AT17968U1 - Betriebsschaltung für ein LED-Leuchtmittel - Google Patents

Abstract

Eine Betriebsschaltung (100) für ein LED-Leuchtmittel (250) umfasst eine Eingangs- stufe (120) zur Erzeugung einer Gleichspannung (Vdc) aus einer der Betriebsschaltung (100) zugeführten Netzspannung (Vn). Weiterhin umfasst die Betriebsschaltung eine Vielzahl von Abwärtswandlern (151, 152, 153, 154) zur Konvertierung der Gleichspannung (Vdc) in eine entsprechende Anzahl von Betriebssignalen (S1, S2, S3, S4). Wenigstens einer der Abwärtswandler (151, 152, 153, 154) ist konfigurierbar für einen Betrieb in entweder einem ersten Modus, in welchem das jeweilige Betriebssignal (S1, S2, S3, S4) mit geregeltem Strompegel erzeugt wird, oder einem zweiten Modus, in welchem das jeweilige Betriebssignal (S1, S2, S3, S4) mit geregeltem Spannungspegel erzeugt wird.

Description

Beschreibung

BETRIEBSSCHALTUNG FÜR EIN LED-LEUCHTMITTEL

TECHNISCHES GEBIET [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung für ein LED-Leuchtmittel.

HINTERGRUND

[0002] Zum Betrieb von auf Leuchtdioden (LED) basierenden Leuchtmitteln, nachfolgend als LED-Leuchtmittel bezeichnet, werden typischerweise Betriebsschaltungen verwendet, welche aus einer landestypischen Netzspannung, beispielweise eine Wechselspannung von 230V oder 120V, ein für den Betrieb der Leuchtdioden geeignetes Betriebssignal erzeugen. Dieses Betriebssignal kann beispielsweise mit einem konstanten Strompegel erzeugt werden. Alternativ kann das Betriebssignal auch mit einem konstanten Spannungspegel erzeugt werden.

[0003] Weiterhin sind auch Mehrkanal-Betriebsschaltungen bekannt, die parallel mehrere Betriebssignale zur Versorgung eines Mehrkanal-LED-Leuchtmittels erzeugen können. Uber jedes der Betriebssignale kann dann eine entsprechende LED-Anordnung aus einer oder mehreren Leuchtdioden versorgt werden. Beispielsweise kann die Mehrkanal-Betriebsschaltung zum Betrieb eines Mehrkanal-LED-Leuchtmittels verwendet werden, welches zwischen einer als Kaltweiß („cold white“) bezeichneten Farbcharakteristik und einer als Warmweiß („warm white“) bezeichneten Farbcharakteristik durchstimmbar ist. In diesem Fall kann ein erstes Betriebssignal zur Versorgung einer LED-Anordnung mit der Kaltweiß-Farbcharakteristik verwendet werden, während ein zweites Betriebssignal zur Versorgung einer LED-Anordnung mit der WarmweißFarbcharakteristik verwendet wird. Durch individuelles Dimmen der verschiedenen LED-Anordnungen kann somit eine gewünschte Gesamtfarbcharakteristik des Mehrkanal-LED-Leuchtmittels eingestellt werden. Weiterhin kann eine Mehrkanal-Betriebsschaltung zum Betrieb eines Mehrkanal-LED-Leuchtmittels verwendet werden, welches zwischen verschiedenen Lichtfarben durchstimmbar ist. In diesem Fall kann beispielsweise ein erstes Betriebssignal zur Versorgung einer LED-Anordnung mit roter (R) Farbcharakteristik verwendet werden, ein zweites Betriebssignal zur Versorgung einer LED-Anordnung mit grüner (G) Farbcharakteristik verwendet werden und ein drittes Betriebssignal zur Versorgung einer LED-Anordnung mit blauer (B) Farbcharakteristik verwendet werden. Die verschiedenen LED-Anordnungen können somit zur Bereitstellung von individuell über das jeweilige Betriebssignal steuerbaren RGB-Farbkanälen genutzt werden. Durch Mischen der RGB-Farbkanäle kann dann eine gewünschte Lichtfarbe des Mehrkanal-LEDLeuchtmittels eingestellt werden.

[0004] Bekannte Mehrkanal-Betriebsschaltungen sind jedoch häufig auf ein bestimmtes Anwendungsszenario, z.B. Betrieb eines zwischen Warmweiß und Kaltweiß durchstimmbaren Mehrkanal-LED-Leuchtmittels, und bestimmte Arten von LED-Anordnungen zugeschnitten. Dies bedeutet wiederum einen hohen Aufwand zur Entwicklung und Bereitstellung einer Vielzahl unterschiedlicher Mehrkanal-Betriebsschaltungen, um verschiedene Anwendungsszenarien und Arten LED-Anordnungen zu unterstützen.

[0005] Es besteht somit ein Bedarf für Technologien, durch welche auf flexible Art und Weise verschiedene Arten von Mehrkanal-LED-Leuchtmitteln und Anwendungsszenarien solcher Mehrkanal-LED-Leuchtmittel unterstützt werden können.

ZUSAMMENFASSUNG

[0006] Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Betriebsschaltung für ein LED-Leuchtmittel gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 10 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.

[0007] Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Betriebsschaltung für ein LED-Leuchtmittel somit eine Eingangsstufe zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer der Betriebs-

schaltung zugeführten Netzspannung. Weiterhin umfasst die Betriebsschaltung eine Vielzahl von Abwärtswandlern zur Konvertierung der Gleichspannung in eine entsprechende Anzahl von Betriebssignalen. Wenigstens einer der Abwärtswandler ist konfigurierbar für einen Betrieb in entweder einem ersten Modus, in welchem das jeweilige Betriebssignal mit geregeltem Strompegel erzeugt wird, oder einem zweiten Modus, in welchem das jeweilige Betriebssignal mit geregeltem Spannungspegel erzeugt wird. Insbesondere kann jeder der Abwärtswandler konfigurierbar sein für einen Betrieb in entweder dem ersten Modus, in welchem das jeweilige Betriebssignal mit geregeltem Strompegel erzeugt wird, oder dem zweiten Modus, in welchem das jeweilige Betriebssignal mit geregeltem Spannungspegel erzeugt wird. Auf diese Weise kann die Betriebsschaltung sowohl an Arten von LED-Anordnungen angepasst werden, welche ein Betriebssignal mit konstantem Strompegel erfordern, als auch an Arten von LED-Anordnungen angepasst werden, welche ein Betriebssignal mit konstantem Spannungspegel erfordern.

[0008] Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Abwärtswandler dazu ausgestaltet, eines der Betriebssignale zum Betrieb einer LED-Anordnung mit einer ersten Farbcharakteristik zur erzeugen, und ein weiteres der Betriebssignale zum Betrieb einer weiteren LED-Anordnung mit einer von der ersten Farbcharakteristik abweichenden weiteren Farbcharakteristik zu erzeugen. Bei diesen Farbcharakteristiken kann es sich beispielsweise um eine Kaltweiß-Farbcharakteristik und eine Warmweiß-Farbcharakteristik handeln. Weiterhin kann es sich bei diesen Farbcharakteristiken um verschiedene RGB-Farbkanäle handeln. Die Betriebsschaltung kann somit verschiedene Arten und Anwendungen von Mehrkanal-LED-Leuchtmitteln unterstützen.

[0009] Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Betriebsschaltung eine Steuerung, welche dazu ausgestaltet ist, die Abwärtswandler derart anzusteuern, dass ein Wechsel zwischen der ersten Farbcharakteristik und der wenigstens einen weiteren Farbcharakteristik erfolgt.

[0010] Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist wenigstens einer der Abwärtswandler dazu ausgestaltet, das jeweilige Betriebssignal derart zu erzeugen, dass eine mit dem Betriebssignal betriebene LED-Anordnung dimmbar ist. Hierbei kann der Abwärtswandler dazu ausgestaltet sein, in dem ersten Modus die LED-Anordnung durch Regelung des Strompegels des Betriebssignals zu dimmen. Weiterhin kann der Abwärtswandler dazu ausgestaltet sein, in dem zweiten Modus die LED-Anordnung durch Pulsweitenmodulation des Betriebssignals zu dimmen. Die Pulsweitenmodulation kann hierbei auf einer Frequenz basieren, welche geringer ist als eine Schaltfrequenz des Abwärtswandlers.

[0011] Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Abwärtswandler konfigurierbar, wenigstens eines der Betriebssignale zum Betrieb einer anderen elektrischen Last als eine LED-Anordnung zu erzeugen. Die andere elektrische Last kann einen Elektromotor umfassen. Beispielsweise kann es sich bei der anderen elektrischen Last um einen Lüfter zur Kühlung des LED-Leuchtmittels oder um einen Elektromotor zur Bewegung eines LED-Leuchtmittels oder von Teilen eines LED-Leuchtmittels handeln.

[0012] Die oben beschriebene Betriebsschaltung kann in einem Verfahren zum Betreiben eines LED-Leuchtmittels verwendet werden, welches beinhaltet, dass wenigstens einer der Abwärtswandler in dem ersten Modus konfiguriert wird und wenigstens eines der Abwärtswandler in dem zweiten Modus konfiguriert wird. Das Verfahren kann beinhalten, dass wenigstens einer der Abwärtswandler in dem ersten Modus arbeitet, während gleichzeitig wenigstens ein weiterer der Abwärtswandler in dem zweiten Modus arbeitet. Weiterhin kann wenigstens einer der Abwärtswandler zunächst in dem ersten Modus arbeiten und anschließend, nach einer Umkonfiguration, in dem zweiten Modus arbeiten. Ebenso kann wenigstens einer der Abwärtswandler zunächst in dem zweiten Modus arbeiten und anschließend, nach einer Umkonfiguration, in dem ersten Modus arbeiten. Die Betriebsschaltung kann somit flexibel an verschiedene Anwendungsszenarien angepasst werden.

[0013] Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend detaillierter beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0014] Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

[0015] In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird.

[0016] Figur 1A veranschaulicht schematisch eine Betriebsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

[0017] Figur 1B veranschaulicht schematisch ein weiteres Anwendungsszenario der Betriebsschaltung.

[0018] Figur 2A veranschaulicht ein Beispiel für einen Abwärtswandler der Betriebsschaltung.

[0019] Figur 2B veranschaulicht ein weiteres Beispiel für einen Abwärtswandler der Betriebsschaltung.

[0020] Figur 3A und 3B zeigen beispielhafte Signalverläufe bei einem Dimmbetrieb des Abwärtswandlers.

[0021] Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betrieb eines LED-Leuchtmittels mit der Betriebsschaltung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

[0022] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

[0023] Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Betriebsschaltungen für LED-Leuchtmittel, insbesondere Mehrkanal-LED-Leuchtmittel.

[0024] Figur 1A zeigt eine Betriebsschaltung 100, welche ein Mehrkanal-LED-Leuchtmittel 200 versorgt. Die Betriebsschaltung 100 verfügt über Eingänge 111, 112 zur Aufnahme einer Netzspannung Vn. Bei der Netzspannung Vn handelt es sich um eine Wechselspannung, z.B. mit einem landestypischen Effektivwert von 230V oder 120V. Weiterhin verfügt die Versorgungsschaltung 100 über eine Eingangsstufe 120. Die Eingangsstufe erzeugt aus der Netzspannung Vn eine Gleichspannung Vdc. Die von der Eingangsstufe 120 erzeugte Gleichspannung Vdc weist einen Spannungspegel auf, welcher niedriger als der Effektivwert der Netzspannung Vn ist. Beispielsweise kann die Gleichspannung Vde mit einem Spannungspegel von etwa 60V erzeugt werden. Hierzu kann in der Eingangsstufe 120 eine Kombination aus einem Aufwärtswandler und einem Halbrückenwandler. Alternativ kann die Gleichspannung Vdc auch mit einem Spannungspegel erzeugt werden, der über dem Effektivwert der Netzspannung liegt, z.B. über einen Aufwärtswandler der Eingangsstufe 120.

[0025] Bei dem dargestellten Beispiel erzeugt die Eingangsstufe 120 weiterhin eine Hilfsspannung Va, bei welcher es sich im dargestellten Beispiel um eine Gleichspannung von 12V handelt, die zur Versorgung einer Steuerung 140 der Betriebsschaltung 100 genutzt wird. Es versteht sich hierbei jedoch, dass auch andere Spannungspegel der Hilfsspannung Va oder mehrere Hilfsspannungen mit unterschiedlichen Spannungspegeln genutzt werden könnten.

[0026] Die Betriebsschaltung 100 verfügt weiterhin über mehrere Abwärtswandler 151, 152, 153,154, welche aus der Gleichspannung Vdc jeweils ein entsprechendes Betriebssignal S1, S2, S3, S4 für das LED-Leuchtmittel 200 erzeugen. Insbesondere erzeugt der erste Abwärtswandler 151 ein erstes Betriebssignal S1, der zweite Abwärtswandler 152 ein zweites Betriebssignal S2,

der dritte Abwärtswandler 153 ein drittes Betriebssignal S3 und der vierte Abwärtswandler 154 ein viertes Betriebssignal S4. Die verschiedenen Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 dienen somit der Bereitstellung mehrerer Ausgangskanäle der Betriebsschaltung 100.

[0027] Bei dem LED-Leuchtmittel 200 wird eine erste LED-Anordnung 210 mit dem ersten Betriebssignal S1 versorgt, während eine zweite LED-Anordnung 220 mit dem zweiten Betriebssignal S2 versorgt wird, eine dritte LED-Anordnung 230 mit dem dritten Betriebssignal S3 versorgt wird und eine vierte LED-Anordnung 240 mit dem vierten Betriebssignal S4 versorgt wird. Die LED-Anordnungen 210, 220, 230, 240 können voneinander abweichend aufgebaut sein und beispielsweise unterschiedliche Farbcharakteristiken aufweisen. So könnten beispielsweise die LED-Anordnungen 210 und 230 eine Kaltweiß-Farbcharakteristik aufweisen, während die LEDAnordnungen 220 und 240 eine Warmweiß-Farbcharakteristik aufweisen. Weiterhin können die LED-Anordnungen 210, 220, 230, 240 jeweils aus unterschiedlichen Anzahlen von Leuchtdioden aufgebaut sein, welche z.B. in einem Strang in Serie geschaltet sein können. Es sind jedoch auch komplexere Schaltungsanordnungen mit einer oder mehreren Leuchtdioden möglich. In manchen Fällen kann eine LED-Anordnung 210, 220, 230, 240 auch auf lediglich einer einzigen Leuchtdiode basieren.

[0028] Entsprechend den möglichen unterschiedlichen Arten der verwendeten LED-Anordnungen 210, 220, 230, 240, bestehen auch unterschiedliche Anforderungen bezüglich der verwendeten Betriebssignale S1, S2, S3, S4. So könnte beispielsweise für die LED-Anordnungen 210 und 220 ein Betrieb mit einem konstanten Strompegel vorgesehen sein, während für die LEDAnordnungen 230 und 240 ein Betrieb mit einem konstanten Spannungspegel vorgesehen ist. Um diese unterschiedlichen Anforderungen bezüglich der Betriebssignale S1, S2, S3, S4 zu unterstützen, sind die Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 konfigurierbar durch Auswahl entweder eines ersten Betriebsmodus oder eines zweiten Betriebsmodus. In dem ersten Betriebsmodus regelt der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 den Strompegel des von ihm erzeugten Betriebssignals S1, S2, S3, S4, z.B. auf einen Wert im Bereich von 1mA bis 20mA. Der erste Betriebsmodus wird daher nachfolgend auch als Konstantstrommodus bezeichnet. In dem zweiten Betriebsmodus regelt der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 den Spannungspegel des von ihm erzeugten Betriebssignals S1, S2, S3, S4, z.B. auf einen Wert im Bereich von 10V bis 30V. Der zweite Betriebsmodus wird daher nachfolgend auch als Konstantspannungsmodus bezeichnet. Die Auswahl des Betriebsmodus kann über die Steuerung 140 individuell für den jeweiligen Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 erfolgen. Entsprechende Steuersignale sind in Figur 1A durch gestrichelte Linien veranschaulicht. Die Konfiguration der Betriebsmodi der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 kann über der Steuerung 140 zugeführte Konfigurationseingaben erfolgen, welche in Figur 1A durch ein Konfigurationssignal C1 veranschaulicht sind. Entsprechend dem oben genannten Beispiel bezüglich der Anforderungen der LED-Anordnungen 210, 220, 230, 240 an ihr jeweiliges Betriebssignal S1, S2, S3, S4, könnte bei dem Anwendungsszenario von Figur 1A für die Abwärtswandler 151 und 152 der erste Betriebsmodus gewählt werden, während für die Abwärtswandler 153 und 154 der zweite Betriebsmodus gewählt wird.

[0029] Weiterhin unterstützt die Betriebsschaltung 100 eine individuelle Dimmfunktion für jedes der Betriebssignale S1, S2, S3, S4. Mittels der Dimmfunktionen kann der Beitrag der einzelnen LED-Anordnungen 210, 220, 230, 240 zu dem von dem LED-Leuchtmittel 200 erzeugten Licht eingestellt werden. Auf diese Weise kann eine Farbcharakteristik des erzeugten Lichts zwischen den Farbcharakteristiken der verschiedenen LED-Anordnungen 210, 220, 230, 240 variiert werden, z.B. zwischen Kaltweiß und Warmweiß. Diese Einstellung kann über der Steuerung 140 zugeführte Steuereingaben erfolgen, welche in Figur 1A durch ein Steuersignal C2 veranschaulicht sind.

[0030] Figur 1B veranschaulicht ein weiteres Anwendungsszenario der Betriebsschaltung 100. Bei dem Anwendungsszenario von Figur 1B versorgt die Betriebsschaltung 100 ein MehrkanalLED-Leuchtmittel 250, welches über eine erste LED-Anordnung 260, eine zweite LED-Anordnung 270, eine dritte LED-Anordnung 280 und einen Lüfter 290 verfügt. Bei dem LED-Leuchtmittel 250 wird die erste LED-Anordnung 260 mit dem ersten Betriebssignal S1 versorgt, während die zweite LED-Anordnung 270 mit dem zweiten Betriebssignal S2 versorgt wird und die dritte LED-Anord-

nung 280 mit dem dritten Betriebssignal S3 versorgt wird. Der Lüfter 290 wird mit dem vierten Betriebssignal S4 versorgt. Auch in diesem Fall können die LED-Anordnungen 260, 270, 280 voneinander abweichend aufgebaut sein und beispielsweise unterschiedliche Farbcharakteristiken aufweisen. Speziell kann beispielsweise die erste LED-Anordnung 260 eine rote (R) FarbCharakteristik aufweisen, die zweite LED-Anordnung 270 eine grüne (G) Farbcharakteristik aufweisen und die dritte LED-Anordnung 280 eine blaue (B) Farbcharakteristik aufweisen. Uber die Betriebssignale S1, S2, S3 werden somit RGB-Farbkanäle des LED-Leuchtmittels 250 angesteuert, welche den die LED-Anordnungen 260, 270, 280 entsprechen.

[0031] Auch bei dem Anwendungsszenario von Figur 1B können die LED-Anordnungen 260, 270, 280 jeweils aus unterschiedlichen Anzahlen von Leuchtdioden aufgebaut sein, welche z.B. in einem Strang in Serie geschaltet sein können oder auch in komplexeren Schaltungsanordnungen verschaltet sein können. In manchen Fällen kann eine LED-Anordnung 260, 270, 280 auch auf lediglich einer einzigen Leuchtdiode basieren. Bei dem in Figur 1B dargestellten Anwendungsszenario kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die LED-Anordnungen 260, 270, 280 mit einem konstanten Strompegel betrieben werden, wohingegen der Lüfter 290 mit einem konstanten Spannungspegel betrieben wird. Dementsprechend könnte bei dem Anwendungsszenario von Figur 1B für die Abwärtswandler 151, 152 und 153 der erste Betriebsmodus gewählt werden, während für den Abwärtswandler 154 der zweite Betriebsmodus gewählt wird.

[0032] Bei dem Anwendungsszenario von Figur 1B kann über die individuelle Dimmfunktion für die Betriebssignale S1, S2, S3 der Beitrag der einzelnen LED-Anordnungen 260, 270, 280 zu dem von dem LED-Leuchtmittel 250 erzeugten Licht eingestellt werden. Auf diese Weise kann eine Farbcharakteristik des erzeugten Lichts im RGB-Farbraum variiert werden. Weiterhin kann über die Dimmfunktion für das Betriebssignal S4 eine Drehzahl des Lüfters 290 reguliert werden. Diese Einstellungen können über die durch das Steuersignal C2 veranschaulichten Steuereingaben erfolgen.

[0033] Es versteht sich, dass über die in Figur 1A und 1B dargestellten Anwendungsszenarien hinaus vielfältige weitere Anwendungsszenarien möglich sind. So könnte beispielsweise bei Modifikationen des Anwendungsszenarios von Figur 1A für alle LED- Anordnungen 210, 220, 230, 240 ein Betrieb mit konstantem Strompegel oder aber ein Betrieb mit konstantem Spannungspegel vorgesehen sein. Weiterhin könnte bei einer Modifikation des Anwendungsszenarios von Figur 1B anstelle des Lüfters 290 ein Elektromotor zur Bewegung des Leuchtmittels oder eines Teils des Leuchtmittels vorgesehen sein, beispielsweise zur Erzeugung von Beleuchtungseffekten. Bei einer weiteren Modifikation des Anwendungsszenarios von Figur 1B könnte für wenigstens eine der LED-Anordnungen 260, 270, 280 auf ein Betrieb mit konstantem Spannungspegel vorgesehen sein.

[0034] Figur 2A zeigt eine beispielhafte Implementierung eines der Abwärtswandler 151 der Betriebsschaltung 100. Auch wenn Figur 2A sich auf den Abwärtswandler 151 bezieht, versteht es sich, dass die Abwärtswandler 152, 153, 154 auf dieselbe Weise implementiert sein können. Bei der in Figur 2A gezeigten Implementierung basiert der Abwärtswandler 151 auf einem synchronen Buck-Konverter. In Figur 2A dargestellte Komponenten des synchronen Buck-Konverters umfassen einen ersten Schalter s1, einen zweiten Schalter s2, eine Spule L1, und einen Kondensator C1. Weiterhin kann der Buck-Konverter ausgangsseitig Spulen L2a und L2b aufweisen, welche gemeinsam mit dem Kondensator C1 eine Filterung des erzeugten Betriebssignals bewerkstelligen. Die Schalter s1, s2 können beispielsweise durch MOS-Transistoren implementiert sein.

[0035] Die Spule L1 und der Kondensator C1 bilden einen Energiespeicher, welcher durch Öffnen und Schließen der Schalter s1, s2 geladen wird, so dass am Ausgang des synchronen BuckKonverters das gewünschte Betriebssignal bereitgestellt wird. Die Steuerung der Schalter s1 und s2 erfolgt über eine Wandlersteuerung 155, z.B. in Form eines Mikrocontrollers. Eine von dem Buck-Konverter erzeugte Spannung U bzw. ein von dem Buck-Konverter erzeugter Strom | wird über die Ausgänge 161, 162 der zu versorgenden elektrischen Last, in diesem Fall die LEDAnordnung 210, zugeführt.

[0036] In dem ersten Betriebsmodus regelt der Buck-Konverter den erzeugten Strom |. Zu diesem Zweck wird der Strom | über einen Shunt-Widerstand R1 gemessen. Eine an dem ShuntWiderstand R1 abgegriffene Messspannung Vi, welche den gemessenen Wert des Stromes | repräsentiert, ist der Wandlersteuerung 155 zugeführt und dient als Eingangsgröße zur Regelung des Stromes | auf einen Sollwert. Hierbei wird abhängig von der Abweichung des Stromes | von dem Sollwert die Zeitdauer und/oder Frequenz des Offnens und Schließens der Schalter s1 und s2 gesteuert.

[0037] In dem zweiten Betriebsmodus regelt der Buck-Konverter die erzeugte Spannung U. Zu diesem Zweck wird die Spannung U über einen durch Widerstände R2 und R3 gebildeten Spannungsteiler gemessen. Eine an dem Spannungsteiler abgegriffene Messspannung Vs, welche den gemessenen Wert der Spannung U repräsentiert, ist der Wandlersteuerung 155 zugeführt und dient als Eingangsgröße zur Regelung der Spannung auf einen Sollwert. Hierbei wird abhängig von der Abweichung der Spannung U von dem Sollwert die Zeitdauer und/oder Frequenz des OÖffnens und Schließens der Schalter s1 und s2 gesteuert.

[0038] Die Art der Steuerung der Schalter s1, s2 kann in beiden Betriebsmodi auf verschiedene Weise erfolgen. So kann der Buck-Konverter beispielsweise in einem mit CCM („Continuous Conduction Mode“) bezeichneten Modus betrieben werden, in welchem der über die Schalter s1, s2 gesteuerte Buck-Strom Ib zwischen zwei positiven Werten wechselt. Weiterhin kann der BuckKonverter in einem mit DCM („Discontinuous Conduction Mode“) bezeichneten Modus betrieben werden, in welchem der über die Schalter s1, s2 gesteuerte Buck-Strom Ib zwischen Null und einem positiven Wert wechselt und für eine gewisse Totzeit auf Null gehalten wird. Weiterhin kann der Buck-Konverter in einem mit BCM („Boundary Conduction Mode“) bezeichneten Modus betrieben werden, in welchem der über die Schalter s1, s2 gesteuerte Buck-Strom Ib ohne eine solche Totzeit zwischen Null und einem positiven Wert wechselt.

[0039] Figur 2B zeigt eine weitere beispielhafte Implementierung eines der Abwärtswandler 151 der Betriebsschaltung 100. Auch wenn Figur 2B sich wiederum auf den Abwärtswandler 151 bezieht, versteht es sich, dass die Abwärtswandler 152, 153, 154 auf dieselbe Weise implementiert sein können. Bei der in Figur 2B gezeigten Implementierung basiert der Abwärtswandler 151 auf einem einfachen Buck-Konverter. In Figur 2B dargestellte Komponenten des einfachen BuckKonverters umfassen einen Schalter s1, eine Spule L1, eine Diode D1 und einen Kondensator C1. Weiterhin kann der bei dem Beispiel von Figur 2B Buck-Konverter ausgangsseitig Spulen L2a und L2b aufweisen, welche gemeinsam mit dem Kondensator C1 eine Filterung des erzeugten Betriebssignals bewerkstelligen. Der Schalter s1 kann beispielsweise durch einen MOS-Transistor implementiert sein. Auch bei dem Beispiel von Figur 2B bilden die Spule L1 und der Kondensator C1 einen Energiespeicher. Dieser wird durch Schließen des Schalters s1 geladen und im geöffneten Zustand des Schalters s1 entladen, wobei im geöffneten Zustand des Schalters s1 der Strom | durch die Last über die Diode D1 weiter fließt. Die Steuerung des Schalters s1 erfolgt über eine Wandlersteuerung 155°, z.B. in Form eines Mikrocontrollers. Eine von dem Buck- Konverter erzeugte Spannung U bzw. ein von dem Buck-Konverter erzeugter Strom | wird über die Ausgänge 161, 162 der zu versorgenden elektrischen Last, in diesem Fall die LED-Anordnung 210, zugeführt. Der wesentliche Unterschied zu dem in Figur 2A dargestellten synchronen BuckKonverter besteht darin, dass bei dem einfachen Buck-Konverter von Figur 2B die Diode D1 vorgesehen ist, welche im geschlossenen Zustand des Schalters s1 gewährleistet, dass der durch die Spule L1 und den Kondensator C1 gebildete Energiespeicher geladen wird, und kein Strom in Richtung Masse abfließt.

[0040] Auch bei dem Beispiel von Figur 2B regelt der Buck-Konverter in dem ersten Betriebsmodus den erzeugten Strom | und in dem zweiten Betriebsmodus die erzeugte Spannung. Zur Regelung des Stroms | wird dieser | über einen Shunt-Widerstand R1 gemessen. Eine an dem Shunt-Widerstand R1 abgegriffene Messspannung Vı, welche den gemessenen Wert des Stromes | repräsentiert, ist der Wandlersteuerung 155° zugeführt und dient als Eingangsgröße zur Regelung des Stromes | auf einen Sollwert. Hierbei wird abhängig von der Abweichung des Stromes | von dem Sollwert die Zeitdauer und/oder Frequenz des OÖffnens und Schließens des Schalters s1 gesteuert. Zur Regelung der Spannung U wird diese über einen durch Widerstände R2

und R3 gebildeten Spannungsteiler gemessen. Eine an dem Spannungsteiler abgegriffene Messspannung Vs, welche den gemessenen Wert der Spannung U repräsentiert, ist der Wandlersteuerung 155‘ zugeführt und dient als Eingangsgröße zur Regelung der Spannung auf einen Sollwert. Hierbei wird abhängig von der Abweichung der Spannung U von dem Sollwert die Zeitdauer und/oder Frequenz des Öffnens und Schließens des Schalter s1 gesteuert.

[0041] Auch der einfache Buck-Konverter von Figur 2B kann in einem CCM-Modus, einem DCMModus, oder einem BCM-Modus betrieben werden. In dem DCM-Modus wechselt der über den Schalter s1 gesteuerte Buck-Strom Ib zwischen zwei positiven Werten. In dem DCM-Modus wechselt der über den Schalter s1 gesteuerte Buck-Strom Ib zwischen Null und einem positiven Wert und wird für eine gewisse Totzeit auf Null gehalten. In dem BCM-Modus wechselt der über den Schalter s1 gesteuerte Buck- Strom Ib ohne eine solche Totzeit zwischen Null und einem positiven Wert.

[0042] Wie dargestellt, kann auch bei dem Beispiel von Figur 2B ein zweiter Schalter s2 vorgesehen sein. Dieser wird jedoch nicht zur Steuerung des Buck-Stroms Ib genutzt, sondern kann bei der Steuerung eines Einschalt- und/ oder Abschaltvorgangs des Buck-Konverters genutzt werden. Insbesondere kann beim Einschalten des Buck- Konverters der Schalter s2 vorübergehend geschlossen werden, so dass ein Kondensator C2 über eine Diode D2 durch eine Versorgungsspannung Vdd der Wandlersteuerung 155‘ geladen wird, z.B. auf 12V, z.B. um eine GateTreiberschaltung für den Schalter s1 zu starten. Weiterhin kann der Schalter s2 genutzt werden, um beim Ausschalten des Buck-Konverters den Kondensator C1 zu entladen.

[0043] Zur Implementierung der Dimmfunktion kann in dem ersten Betriebsmodus, in welchem der Strompegel des Betriebssignals geregelt wird, eine Anpassung des Sollwertes für die Regelung des Strompegels vorgenommen werden.

[0044] In dem zweiten Betriebsmodus kann die Dimmfunktion über eine Pulsweitenmodulation des erzeugten Betriebssignals implementiert werden. Hierbei kann die Pulsweitenmodulation auf Basis einer Frequenz erfolgen, welche niedriger gewählt ist als eine Schaltfrequenz des Abwärtswandlers 151, 152, 153, 154, d.h. eine Frequenz, mit welcher der Schalter s1 bzw. die Schalter s1, s2 des Buck-Konverters geöffnet und geschlossen werden. Die Frequenz der Pulsweitenmodulation liegt hierbei vorzugsweise um einen Faktor von etwa 5-10 oder mehr unter der Schaltfrequenz des Abwärtswandlers 151, 152, 153, 154. somit kann die Pulsweitenmodulation bei Schaltfrequenzen des Abwärtswandlers im Bereich von 100 kHz und mehr mit ausreichend hoher Frequenz erfolgen, so dass eine Wahrnehmbarkeit durch das menschliche Auge vermieden wird.

[0045] Figur 3A und 3B zeigen beispielhafte Signalverläufe zur Veranschaulichung der Pulsweitenmodulation in dem zweiten Betriebsmodus. Bei dem in Figur 3A und 3B dargestellten Beispiel wurde ein Betrieb des Buck-Konverters im BCM-Modus angenommen. Der Verlauf des BuckStroms Ib ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Der Verlauf der am Ausgang des BuckKonverters erzeugten Spannung U ist durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht. Wie dargestellt, kann der Betrieb des Buck-Konverters in Niederfrequenz-Perioden Tyr unterteilt werden. Welche die Frequenz der Pulsweitenmodulation bestimmen. Jede Niederfrequenz-Periode Tr ist wiederum in eine An-Zeit ton und eine Aus-Zeit torr unterteilt. Während der An-Zeit ton arbeitet der Buck-Konverter auf die oben beschriebene Weise und regelt den Spannungspegel U des Betriebssignals durch Steuerung der Schalter s1, s2 auf den vorgegebenen Sollwert. Die für die Regelung des Spannungspegels U erforderliche Erfassung der Messspannung Vs kann hierbei derart gesteuert werden, dass sie ausschließlich während der An-Zeit ton erfolgt. Während der Aus-Zeit torr wird der Buck- Konverter deaktiviert. Hierzu können beispielsweise die Schalter s1, s2 des Buck- Konverters von Figur 2A bzw. Figur 2B im geöffneten Zustand gehalten werden.

[0046] Abhängig von einer Zeitkonstante des durch den Kondensator C1 und optional die Spulen L2a und/oder L2b ausgangsseitigen Filters des Buck-Konverters, kann ein Abklingen des Spannungspegels U des Betriebssignals jedoch relativ langsam erfolgen, wie es beispielhaft in Figur 3A dargestellt ist. Um eine effektivere Pulsweitenmodulation zu ermöglichen, kann das Abklingen des Spannungspegels U des Betriebssignals beschleunigt werden, indem während der Auszeit Aus-Zeit tor: der Schalter s2 geschlossen wird, so dass der Kondensator C1 gegen Masse ent-

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laden werden kann. Entsprechende Signalverläufe sind beispielhaft in Figur 3B dargestellt. Weiterhin kann auch das ausgangsseitige Filter des Buck-Konverters auf solche Weise dimensioniert werden, dass es eine hinreichend kurze Zeitkonstante aufweist, die vorzugsweise um einen Faktor von wenigstens zehn kürzer ist als die Niederfrequenz-Periode Tyr der Pulsweitenmodulation.

[0047] Figur 4 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren, gemäß welchem ein LED-Leuchtmittel unter Verwendung der oben beschriebenen Betriebsschaltung 100 betrieben werden kann. Das LED-Leuchtmittel kann beispielsweise wie die oben beschriebenen LED-Leuchtmittel 200, 250 ausgestaltet sein.

[0048] Bei Schritt S10 werden die Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 der Betriebsschaltung 100 konfiguriert. Insbesondere kann für jeden der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 individuell konfiguriert werden, ob der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 in dem ersten Betriebsmodus arbeitet, in welchem der Strompegel des von ihm erzeugten Betriebssignals S1, S2, S3, S4 geregelt wird, oder ob der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 in dem zweiten Betriebsmodus arbeitet, in welchem der Spannungspegel des von ihm erzeugten Betriebssignals S1, S2, S3, S4 geregelt wird. Diese Konfiguration kann auch die Vorgabe eines Sollwerts für die Regelung des Strompegels bzw. eine Vorgabe eines Sollwerts für die Regelung des Spannungspegels beinhalten. Die Konfiguration kann über eine entsprechende Konfigurationsschnittstelle der Betriebsschaltung 100 erfolgen, z.B. wie in Figur 1A und 1B durch das Konfigurationssignal C1 veranschaulicht.

[0049] Bei Schritt S20 wird wenigstens einer der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 in dem ersten Betriebsmodus betrieben, d.h. im Konstantstrommodus. Das von diesem wenigstens einen Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 erzeugte Betriebssignal kann beispielsweise zur Versorgung einer LED-Anordnung des LED-Leuchtmittels verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, das erzeugte Betriebssignal zur Versorgung einer anderen elektrischen Last als eine LED-Anordnung zu verwenden, wie beispielsweise im Zusammenhang mit dem Lüfter 290 des Anwendungsszenarios von Figur 1B erläutert.

[0050] Bei Schritt S30 wird wenigstens einer der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 in dem zweiten Betriebsmodus betrieben, d.h. im Konstantspannungsmodus. Das von diesem wenigstens einen Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 erzeugte Betriebssignal kann beispielsweise zur Versorgung einer LED-Anordnung des LED-Leuchtmittels verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, das erzeugte Betriebssignal zur Versorgung einer anderen elektrischen Last als eine LED-Anordnung zu verwenden, wie beispielsweise Im Zusammenhang mit dem Lüfter 290 des Anwendungsszenarios von Figur 1B erläutert.

[0051] Die Schritte S20 und S30 können zeitgleich ausgeführt werden. Somit kann während wenigstens einer der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 in dem ersten Betriebsmodus arbeitet, wenigstens ein anderer der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154 in dem zweiten Betriebsmodus arbeiten. Auf diese Weise werden flexibel definierbare Mischkonfigurationen der Betriebsschaltung 100 ermöglicht. Es ist jedoch auch möglich, die Schritte S20, S30 nacheinander auszuführen. Insbesondere können in diesem Fall einer oder mehrere der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154, welche im Schritt S20 in dem ersten Betriebsmodus betrieben wurden, nach einer entsprechenden Umkonfiguration gemäß dem Schritt S10, anschließend gemäß dem Schritt S30 in dem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Ebenso können einer oder mehrere der Abwärtswandler 151, 152, 153, 154, welche im Schritt S30 in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wurden, nach einer entsprechenden Umkonfiguration gemäß dem Schritt S10, anschließend gemäß dem Schritt S20 in dem ersten Betriebsmodus betrieben werden.

[0052] Bei Schritt S40 wird wenigstens ein Ausgangskanal der Betriebsschaltung 100 gedimmt. Durch das Dimmen kann eine Farbcharakteristik des von dem LED-Leuchtmittel erzeugten Lichtes variiert werden. So können beispielsweise über die den verschiedenen Ausgangskanälen der Betriebsschaltung 100 entsprechenden Betriebssignale LED-Anordnungen mit unterschiedlichen Farbcharakteristiken versorgt werden, deren Beitrag im erzeugten Licht durch das individuelle Dimmen eines oder mehrerer Ausgangskanäle eingestellt werden kann. So kann bei manchen Anwendungsszenarien eine Variation zwischen einer Kaltweiß-Farbcharakteristik und einer Warmweiß-Farbcharakteristik erzielt werden. Bei anderen Anwendungsszenarien kann eine Ein-

stellung der Farbe des erzeugten Lichtes im RGB-Farbraum erzielt werden. Falls über den Ausgangskanal der Betriebsschaltung 100 eine andere elektrische Last als eine LED-Anordnung versorgt wird, kann das Dimmen des Ausgangskanals auch auf andere Weise genutzt werden. Wenn die andere elektrische Last beispielsweise einen Elektromotor umfasst, kann durch das Dimmen eine Drehzahl des Elektromotors variiert werden. Wenn der Elektromotor Teil eines Lüfters ist, wie im Zusammenhang mit Figur 1B erläutert, kann durch das Dimmen die Lüfterdrehzahl reguliert werden.

[0053] Es versteht sich, dass bei den im vorangegangenen dargestellten Beispielen vielfältige Modifikationen möglich sind. So könnte eine auf den im vorangegangenen beschriebenen Konzepten basierende Betriebsschaltung auch lediglich zwei oder drei Ausgangskanäle oder mehr als vier Ausgangskanäle aufweisen. Weiterhin könnte den im vorangegangenen beschriebenen Konzepten basierende Betriebsschaltung auch zur Versorgung wenigstens einer LED-Anordnung in Kombination mit mehreren verschiedenen Arten anderer elektrischer Lasten genutzt werden, z.B. ein Lüfter und ein Elektromotor zur Bewegung des LED-Leuchtmittels oder von Teilen des LED- Leuchtmittels. Weiterhin könnte die Betriebsschaltung neben einem oder mehreren wie oben beschrieben konfigurierbaren Abwärtswandlern auch einen oder mehrere nicht konfigurierbare Abwärtswandler beinhalten. Darüber hinaus versteht es sich, dass die anhand von Figur 2A und Figur 2B erläuterte Implementierung eines Abwärtswandlers aus Gründen der Veranschaulichung vereinfachend dargestellt ist und in praktischen Implementierungen auf vielfältige Weise ergänzt oder modifiziert werden könnte. Weiterhin versteht es sich, dass die Betriebsschaltung zumindest teilweise in das zu versorgende LED-Leuchtmittel integriert sein kann.

Claims (10)

Ansprüche

1. Betriebsschaltung (100) für ein LED-Leuchtmittel (200; 250), umfassend:

- eine Eingangsstufe (120) zur Erzeugung einer Gleichspannung (Vdc) aus einer der Betriebsschaltung (100) zugeführten Netzspannung (Vn);

- eine Vielzahl von Abwärtswandlern (151, 152, 153, 154) zur Konvertierung der Gleichspannung (Vde) in eine entsprechende Anzahl von Betriebssignalen (S1, S2, S3, S4);

- wobei wenigstens einer der Abwärtswandler (151, 152, 153, 154) konfigurierbar ist für einen Betrieb in entweder einem ersten Modus, in welchem das jeweilige Betriebssignal (S1, S2, S3, S4) mit geregeltem Strompegel erzeugt wird, oder einem zweiten Modus, in welchem das jeweilige Betriebssignal (S1, S2, S3, S4) mit geregeltem Spannungspegel erzeugt wird.

2. Betriebsschaltung (100) nach Anspruch 1, wobei jeder der Abwärtswandler (151, 152, 153, 154) konfigurierbar ist für einen Betrieb in entweder einem ersten Modus, in welchem das jeweilige Betriebssignal (S1, S2, S3, S4) mit geregeltem Strompegel erzeugt wird, oder einem zweiten Modus, in welchem das jeweilige Betriebssignal (S1, S2, S3, S4) mit geregeltem Spannungspegel erzeugt wird.

3. Betriebsschaltung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abwärtswandler (151, 152, 153, 154) dazu ausgestaltet sind, eines der Betriebssignale (S1, S2, S3, S4) zum Betrieb einer LED-Anordnung (210, 220, 230, 240; 260, 270, 280) mit einer ersten Farbcharakteristik zur erzeugen, und ein weiteres der Betriebssignale (S1, S2, S3, S4) zum Betrieb einer weiteren LED-Anordnung (210, 220, 230, 240; 260, 270, 280) mit einer von der ersten Farbcharakteristik abweichenden weiteren Farbcharakteristik zu erzeugen.

4. Betriebsschaltung (100) nach Anspruch 3, umfassend: eine Steuerung (140), welche dazu ausgestaltet ist, die Abwärtswandler (151, 152, 152, 154) derart anzusteuern, dass ein Wechsel zwischen der ersten Farbcharakteristik und der wenigstens einen weiteren Farbcharakteristik erfolgt.

5. Betriebsschaltung (100) nach Anspruch 4, wobei die erste Farbcharakteristik einer Kaltweiß-Farbcharakteristik entspricht und die wenigstens eine weitere Farbcharakteristik einer Warmweiß-Farbcharakteristik entspricht, wobei die erste Farbcharakteristik und die wenigstens eine weitere Farbcharakteristik verschiedenen RGB-Farbkanälen entsprechen.

6. Betriebsschaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Abwärtswandler (151, 152, 153, 154) dazu ausgestaltet ist, das jeweilige Betriebssignal (S1, S2, S3, S4) derart zu erzeugen, dass eine mit dem Betriebssignal (S1, S2, S3, S4) betriebene LED-Anordnung (210, 220, 230, 240; 260, 270, 280) dimmbar ist.

7. Betriebsschaltung (100) nach Anspruch 6,

wobei der Abwärtswandler (151, 152, 153, 154) dazu ausgestaltet ist, in dem ersten Modus die LED-Anordnung (210, 220, 230, 240; 260, 270, 280) durch Regelung des Strompegels des Betriebssignals (S1, S2, S3, S4) zu dimmen.

8. Betriebsschaltung (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Abwärtswandler (151, 152, 153, 154) dazu ausgestaltet ist, In dem zweiten Modus die LED-Anordnung (210, 220, 230, 240; 260, 270, 280) über eine Pulsweitenmodulation des Betriebssignals (S1, S2, S3, S4) zu dimmen, wobei die Pulsweitenmodulation auf einer Frequenz basiert, welche geringer ist als eine Schaltfrequenz des Abwärtswandlers (151, 152, 153, 154).

9. Betriebsschaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Abwärtswandler (151, 152, 153, 154) konfigurierbar sind, wenigstens eines der Betriebssignale (S1, S2, S3, S4) zum Betrieb einer anderen elektrischen Last (290) als eine LED-Anordnung (210, 220, 230, 240; 260, 270, 280) zu erzeugen.

10. Verfahren zum Betreiben eines LED-Leuchtmittels (200; 250) mit einer Betriebsschaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst:

- Konfigurieren wenigstens eines der Abwärtswandler (151, 152, 153, 154) in dem ersten Modus; und

- Konfigurieren wenigstens eines der Abwärtswandler (151, 152, 153, 154) in dem zweiten Modus.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen