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DE202008013397U1 - Driver circuit for a semiconductor light source (LED) - Google Patents

Driver circuit for a semiconductor light source (LED) Download PDF

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DE202008013397U1 DE202008013397U DE202008013397U DE202008013397U1 DE 202008013397 U1 DE202008013397 U1 DE 202008013397U1 DE 202008013397 U DE202008013397 U DE 202008013397U DE 202008013397 U DE202008013397 U DE 202008013397U DE 202008013397 U1 DE202008013397 U1 DE 202008013397U1
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Abstract

Treiberschaltung (2) für eine Halbleiterlichtquelle (LED) enthaltend einen Schaltregler (3) mit
(a) einer Diode (D),
(b) einer Induktivität (L),
(c) einem getakteten Schalter (S) und
(d) einem Steuerschaltungsteil für den getakteten Schalter (S),
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Schaltregler (3) ein Leistungsfaktor-Regler (PFC) vorgeschaltet ist, welcher so dimensioniert ist, dass die Treiberschaltung (2) mit angeschlossener Halbleiterlichtquelle (LED) für eine vorgeschaltete Spannungsversorgung, insbesondere eine Niederspannungs-Quelle (5) oder eine Netz-Wechselspannung, als Ohm'sche Last erscheint.Driver circuit (2) for a semiconductor light source (LED) comprising a switching regulator (3) with
(a) a diode (D),
(b) an inductance (L),
(c) a clocked switch (S) and
(d) a control circuit part for the clocked switch (S),
characterized,
in that the switching regulator (3) is preceded by a power factor regulator (PFC) which is dimensioned such that the driver circuit (2) with connected semiconductor light source (LED) for an upstream power supply, in particular a low-voltage source (5) or a network AC voltage, appears as ohmic load.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung für eine Halbleiterlichtquelle enthaltend einen Schaltregler mit

  • (a) einer Diode,
  • (b) einer Induktivität,
  • (c) einem getakteten Schalter und
  • (d) einem Steuerschaltungsteil für den getakteten Schalter.
The invention relates to a driver circuit for a semiconductor light source comprising a switching regulator
  • (a) a diode,
  • (b) an inductance,
  • (c) a clocked switch and
  • (d) a control circuit part for the clocked switch.

Seit Bekanntwerden der LED's ist man bemüht, mit diesen die bisher verwendeten Halogenleuchtmittel zu ersetzen. LED's haben gegenüber den Halogen-Leuchtmitteln zwei wichtige Vorteile, nämliche die längere Lebensdauer und ein geringerer Energieverbrauch.since Becoming aware of the LED's is an effort, with these the to replace previously used halogen bulbs. LED's have compared to the halogen bulbs two important advantages, the same the longer life and lower energy consumption.

Nach der EP 1 147 686 B1 ist bereits eine Treiberschaltung für eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere einer solchen, die von LEDs gebildet ist, bekannt, welche einen Schaltregler in Form eines Sperrwandlers enthält. Der bekannten Treiberschaltung liegt die Aufgabe zugrunde, den bisher üblichen komplexen Aufbau zu vermeiden.After EP 1 147 686 B1 is already a driver circuit for a semiconductor light source, in particular one which is formed by LEDs, known, which contains a switching regulator in the form of a flyback converter. The known driver circuit is based on the object to avoid the usual complex structure.

Es sind weiterhin andere Halogenersatz-Leuchtmittel mit LEDs bekannt, die als Schaltregler einen Tiefsetsteller (Buck-Konverter) enthalten.It continue to be known other halogen replacement bulbs with LEDs, which contain as a switching regulator a Tiefsetsteller (Buck converter).

Zum Betrieb der bekannten Halogenersatz-Leuchtmittel mit LED muss eine Niedervolt-Wechselspannung, beispielsweise in Höhe von 12 Volt zur Verfügung gestellt werden. Dafür bietet sich die Verwendung eines vom Wechselstromnetz gespeisten elektronischen Trafos an. Insbesondere Tiefsetsteller stellen jedoch für elektronische Trafos wegen des notwendigen Stützkondensators eine kapazitive Last dar, die zur Folge haben kann, dass der elektronische Trafo kurzzeitig hohen Strom aus dem Netz zieht. Da die meisten elektronischen Trafos nicht für kapazitive Lasten ausgelegt sind, führt dies zu unkontrollierten hochfrequenten Störungen im Netz.To the Operation of the well-known halogen replacement bulbs with LED must have one Low-voltage AC, for example, at the rate of 12 Volts are provided. That's what we offer the use of a powered by the AC mains electronic Transformers. In particular, Tiefsetsteller represent for electronic transformers because of the necessary backup capacitor a capacitive load that may cause the electronic Transformer briefly draws high current from the grid. Because most electronic transformers not designed for capacitive loads This leads to uncontrolled high-frequency interference in the web.

Ausgehend von der eingangs genannten Treiberschaltung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so zu gestalten, dass der zuletzt beschriebene Nachteil vermieden wird.outgoing from the driver circuit mentioned above is the invention the task is to make them so that the last described Disadvantage is avoided.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Schaltregler ein Leistungsfaktor-Regler (PFC) vorgeschaltet ist, welcher so dimensioniert ist, dass die Treiberschaltung mit angeschlossener Halbleiterlichtquelle für eine vorgeschaltete Spannungsversorgung, insbesondere eine Niederspannungs-Quelle oder eine Netz-Wechselspannung, als Ohm'sche Last erscheint.The The object is achieved according to the invention that the switching regulator is preceded by a power factor controller (PFC) which is dimensioned so that the driver circuit with connected semiconductor light source for an upstream Voltage supply, in particular a low-voltage source or a mains AC voltage appears as an ohmic load.

Leistungsfaktor-Regler sind bekannt und beispielsweise in der GB 1 352 464 B1 und US 6,469,917 B1 beschrieben. Sie bestehen normalerweise aus einem Brückengleichrichter und einem diesem nachgeschalteten Schaltregler in Form eines Hochsetzstellers (Boost Konverter). Der getaktete Schalter des Hochsetzstellers wird normalerweise so gesteuert, dass der Leistungsfaktor-Regler der vorgeschalteten Wechselspannungsquelle einen hochfrequenten Eingangsstrom entnimmt, dessen Einhüllende einen Halbsinus von 100 Hz bildet. Dadurch ist auch der Mittelwert des Eingangsstromes halbsinusförmig und hat eine Frequenz von 100 Hz. Ein solcher Eingangsstrom verursacht nur geringe Oberwellen und erfüllt damit die geforderten Normen zur Begrenzung von unkontrollierten Störungen.Power factor regulators are known and, for example, in the GB 1 352 464 B1 and US 6,469,917 B1 described. They usually consist of a bridge rectifier and a downstream switching regulator in the form of a boost converter (boost converter). The clocked switch of the boost converter is normally controlled so that the power factor regulator of the upstream AC source draws a high frequency input current whose envelope forms a half sine of 100 Hz. As a result, the average value of the input current is also semi-sinusoidal and has a frequency of 100 Hz. Such an input current causes only slight harmonics and thus meets the required standards for limiting uncontrolled interference.

Mit der erfindungsgemäßen Treiberschaltung ist es möglich, LED's enthaltende Halogenersatzleuchtmittel durch an das Wechselspannungsnetz angeschlossene elektronische Trafos mit den notwendigen 12 Volt Wechselspannung zu versorgen.With it is the driver circuit according to the invention possible, LED's containing halogen replacement by to the AC mains connected electronic transformers with the necessary 12 volts AC supply.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Treiberschaltung kann darin bestehen, dass der Schaltregler ein invertierender Wandler (Buck-Konverter) oder ein SEPIC oder ein vorzugsweise im sog. kritischen Modus („Borderline Mode”) betriebener Abwärtswandler ist. Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Treiberschaltung kann darin bestehen, dass der Leistungsfaktor-Regler (PFC) in den Schaltregler integriert ist, wobei der getaktete Schalter dem Leistungsfaktor-Regler (PFC) und dem Schaltregler gemeinsam ist.A expedient development of the invention Driver circuit may be that the switching regulator a inverting converter (buck converter) or a SEPIC or a preferably in the so-called. Borderline Mode operated Down converter is. Another embodiment of the invention Driver circuit may be that the power factor regulator (PFC) is integrated into the switching regulator, with the clocked switch the power factor controller (PFC) and the switching regulator together is.

Eine andere Weiterbildung kann darin bestehen, dass dem Schaltregler ein an das Wechselstrom-Netz anzuschließender elektronischer Trafo vorgeschaltet ist, mit dem die Netzspannung soweit reduziert wird, dass der für die Treiberschaltung eine Niederspannungs-Quelle bildet.A Another development may be that the switching regulator a to be connected to the AC mains electronic Transformer is connected upstream, with which the mains voltage is reduced so far is that for the driver circuit, a low-voltage source forms.

Die Taktfrequenz für den getakteten Schalter des Leistungsfaktor-Reglers (PFC) sollte möglichst 50 Hz bzw. 60 Hz sein, so dass sich der oben erwähnte Halbsinus für den Eingangsstrom ausbilden kann.The Clock frequency for the clocked switch of the power factor controller (PFC) should be possible 50 Hz or 60 Hz, so that the above-mentioned half sine for the input current can train.

Eine andere Weiterbildung kann darin bestehen, dass die Treiberschaltung in einem Sockel für die LED/LEDs gemeinsam mit dieser/diesen untergebracht ist.A Another development may be that the driver circuit in a socket for the LED / LEDs together with this / these is housed.

Die Erfindung betrifft ferner ein Halogenersatz-Leuchtmittel, das gekennzeichnet ist durch eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine solche, die von einer oder mehreren LEDs gebildet ist und eine Treiberschaltung der vorstehend beanspruchten Art.The The invention further relates to a halogen replacement lamp which is characterized is by a semiconductor light source, in particular such, which is formed by one or more LEDs and a driver circuit the type claimed above.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.embodiments The invention will be described below with reference to the drawing.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine erste Ausführungsform eines Halogenersatz-Leuchtmittels mit einer ersten Ausführungsform für eine Treiberschaltung; und 1 a first embodiment of a halogen replacement lamp with a first embodiment for a driver circuit; and

2 eine zweite Ausführungsform für ein Halogenersatz-Leuchtmittel mit einer zweiten Ausführungsform der entsprechenden Treiberschaltung. 2 a second embodiment of a halogen replacement lamp with a second embodiment of the corresponding driver circuit.

1 zeigt das Halogenersatz-Leuchtmittel 1, dessen Leuchtmittel bspw. eine LED oder eine LED-Anordnung mit mehreren LEDs ist. Der LED ist eine Treiberschaltung 2 vorgeschaltet. Diese enthält einen Schaltregler 3 in Form eines Tiefsetzstellers (Buck-Konverter). Dem Tiefsetzsteller ist ein aktiver (getakteter) Leistungsfaktor-Regler (Power Factor Correction) 4 vorgeschaltet, der aus einer ihm zugeführten 12 Volt Niedervolt-Spannung eine entsprechende Gleichspannung erzeugt, mit der der Schaltregler 3 betrieben wird. 1 shows the halogen replacement bulb 1 whose illuminant is, for example, an LED or an LED arrangement with a plurality of LEDs. The LED is a driver circuit 2 upstream. This contains a switching regulator 3 in the form of a buck converter (buck converter). The buck converter is an active (clocked) power factor regulator (Power Factor Correction) 4 upstream, which generates a corresponding DC voltage from a supplied 12 volt low-voltage voltage, with the switching regulator 3 is operated.

Der aktive PFC ist ein Wandler, der einen üblicherweise einen Kondensator auflädt und der eine Serienschaltung einer Induktivität und einer Diode sowie einen von einer Steuerschaltung (vorzugsweise integriert wie bspw. ein ASIC) getakteten Schalter (FET) aufweist.Of the active PFC is a converter that usually has a Capacitor charges and a series connection of a Inductance and a diode and one of a control circuit (preferably integrated such as an ASIC) clocked switch (FET) having.

Die erwähnten 12 Volt Niedervolt-Wechselspannung werden von einem elektronischen Trafo 5 erzeugt, welcher seinerseits an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Ohne den Leistungsfaktor-Regler (PFC) 4 würde der den Schaltregler 3 bildende Tiefsetsteller (Buck-Konverter) eine kapazitive Last für den elektronischen Trafo 5 bilden, die dazu führen kann, dass der elektronische Trafo 5 kurzzeitig hohen Strom aus dem Netz zieht. Dadurch würden in das Netz hochfrequente Störungen eingestreut werden, was nicht zulässig ist. Der Leistungsfaktor-Regler (PFC) 4 verhindert dies und sorgt dafür, dass der Mittelwert des Eingangsstromes der Treiberschaltung 2 halbsinusförmig mit einer Frequenz von 100 Hz ist. Dadurch werden in das Netz eingestreute Oberwellen weitgehend vermieden.The mentioned 12 volt low voltage AC voltage are from an electronic transformer 5 generated, which in turn is connected to the AC mains. Without the power factor regulator (PFC) 4 that would be the switching regulator 3 forming buck converter (Buck converter) a capacitive load for the electronic transformer 5 form, which can lead to the electronic transformer 5 briefly draws high current from the grid. This would be interspersed in the network high-frequency interference, which is not allowed. The power factor regulator (PFC) 4 prevents this and ensures that the mean value of the input current of the driver circuit 2 semi-sinusoidal having a frequency of 100 Hz. As a result, scattered in the network harmonics are largely avoided.

In 2 ist die Treiberschaltung 2 des Halogenersatz-Leuchtmittels 1 etwas konkreter dargestellt. Als Lichtquelle sind hier mehrere LEDs vorgesehen. Die Treiberschaltung 2 wird wiederum, wie in 1, von einem elektronischen Trafo 5 mit einer Niedervolt-Wechselspannung von 12 Volt betrieben. Die Niedervolt-Wechselspannung wird durch einen Gleichrichter 6 gleichgerichtet. Zur Vermeidung von Störungen ist dem Gleichrichter 6 noch ein Hochfrequenzfilter 7 vorgeschaltet. Die von dem Gleichrichter 6 gleichgerichtete Wechselspannung wird durch einen Kondensator C1 zum Zwecke der Funkentstörung geglättet. An dem Kondensator C1 steht also eine pulsierende Gleichspannung an. Diese wird dem Schaltregler 3 zugeführt. Der Schaltregler 3 besteht in diesem Fall aus einem invertierenden Wandler (auch Tief-Hochsetsteller oder Buck-Boost-Konverter) genannt. Er enthält einen im Längszweig liegenden Serienschalter S, ferner eine in einem ersten Querzweig liegende Induktivität L, eine sich daran im Längszweig anschließende Diode D und schließlich einen in einem zweiten Querzweig liegenden zweiten zum Glätten bestimmten Kondensator C2. Das besondere ist hier, dass der zur Vermeidung von in das Netz eingestreuten Hochfrequenzstörungen dienende Leistungsfaktor-Regler (PFC) 4 in den Schaltregler 3 integriert ist, derart, dass der getaktete Schalter S dem invertierenden Wandler und dem Leistungsfaktor-Regler (PFC) 4 gemeinsam ist. Der Schalter wird mit einer Taktfrequenz von 50 Hz bzw. 60 Hz betrieben.In 2 is the driver circuit 2 of the halogen replacement bulb 1 presented in a more concrete way. As a light source here several LEDs are provided. The driver circuit 2 will turn, as in 1 , from an electronic transformer 5 operated with a low voltage AC voltage of 12 volts. The low voltage AC voltage is through a rectifier 6 rectified. To avoid interference is the rectifier 6 another high-frequency filter 7 upstream. The of the rectifier 6 rectified AC voltage is smoothed by a capacitor C1 for the purpose of radio interference suppression. Thus, a pulsating DC voltage is applied to the capacitor C1. This becomes the switching regulator 3 fed. The switching regulator 3 consists in this case of an inverting converter (also known as low-boost or buck-boost converter). It contains a serial switch S lying in the longitudinal branch, furthermore an inductance L lying in a first transverse branch, a diode D connected thereto in the longitudinal branch and finally a second capacitor C2 arranged for smoothing in a second transverse branch. The special feature here is that the power factor regulator (PFC) serving to avoid interspersed high frequency noise in the network 4 in the switching regulator 3 is integrated, such that the clocked switch S the inverting converter and the power factor controller (PFC) 4 is common. The switch is operated with a clock frequency of 50 Hz or 60 Hz.

Die Treiberschaltung 2 mit dem Schaltregler 3 für ein Halogenersatz-Leuchtmittel 1 kann so ausgebildet sein, dass auch ein Anschluß direkt an das Wechselstromnetz möglich ist. Für diesen Betrieb muß die Treiberschaltung 2 mit einer höheren Spannungsfestigkeit ausgelegt werden. In diesem Fall kann der Anwender wählen, ob das Halogenersatz-Leuchtmittel 1 an einen elektronischen Trafo 5 oder als Ersatz für ein Hochvolt-Halogenersatz-Leuchtmittel direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen werden soll.The driver circuit 2 with the switching regulator 3 for a halogen replacement bulb 1 can be designed so that a connection directly to the AC mains is possible. For this operation, the driver circuit must 2 be designed with a higher dielectric strength. In this case, the user can choose whether the halogen replacement bulb 1 to an electronic transformer 5 or as a replacement for a high-voltage halogen replacement bulb to be connected directly to the AC mains.

Die Schalter des PFCs sowie des Buck-Konverters werden von einer Steuerschaltung angesteuert. Dieser Steuerschaltung können zur Taktung verschiedene Messsignale zurückgeführt, wie bspw. der Verlauf oder der Nulldurchgang der Netz-Versorgungsspannung, die Ausgangsspannung des PFCs, der Strom durch eine Induktivität des PFCs, etc.The Switches of the PFC and the Buck converter are controlled by a control circuit driven. This control circuit can be used for clocking various measurement signals returned, such as. the course or zero crossing of the mains supply voltage, the output voltage of the PFCs, the current through an inductance the PFC, etc.

Das Halogenersatz-Leuchtmittel 1 kann so ausgebildet sein, dass alle darin enthaltenen Teile in einem gemeinsamen Sockel mit Glaskolben integriert sind.The halogen replacement bulb 1 can be designed so that all parts contained therein are integrated in a common base with glass piston.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • - US 6469917 B1 [0008] - US 6469917 B1 [0008]

Claims (8)

Treiberschaltung (2) für eine Halbleiterlichtquelle (LED) enthaltend einen Schaltregler (3) mit (a) einer Diode (D), (b) einer Induktivität (L), (c) einem getakteten Schalter (S) und (d) einem Steuerschaltungsteil für den getakteten Schalter (S), dadurch gekennzeichnet, dass dem Schaltregler (3) ein Leistungsfaktor-Regler (PFC) vorgeschaltet ist, welcher so dimensioniert ist, dass die Treiberschaltung (2) mit angeschlossener Halbleiterlichtquelle (LED) für eine vorgeschaltete Spannungsversorgung, insbesondere eine Niederspannungs-Quelle (5) oder eine Netz-Wechselspannung, als Ohm'sche Last erscheint.Driver circuit ( 2 ) for a semiconductor light source (LED) containing a switching regulator ( 3 ) with (a) a diode (D), (b) an inductance (L), (c) a clocked switch (S) and (d) a control circuit part for the clocked switch (S), characterized in that the switching regulator ( 3 ) is preceded by a power factor controller (PFC), which is dimensioned so that the driver circuit ( 2 ) with connected semiconductor light source (LED) for an upstream power supply, in particular a low-voltage source ( 5 ) or a mains AC voltage appears as an ohmic load. Treiberschaltung (2) nach einem der vorherstehenden dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltregler (3) ein invertierender Wandler (Buck-Boost-Konverter) oder ein SEPIC oder ein vorzugsweise im kritischen Modus (Borderline Mode) betriebener Abwärtswandler (Buck-Konverter) ist.Driver circuit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching regulator ( 3 ) is an inverting converter (buck-boost converter) or a SEPIC or a preferably in critical mode (Borderline Mode) operated down converter (Buck converter). Treiberschaltung (2) nach einem der vorherstehenden dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsfaktor-Regler (PFC) in den Schaltregler (3) integriert ist, wobei der getaktete Schalter (S) dem Leistungsfaktor-Regler (PFC) und dem Schaltregler (3) gemeinsam ist.Driver circuit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the power factor regulator (PFC) in the switching regulator ( 3 ), wherein the clocked switch (S) the power factor controller (PFC) and the switching regulator ( 3 ) is common. Treiberschaltung (2) nach einem der vorherstehenden dadurch gekennzeichnet, dass dem Schaltregler (3) ein an das Wechselstrom-Netz anzuschließender elektronischer Trafo (5) vorgeschaltet ist, mit dem die Netzspannung soweit reduziert wird, dass er für die Treiberschaltung (2) eine Niederspannungs-Quelle bildet.Driver circuit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching regulator ( 3 ) to be connected to the AC mains electronic transformer ( 5 ) is connected upstream, with which the mains voltage is reduced so far that he for the driver circuit ( 2 ) forms a low voltage source. Treiberschaltung (2) nach einem der vorherstehenden dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz für den getakteten Schalter (S) des Leistungsfaktor-Reglers (PFC) 50 Hz bzw. 60 Hz ist.Driver circuit ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the clock frequency for the clocked switch (S) of the power factor regulator (PFC) is 50 Hz or 60 Hz. Treiberschaltung (2) nach einem der vorherstehenden dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung in einem Sockel für die LED/LED's gemeinsam mit dieser/diesen untergebracht ist.Driver circuit ( 2 ) according to one of the preceding, characterized in that the driver circuit is housed in a socket for the LED / LED's together with this / these. Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere LEDs, aufweisend eine Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Operating device for light bulbs, in particular LEDs, comprising a driver circuit according to one of previous claims. Halogenersatz-Leuchte (1) gekennzeichnet durch eine Halbleiterlichtquelle (LED) und eine Treiberschaltung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Halogen replacement light ( 1 ) characterized by a semiconductor light source (LED) and a driver circuit ( 2 ) according to one of claims 1 to 6.
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