausgangssignal ein;
c) die Steuerungseinheit stellt eine Ausgangsspannung der Netzadaptervorrichtung für die Stromversorgung als Antwort bzw. ansprechend auf eine Variation der Leitungszeit der Schalteinheit ein; und
d) die Ausgangsspannung der Netzadaptervorrichtung wird derart eingestellt, dass sie mit dem vorbestimmten Bereich des von der Beleuchtungslast gemessenen elektrischen Ausgangssignals übereinstimmt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beiliegende Zeichnung bildet einen Teil der vorliegenden Beschreibung und wird verwendet, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu schaffen. Eine solche beiliegende Zeichnung veranschaulicht die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und wird genutzt, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zusammen mit der Beschreibung darzulegen. In der beiliegenden Zeichnung werden die gleichen Komponenten durch die gleichen Bezugsziffern repräsentiert. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, zeigt:
1 ein Blockdiagramm einer Struktur einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein Diagramm von Ausgangssignalen der Ansteuervorrichtung und des elektronischen Vorschaltgeräts EVG.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Wie in 1 gezeigt, ist eine Beleuchtungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert, dass sie ein elektronisches Vorschaltgerät EVG, das mit einer Stromversorgung verbunden und an sie angepasst ist, eine Gleichrichterstruktur 2, die dem elektronischen Vorschaltgerät EVG als Netzadaptervorrichtung 1 nachgeschaltet gelegen ist, eine Ansteuervorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, die der Gleichrichterstruktur 2 nachgeschaltet angeschlossen ist, und eine Lichtquelle, die von der Ansteuervorrichtung 3 in gesteuerter Art und Weise versorgt wird, aufweist. In der vorliegenden Erfindung kann die Stromversorgung für das elektronische Vorschaltgerät EVG vorzugsweise ein Wechselstromnetz genau wie in der Zeichnung dargestellt sein. Im Übrigen ist in der vorliegenden Erfindung das elektronische Vorschaltgerät EVG vorzugsweise dafür eingerichtet, ein elektrisches Signal eines Konstantstroms abzugeben, und die Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise als eine LED-Lichtquelle ausgebildet bzw. konfiguriert.
Die Ansteuervorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass sie eine Steuerungseinheit 32 und eine mit dieser Steuerungseinheit 32 verbundene Leistungsstufe 31 umfasst. Die Leistungsstufe 31 kann irgendeine der zumindest sechs möglichen Schaltungsstrukturen einer Schalt-DC/DC-Wandler-Topologie (z.B. Buck, Boost, Buckboost, Flyback, 'Cuk, SEPIC, Zeta, Forward), vorzugsweise eine Verstärkungs- bzw. Boost-Schaltung, und eine Schalteinheit umfassen, in welcher Einheit eine elektrische Schalterkomponente, z.B. MOSFET, in vorteilhafter Weise enthalten ist, so dass in dem vorliegenden Beispiel eine Einstellung des Tastverhältnisses für eine Leitungszeit der Schalteinheit einfach eine Einstellung der Leitungszeit des MOSFET bedeutet. Die Steuerungseinheit 32 kann vorteilhafterweise einen LED-Verbraucherstrom der Beleuchtungsvorrichtung 100 als ein Rückkopplungssignal erfassen und entsprechend die Schalteinheit gemäß diesem Rückkopplungssignal steuern und einstellen. In der vorliegenden Erfindung kann die Steuerungseinheit 32 vorteilhafterweise als z.B. ein Mikrocontroller MCU ausgebildet bzw. konfiguriert sein, während irgendein anderer zweckbestimmter Controller ebenfalls hier alternativ verwendet werden kann. Die Steuerungseinheit 32 kann vorteilhafterweise einen Regelkreis 5 mit positiver Rückkopplung zwischen einer Beleuchtungslast 4 und der Schalteinheit bilden. Dies bedeutet, dass im Gegensatz zu irgendeiner PFC- oder Standard-DC/DC-Wandler-Funktionalität, die alle gut bekannte Regelkreise mit negativer Rückkopplung umfassen, hier die Steuerungseinheit der erfinderischen Ansteuervorrichtung die Leitungszeit der Schalteinheit vergrößert, um so das elektrische Ausgangssignal für die Beleuchtungslast zu reduzieren, und die Steuerungseinheit die Leitungszeit der Schalteinheit verringert, um das elektrische Ausgangssignal für die Beleuchtungslast zu vergrößern.
Die Steuerungseinheit 32 stellt das Tastverhältnis zum Schalten der Leistungsstufe 31 gemäß dem vom Ausgang der Beleuchtungslast erhaltenen Rückkopplungssignal ein, das heißt, stellt ein Tastverhältnis ein, um eine Eingangsimpedanz der Ansteuervorrichtung 3 zu steuern. Die Leistungsstufe gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise mit einer Struktur einer einstufigen Topologie ausgebildet bzw. konfiguriert, und eine Arbeitsfrequenz der Leistungsstufe wird durch Ändern ihres Tastverhältnisses geändert, um weiter die Eingangsimpedanz der Ansteuervorrichtung zu ändern. Allgemeiner ausgedrückt wird die Schaltfrequenz der Leistungsstufe 31 durch Variieren der Ein-Zeit ihres Schaltelements, z.B. MOSFET, oder der Aus-Zeit oder von beidem geändert. Dadurch ergibt das Steuerungsverfahren eine Pulsweitenmodulation PWM.
In der vorliegenden Erfindung kann die PWM-Steuerung besonders vorteilhaft unter Verwendung einer Nulldurchgangsdetektion (ZCD) aktiviert werden und wird anschließend gemäß der eingestellten Aktivierungszeit abgeschlossen. Das Ergebnis davon ist der "CRM" genannte Modus einer kritischen Leitung. Dieser Betriebsmodus der Ansteuervorrichtung kann alternativ als Modus einer Boundary- bzw. Grenzleitung ("BCM") oder Modus einer transienten Leitung ("TCM") bezeichnet werden und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aus-Zeit der Schalteinheit innerhalb der Leistungsstufe 31 nicht aktiv gesteuert wird, sondern beim Zeitereignis des ZCD einfach endet, folglich von den Startbedingungen, den Energiezuständen und den Werten der Komponenten der Leistungsstufe allein abhängt.
Das Tastverhältnis der Leistungsstufe kann vorzugsweise nach Art einer Pulsweitenmodulation PWM gesteuert werden. Für ein besseres Verständnis dieses Steuerungsprozesses ist im Folgenden zur Veranschaulichung ein Beispiel aufgelistet: In einem Zeitintervall ist die Leitungszeit für jeden Regelungszyklus mit positiver Rückkopplung festgelegt und unverändert, während, wenn sie beim nächsten Regelungszyklus mit Rückkopplung ankommt, die Steuerungseinheit 32 eine neue Leitungszeit gemäß dem Regelungszyklus mit positiver Rückkopplung berechnen wird, wobei die Leitungszeit vorzugsweise mit zum Beispiel einer mit dem Regelkreis 5 mit positiver Rückkopplung kombinierten Software eingestellt und geändert werden kann, bis die Beleuchtungsvorrichtung 100 einen stabilen LED-Ausgangsstrom aufweist.
Ein bevorzugter Steuerungsprozess eines Leuchtsystems mit einer Beleuchtungsvorrichtung mit der Ansteuervorrichtung 3 in der vorliegenden Erfindung kann insbesondere in einer Veranschaulichung als den Inhalt der folgenden Schritte umfassend zusammengefasst werden, wobei hierin die Leistungsstufe der Ansteuervorrichtung 3 vorzugsweise in einem Modus einer kritischen Leitung CRM betrieben wird, die Steuerungseinheit 32 die Nulldurchgangsdetektion ausführt, eine feste Leitungszeit für die Schalteinheit innerhalb der Leistungsstufe erhält, einen Ausgangsstrom der Beleuchtungslast erfasst und die Leitungszeit, d.h. PWM der Schalteinheit, unter Verwendung des Regelkreises 5 mit positiver Rückkopplung einstellt. Die Funktion des Regelkreises 5 mit positiver Rückkopplung kann dadurch verstanden werden, dass das Tastverhältnis für eine Leitungszeit reduziert wird, falls der LED-Ausgangsstrom nicht genügt, um einen vorbestimmten Wert zu erreichen, und das Tastverhältnis für eine Leitungszeit erhöht wird, falls der LED-Ausgangsstrom den vorbestimmten Wert übersteigt.

1. Die Ansteuervorrichtung 3 wird eine Nennleistungsabgabe, zum Beispiel 150V/120 mA in dem vorliegenden Beispiel, fordern;
2. die Steuerungseinheit 32 erfasst einen LED-Ausgangsstrom, und, falls der LED-Strom geringer als 120 mA ist, wird die Steuerungseinheit 32 das Tastverhältnis für eine Leitungszeit reduzieren, und sie wird dann die Impedanz der Ansteuervorrichtung 3 erhöhen, wodurch der konstante Strom des elektronischen Vorschaltgeräts EVG eine höhere Spannungsabgabe aufweisen wird, dementsprechend die Leistungsstufe 31 gleichfalls mehr Energie zur Verfügung stehen wird, so dass die Ausgangsleistung der Ansteuervorrichtung erhöht wird;
3. der LED-Ausgangsstrom wird erhöht, wenn die Ausgangsleistung der Ansteuervorrichtung erhöht wird;
4. sie kehrt zu Schritt 1 zurück, bis die LED genug Strom (120 mA) hat; und
5. falls der LED-Ausgangsstrom angepasst und stabil ist, wird die Ausgangsleistung der Ansteuervorrichtung bei einem bestimmten Wert stabilisiert, und das Tastverhältnis für eine Leitungszeit wird bei einem stabilen Wert bleiben.

Wie man aus 2 ersehen kann, in der ein Diagramm von Ausgangssignalen der Ansteuervorrichtung und des elektronischen Vorschaltgeräts EVG gezeigt ist, kann ein Fachmann außerdem ableiten bzw. entnehmen, dass, wie vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, die Schaltfrequenz der erfinderischen Ansteuervorrichtung nicht mit der Schaltfrequenz des als die Netzadaptervorrichtung dienenden EVG übereinstimmt.
Das Obige sind nur bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, aber nicht um die vorliegende Erfindung zu beschränken. Für den Fachmann kann die vorliegende Erfindung verschiedene Abwandlungen und Änderungen aufweisen. Jegliche Abwandlungen, äquivalente Substitutionen, Verbesserungen innerhalb des Prinzips der vorliegenden Erfindung sollen im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgedeckt sein.
Bezugszeichenliste

1: Netzadaptervorrichtung
2: Gleichrichterstruktur
3: Ansteuervorrichtung
31: Leistungsstufe oder Schalt-DC/DC-Wandler-Schaltung mit einer Schalteinheit
32: Steuerungseinheit
4: Beleuchtungslast
5: Regelkreis mit positiver Rückkopplung
100: Beleuchtungsvorrichtung

Claims

Ansteuervorrichtung (3) für eine Beleuchtungsvorrichtung (100), die zwischen eine Beleuchtungslast (4) und eine Netzadaptervorrichtung (1) für eine Stromversorgung geschaltet ist, wobei die Ansteuervorrichtung (3) eine Steuerungseinheit (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (32) dafür eingerichtet ist, die Impedanz der Ansteuervorrichtung (3) gemäß dem gemessenen elektrischen Ausgangssignal von der Beleuchtungslast (4) einzustellen, um die Ausgangsspannung der Netzadaptervorrichtung (1) entsprechend einzustellen und um dadurch das elektrische Ausgangssignal für die Beleuchtungslast (4) einzustellen.
Ansteuervorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (3) ferner einen Schalt-DC/DC-Wandler (31) aufweist, der eine Schalteinheit enthält, wobei die Steuerungseinheit (32) die Impedanz der Ansteuervorrichtung (3) mittels Einstellen der Leitungszeit der Schalteinheit einstellt.
Ansteuervorrichtung (3) nach Anspruch, 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter-DC/DC-Wandler (31) der Ansteuerschaltung (3) als Nebenschlussregler eingerichtet ist, welcher mit der Beleuchtungslast (4) parallel verbunden ist.
Ansteuervorrichtung (3) nach Anspruch, 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (32) die Leitungszeit der Schalteinheit erhöht, um das elektrische Ausgangssignal für die Beleuchtungslast (4) zu reduzieren und wobei die Steuerungseinheit (32) die Leitungszeit der Schalteinheit verringert, um das elektrische Ausgangssignal für die Beleichtungslast (4) zu erhöhen.
Ansteuervorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (3) in einem Modus einer kritischen Leitung betrieben wird.
Ansteuervorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalt-DC/DC-Wandler (31), der die Schalteinheit enthält, als eine Boost-Schaltung ausgestaltet ist.
Ansteuervorrichtung (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der die Schalteinheit enthaltende Schalt-DC/DC-Wandler (31) als Boost-Schaltung konfiguriert ist.
Beleuchtungsvorrichtung (100), ferner umfassend eine LED-Beleuchtungslast (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (100) die Ansteuervorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Leuchtsystem, ferner umfassend eine Netzadaptervorrichtung zwischen einer Stromversorgung und der Beleuchtungsvorrichtung (100), dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtsystem eine Beleuchtungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8 aufweist, und dadurch gekennzeichnet, dass die Netzadaptervorrichtung als ein EVG elektronisches Vorschaltgerät konfiguriert ist, wobei das EVG elektronische Vorschaltgerät der Impedanz der Ansteuervorrichtung (3) folgt, indem dessen Ausgangsspannung als Antwort auf die Leitungszeit der Schalteinheit variiert wird.
Leuchtsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (32) derart konfiguriert ist, dass die Netzadaptervorrichtung die Ausgangsspannung erhöht, wenn das gemessene elektrische Ausgangssignal von der Beleuchtungslast (4) niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und die Steuerungseinheit (32) derart konfiguriert ist, dass die Netzadaptervorrichtung die Ausgangsspannung verringert, wenn das gemessene elektrische Ausgangssignal von der Beleuchtungslast (4) höher als der vorbestimmte Wert ist.
Leuchtsystem nach Anspruch 10, umfassend ein EVG, welches als Netzadaptervorrichtung eingerichtet ist, welche hochfrequente Wechselströme und -spannungen mit konstanten Effektivwerten abgibt und welche einen ersten Ausgangsstrom entsprechend einer ersten Ausgangsspannung und einen zweiten Ausgangsstrom entsprechend einer zweiten Ausgangsspannung, welche geringer als die erste Ausgangsspannung ist, liefert, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem zweiten und dem ersten Ausgangsstrom kleiner ist als das Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsspannung.
Leuchtsystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Vorschaltgerät EVG ein hochfrequentes elektrisches Wechselstromsignal mit einem konstanten Effektivstromwert abgibt.
Leuchtsystem nach einem der Ansprüche 9–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltfrequenz der Ansteuervorrichtung (3) nicht mit der Schaltfrequenz des als Netzadaptervorrichtung eingerichteten EVG übereinstimmt.
Leuchtsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltfrequenz der Ansteuervorrichtung (3) nicht mit der Schaltfrequenz des als Netzadaptervorrichtung dienenden ECG übereinstimmt.
Leuchtsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Schaltfrequenz der Ansteuervorrichtung (3) und der Schaltfrequenz des als Netzadaptervorrichtung eingerichteten EVG das Verhältnis zwischen zwei zwei- oder dreistelligen Primfaktoren aufweist.
Leuchtsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Schaltfrequenz der Ansteuervorrichtung (3) und der Schaltfrequenz des als Netzadaptervorrichtung eingerichteten EVG eine irrationale Zahl aufweist.
Leuchtsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltfrequenz der Ansteuervorrichtung (3) im Zeitablauf mehr als ±5 % ihres Mittelwertes durchläuft.
Leuchtsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltfrequenz des als Netzadaptervorrichtung eingerichteten EVG im Zeitablauf mehr als ±5 % ihres Mittelwertes durchläuft.
Verfahren zum Steuern des Leuchtsystems nach einem der Ansprüche 9–18, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Steuerungseinheit (32) der Ansteuervorrichtung (3) ein elektrisches Ausgangssignal von Beleuchtungslast (4) detektiert; b) die Steuerungseinheit (32) eine Leitungszeit einer Schalteinheit der Ansteuervorrichtung (3) gemäß dem detektierten elektrischen Ausgangssignal einstellt; c) die Steuerungseinheit (32) ansprechend auf eine Variation der Leitungszeit der Schalteinheit (31) eine Ausgangsspannung der Netzadaptervorrichtung (1) für die Stromversorgung einstellt; und d) die Ausgangsspannung der Netzadaptervorrichtung (1) eingestellt wird, so dass sie sich mit dem vorbestimmten Bereich des gemessenen elektrischen Ausgangssignals von der Beleuchtungslast (4) deckt.