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.

Seit Bekanntwerden der LEDs ist man bemüht, mit diesen die bisher verwendeten Halogenleuchtmittel zu ersetzen. LEDs haben gegenüber den Halogen-Leuchtmitteln zwei wichtige Vorteile, nämliche die längere Lebensdauer und ein geringerer Energieverbrauch.

Aus der EP 1 147 686 Bl 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.

Es sind weiterhin andere Halogenersatz-Leuchtmittel mit LEDs bekannt, die als Schaltregler einen Tiefsetsteiler (Buck-Konverter) enthalten.

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 Stϋtzkondensators 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.

Ausgehend von der eingangs genannten Treiberschaltung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese so zu gestalten, dass der zuletzt beschriebene Nachteil vermieden wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Schaltregler ein Leistungsfaktor-Regler (PFC) vorgeschaltet oder ein Leistungsfaktor-Regler (PFC) in den Schaltregler integriert ist. Dabei ist der Leistungsfaktor-Regler (PFC) so dimensioniert ist, dass die Treiberschaltung mit angeschlossener Halbleiterlichtquelle für eine vorgeschaltete Spannungsversorgung, insbesondere eine

Niederspannungs-Quelle oder eine Netz-Wechselspannung, als Ohm ¹ sehe Last erscheint.

Leistungsfaktor-Regler sind bekannt und beispielsweise in der GB 1 352 464 Bl und US 6,469,917 Bl 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.

Mit der erfindungsgemäßen Treiberschaltung ist es möglich, LEDs enthaltende Halogenersatzleuchtmittel durch an das Wechselspannungsnetz angeschlossene elektronische Trafos mit den notwendigen 12 Volt Wechselspannung zu versorgen.

Der der Schaltregler kann ausgewählt sein aus: - SEPIC

- ein nicht-isolierter Sperrwandler, ein Flyback-Konverter (Sperrwandler mit Potentialtrennung) ,

- ein Abwärtswandler oder - Hochsetzsteller.

Der Schaltregler kann im kritischen Modus (Borderline Modus) betrieben sein.

Der Schaltregler kann im lückendem Modus (discontinuous conduction mode) betrieben sein.

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. Die Taktfrequenz für den getakteten Schalter des Leistungsfaktor-Reglers (PFC) sollte möglichst 50 KHz bzw. 60 KHz sein, so dass sich der oben erwähnte Halbsinus für den Eingangsstrom ausbilden kann.

Eine andere Weiterbildung kann darin bestehen, dass die Treiberschaltung in einem Sockel für die LED/LEDs gemeinsam mit dieser/diesen untergebracht ist.

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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines

Halogenersatz-Leuchtmittels mit einer ersten Ausführungsform für eine Treiberschaltung; und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform für ein

Halogenersatz-Leuchtmittel mit einer zweiten Ausführungsform der entsprechenden Treiberschaltung.

Fig. 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.

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.

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 Tiefsetsteiler (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.

In Fig. 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 Fig. 1, von einem elektronischen Trafo 5 mit einer Niedervolt-Wechselspannung von 12 Volt betrieben.

Der elektronische Trafo 5 kann beispielsweise eine resonante Halbbrückenschaltung mit einem Transformator zur Potentialtrennung enthalten.

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 Cl zum Zwecke der Funkentstörung geglättet. An dem Kondensator Cl 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 Sperrwandler) 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 PFC 4 weist einen PFC-Regler 4a bspw. in Form eines IC auf, wobei dem PFC-Regler 4a Rückführsignale (bspw. Eingangsspannung, Nulldurchgang des Stroms bei geöffnetem Schalter, Ausgangsspannung des PFCs) zugeführt werden können und der PFC-Regler 4a daraus eine Schaltinformation für den Schalter S ermittelt.

Der Schalter wird mit einer Taktfrequenz von 50 kHz bzw. 60 kHz betrieben.

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.

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.

Der Schaltregler 3 kann im lückenden Strommodus (discontinuous conduction mode) arbeiten. Vorzugsweise arbeitet er dann in einem Spannungsfolgemodus (es wird nur die Ausgangsspannung bzw. der LED Strom gemessen und auf diesen geregelt - es ist keine Erfassung der Eingangsspannung erforderlich) . Der lückende Strommodus weist jeweils eine Lücke nach der Entmagnetisierung der Induktivität L auf, wobei während dieser Lücke kein Strom im Schaltregler 3 fließt. Typischerweise wird die Induktivität L bei eingeschaltetem getakteten Schalter S aufmagnetisiert , und der getaktete Schalter S kann entweder bei Erreichen eines vorgegebenen Stromwertes durch den getakteten Schalter S oder aufgrund eines Regelparameters (beispielsweise abhängig von de Regelschleife für die Ausgangsspannung bzw. den LED Strom) öffnen. Daraufhin beginnt die Entmagnetisierung der Induktivität L. Wenn diese abgeschlossen ist, folgt wie beschrieben eine zeitliche Lücke, bevor der getakteten Schalter (S) wieder eingeschaltet (geschlossen) wird und die die Induktivität L wieder aufmagnetisiert wird.

Als Schaltregler 3 im lückenden Strommodus kann beispielsweise ein nicht-isolierter Sperrwandler, ein Flyback-Konverter (Sperrwandler mit Potentialtrennung) , ein Tiefsetzsteiler oder Hochsetzsteller eingesetzt werden.

Bei dem Flyback-Konverter (Sperrwandler mit Potentialtrennung, d.h. Isolierung durch einen Transformator) ist die Induktivität (L) die Primärwicklung eines Transformators.

Der Schaltregler 3 kann im kritischen Modus (Grenzbetrieb zwischen lückenden und nichtlückenden Strommodus) arbeiten. Vorzugsweise wird einerseits die Ausgangsspannung bzw. der LED Strom gemessen und auf diese geregelt, zusätzlich wird überwacht, zu welchem Zeitpunkt die Induktivität (L) entmagnetisiert ist. Sobald erkannt wurde, dass die Induktivität (L) entmagnetisiert ist, wird der getakteten Schalter (S) eingeschaltet. Der getaktete Schalter (S) kann entweder bei Erreichen eines vorgegebenen Stromwertes durch den getakteten Schalter (S) oder aufgrund eines Regelparameters (beispielsweise abhängig von de Regelschleife für die Ausgangsspannung bzw. den LED-Strom) wieder geöffnet werden. Es kann zusätzlich eine Erfassung der Eingangsspannung stattfinden.

Als Schaltregler 3 im Grenzbetrieb zwischen lückenden und nichtlückenden Strommodus kann beispielsweise ein nichtisolierter Sperrwandler, ein Flyback-Konverter (Sperrwandler mit Potentialtrennung) , ein Tiefsetzsteller oder Hochsetzsteller eingesetzt werden.

Zusätzlich kann der Schaltregler (3), wenn er im kritischen Modus betrieben wird, weitere Induktivitäten und / oder Kapazitäten aufweisen, die zusammen mit anderen vorhandenen Induktivitäten und / oder Kapazitäten des Schaltreglers bei der Taktfrequenz für den getakteten Schalters (S) ein resonantes Verhalten nutzen und somit die Schaltverluste verringern.

Bei dem Flyback-Konverter (Sperrwandler mit Potentialtrennung, d.h. Isolierung durch einen Transformator) ist die Induktivität (L) die Primärwicklung eines Transformators.

In einer einfachen Variante kann der Kondensator C2 eine nur sehr kleine Kapazität aufweisen oder sogar ganz weggelassen werden. Dadurch kann die Treiberschaltung 2 mit angeschlossener Halbleiterlichtquelle (LED) für eine vorgeschaltete Spannungsversorgung auf einfache Weise als eine Ohm' sehe Last erscheinen. Die Regelung des LED Stromes kann auch anhand der erfassten LED Spannung oder auch der Ausgangsspannung des Schaltreglers 3 erfolgen. Die LED Spannung kann dabei beispielsweise über eine Differenzmessung erfolgen, wobei zwei Spannungen im Ausgangskreis gemessen werden, deren Differenz die LED Spannung ergibt (beispielsweise die Ausgangsspannung des Schaltreglers 3 und die Spannung unter der LED) .

Die Treiberschaltung 2 kann so ausgelegt sein, dass sie sowohl an eine Niederspannungs-Quelle 5 oder eine Netz- Wechselspannung angeschlossen und mit dieser betrieben werden kann.

Die Treiberschaltung 2 mit dem Schaltregler 3 kann auf einer Leiterplatte angeordnet sein.

Das Halogenersatz-Leuchtmittel 1 kann so ausgebildet sein, dass es einen Kühlkörper, einen wärmeableitendes Gehäuse und / oder einen wärmeableitenden Sockel enthält.

Die Leiterplatte mit der Treiberschaltung 2 mit dem Schaltregler 3 kann thermisch an den Kühlkörper, das wärmeableitende Gehäuse und/oder den wärmeableitenden Sockel gekoppelt sein.

Das Halogenersatz-Leuchtmittel 1 kann so ausgebildet sein, dass alle darin enthaltenen Teile in einem gemeinsamen Sockel mit Glaskolben integriert sind.

Es können Bajonettsockel wie B15d, BAl5, GUlO, GZlO, GU24 oder auch Schraubsockel wie E14 oder E27 angewendet werden.