DE102015114324A1

DE102015114324A1 - Precise amplitude dimming of the LEDs

Info

Publication number: DE102015114324A1
Application number: DE102015114324.0A
Authority: DE
Inventors: Leslaw Beigert
Original assignee: Bag Electronics GmbH
Current assignee: Bag Electronics GmbH
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2017-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorschalteinrichtung zum Betrieb einer Leuchtmittel-Einrichtung, insbesondere einer LED-Einrichtung, umfassend eine Schaltreglerschaltung zur Regelung des Stromes durch die Leuchtmittel-Einrichtung umfassend lastseitig zumindest eine Drossel, eine Diode und ein als Schalter betriebenes Halbleiterbauelement, wobei die Schaltreglerschaltung eingangsseitig an eine Versorgungsspannung und ausgangsseitig an die Leuchtmitteleinrichtung anschließbar ist; einen Steuereingang zur Aufnahme eines, einem Dimmpegel zugeordneten, externen Steuersignals; eine Einrichtung zur Erfassung des durch die Leuchtmittel-Einrichtung fließenden Stroms; eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Schaltzustandes des Halbleiterbauelements in einer Schaltreglerbetriebsphase in Abhängigkeit des erfassten Leuchtmittel-Stromes und des Dimmpegels, wenn der Dimmpegel innerhalb eines vorgegebenen Dimmpegelbereichs liegt. Die erfindungsgemäße Vorschalteinrichtung zeichnet sich dadurch aus, das die Steuereinrichtung eingerichtet ist, in einer Längsreglerphase das Halbleiterbauelement als einstellbarer Widerstand einer, die Leuchtmitteleinrichtung speisenden Längsreglerschaltung zur Regelung des Leuchtmittel-Stroms anzusteuern, wenn der dem äußeren Steuersignal zugeordnete Dimmpegel kleiner als die Dimmpegel des vorgegebenen Dimmpegelbereichs ist.The invention relates to ballast for operating a lighting device, in particular an LED device, comprising a switching regulator circuit for controlling the current through the light emitting device comprising the load side at least one choke, a diode and a semiconductor device operated as a switch, the switching regulator circuit on the input side to a Supply voltage and the output side is connected to the lighting means; a control input for receiving an external control signal associated with a dimming level; means for detecting the current flowing through the lighting means; a control device for controlling the switching state of the semiconductor device in a Schaltrglerbetriebsphase depending on the detected lamp current and the dimming level when the dimming level is within a predetermined dimming level range. The ballast device according to the invention is characterized in that the control device is set up to control the semiconductor component as adjustable resistance of a regulator circuit for controlling the luminous flux in a series regulator phase, if the dimming level assigned to the external control signal is less than the dimming level of the predetermined dimming level range is.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorschalteinrichtung zum Betrieb einer Leuchtmitteleinrichtung, insbesondere eine LED-Einrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorschalteinrichtung.The invention relates to a ballast for operating a light source device, in particular an LED device according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a ballast.

Derartige Vorschalteinrichtungen sind auf dem Gebiet wohlbekannt zur Einstellung der Helligkeit der Leuchtmitteleinrichtung wie beispielsweise einer LED-Einrichtung und vergleichsweise verlustarm und unempfindlich bei Schwankungen in der Versorgungsspannung. Eine solche herkömmliche Vorschalteinrichtung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 100 66 459 A1 offenbart. Dabei kann ein externes Steuersignal zur Festlegung des Dimmpegels auf der Grundlage eines Lichtsensorsignals, eines Potentiometers oder auch in Form eines externen, digitalen Steuersignals der Vorschalteinrichtung zugeführt werden. Solche herkömmlichen Vorschalteinrichtungen eignen sich insbesondere für das Dimmen von LED-Einrichtungen im Bereich von 100% bis 10% des jeweiligen Nennstromes der Leuchtmittel-Einrichtung. In vielen Anwendungen besteht jedoch auch der Bedarf, einen größeren Dimmbereich zum Betrieb des jeweiligen Leuchtmittels bereitzustellen. Die US 7 759 881 B1 beschreibt hierzu eine LED-Vorschalteinrichtung, welche bei großen Helligkeiten bzw. Dimmpegel den Strom der LEDs in seiner Amplitude an den Dimmpegel anpasst, wobei in Falle von niedrigen Helligkeiten bzw. Dimmpegel der LED-Strom PWM-moduliert und die Amplitude auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.Such ballasts are well known in the art for adjusting the brightness of the light emitting device such as an LED device and comparatively low loss and insensitive to fluctuations in the supply voltage. Such a conventional ballast is, for example, in the published patent application DE 100 66 459 A1 disclosed. In this case, an external control signal for determining the dimming level on the basis of a light sensor signal, a potentiometer or in the form of an external digital control signal of the ballast can be supplied. Such conventional ballast devices are particularly suitable for dimming LED devices in the range of 100% to 10% of the respective rated current of the lighting device. In many applications, however, there is also the need to provide a larger dimming range for the operation of the respective lamp. The US 7 759 881 B1 describes for this purpose an LED Vorschalteinrichtung, which adapts at high levels of brightness or dimming the current of the LEDs in amplitude to the dimming level, wherein in case of low levels of brightness or dimming level of the LED current PWM modulated and kept the amplitude at a predetermined value becomes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine herkömmliche Vorschalteinrichtung zum Betrieb einer Leuchtmitteleinrichtung, insbesondere eine LED-Einrichtung bereitzustellen, die einen großen Dimmbereich umfasst und einem geringen schaltungstechnischen Aufwand bedarf.The object of the invention is to provide a conventional ballast device for operating a lamp device, in particular an LED device, which comprises a large dimming range and requires little circuit complexity.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsseitig durch eine Vorschalteinrichtung bereitgestellt mit einer Schaltreglerschaltung zur Regelung des Betriebsstroms durch die Leuchtmittel-Einrichtung, umfasst lastseitig zumindest eine Drossel, eine Diode und einen als Schalter betriebenes Halbleiterbauelement, wobei die Schaltreglerschaltung eingangsseitig an eine Versorgungspannung und ausgangsseitig an die Leuchtmitteleinrichtung anschließbar ist, ferner aufweisend einen Steuereingang zur Aufnahme eines externen Steuersignals, das einem Dimmpegel zuordenbar ist, eine Einrichtung zur Erfassung des durch die Leuchtmittel-Einrichtung fließenden Stroms sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Schaltzustandes des Halbleiterelementes in einer Schaltreglerbetriebsphase in Abhängigkeit des erfassten Leuchtmittel-Stroms und des Dimmpegels, wenn der Dimmpegel innerhalb eines vorgegebenen Dimmpegelbereichs liegt. Die erfindungsgemäße Vorschalteinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, in einer Längsreglerphase das Halbleiterbauelement als einstellbarer Widerstand einer, die Leuchtmitteleinrichtung speisenden Längsreglerschaltung zur Regelung des Leuchtmittel-Stroms anzusteuern, wenn der dem äußeren Steuersignal zugeordnete Dimmpegel kleiner als die Dimmpegel des vorgegebenen Dimmpegelbereichs ist. Die Längsreglerschaltung kann dabei lastseitig eine elektrische Reihenanordnung der Drossel und des Halbleiterbauelements umfassen.This object is provided on the device side by a ballast with a switching regulator circuit for controlling the operating current through the light-emitting device, comprising at least one inductor, a diode and a semiconductor component operated as a switch, the switching regulator circuit being connectable on the input side to a supply voltage and on the output side to the light-emitting device , further comprising a control input for receiving an external control signal, which can be assigned to a dimming level, means for detecting the current flowing through the lamp means and a control means for controlling the switching state of the semiconductor element in a Schaltrglerbetriebsphase depending on the detected lamp current and the Dimming levels when the dimming level is within a predetermined dimming level range. The ballast according to the invention is characterized in that the control device is arranged to control the semiconductor device as adjustable resistance of a, the illuminating means feeding longitudinal regulator circuit for controlling the luminous flux in a longitudinal regulator phase, when the outer control signal associated dimming level is less than the dimming level of the predetermined dimming level range is. The series regulator circuit may comprise on the load side an electrical series arrangement of the inductor and of the semiconductor component.

Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung das Halbleiterbauelement, das innerhalb eines vorgegebenen Dimmpegelbereichs mit hohen Dimmpegeln in einer Schaltreglerschaltung als Schalter, insbesondere als Schalttransistor, zur Regelung des Laststroms verwendet wird, und bei niedrigen Dimmpegeln in einer Längsreglerschaltung zur Regelung des Laststroms als steuerbarer Widerstand angesteuert wird, kann der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung wesentlich vereinfacht werden. Die erfindungsgemäße Vorschalteinrichtung eignet sich somit insbesondere zum Amplitudendimmen einer LED-Einrichtung über den gesamten Dimmbereich, beispielsweise 100% bis 1% des Nennstroms der jeweiligen LED-Einrichtung. Dabei kann eine aus der Vielzahl der bekannten Schaltreglerschaltungen zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Hochsetzsteller oder auch ein Tiefsetzsteller. Das in dieser Schaltreglerschaltung eingesetzte Halbleiterbauelement wird dabei je nach Betriebsart, die durch den Dimmpegel festgelegt wird, als reiner Ein-Aus-Schalter in der Schaltregler-Betriebsart und als einstellbarer Widerstand in der Längsregler-Betriebsart angesteuert.Characterized in that in the ballast according to the invention, the semiconductor device, which is used within a predetermined dimming level range with high dimming levels in a switching regulator circuit as a switch, in particular as a switching transistor, for controlling the load current, and driven at low dimming levels in a series regulator circuit for controlling the load current as a controllable resistor is, the structure of the ballast according to the invention can be substantially simplified. The ballast according to the invention is thus particularly suitable for amplitude dimming an LED device over the entire dimming range, for example 100% to 1% of the rated current of the respective LED device. In this case, one of the plurality of known switching regulator circuits can be used, for example a step-up converter or a step-down converter. Depending on the operating mode, which is determined by the dimming level, the semiconductor component used in this switching regulator circuit is activated as a pure on-off switch in the switching regulator mode and as an adjustable resistor in the longitudinal regulator operating mode.

Die Einrichtung zur Erfassung des durch die Leuchtmittel-Einrichtung fließenden Betriebsstroms, insbesondere des LED-Stromes, kann durch einen elektrisch in Reihe zur Leuchtmittel-Einrichtung angeordneten Sensorwiderstand, dessen Spannung abgetastet wird, bereitgestellt werden. Der Steuereingang zur Aufnahme eines Steuersignals kann beispielsweise ein Lichtsensorsignal zur Angabe des Umgebungslichtes oder ein Potentiometersignal aufnehmen, das jeweils intern einem Dimmpegel zuordenbar, d.h. assoziiert ist. Darüber hinaus kann dieser Steuereingang zur Aufnahme eines externen Steuersignals auch eingerichtet sein, ein derartiges analoges oder digitales Steuersignal aufzunehmen, dass Information über den Dimmpegel trägt.The device for detecting the operating current flowing through the luminous means, in particular the LED current, can be provided by a sensor resistor arranged in series with the luminous means, the voltage of which is sampled. For example, the control input for receiving a control signal may receive a light sensor signal indicative of ambient light or a potentiometer signal, each internally associated with a dimming level, i. is associated. In addition, this control input for receiving an external control signal may also be configured to receive such an analog or digital control signal that carries information about the dimming level.

Weitere erfindungsgemäße Weiterbildungen und Merkmale sind in der nachfolgenden allgemeinen Beschreibung, der Figurenbeschreibung, den Figuren sowie in den Unteransprüchen angegeben.Further developments and features of the invention are given in the following general description, the description of the figures, the figures and in the subclaims.

Um den Schaltungsaufbau der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung weiter zu vereinfachen, kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung ein Steuerbauteil zur Steuerung der Schaltreglerschaltung, insbesondere in Form eines Steuer- und Regel-ICs aufweist, das ausgangsseitig mit einem Steuereingang des Halbleiterbauelements zum Steuern von dessen Schaltzustand verbunden ist, wobei das Steuerbauteil einen ersten Eingangsanschluss aufweist, der mit dem Ausgang einer Sensoreinrichtung zur Erfassung des durch die Leuchtmittel-Stroms verbunden ist und einen zweiten Eingangsanschluss, an welchem ein vom Dimmwert abhängiges Sollwertsignal anliegt. Die Steuerung der Schaltreglerphase der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung kann insofern von einem zugeordneten und in Bezug auf seine Funktionalitäten optimierten Steuerbauteil gesteuert werden. To further simplify the circuit design of the ballast according to the invention, it can be provided that the control device of the ballast according to the invention comprises a control component for controlling the switching regulator circuit, in particular in the form of a control and regulating IC, the output side with a control input of the semiconductor device for controlling the Switching state is connected, wherein the control member has a first input terminal which is connected to the output of a sensor device for detecting the current through the bulb and a second input terminal to which a dimming value dependent setpoint signal is applied. The control of the switching regulator phase of the ballast according to the invention can thus be controlled by an associated and optimized with respect to its functional control component.

Um die einzelnen Betriebsphasen, Schaltreglerphase und Längsreglerphase bei der Verwendung eines spezifischen Steuerbauteils wie eines ICs zur Regelung des Laststroms durch die Leuchtmitteleinrichtung in der Schaltreglerphase determiniert zu trennen bzw. einen vorgegebenen Übergang zwischen den beiden Phasen bereitzustellen, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass das Steuerbauteil über einen weiteren Eingangsanschluss zum Ein- bzw. Ausschalten ansteuerbar ist. Diese Schaltung des Steuerbauteils kann beispielsweise durch eine übergeordnete Steuerung, insbesondere einen Controller durchgeführt werden.In order to separate the individual operating phases, switching regulator phase and series regulator phase when using a specific control component such as an IC for controlling the load current through the lighting means in the switching regulator phase or to provide a predetermined transition between the two phases, it may be expedient to provide that the control component a further input terminal for switching on and off can be controlled. This circuit of the control component can be performed for example by a higher-level control, in particular a controller.

Um bei den Dimmpegeln, insbesondere bei niedrigen Dimmpegeln, d.h. innerhalb der Längsreglerphase der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung, eine hohe Dimmpegelauflösung bzw. entsprechend eine hohe Leuchtmittel-Stromauflösung bereitzustellen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist zur Ausgabe eines ersten Pulsweitenmodulations-Signals und zumindest eines zweiten Pulsweitenmodulations-Signals, wobei der Tastgrad des ersten und/oder des zweiten PWM-Signals in Abhängigkeit des externen Steuersignals bzw. Dimmpegels eingestellt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest in bestimmten Betriebszuständen der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung, insbesondere in der Längsreglerphase, zur Festlegung eines Leuchtmittel-Strom-Sollwertes bzw. eines diesen Strom-Sollwert angebenden Steuersignals, eines der PWM-Signale verwendet wird, um das andere PWM-Signal umzuwandeln. Beispielsweise können zwei PWM-Signale zur Festlegung bzw. Erzeugung eines Leuchtmittel-Strom-Sollwertes gemischt werden.At the dimming levels, especially at low dimming levels, i. Within the longitudinal regulator phase of the ballast according to the invention, to provide a high dimming level resolution or correspondingly a high luminous flux resolution can be provided according to the invention that the control device is designed to output a first pulse width modulation signal and at least one second pulse width modulation signal, wherein the duty cycle of the first and / or the second PWM signal in response to the external control signal or dimming level is set. It can be provided that, at least in certain operating states of the ballast device according to the invention, in particular in the in-phase regulator phase, for determining a lamp current setpoint or a control signal indicating this current setpoint value, one of the PWM signals is used to generate the other PWM signal. Convert signal. For example, two PWM signals can be mixed to establish or generate a lamp current setpoint.

Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass die Taktfrequenz der beiden PWM-Signale zumindest in einer oder auch in beiden Betriebsphasen Schaltreglerphase und Längsreglerphase fest, d.h. unveränderlich ist. Die Taktfrequenzen der beiden PWM-Signale können unterschiedlich eingestellt sein. Beispielsweise kann die Taktfrequenz des ersten PWM-Signals zumindest das Fünffache, insbesondere zumindest das Achtfache der Taktfrequenz des zweiten PWM-Signals betragen.Conveniently, it can be provided that the clock frequency of the two PWM signals at least in one or even in both operating phases switching regulator phase and Längsreglerphase fixed, i. is immutable. The clock frequencies of the two PWM signals can be set differently. For example, the clock frequency of the first PWM signal can be at least five times, in particular at least eight times, the clock frequency of the second PWM signal.

Die Kopplung bzw. Mischung beider PWM-Signale kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass das erste PWM-Signal tiefpassgefiltert am Eingang eines durch das zweite PWM-Signal gesteuerten, elektronischen Zerhackers anliegt. Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass der Ausgang des Zerhackers mit dem Eingang eines Tiefpassfilters verbunden ist, an dessen Ausgang ein dem Sollstrom durch die Leuchtmitteleinrichtung zugeordnetes bzw. angebendes Signal abgebbar ist. Dieses Signal kann zweckmäßigerweise als Sollgröße für die Regelung des durch die Leuchtmittel-Einrichtung fließenden Stroms in der Schaltreglerphase und/oder der Längsreglerphase verwendet werden, sodass mit der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung ein hochaufgelöstes Amplitudendimmen bei hohen und/oder niedrigen Dimmpegeln bereitgestellt werden kann.The coupling or mixing of both PWM signals can be realized, for example, in that the first PWM signal is applied with low-pass filtering at the input of an electronic chopper controlled by the second PWM signal. In this case, it can further be provided that the output of the chopper is connected to the input of a low-pass filter, at whose output a signal associated with the desired current through the illuminant device can be emitted. This signal can expediently be used as a setpoint for the regulation of the current flowing through the luminous means in the switching regulator phase and / or the in-phase regulator phase, so that high-resolution amplitude dimming at high and / or low dimming levels can be provided with the ballast according to the invention.

Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass der elektronische Zerhacker ausgeschaltet, d.h. nicht über das zweite PWM-Signal zum Ein- und Ausschalten angesteuert ist, wenn das externe Signal einem Dimmpegel zugeordnet bzw. assoziiert ist, der innerhalb des vorbestimmten Dimmpegelbereichs liegt. Auf diese Weise kann der Sollwert in der Schaltreglerphase durch herkömmliche Weise mit dem Einstellen des Tastgrades eines einzelnen und tiefpassgefilterten PWM-Signals eingestellt werden. Sobald der einzustellende Dimmpegel außerhalb des vorgegebenen Dimmpegelbereichs liegt und somit in die Längsreglerphase gewechselt wird, kann zweckmäßigerweise über den durch das zweite PWM-Signal gesteuerte Zerhacker das tiefpassgefilterte erste PWM-Signal hochaufgelöst heruntergesetzt werden. Dabei kann in dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass in der Längsreglerphase das erste PWM-Signal unveränderlich ist.Conveniently, it may be provided that the electronic chopper is switched off, i. is not driven via the second PWM signal for turning on and off when the external signal is associated with a dimming level that is within the predetermined dimming level range. In this way, the set point in the switching regulator phase can be adjusted by conventional means by adjusting the duty cycle of a single and low pass filtered PWM signal. As soon as the dimming level to be set is outside the predetermined dimming level range and is thus switched to the longitudinal regulator phase, the low-pass filtered first PWM signal can expediently be downsampled in a high-resolution manner via the chopper controlled by the second PWM signal. It can be provided in this embodiment that in the longitudinal regulator phase, the first PWM signal is fixed.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, den jeweiligen Tastgrad beider PWM-Signale in gleicher Weise, insbesondere nach einer mathematischen Funktion abhängig vom Dimmpegel einzustellen. Beispielsweise kann der Tastgrad beider PWM-Signale entsprechend dem Dimmpegel eingestellt sein, z.B. bei einem Dimmpegel von 50 %, ein Tastgrad von 50%.Advantageously, it can be provided to set the respective duty cycle of both PWM signals in the same way, in particular according to a mathematical function depending on the dimming level. For example, the duty cycle of both PWM signals may be set according to the dimming level, e.g. at a dimming level of 50%, a duty cycle of 50%.

Die Schwelle, an welcher von der Schaltreglerphase in die Längsreglerphase bei der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung gewechselt wird, kann insbesondere von der Verwendung des jeweiligen Leuchtmittels abhängig gemacht werden. Zweckmäßigerweise kann für viele LEDs der vorgegebene Dimmpegelbereich zwischen 100% und einer unteren Dimmpegelschwelle von beispielsweise etwas über 10% eines Nennstrompegels der Leuchtmittel-Einrichtung eingestellt werden. Entsprechend kann das Halbleiterbauelement als einstellbarer Widerstand in der Längsreglerschaltung angesteuert werden, wenn das externe Steuersignal einem Dimmpegel zugeordnet bzw. assoziiert ist, der innerhalb eines zweiten Dimmpegelbereichs liegt, der insbesondere zwischen einem Wert etwa 10% und etwa 1% eines vorgegebenen Nennstrompegels der Leuchtmittel-Einrichtung liegt. Zweckmäßigerweise gehen die beiden angegebenen Dimmpegelbereiche lückenlos ineinander über, sodass für den Betrachter nicht erkennbar ist, wenn von der Schaltreglerphase in die Längsreglerphase gewechselt wird.The threshold at which the switching regulator phase is switched to the in-phase regulator phase in the ballast device according to the invention can be made particularly dependent on the use of the respective luminous means. Conveniently, for many LEDs, the predetermined dimming level range can be set between 100% and a lower dimming level threshold of, for example, just over 10% of a nominal current level of the lighting device. Accordingly, the semiconductor device may be driven as an adjustable resistor in the series regulator circuit when the external control signal is associated with a dimming level that is within a second dimming level range, in particular between about 10% and about 1% of a predetermined nominal current level of the lighting device. Facility is located. Expediently, the two specified dimming level ranges merge seamlessly into one another, so that it is not recognizable to the observer when switching from the switching regulator phase to the longitudinal regulator phase.

Zweckmäßigerweise kann die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung einen Controller, insbesondere in Form eines µControllers aufweisen, welcher die Längsreglersteuerung des Halbleiterbauelements, d.h. diesen als veränderbarer Widerstand steuert, wenn das externe Signal einem Dimmpegel zugeordnet bzw. assoziiert ist, der unterhalb des vorgegebenen Dimmpegelbereichs liegt. In dieser Ausführungsform kann der Controller auch eingerichtet sein, das obenstehend beschriebene Steuerbauteil zur Steuerung der Schaltreglerphase auszuschalten, wenn das externe Signal einem Dimmpegel zugeordnet bzw. assoziiert ist, der unterhalb des vorgegebenen Dimmpegelbereichs liegt, d.h. die erfindungsgemäße Vorschalteinrichtung in der Längsreglerphase betrieben wird. In ähnlicher Weise kann der Controller eingerichtet sein, das obenstehend beschriebene Steuerbauteil zur Steuerung der Schaltreglerphase einzuschalten, wenn das externe Signal einem Dimmpegel zugeordnet bzw. assoziiert ist, der innerhalb des vorgegebenen Dimmpegelbereichs liegtExpediently, the control device of the ballast device according to the invention can have a controller, in particular in the form of a μcontroller, which controls the longitudinal regulator control of the semiconductor device, i. controls this as a variable resistor when the external signal is associated with a dimming level that is below the predetermined dimming level range. In this embodiment, the controller may also be configured to turn off the above-described control element for controlling the switching regulator phase when the external signal is associated with a dimming level that is below the predetermined dimming level range, i. the ballast according to the invention is operated in the longitudinal regulator phase. Similarly, the controller may be configured to turn on the above-described control element for controlling the switching regulator phase when the external signal is associated with a dimming level that is within the predetermined dimming level range

Zum Aufbau der Regelstrecke in der Längsreglerphase kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass der Ausgang der Sensoreinrichtung zur Erfassung des Leuchtmittel-Stromes mit dem Eingang eines einstellbaren Verstärkers verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Differenzverstärkers gekoppelt ist, wobei an einem weiteren Eingang des Differenzverstärkers ein dem Sollwert des Laststromes zugeordnetes bzw. assoziiertes Steuersignal anliegt und der Ausgang des Differenzverstärkers an dem Steuereingang des Halbleiterbauelementes angeschlossen ist. Damit kann das insbesondere bei kleinen Leuchtmittel-Strompegeln geringe Sensorsignal verstärkt und dann mit dem Sollwert verglichen werden zur Längsregelung des Laststroms.To build up the controlled system in the in-phase regulator phase, it can be expediently provided that the output of the sensor device for detecting the luminous flux is connected to the input of an adjustable amplifier, whose output is coupled to an input of a differential amplifier, wherein at a further input of the differential amplifier the reference value of the load current associated with or associated control signal is applied and the output of the differential amplifier is connected to the control input of the semiconductor device. Thus, the sensor signal, which is small in particular with small lamp current levels, can be amplified and then compared with the desired value for longitudinal regulation of the load current.

Besonders vorteilhaft kann der Verstärkungsfaktor des einstellbaren Verstärkers durch den Controller in Abhängigkeit des externen und einen Dimmpegel zugeordneten bzw. assoziierten Signals gesteuert werden, sodass die Verstärkung des Sensorsignals automatisch an das jeweilige Messsignal angepasst wird.Particularly advantageously, the gain of the adjustable amplifier can be controlled by the controller in response to the external and a dimming level associated or associated signal, so that the gain of the sensor signal is automatically adjusted to the respective measurement signal.

Verfahrensseitig wird die obige Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Steuern des Betriebes einer Leuchtmittel-Einrichtung, insbesondere einer LED-Einrichtung, bei dem der durch die Leuchtmittel-Einrichtung fließende Strom mittels einer Schaltreglerschaltung, lastseitig umfassend zumindest eine Drossel, eine Diode und ein als Schalter betriebenes Halbleiterbauelement geregelt wird, wobei der Schaltzustand des Halbleiterbauelements in einer Schaltreglerbetriebsphase gesteuert wird in Abhängigkeit eines, einem Dimmpegel zuordnenbaren, externen Steuersignals und des Leuchtmittel-Stroms, wenn der Dimmpegel innerhalb eines vorgegebenen Dimmpegelbereichs liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, das Halbleiterbauelement in einer Längsreglerphase zur Bereitstellung einer Längsregelung des Leuchtmittel-Stroms als einstellbarer Widerstand angesteuert wird, wenn der Dimmpegel kleiner als die Dimmpegel des vorgegebenen Dimmpegelbereichs ist.The method, the above object is achieved with a method for controlling the operation of a lighting device, in particular an LED device in which the current flowing through the lamp means current by means of a switching regulator circuit, the load side comprising at least one choke, a diode and a switch operated semiconductor device is controlled, wherein the switching state of the semiconductor device is controlled in a Schaltrglerbetriebsphase depending on a dimmpegel attributable external control signal and the luminous flux when the dimming level is within a predetermined dimming level range. The inventive method is characterized in that the semiconductor device is driven in a longitudinal regulator phase to provide a longitudinal regulation of the lamp current as an adjustable resistor when the dimming level is less than the dimming level of the predetermined dimming level range.

Dabei kann zur Bereitstellung eines vom Dimmpegel abhängigen Sollwertsignals ein erstes Pulsweitenweitenmodulations-Signal (PWM-Signal) und ein zweiten Pulsweitenweitenmodulations-Signal (PWM-Signal) erzeugt werden, wobei der Tastgrad des ersten und/oder des zweiten PWM-Signals in Abhängigkeit des externen Steuersignals (zugeordneter Dimmpegel) eingestellt wird.In this case, a first pulse width modulation signal (PWM signal) and a second pulse width modulation signal (PWM signal) can be generated to provide a dimming level-dependent setpoint signal, wherein the duty cycle of the first and / or the second PWM signal in response to the external Control signal (assigned dimming level) is set.

Vorteilhaft kann das erste PWM-Signal tiefpassgefiltert (Rt1, Ct1), über das zweite PWM-Signal gesteuert, elektronisch zerhackt und nachfolgend tiefpassgefiltert (Rt2, Ct2) zur Bereitstellung des Sollwertsignals verarbeitet werden.Advantageously, the first PWM signal can be low pass filtered (Rt1, Ct1), controlled via the second PWM signal, electronically chopped and subsequently lowpass filtered (Rt2, Ct2) processed to provide the setpoint signal.

Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einer Ausführungsform und einiger Abwandlungen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobeiThe invention will be elucidated hereinafter by describing an embodiment and some modifications with reference to the accompanying drawings, in which: FIG

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung, 1 A first embodiment of a ballast according to the invention,

2 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorschalteinrichtung gemäß 1 und 2 a modified embodiment of the ballast according to 1 and

3–5 Zeitdiagramme von charakteristischen Schaltungsgrößen für unterschiedliche Betriebsphasen der Schaltung gemäß 2
zeigt. 3 - 5 Timing diagrams of characteristic circuit sizes for different phases of operation of the circuit according to 2
shows.

1 ist eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes 1 zum Speisen einer LED-Anordnung 80, welche hier eine Reihenanordnung von LEDs aufweist. Als Versorgungsspannung ist die Spannung Uein angegeben, welche im Gerät beispielsweise eine Zwischenkreisspannung sein kann, die durch Gleichrichten einer am Vorschaltgerät anliegenden Netzspannung erzeugbar ist. Als Schaltregler ist in der beschriebenen Ausführungsform ein Tiefsetzsteller angeordnet, lastseitig umfassend einen geschalteten Transistor 11, eine Drossel 12, eine Diode 13, einen Kondensator 14 sowie die LED-Anordnung 80. 1 is a schematic diagram of a ballast according to the invention 1 for feeding an LED array 80 which has a series arrangement of LEDs here. As a supply voltage, the voltage Uein is indicated, which may be in the device, for example, a DC link voltage, which can be generated by rectifying a voltage applied to the ballast mains voltage. As a switching regulator, a buck converter is arranged in the described embodiment, the load side comprising a switched transistor 11 , a throttle 12 , a diode 13 , a capacitor 14 as well as the LED arrangement 80 ,

Der Transistor 11 wird in einer Schaltreglerphase mittels eines herkömmlichen Steuerungs- und Regelungs-IC 31 gesteuert, dessen Steuerausgang 35 mit dem Steuereingang des Transistors 11 verbunden ist. Für die Regelung erhält das Steuerungs-IC 31 über dessen Ist-Eingang 34 eine Spannung Uist, die proportional dem Strom durch die LED-Anordnung 80 Iled ist.The transistor 11 is in a switching regulator phase by means of a conventional control IC 31 controlled, its control output 35 with the control input of the transistor 11 connected is. For the control receives the control IC 31 via its actual input 34 a voltage Uist that is proportional to the current through the LED array 80 Iled is.

In der beschriebenen Ausführungsform erhält das Steuerungs-IC 31 die Sollgröße Usoll über den Soll-Eingang 33. Zur Erzeugung der Sollgröße ist ein µController 40 vorgesehen, welcher eine digitale Schnittstelle 41 aufweist zum Empfang von digitalen Signalen nach dem DALI(Digital Adressable Lighting Interface)-Standard. Der µController ist eingerichtet, ein pulsweitenmoduliertes Signal PWM1 mit vorgegebener Amplitude und vorgegebener Taktfrequenz am Ausgang 43 auszugeben, wobei der Tastgrad in Abhängigkeit des über den Digitaleingang 41 empfangenen Dimmgrads eingestellt wird. Das vom µController 40 ausgegebene PWM-Signal PWM1 wird über den durch den Widerstand 50 und den Kondensator 51 gebildeten Filter tiefpassgefiltert, wobei die gefilterte Spannung U1 nach Durchlaufen des Inverters 52 als Sollgröße Usoll am Eingang 33 des Steuerungs-ICs anliegt.In the described embodiment, the control IC obtains 31 the setpoint Usoll via the setpoint input 33 , To generate the setpoint is a μController 40 provided, which is a digital interface 41 for receiving digital signals according to the DALI (Digital Addressable Lighting Interface) standard. The μcontroller is set up, a pulse-width-modulated signal PWM1 with a predetermined amplitude and a predetermined clock frequency at the output 43 output, the duty cycle depending on the via the digital input 41 received dimming levels is set. That of μController 40 output PWM signal PWM1 is passing through the resistor 50 and the capacitor 51 filter formed low-pass filtered, wherein the filtered voltage U1 after passing through the inverter 52 as nominal value Usoll at the entrance 33 of the control IC.

Die in 1 mit dem Bezugszeichen 20 eingegrenzten Schaltungsbauteile dienen steuerungstechnisch zur Bereitstellung einer Längsreglerschaltung und umfassen eine Reihenschaltung eines Verstärkers und eines Differenzverstärkers. Dabei weist der Verstärker in der beschriebenen Ausführungsform zur Verstärkung der über den Messwiderstand 15 abfallenden Spannung Uist einen Operationsverstärker 21 sowie zur Festlegung des Verstärkungsfaktors A zwei Widerstände A2, R2V0 auf. Die verstärkte Spannung (Uist × A) liegt am Nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärker 24 an, an dessen zweiten Eingang der Sollwert Usoll anliegt zur Differenzverstärkung und Ausgabe eines Spannungswertes Ut, mit welchem in der Längsreglerphase der Transistor 11 als steuerbarer Widerstand angesteuert wird.In the 1 with the reference number 20 limited circuit components are used control technology to provide a series regulator circuit and comprise a series circuit of an amplifier and a differential amplifier. In this case, the amplifier in the described embodiment for amplifying over the measuring resistor 15 sloping voltage U is an operational amplifier 21 and for determining the amplification factor A, two resistors A2, R2V0. The amplified voltage (U actual × A) is at the non-inverting input of the operational amplifier 24 at whose second input the setpoint Usoll is applied to the differential amplification and output of a voltage value Ut, with which in the longitudinal regulator phase of the transistor 11 is controlled as a controllable resistor.

Die Funktionsweise der in 1 angegebenen Schaltung sei mit weiteren Details zunächst mit Bezug auf die Schaltreglerphase erläutert, wobei in dieser Phase die steuerungsseitigen Längsreglerbauteile 21–25 funktionslos sind. Dabei kann am Ausgang des Differenzverstärkers ein vom µController 40 steuerbarer und in der 1 nicht dargestellter Umschalter vorgesehen sein, der den Ausgang des Differenzverstärkers vom Steuereingang des Transistors 11 in der Schaltreglerphase trennt. In der beschriebenen Ausführungsform liegt über den Digitaleingang 41 am µController 40 ein externer Dimmpegel im Bereich zwischen 100% und 10% an. Mit Beginn der Schaltreglerphase steuert der µController 40 über seinen Steuereingang 42 das Steuerungs-IC 31 über dessen Steuereingang 32 ein. Der µController 40 gibt ferner an seinem PWM-Ausgang 43 ein PWM-Signal aus, dessen Tastgrad durch den externen Dimmpegel festgelegt ist. Das ausgegebene Signal PWM1 wird wie schon beschrieben tiefpassgefiltert und liegt als Usoll am Steuerungseingang 33 des Steuerungs-ICs 31 an. Das Steuerungs-IC 31 steuert den Transistor 11 über seinen Ausgang 35 zum Ein/Ausschalten an, wobei eine Regelung des Messwertes Uist auf den Sollwert Usoll erfolgt. Der Steuerungs-IC 31 steuert den Transistor 11 über die Zeitdauer Ton ein und die Dauer Toff aus. Nach dem Einschalten fließt in der dargestellten Ausführungsform der Strom Iled durch die LED-Anordnung 80, die Drossel 12, den Transistor 11 und den Messwiderstand 15. Während der Toff-Zeit wird die aufgeladene Drossel 12 entladen, sodass ein Stromfluss über die Diode D1, die LED-Anordnung 80 und die Drossel erfolgt.The functioning of in 1 specified circuit will be explained with further details first with reference to the switching regulator phase, in which phase the control-side Längsreglerbauteile 21 - 25 are functionless. At the output of the differential amplifier, one of the μController can be used 40 controllable and in the 1 Unillustrated switch to be provided, the output of the differential amplifier from the control input of the transistor 11 disconnects in the switching regulator phase. In the described embodiment is above the digital input 41 on μController 40 an external dimming level in the range between 100% and 10%. At the beginning of the switching regulator phase the μController controls 40 via his control input 42 the control IC 31 via its control input 32 one. The μController 40 also gives at its PWM output 43 a PWM signal whose duty cycle is determined by the external dimming level. The output signal PWM1 is, as already described, low-pass filtered and lies as Usoll at the control input 33 of the control IC 31 at. The control IC 31 controls the transistor 11 about his exit 35 for switching on / off, with a control of the measured value U actual to the setpoint Usoll. The control IC 31 controls the transistor 11 over the duration of sound on and the duration Toff off. After switching on, the current Iled flows through the LED arrangement in the illustrated embodiment 80 , the throttle 12 , the transistor 11 and the measuring resistor 15 , During the Toff time, the charged throttle becomes 12 discharge, allowing a current flow through the diode D1, the LED array 80 and the throttle takes place.

Wenn der über den Digitaleingang 41 angelegte externe Dimmpegel < 10% liegt, schaltet die Einrichtung gemäß 1 in eine Längsreglerphase um, zu welcher der Micro-Controller 40 den Steuerungs-IC 31 über die Steuerungsleitung 42 und den Eingang 32 am IC ausschaltet. Gleichzeitig kann der Ausgang des Differenzverstärkers über den oben erwähnten und in 1 nicht dargestellten und durch den µController gesteuerten Umschalter mit dem Steuereingang des Transistors 11 verbunden werden. Der µController 40 gibt in Bezug auf den Tastgrad des PWM-Signals ein an den extern zugeführten Dimmpegel angepasstes Signal PWM1 aus, das tiefpassgefiltert wiederum als Usoll am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 24 anliegt.If the via the digital input 41 applied external dimming level <10%, switches the device according to 1 in a longitudinal regulator phase, to which the micro-controller 40 the control IC 31 via the control line 42 and the entrance 32 on the IC turns off. At the same time, the output of the differential amplifier over the above-mentioned and in 1 not shown and controlled by the μController switch with the control input of the transistor 11 get connected. The μController 40 outputs in terms of the duty cycle of the PWM signal to the externally supplied dimming level adjusted signal PWM1, the low-pass filtered again as Usoll at the inverting input of the differential amplifier 24 is applied.

Im Unterschied zu der Schaltreglerphase wird in der Längsreglerphase das vom Messwiderstand 15 abgegebene Messsignal Uist durch den ersten Operationsverstärker 21 verstärkt, wobei der Verstärkungsfaktor A vom Verhältnis der beiden Widerstände R2 und R2V0 abhängt. Die verstärkte Spannung Uist × A wird mit dem Sollwert Usoll im nachgeschalteten Differenzverstärker verarbeitet. Dessen Ausgang ist über den nicht dargestellten Umschalter in der Längsreglerphase mit dem Steuereingang des Transistors 11 verbunden, sodass über die Steuerspannung Ut in Abhängigkeit der durch die LED-Anordnung 80 fließenden Stroms Iled und des Sollwertes Usoll der Widerstand des Transistors 11 zum Einstellen des Stromes iLED gesteuert wird.In contrast to the switching regulator phase, in the series regulator phase, that of the measuring resistor 15 output measurement signal Uist through the first operational amplifier 21 amplified, wherein the amplification factor A depends on the ratio of the two resistors R2 and R2V0. The amplified voltage Uact × A is processed with the setpoint Usoll in the downstream differential amplifier. Its output is via the switch, not shown in the series regulator phase with the control input of the transistor 11 connected so that via the control voltage Ut depending on the LED array 80 current flowing Iled and the setpoint Usoll the resistance of the transistor 11 is controlled to adjust the current iLED.

2 zeigt eine Variante der in 1 dargestellten erfindungsgemäß ausgebildeten Vorschalteinrichtung, wiederum in einer Prinzipdarstellung. Auch diese Einrichtung ist zum Betrieb in einer Schaltreglerphase und in einer Längsreglerphase, abhängig von dem am Eingang 41 anliegenden, externen Steuersignal bzw. Dimmpegel, ausgebildet. Im Folgenden wird die Beschreibung zur Vermeidung von Wiederholungen im Wesentlichen auf die Unterschiede zur Schaltung gemäß 1 beschränkt. Diese betrifft die Steuerungsseite, insbesondere in Bezug auf die Erzeugung der Regeleingangsgröße Usoll und in Bezug auf die Festlegung der Verstärkung des Messsignals Uist. Darüber hinaus ist der in 1 nicht dargestellte Umschalter 60 zum Schalten des Ausgangs 35 des IC 31 bzw. des Ausgangs des Differenzverstärkers auf den Steuereingang des Transistors 11 für den Wechsel zwischen Schaltreglerphase und Längsregelphase in 2 angegeben. Dieser Umschalter 60 weist einen Steuereingang 61 auf, der hier mit dem Steuereingang 47 des µController 40 verbunden ist. 2 shows a variant of in 1 illustrated inventively formed ballast, again in a schematic diagram. This device is also for operation in a switching regulator phase and in a longitudinal regulator phase, depending on the input 41 adjacent, external control signal or dimming level formed. The following is the description for avoiding repetitions based essentially on the differences from the circuit according to 1 limited. This relates to the control side, in particular with respect to the generation of the control input Usoll and with respect to the determination of the gain of the measurement signal Uist. In addition, the in 1 not shown switch 60 for switching the output 35 of the IC 31 or the output of the differential amplifier to the control input of the transistor 11 for switching between the switching regulator phase and the longitudinal regulation phase in 2 specified. This switch 60 has a control input 61 on, here with the control input 47 of the μController 40 connected is.

Erkennbar weist der µController 40 der Ausführungsform gemäß 2 einen weiteren PWM-Ausgang 44 zur Abgabe eines zweiten Signals PWM2 auf, mit welchem ein als elektronischer Zerhacker arbeitender Transistor 54 angesteuert ist. Die Amplitude des Signals PWM2 ist so eingestellt, das zu Zeiten Th_on des Signals PWM2 der Transistor 54 durchgeschaltet und zu Zeiten Th_off offengeschaltet ist. Dabei liegt die Taktfrequenz des Signals PWM2 sehr viel höher als die Taktfrequenz PWM1. In der Th_on-Stellung des Transistors 54 wird insofern das tiefpassgefilterte Signal U1 zum Signal U1‘ zerhackt und dann auf den durch die beiden Komponenten 55, 56 gebildeten Tiefpass zur Abgabe der Regelgröße Usoll verarbeitet. Um in solchen Situationen, in welchen der elektronischer Zerhacker ausgeschaltet ist, das vom Inverter 52 abgegebene Signal nicht zu beeinflussen, ist vorgesehen, die Zeitenkonstante τ1 = Rt2 × Ct2 sehr viel geringer als die Zeitkonstante τ2 = Rt1 × Ct1 einzustellen. Der Sollwert Usoll ergibt sich demnach zu: Usoll = U1 × Tastgrad(PWM2).Recognizable points the μController 40 the embodiment according to 2 another PWM output 44 for outputting a second signal PWM2, with which a working as an electronic chopper transistor 54 is controlled. The amplitude of the signal PWM2 is set so that at times Th_on of the signal PWM2 the transistor 54 is turned on and at times Th_off is open. The clock frequency of the signal PWM2 is much higher than the clock frequency PWM1. In the Th_on position of the transistor 54 In this way, the low-pass filtered signal U1 is chopped to the signal U1 'and then to the through the two components 55 . 56 formed low pass for delivery of controlled variable Usoll. In such situations, in which the electronic chopper is switched off, that of the inverter 52 It is intended to set the time constant τ1 = Rt2 × Ct2 much less than the time constant τ2 = Rt1 × Ct1. The setpoint Usoll thus results in: Usoll = U1 × duty cycle (PWM2).

Mit den beschriebenen Ausgestaltung der einzelnen Komponenten zeigen die in 1 und 2 angegebenen, erfindungsgemäß gestalteten Vorschalteinrichtungen 1 in der Schaltreglerphase und in der Längsreglerphase keine prinzipiellen Unterschiede in Bezug auf die Ausgabe des ersten PWM-Signals PWM1. In beiden Ausführungsformen verändert der µController 40 über den gesamten erlaubten Dimmbereich zwischen 100% und 1% den Tastgrad des Signals PWM1 entsprechend zum Dimmpegel. Ferner ist bei der in 2 angegebenen Ausführungsform vorgesehen, dass sich gleichzeitig mit dem Signal PWM1 auch das am Ausgang 44 ausgegebene zweite Signal PWM2 über den gesamten erlaubten Dimmpegelbereich in Abhängigkeit des Dimmpegels entsprechend verändert, wobei mit dem zweiten Signal PWM2 der Zerhacker 54 angesteuert wird. Durch die beschriebene Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung gemäß 2 kann eine höhere Auflösung beim Amplitudendimmen der LED-Anordnung 80 über den gesamten Dimmpegelbereich bereitgestellt werden, ohne dass übliche Anforderungen an die Schalteinrichtungen zur Erzeugung der PWM-Signale erhöht sind.With the described embodiment of the individual components show in 1 and 2 specified, inventively designed Vorschalteinrichtungen 1 in the switching regulator phase and in the series regulator phase no fundamental differences with respect to the output of the first PWM signal PWM1. In both embodiments, the μcontroller changes 40 over the entire permissible dimming range between 100% and 1%, the duty cycle of the signal PWM1 corresponding to the dimming level. Furthermore, at the in 2 specified embodiment provided that at the same time as the signal PWM1 at the output 44 output signal PWM2 correspondingly changed over the entire permissible dimming level range as a function of the dimming level, with the second signal PWM2 being the chopper 54 is controlled. Due to the described design of the ballast according to the invention according to 2 may have a higher resolution in the amplitude dimming of the LED array 80 be provided over the entire dimming level range without increasing the usual requirements for the switching means for generating the PWM signals.

In einer anderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, ausgehend von hohen externen Dimmpegelwerten und Änderung zu kleineren externen Dimmpegelwerten zunächst allein den Tastgrad von PWM1 in Abhängigkeit des externen Dimmpegels zu vermindern und bei Erreichen eines vorgegebenen, geringen Tastgrades von PWM1 diesen konstant zu halten und den Tastgrad von PWM2 mit weiter fallendem externen Dimmpegel zu erniedrigen.In another embodiment, it may also be provided, starting from high external dimming level values and changing to smaller external dimming level values, first to reduce the duty cycle of PWM1 as a function of the external dimming level and to keep this constant when reaching a predetermined, low duty cycle of PWM1 and the duty cycle PWM2 with decreasing external dimming level.

Um das Verhalten der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung gemäß 2 in Bezug auf die Längsreglerphase weiter zu verbessern, ist im Unterschied zu der in 1 angegebenen Einrichtung vorgesehen, den Verstärkungsfaktor A des Verstärkers zum Verstärken des Messsignals Uist einstellbar zu gestalten. In der Ausführungsform gemäß 2 weist der µController 40 zwei weitere Ausgänge 45, 46 auf, insbesondere zum Anlegen von Referenzspannungen an die beiden Verstärkerwiderstände 26, 27, sodass der Verstärkungsfaktor A durch die angelegten und einstellbaren Referenzspannungen sowie die Werte der Widerstände 23, 26 und 27 vom µController 40 variabel und in Abhängigkeit des Dimmpegels bzw. des Signals Uist eingestellt werden kann.To the behavior of the ballast according to the invention according to 2 in terms of the longitudinal regulator phase is to improve further, in contrast to the in 1 provided device to make the gain A of the amplifier for amplifying the measurement signal Uist adjustable. In the embodiment according to 2 indicates the μcontroller 40 two more outputs 45 . 46 on, in particular for applying reference voltages to the two amplifier resistors 26 . 27 , so that the amplification factor A by the applied and adjustable reference voltages and the values of the resistors 23 . 26 and 27 from μController 40 can be set variably and depending on the dimming level or the signal Uist.

Die 3–5 zeigen den zeitlichen Verlauf der charakteristischen Größen der Vorschalteinrichtung gemäß 2 in den verschiedenen Betriebsphasen. 3 zeigt das Zeitverhalten der Ansteuerspannung Ut, der Messspannung Uist, der Sollgröße Usoll, des Drosselstroms IL1 sowie des Stroms Iled durch die LED-Anordnung 80 in der Schaltungsreglerphase, d.h. in einer Situation der beschriebenen Ausführungsform, bei welcher der externe Dimmpegel innerhalb eines oberen Dimmpegelbereichs von 100% bis ca. 10% liegt. In dem in 3 angegebenen Beispiel liegt der Nennstrom durch die LED-Anordnung 80 bei 1A, wobei der Dimmpegel 25% und der Tastgrad beider PWM-Signale PWM1 und PWM2 jeweils 50% beträgt, entsprechend einem LED-Strom von 250 mA.The 3 - 5 show the time course of the characteristic variables of the ballast according to 2 in the different operating phases. 3 shows the timing of the drive voltage Ut, the measurement voltage Uist, the target size Usoll, the inductor current IL1 and the current Iled through the LED assembly 80 in the circuit regulator phase, ie in a situation of the described embodiment, where the external dimming level is within an upper dimming level range of 100% to about 10%. In the in 3 example given, the rated current is through the LED assembly 80 1A, wherein the dimming level is 25% and the duty cycle of both PWM signals PWM1 and PWM2 is 50% each, corresponding to a LED current of 250 mA.

4 zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale PWM1, U1, U1‘ zur Erzeugung der Sollgröße Usoll für eine Situation in der Schaltungsreglerphase, wobei der über den digitalen Eingang 41 des Micro-Controllers 40 vorgebene Dimmpegel wie zu 3 angegeben auf 25% eingestellt ist und der Strom durch die LED-Anordnung 250 mA beträgt. In dem beschriebenen Beispiel beträgt die Frequenz des ersten PWM-Signals 8 kH, wobei der Tastgrad entsprechend dem vorgegebenen Dimmlevel auf 50% eingestellt ist. Das tiefpassgefilterte Signal U1 zeigt den über den angegebenen Zeitbereich konstanten Verlauf. Diese Spannung wird nun mit dem zweiten PWM-Signal PWM2 geschaltet, wobei dieses Signal in dem beschriebenen Beispiel eine Frequenz von 1kH und entsprechend dem eingestellten Dimmlevel einen Tastgrad wiederum von 50% aufweist. Das resultierende Signal U1‘ kann einer Multiplikation der beiden Signale PWM2 und U1 entsprechen. Die nachfolgende Tiefpassfilterung über die Bauelemente 55, 56 führt zu Usoll als Eingangsgröße für das Steuerungs-IC 31, welches die Regelung des Stromes durch die LED-Anordnung 80 in der Schaltreglerphase durchführt. 4 shows the time course of the signals PWM1, U1, U1 'for generating the target value Usoll for a situation in the circuit controller phase, wherein the via the digital input 41 of the microcontroller 40 preset dimming level as to 3 is set to 25% and the current through the LED array is 250 mA. In the example described, the frequency of the first PWM signal is 8 kH, the duty cycle being set to 50% according to the predetermined dimming level. The low-pass filtered signal U1 shows the constant over the specified time range course. This voltage is now switched with the second PWM signal PWM2, this signal in the example described a frequency of 1kH and according to the set dimming level again has a duty cycle of 50%. The resulting signal U1 'may correspond to a multiplication of the two signals PWM2 and U1. The subsequent low-pass filtering over the components 55 . 56 leads to Usoll as input for the control IC 31 controlling the current through the LED array 80 in the switching regulator phase.

5 zeigt den Zeitverlauf der Größen Iled, Uist, (Iist × A) und Ut in einer Situation, bei welcher die erfindungsgemäße Vorschalteinrichtung gemäß 2 in der Längsreglerphase betrieben wird, hier bei einem Tastgrad des zweiten PWM Signals von 10% und einem durch das erste PWM Signal PWM1 festgelegter Stromwert von 100 mA, sodass der LED-Strom 10mA beträgt. Um bei dem kleinen LED-Strom diesen genau zu messen, wird die Abtastspannung Uist über den Operationsverstärker 21 verstärkt, wobei der Verstärkungsfaktor A durch den µController 40 angepasst wird. 5 shows the time course of the variables Iled, Uist, (Iact × A) and Ut in a situation in which the ballast according to the invention according to 2 is operated in the in-phase regulator phase, here at a duty cycle of the second PWM signal of 10% and a predetermined by the first PWM signal PWM1 current value of 100 mA, so that the LED current is 10mA. In order to accurately measure this with the small LED current, the sense voltage is Uist via the operational amplifier 21 amplified, wherein the amplification factor A by the μController 40 is adjusted.

In der beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorschalteinrichtung kann eine LED-Anordnung mit hoher Auflösung amplitudengedimmt werden, wobei zwei PWM-Signale PWM1 und PWM2 verwendet werden. Mit einem Signal PWM1 und einem Tiefpass Rt1, Ct1 wird ein Spannungswert U1 generiert, der einem gewünschten LED-Stromwert entspricht. Um einen hochauflösenden Dimmwert dieses LED-Stromwertes einzustellen, wird der Spannungspegel U1 mit dem Tastverhältnis des zweiten Signals PWM2 geschaltet. Das dadurch entstehende PWM-Signal U1‘ wird über einen weiteren Tiefpass Rt2, Ct2 zum Spannungspegel Usoll gewandelt, wobei sich Usoll zu Usoll = U1 × (Tastverhältnis PWM2) ergibt.In the described embodiment of the ballast according to the invention, a high resolution LED array can be amplitude-dimmed using two PWM signals PWM1 and PWM2. With a signal PWM1 and a low pass Rt1, Ct1, a voltage value U1 is generated which corresponds to a desired LED current value. In order to set a high-resolution dimming value of this LED current value, the voltage level U1 is switched with the duty cycle of the second signal PWM2. The resulting PWM signal U1 'is converted via another low-pass filter Rt2, Ct2 to the voltage level Usoll, whereby Usoll to Usoll = U1 × (duty cycle PWM2) results.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1‘1, 1 ': Vorschaltgerät ballast
1010: Tiefsetzsteller, Schaltregler Step-down converter, switching regulator
1111: Transistor transistor
1212: Drossel throttle
1313: Diode diode
1414: Kondensator capacitor
1515: Messwiderstand measuring resistor
2020: Längsreglerbauteile Series regulator components
21, 2221, 22: Operationsverstärker operational amplifiers
2323: Widerstand resistance
2424: Operationsverstärker operational amplifiers
2525: Kondensator capacitor
26, 2726, 27: Widerstand resistance
3030: Steuerung control
3131: Steuerungs-IC Control IC
3232: Aus-/Eingang Entrance off /
3333: Sollwert-Eingang Setpoint input
3434: Istwert-Eingang Actual value input
3535: Steuerausgang control output
4040: µController microontroller
4141: Digitaler Steuereingang, digit. Schnittstelle Digital control input, digit. interface
4242: Steuerausgang control output
4343: PWM-Ausgang PWM output
4444: PWM-Ausgang PWM output
45, 4645, 46: Verstärkerausgang amplifier output
4747: Steuerausgang control output
5050: Widerstand resistance
5151: Kondensator capacitor
5252: Inverter inverter
6060: Umschalter switch
6161: Steuereingang control input
8080: LED-Anordnung LED array

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10066459 A1 [0002]
US 7759881 B1 [0002]

Claims

Ballast device ( 1 . 1' ) for operating a lighting device, in particular an LED device ( 80 ), comprising - a switching regulator circuit ( 10 ) for controlling the current through the lighting device comprising at the load side at least one throttle ( 12 ), a diode ( 13 ) and a semiconductor device operated as a switch, wherein the switching regulator circuit ( 10 ) on the input side to a supply voltage and the output side is connected to the lighting means; - a control input ( 41 ) for receiving an external control signal associated with a dimming level; - means for detecting the current flowing through the lamp means current (Iled); A control device ( 31 . 40 ) for controlling the switching state of the semiconductor device in a switching regulator operating phase as a function of the detected luminous flux and the dimming level when the dimming level is within a predetermined dimming level range, characterized in that the control device ( 31 . 40 ) is arranged to drive in a longitudinal regulator phase, the semiconductor device as an adjustable resistor of the lighting means feeding longitudinal regulator circuit for controlling the luminous flux, when the outer control signal associated dimming level is less than the dimming level of the predetermined dimming level range.

Ballast device ( 1 . 1' ) according to claim 1, characterized in that the control device ( 31 . 40 ) at least one control component ( 31 ), which is connected on the output side to a control input of the semiconductor component for controlling its switching state in the switching regulator operating phase and which has a first input terminal (12). 34 ) which is connected to the output of a sensor device for detecting the luminous flux and a second input terminal ( 33 ), to which a dimming level-dependent setpoint signal (Usoll) is applied.

Ballast device ( 1 . 1' ) according to claim 2, characterized in that the control component ( 31 ) via a further input terminal ( 32 ) can be controlled for switching on or off.

Ballast device ( 1' ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control device ( 31 . 40 ) is configured to output a first pulse width modulation signal (PWM1) and a second pulse width modulation signal (PWM2), wherein the duty cycle of the first and / or the second PWM signal is set in response to the external control signal.

Ballast device ( 1' ) according to claim 4, characterized in that the first PWM signal (PWM1) low pass filtered (Rt1, Ct1) is applied to the input of an electronic chopper controlled by the second PWM signal (PWM2) whose output is connected to the input of a low pass filter (Rt2 , Ct2), at the output of which a dimming level dependent setpoint signal (Usoll) can be delivered.

Ballast device ( 1' ) according to claim 5, characterized in that the clock frequency of the first PWM signal (PWM1) is at least five times, in particular at least eight times the clock frequency of the second PWM signal (PWM2).

Ballast device ( 1' ) according to claim 5 or 6, characterized in that the respective clock frequency of both PWM signals (PWM1, PWM2) is kept constant and / or the respective duty cycle of both PWM signals is set in the same way depending on the dimming level.

Ballast device ( 1 . 1' ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the predetermined dimming level range between 100% and a dimming level threshold of a predetermined nominal current level of the lighting device is, wherein the dimming level threshold is more than 10%.

Ballast device ( 1 . 1' ) according to claim 8, characterized in that the semiconductor device is controlled as an adjustable resistor in the Längsreglerbetriebsphase when the external control signal is associated with a dimming level, which is within a second, adjoining the predetermined dimming level range dimming level range, and in particular between about 10% and is about 1% of a predetermined nominal current level of the lighting device.

Ballast device ( 1 . 1' ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the control device is a controller ( 40 ), which controls the semiconductor device in the Längsreglerbetriebsphase.

Ballast device ( 1 . 1' ) according to claims 3 and 10, characterized in that the controller ( 40 ) at the transition from the Schaltrglerbetriebsphase in the Längsreglerbetriebsphase the control component ( 31 ) turns off.

Ballast device ( 1 . 1' ) according to one of Claims 2 to 11, characterized in that the output of the sensor device is connected to the input of an amplifier ( 21 ) whose output is connected to an input of a differential amplifier ( 24 . 25 ), wherein at another Input of the differential amplifier, the setpoint of the current is applied by the lighting means and the output of the differential amplifier ( 24 . 25 ) is connected to the control input of the semiconductor device, in particular a transistor.

Ballast device ( 1 . 1' ) according to claim 10 and 12, characterized in that the amplifier has an adjustable gain, which is controlled by the controller in dependence of the external signal or the associated dimming level.

Method for controlling the operation of a lighting device, in particular an LED device, in which the current flowing through the lighting means by means of a switching regulator circuit ( 10 ), the load side comprising at least one throttle ( 12 ), a diode ( 13 ) and a semiconductor device operated as a switch, wherein the switching state of the semiconductor device is controlled in a Schaltrglerbetriebsphase depending on a dimmpegel assignable external control signal and the luminous flux when the dimming level is within a predetermined dimming level range, characterized in that the Semiconductor device is driven in a longitudinal regulator phase for providing a longitudinal regulation of the luminous flux as an adjustable resistor when the dimming level is less than the dimming level of the predetermined Dimmpegelbereichs.

Method according to Claim 14, characterized in that a first pulse width modulation signal (PWM1) and a second pulse width modulation signal (PWM2) are generated for providing a nominal value signal (Usoll) dependent on the dimming level, the duty cycle of the first and / or the second PWM Signal is set in response to the external control signal.

Method according to Claim 15, characterized in that the first PWM signal (PWM1) is low-pass filtered (Rt1, Ct1), electronically chopped via the second PWM signal (PWM2) and subsequently low-pass filtered (Rt2, Ct2) to provide the setpoint signal ( Usoll) are processed.