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EP3345457A1 - Anordnung mit einem betriebsgerät für leuchtmittel - Google Patents

Anordnung mit einem betriebsgerät für leuchtmittel

Info

Publication number
EP3345457A1
EP3345457A1 EP16762949.2A EP16762949A EP3345457A1 EP 3345457 A1 EP3345457 A1 EP 3345457A1 EP 16762949 A EP16762949 A EP 16762949A EP 3345457 A1 EP3345457 A1 EP 3345457A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical circuit
operating device
arrangement according
magnetic
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP16762949.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lukas Saccavini
John SCHÖNBERGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE202015104608.1U external-priority patent/DE202015104608U1/de
Application filed by Tridonic GmbH and Co KG filed Critical Tridonic GmbH and Co KG
Priority claimed from PCT/AT2016/060034 external-priority patent/WO2017035548A1/de
Publication of EP3345457A1 publication Critical patent/EP3345457A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/39—Circuits containing inverter bridges
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/382—Switched mode power supply [SMPS] with galvanic isolation between input and output

Definitions

  • the invention relates to an arrangement comprising a
  • Ballasts used The operating devices are set up, the required from a mains supply voltage
  • Such other electrical circuits may include sensors such as motion sensors or brightness sensors. The operation of these sensors requires the availability of a
  • the sensors can be used, for example, for measuring physical parameters and transmitting the recorded data
  • a converter used in the context of the operating device generates the necessary low-voltage supply voltage, which is supplied to the sensor via supply lines.
  • this low-voltage supply voltage means additional expense within the converter, additional external
  • Connection options such as connectors and additional
  • the invention of the technical task to improve the use of external circuits and operating devices for lighting in a tight spatial network and by using the in the
  • an arrangement comprising a control device for lighting means and an electrical circuit, wherein the operating device comprises at least one energy transmission element.
  • the operating device comprises at least one energy transmission element.
  • an inductive coupling element of the electrical circuit is arranged in a magnetic or electromagnetic stray field of the energy transmission element.
  • the energy transmission element is designed as an inductive element.
  • Connectors, mechanical feedthroughs through a housing of the operating device, cables, cable guides is reduced by the invention. It can thus be made possible a contactless energy transfer to the electrical circuit.
  • a converter in terms of number of components and required device dimensions.
  • Mains input choke, a primary winding of an isolation transformer, a coil of a flyback converter, etc. may be the inductive element of the operating device, the stray field is used in the invention.
  • the stray field is used in the invention.
  • by absorbing the scattering power on the use of the film, which normally surrounds the inductance, can be dispensed with.
  • Arrangement includes the electrical circuit
  • Voltage supply means arranged to generate a
  • the magnetic coupling element removes energy from the magnetic or electro-magnetic stray field, an alternating field, by induction in a conductor of the coupling element and makes it available in the form of an alternating current (AC voltage).
  • Voltage supply means this induced alternating current rectified and provided as
  • Low-voltage supply voltage for example, a sensor can be used.
  • the electrical circuit has a storage means, in particular a capacitor, for storing electrical energy.
  • the storage means can be an approximately constant low-voltage voltage for operating, for example, a
  • Control circuit a micro control circuit (engl.
  • Microcontroller or a user-specific circuit (ASIC) are provided.
  • ASIC user-specific circuit
  • the arrangement according to a further embodiment is characterized in that the electrical circuit is a sensor, in particular a motion sensor or brightness sensor, and / or a
  • Coupling element received field energy is cached in the storage means and is also available for a motion sensor which is used to activate a light source available.
  • Another embodiment of the arrangement comprises an electrical circuit having a first communication means designed for communication with the operating device.
  • a signal, in particular a sensor signal or data signal of the electrical circuit is transmitted to the operating device.
  • a communication channel between the operating device and the electrical circuit can be realized with little effort.
  • the first communication means of a preferred embodiment of the arrangement according to the invention preferably has a modulator designed for clocking the inductive coupling element and / or a transmitting inductance.
  • the arrangement according to another embodiment shows the operating device with a second communication means, which is designed to communicate with the first communication means of the electrical circuit.
  • the operating device is characterized in that it comprises a housing and a housing cover, wherein the electrical circuit is arranged outside the housing or on the housing of the operating device.
  • Housing cover arranged or integrated in the housing cover.
  • the supply of the electrical circuit via magnetic coupling allows the arrangement of the electrical circuit outside the housing of the operating device. This is an extended and / or changed functionality of the operating device through
  • the housing cover of an advantageous development has at least one marking for designating a position of the inductive coupling element on the housing cover.
  • the marking ensures exact positioning of the
  • the inductive coupling element together with the inductive element exerts a magnetic force on the electrical circuit in the direction of the housing cover.
  • the use of the magnetic force allows improved adhesion of the electrical circuit to the housing cover, optionally in addition to a fixation by means of screws, by gluing, etc.
  • the inductive element is at least part of an LLC transformer of the operating device and / or an inductance of a converter of the operating device.
  • the invention also relates to an arrangement comprising an LED module with a luminous means and an electrical circuit, wherein the operating device has at least one energy transmission element,
  • the electrical circuit comprises an inductive coupling element (which is arranged in a magnetic or electro-magnetic stray field of the energy transmission element.
  • the electrical circuit may comprise a voltage supply means arranged to generate a supply voltage for the electrical circuit from absorbed energy of the magnetic or electro-magnetic stray field.
  • the electrical circuit can be designed for the output and reception of wireless signals, in particular radio signals.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • FIG. 2 views of an inventive arrangement of a
  • Fig. 3 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 4 is a schematic representation of an electrical circuit according to the invention of a second
  • Fig. 4 shows a further embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows an arrangement according to the invention is shown according to a first embodiment of the invention.
  • the arrangement comprises an operating device 1 for operating a luminous means 2 and an electrical circuit 3.
  • FIG. 1 shows a luminous means 2 in the form of an LED. It is without the invention
  • the operating device 1 a plurality of lamps 2, which in turn a plurality of
  • light-emitting elements such as LEDs, gas discharge lamps, etc.
  • LLC converter for operating at least one luminous means, for example an LED strip.
  • Driver circuits for the operation of light-emitting diodes are known.
  • drivers with an LLC circuit are used as driver circuits, hereinafter referred to as LLC converter.
  • LLC converters a (series) resonant circuit is fed by means of a high-frequency clocked half-bridge circuit 5 with a high-frequency AC voltage.
  • the resonant circuit feeds a primary-side transformer coil.
  • a secondary-side transformer coil then directly supplies a light source.
  • the supply voltage supplied to the lamp will typically be a DC voltage.
  • the DC voltage can in principle be generated by a rectifier circuit. It is advantageous, however, the rectification means of a transformer
  • the LLC converter is thus an electrical circuit, the input side of an AC line voltage and fed to the
  • Illuminant for example, one or more LEDs, connectable are, and the output side provides a DC voltage for a defined operation.
  • the operating device 1 shown in Figure 1 has an input 4. At the input 4 is an input voltage, this can be a preferably rectified mains input voltage U NETZ .
  • the mains input voltage U NETZ can for example also be rectified and then one not shown here
  • Power factor correction circuit PFC which provides a stabilized DC voltage for the LLC converter.
  • the operating device 1 is shown as LLC converter. It follows, viewed from the input 4 ago, a half-bridge circuit 5 and
  • Output voltage U LED is provided to the LED output 8 for the bulb 2.
  • an alternating voltage or an alternating current is generated by the half-bridge circuit 5 and provided to a series resonant circuit 6.
  • Resonant circuit and is at least partially to the load of
  • the series resonant circuit of the LLC converter generally consists of a capacitor C, an inductor L and another coil L '.
  • the additional coil L ' serves to supply the energy provided by the alternating voltage to the luminous means 2 as a load
  • the load is coupled via the transformer 7 to the series resonant circuit 6.
  • the transformer 7 serves as a galvanic barrier (galvanic barrier) between the generated AC voltage and the output to the lamp DC voltage.
  • the transformer 7 provides a galvanic isolation of
  • transformer 7 By means of transformer 7 is thus a potential barrier, also called SELV barrier, realized for protective separation.
  • SELV barrier realized for protective separation.
  • the transformer 7 generates a primary-side AC input alternating magnetic field, which induces an AC output current in the secondary side coils.
  • the primary-side input coil and the at least one secondary-side output coil, shown in Figure 1 are two output coils, for example, applied to a ferrite or iron core with high magnetic conductivity (permeability) ⁇ .
  • the power transmission between the primary side and the secondary side takes place essentially via a magnetic alternating field via the
  • Supply control circuit of the operating device via supply lines with electrical energy.
  • the transformer 8 does not only have a magnetic flux ⁇ in the ferrite core, which also flows through the secondary windings of the transformer, starting from the primary windings, but also has a magnetic leakage flux ⁇ ⁇ . Due to a necessary spatial distance of several windings of the
  • Transformers comes to a magnetic leakage flux ⁇ ⁇ .
  • the stray magnetic flux ⁇ ⁇ is caused by the primary winding, but does not penetrate the secondary-side coils. As a result, this leakage flux ⁇ ⁇ does not contribute to the magnetic coupling of the primary side to the secondary side of the transformer 7.
  • the leakage magnetic flux ⁇ ⁇ is therefore to be understood as a "flux loss.” This magnetic leakage flux ⁇ ⁇ can be reduced by winding the transformer 7 with copper foil.
  • an inductive coupling element 9 is arranged in the region of the magnetic stray flux ⁇ ⁇ of the transformer 7.
  • This inductive coupling element 9 may be formed, for example, as at least one conductor loop or in the form of an antenna with a suitable design.
  • a current is induced by the magnetic stray flux ⁇ ⁇ , which can now be used to supply voltage to the electrical circuit 3.
  • inductive coupling element 9 is to be equated with the term antenna.
  • An example of an inventive use of an electro-magnetic field will be described later with reference to FIG. 5
  • Embodiment comprises in addition to an inductive coupling element 9, a voltage supply means comprising a rectifier 10 and a capacitor 11.
  • the rectifier 10 receives from the inductive element 9 induced in the inductive coupling element 9
  • Low-voltage DC voltage for example, smoothes, short-circuits voltage peaks and stores electrical energy.
  • the storage means 11 is preferably realized as a capacitor (capacitance).
  • a capacitor of high energy density is suitable as storage means 11.
  • a double-layer capacitor also known as an electrochemical double-layer capacitor (EDLC) or a supercapacitor (English: Goldcap // TM ), can be used particularly advantageously as the storage means 11.
  • the electrical circuit 3 according to FIG. 1 further comprises a sensor 13, which is supplied with voltage via the control circuit 11.
  • a measured variable recorded by the sensor for example for a physical parameter to be detected, such as a
  • Brightness is detected by the control circuit 12, according to an embodiment cached, and / or passed in the form of detected sensor data to a first communication means 14.
  • the first communication means 14 according to an advantageous
  • the exemplary embodiment is designed to transmit sensor data in the form of a sensor signal to the operating device 1.
  • the first communication means 14 of an embodiment comprises a modulator for this purpose.
  • the first communication means 14 may further line driver for transmitting the sensor signal means
  • Embodiment comprises a bus driver to transmit the sensor data via a bus, in particular a DALI bus.
  • the electrical circuit 3 of Figure 1 shows a
  • the first communication means 14 of Figure 1 is adapted to transmit wirelessly, for example by a special transmission inductance or by suitably modulated clocking of the inductive coupling element 9 to a signal to the operating device 1.
  • the operating device 1 according to one embodiment of the teaching according to the invention comprises a second, not shown in Figure 1
  • the second communication means is adapted to receive the signal with the sensor data and / or further data such as control data, status data, etc., to demodulate the signal and to extract the transmitted information and / or sensor data and for further processing in the operating device 1 and / or to provide transmission to other receivers by the operating device.
  • the main assembly 3.1 of the electrical circuit 3 is shown in Figure 2 as an electrical circuit 3 as a printed circuit board 20 with applied thereto
  • the printed circuit board 20 further has a printed conductor structure 22 which is shown in the upper partial view of FIG. 2 and which implements the inductive coupling element 9.
  • the electrical circuit 3 is preferably arranged in a separate circuit housing.
  • this circuit housing is at least in the region of the magnetic coupling element 9 for magnetic fields permeable and low attenuation.
  • This circuit housing can the
  • the circuit package may be formed so as to cover only an upper surface of the electric circuit 3 which is not protected by the casing cover 24.
  • the housing cover 24 of an embodiment of the invention also shows a mark 25 on its upper side.
  • Top of the housing cover 24 is that surface of the
  • the marking 25 may designate a region on the housing cover 24 as a color or tactile distinguishable marking. If the inductive coupling element 9 is arranged on this marked area of the housing cover 24, then the magnetic coupling element 9 becomes a particularly high one
  • the marking 25 may be formed according to a further embodiment, that it at least partially the function of a mechanical attachment of the
  • electrical circuit 3 can take on the housing cover 24. This can be done for example by the formation of rail-like guides on the top of the housing cover 24.
  • the circuit housing of the electrical circuit 3 or the printed circuit board 20 can be mounted on the housing 23, for example by means of screwing or adhesive bonding, or on the housing cover 24, as shown in FIG. At least additional adhesion of the electrical circuit 3 to the housing 23 is exerted by the magnetic force from the inductive element
  • FIG. 2 In the lower partial view of Figure 2 is a side view of the inventive arrangement of operating device 1 and electrical circuit 3 is shown in a partial section. In this case, in a region of the lower part of the figure, the housing 23 is shown so that the spatial arrangement of the transformer 7 on a
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an electrical circuit according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • a communication channel is implemented as a feedback channel (English, feedback channel) between the electrical circuit 3 and the operating device 1.
  • This communication channel is controlled by a first communication means 14 on the side of
  • Communication means 14 may for this purpose comprise a modulator for generating a transmission signal by modulation of the data to be transmitted on a carrier.
  • the transmission signal is either wirelessly via special data lines, via a bus, in particular via a DALI bus, or wirelessly to the operating device 1 and / or to other receivers, eg. B. a central light control unit
  • the first communication means 14 may, for example, also comprise line drivers for the transmission of the sensor signal to the operating device 1 by means of special sensor signal lines.
  • the first communication means 14 of another Embodiment comprises a bus driver to transmit the sensor data via a bus, in particular a DALI bus.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an electrical circuit according to the invention in accordance with an advantageous second exemplary embodiment of the invention.
  • Circuit 3 of Figure 4 shows a switch 27.
  • the switch 27 is driven by the control circuit 12 and according to the data to be transmitted, z. B. sensor data of the sensor 13, connected.
  • the switch 27 which can be realized for example by a transistor, the effective at an output 29 of the inductive element 9 load is changed.
  • the control unit 12 can thus sensor data of the sensor 13 to an unillustrated control unit of
  • the first communication means 14 is thus arranged to wirelessly transmit sensor data to the operating device without requiring its own data lines in addition to the operating device 1 outgoing from the electrical circuit 3 and without using conventional methods for wireless data transmission.
  • the communication channel between the operating device 1 and the electrical circuit 3 can also be carried out bidirectionally.
  • Communication means are then suitable for a duplex operation to choose.
  • FIG. 5 shows an arrangement according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment of the invention.
  • the arrangement comprises an LED module 31 with an integrated operating device for operating a luminous means 2 and an electrical circuit 3.
  • FIG. 5 shows a luminous means 2 in the form of an LED.
  • the example of FIG. 5 shows both a lateral sectional view of an LED module (top) and a top view of the LED module (bottom).
  • FIG. 5 shows an LED module 31 with integrated operating device (not dargestel lt here).
  • the operating device may have a driver circuit for operating at least one light source, for example an LED path.
  • Driver circuits for the operation of light-emitting diodes are known.
  • a driver circuit a Weg zsteller (buck converter) or an inverse converter (buck-boost converter) can be used.
  • buck converter buck converter
  • buck-boost converter buck-boost converter
  • Driver circuit may for example be designed so that it supplies the LED 2 with a constant current.
  • the electrical circuit 3 with the sensor 13 may be constructed in a similar manner as in the preceding examples and preferably have a control unit 12, a rectifier 10 and a capacitor 11 and a first communication means 14.
  • the transformer 37 provides a galvanic isolation of
  • Transformer 37 is thus a potential barrier, also called SELV barrier realized for protective separation.
  • Transformer 37 is designed as a coreless transformer in which the primary winding and the secondary winding are preferably designed in planar technology.
  • Input alternating current with preferably high frequency, for example in the range of 1 to 20 MHz, an alternating electromagnetic field, which induces an alternating output current in the secondary-side coil.
  • the primary-side input coil is arranged within the housing 33 of the LED module 31.
  • the at least one secondary-side output coil as an inductive coupling element 39 is arranged outside of the housing 33 of the LED module.
  • the secondary-side output coil as part of the electrical Circuit 3 may be arranged on a foil or board, which is applied to the LED module, for example by a
  • the power transmission between the primary side and the secondary side essentially takes place via an electromagnetic alternating field via the magnetic flux of the transformer.
  • the transformer 37 with the secondary-side output coil as inductive coupling element 39 is not formed by a one-piece component according to this example, but by the primary winding and the secondary-side output coil, which are arranged spatially separated from each other, so that the secondary-side output coil of the LED module 31 and Thus, the primary winding can be removed, however, the arrangement is chosen such that a power transmission between the primary side and the secondary side via an electro-magnetic
  • an inductive coupling element 39 is arranged in the region of the electromagnetic field of the primary winding of the transformer 37.
  • This inductive coupling element 39 may be formed, for example, as at least one conductor loop or in the form of an antenna with a suitable design.
  • In the inductive coupling element 39 may be formed, for example, as at least one conductor loop or in the form of an antenna with a suitable design.
  • Coupling element 39 is induced by the magnetic leakage flux, a current that is now to power the electrical
  • Circuit 3 can be used.
  • the LED module in addition to the driver circuit for the LED additionally includes a clock circuit for driving and feeding the primary winding of the transformer 37, so the energy transmission element, with high frequency.
  • This clock circuit can be supplied, for example, from an internal DC voltage or else from the LED supply current.
  • both energy and data can be transmitted via the transformer 37 to the electrical circuit 3 by appropriate timing by means of the clock circuit.
  • the electrical circuit 3 may further include a modulator that may be configured to be the secondary side
  • the LED module can thus be provided with an attachment, for example, with the attachment containing the electrical circuit 3.
  • the sensor 13 of the electrical circuit 3 may include, for example, a motion sensor and / or a brightness sensor.
  • the attachment with the electrical circuit 3 may be constructed so that it can be arranged on the LED module without affecting or limiting the light emission of the LED.
  • the attachment is of annular design, and can be applied, for example, to the edge of a round LED spot module, so that a function of the sensor 13 is made possible, since it can be arranged in the emission direction of the LED module, without to influence or restrict the light emission of the LED.
  • the electrical circuit 3 can also have an additional or alternative third communication interface.
  • This third communication interface can be any suitable third communication interface.
  • the third communication interface for output and reception of wireless signals, in particular radio signals.
  • the third wireless signals in particular radio signals.
  • Radio signals according to a defined standard such as Bluetooth, WLAN or Zigbee be designed.
  • Embodiments may also be integrated into an integrated circuit.
  • the controller 12, the rectifier 10 and optionally the first communication means 14 can be combined into a common integrated circuit. It would also be possible to integrate the sensor 13 with the integrated circuit.
  • the integrated circuit can be designed, for example, as a multi-chip module or single-chip module.

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  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung aus einem Betriebsgerät für Leuchtmittel und einem elektrischen Schaltkreis, wobei das Betriebsgerät zumindest ein Energie-Übertragungselement, beispielsweise einen Transformator umfasst. Der elektrische Schaltkreis hat ein induktives Koppelelement, das in einem magnetischen Streufeld des Energie-Übertragungselements angeordnet ist. Der elektrische Schaltkreis umfasst ein Spannungsversorgungsmittel eingerichtet zur Erzeugung einer Versorgungsspannung für den elektrischen Schaltkreis aus aufgenommener Energie des magnetischen oder elektro-magnetischen Streufelds des Energie-Übertragungselement.

Description

Anordnung mit einem Betriebsgerät für Leuchtmittel
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung umfassend ein
Betriebsgerät für Leuchtmittel und einen elektrischen Schaltkreis, dessen Spannungsversorgung aus einem Energie-Übertragungselement des Betriebsgeräts galvanisch getrennt erfolgt .
Für den Betrieb von Leuchtmitteln wie beispielsweise Leuchtdioden (LED) oder Fluoreszenzleuchten werden Betriebsgeräte, auch
Vorschaltgeräte eingesetzt. Die Betriebsgeräte sind eingerichtet, aus einer Netzversorgungsspannung die erforderliche
Versorgungsspannung für die Leuchtmittel zu erzeugen und dabei zugleich sicherheitstechnische Anforderungen zu erfüllen. In
Verbindung mit dem Betriebsgerät und den Leuchtmitteln werden weitere elektrische Schaltkreise eingesetzt.
Solche weiteren elektrischen Schaltkreise können Sensoren wie Bewegungssensoren oder Helligkeitssensoren umfassen. Dabei erfordert der Betrieb dieser Sensoren die Verfügbarkeit einer
Versorgungsspannung zur Spannungsversorgung des jeweiligen Sensors. Die Sensoren können beispielsweise zur messtechnischen Erfassung physikalischer Parameter und Übermittlung der aufgenommenen
Parameter in einem elektrischen Sensorsignal an das Betriebsgerät dienen .
Zur Spannungsversorgung eines Sensors sind entsprechende Zuleitungen und oft auch weitere zu versorgende Schaltungskreise für die
Steuerung und externe Kommunikation des Sensors erforderlich.
Üblicherweise erzeugt ein im Rahmen des Betriebsgeräts verwendeter Konverter die notwendige Niedervoltversorgungsspannung, die dem Sensor über Versorgungsleitungen zugeführt wird. Die Erzeugung dieser Niedervoltversorgungsspannung bedeutet aber zusätzlichen Aufwand innerhalb des Konverters, zusätzliche externe
Anschlussmöglichkeiten wie Steckverbinder und zusätzliche
Versorgungsleitungen zwischen Konverter und Sensor neben
zusätzlichen Verbindungsleitungen für das Sensorsignal zur
Übermittlung von Sensordaten an das Betriebsgerät. Andererseits werden Induktivitäten des Betriebsgeräts, insbesondere eines Transformators des Betriebsgeräts, üblicherweise in eine Kupferfolie eingeschlagen, um die unvermeidbaren Streufelder zu kontrollieren. Die so in die Folge eingetragene Streuleistung bleibt damit ungenutzt .
Ausgehend von dem eingangs dargestellten Stand der Technik widmet sich die Erfindung der technischen Aufgabe, den Einsatz von externen Schaltungen und Betriebsgeräten für Leuchtmittel in einem engen räumlichen Verbund zu verbessern und durch Nutzung der in der
Streuleistung enthaltenen Energie die Gesamteffizienz zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Anordnung nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert .
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung umfassend ein Betriebsgerät für Leuchtmittel und einen elektrischen Schaltkreis, wobei das Betriebsgerät zumindest ein Energie-Übertragungselement umfasst, gelöst. Erfindungsgemäß ist ein induktives Koppelelement des elektrischen Schaltkreises in einem magnetischen oder elektromagnetischen Streufeld des Energie-Übertragungselements angeordnet. Beispielsweise ist das Energie-Übertragungselement als induktives Element ausgebildet .
Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine
Spannungsversorgung für eine extern zu dem Betriebsgerät angeordnete elektrische Schaltung bereitgestellt, wobei keine zusätzliche
Verdrahtung für die Spannungszuführung aus dem Betriebsgerät zu dem Schaltkreis erforderlich ist. Der Aufwand zur Verbindung, wie
Steckverbinder, mechanische Durchführungen durch ein Gehäuse des Betriebsgeräts, Kabel, Kabelführungen wird durch die Erfindung reduziert. Es kann somit eine kontaktlose Energieübertragung zu der elektrischen Schaltung ermöglicht werden.
Zugleich wird es ermöglicht, einen Niedervoltspannungskreis für die elektrische Schaltung und einen eingangsseitigen
Netzspannungsabschnitt des Betriebsgeräts galvanisch getrennt auszulegen. Somit sind Anforderungen hinsichtlich Schutzes vor hohen Spannungen ohne zusätzlichen Aufwand in einfacher Weise zu erfüllen. Die Nutzung des Streufelds einer zu Erfüllung anderer Aufgaben als der Spannungsversorgung des Schaltkreises ohnehin vorhandenen
Induktivität des Betriebsgeräts verringert den Aufwand durch
Verzicht auf zusätzliche Bauelemente in dem Betriebsgerät,
beispielsweise einem Konverter, hinsichtlich Anzahl der Bauelemente und erforderlichen Geräteabmessungen. Insbesondere eine
Netzeingangsdrossel, eine Primärwicklung eines Trenntransformators, eine Spule eines Flyback-Konverters , etc. können das induktive Element des Betriebsgeräts sein, dessen Streufeld erfindungsgemäß genutzt wird. Darüber hinaus kann durch Aufnahme der Streuleistung auf den Einsatz der Folie, die normalerweise die Induktivität umgibt, verzichtet werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Anordnung umfasst der elektrische Schaltkreis ein
Spannungsversorgungsmittel eingerichtet zur Erzeugung einer
Versorgungsspannung für den elektrischen Schaltkreis aus
aufgenommener Energie des magnetischen oder elektro-magnetischen Streufelds .
Das magnetische Koppelelement entnimmt dem magnetischen oder elektro-magnetischen Streufeld, einem Wechselfeld, durch Induktion in einem Leiter des Koppelements Energie und stellt diese in Form eines Wechselstroms (Wechselspannung) bereit. Mittels des
Spannungsversorgungsmittels kann dieser induzierte Wechselstrom gleichgerichtet und als bereitgestellte
Niedervoltversorgungsspannung beispielsweise eines Sensors genutzt werden .
Entsprechend einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung weist der elektrische Schaltkreis ein Speichermittel, insbesondere eine Kapazität, zur Speicherung elektrischer Engergie auf .
Mittels des Speichermittels kann eine näherungsweise konstante Niedervoltgleichspannung zum Betrieb beispielsweise einer
Steuerschaltung, eines Mikrosteuerschaltkreises (engl.
Microcontroller) oder eines anwenderspezifischen Schalkreises (engl. ASIC) bereitgestellt werden. Bei Einsatz einer geeigneten Kapazität als Speichermittel ist es zugleich möglich, einen kontinuierlichen Betrieb des Schaltkreises auch für einen gepulsten Betrieb des Betriebsgeräts zu gewährleisten.
Die Anordnung nach einer weiteren Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass der elektrische Schaltkreis einen Sensor, insbesondere einen Bewegungssensor oder Helligkeitssensor, und/oder eine
Kommunikationsschnittstelle, vorzugsweise zur drahtlosen
Kommunikation, umfasst, und das Energie-Übertragungselement in einem gepulsten Betrieb angesteuert wird. Die über das magnetische
Koppelelement aufgenommenen Feldenergie wird in dem Speichermittel zwischengespeichert und steht auch für einen Bewegungssensor der zum Aktivieren eines Leuchtmittels verwendet wird, zu Verfügung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung umfasst einen elektrischen Schaltkreis mit einem ersten Kommunikationsmittel ausgelegt zur Kommunikation mit dem Betriebsgerät.
Mittels des ersten Kommunikationsmittels des elektrischen
Schalkreises wird ein Signal, insbesondere eine Sensorsignal oder Datensignal des elektrischen Schaltkreises an das Betriebsgerät übermittelt. Somit kann mit geringem Aufwand ein Kommunikationskanal zwischen dem Betriebsgerät und dem elektrischen Schaltkreis verwirklicht werden.
Das erste Kommunikationsmittel einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung hat vorzugsweise einen Modulator ausgelegt zur Taktung des induktiven Koppelelements und/oder einer Sendeinduktivität .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung kommuniziert das erste Kommunikationsmittel mittels Veränderung einer Last des induktiven Koppelelements mit dem
Betriebsgerät .
Wird das erste Kommunikationsmittel derart ausgelegt, so sind spezielle Signalleitungen zwischen dem elektrischen Schaltkreis und dem Betriebsgerät nicht erforderlich und für die Spannungsversorgung wie auch für die Signalisierung und/oder Datenkommunikation ist der schaltungstechnische Aufwand gering. Die Anordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt das Betriebsgerät mit einem zweiten Kommunikationsmittel, das dafür ausgelegt ist, mit dem ersten Kommunikationsmittel des elektrischen Schaltkreises zu kommunizieren.
Entsprechend einer Weiterbildung zeichnet sich das Betriebsgerät dadurch aus, dass es ein Gehäuse und einen Gehäusedeckel umfasst, wobei der elektrische Schaltkreis außerhalb des Gehäuses oder an dem Gehäuse des Betriebsgeräts angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung eines Ausführungsbeispiels bildet das induktive Koppelelement des elektrischen Schaltkreises an dem
Gehäusedeckel angeordnet oder in den Gehäusedeckel integriert aus .
Die Versorgung des elektrischen Schaltkreises über magnetische Kopplung ermöglicht die Anordnung des elektrischen Schaltkreises außerhalb des Gehäuses des Betriebsgeräts. Damit ist eine erweiterte und/oder geänderte Funktionalität des Betriebsgeräts durch
Hinzufügen eines geeignet ausgelegten elektrischen Schaltkreises, eine Reparatur und/oder Ersatz einfach zu bewerkstelligen. Das eigentliche Betriebsgerät kann dabei unverändert bleiben.
Der Gehäusedeckel einer vorteilhaften Weiterbildung weist zumindest eine Markierung zur Bezeichnung einer Position des induktiven Koppelelements an dem Gehäusedeckel auf.
Durch die Markierung wird eine exakte Positionierung des
magnetischen Koppelelements in Bezug auf das Energie- Übertragungselement ermöglicht. Auch bei nachträglichem Anbringen der elektrischen Schaltung auf den Gehäusedeckel ist so eine optimale Positionierung von magnetischem Koppelelement und Energie- Übertragungselement und damit eine maximale Energieentnahme aus dem magnetischen oder elektro-magnetischen Streufeld zu erreichen.
Eine Anordnung nach einem Ausführungsbeispiel ist dadurch
ausgezeichnet, dass das induktive Koppelelement zusammen mit dem induktiven Element eine magnetische Kraft auf den elektrischen Schaltkreis in Richtung auf den Gehäusedeckel ausübt.
Die Nutzung der magnetischen Kraft ermöglicht eine verbesserte Haftung der elektrischen Schaltung an dem Gehäusedeckel, gegebenenfalls zusätzlich zu einer Fixierung mittels Schrauben, durch Kleben, etc.
Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Anordnung ist das induktive Element zumindest ein Teil eines LLC-Transformators des Betriebsgeräts und/oder einer Induktivität eines Konverters des Betriebsgeräts.
Die Nutzung vorhandener und technisch notwendiger Induktivitäten des Betriebsgeräts und ihres magnetischen oder elektro-magnetischen Streufelds ermöglicht eine Energieversorgung externer elektrischer Schaltungen ohne zusätzlichen betriebsgeräteseitigen Aufwand.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung umfassend ein LED-Modul mit einem Leuchtmittel und einen elektrischen Schaltkreis, wobei das Betriebsgerät zumindest ein Energie-Übertragungselement,
vorzugsweise induktives Element, umfasst, und wobei der elektrische Schaltkreis ein induktives Koppelelement (aufweist, das in einem magnetischen oder elektro-magnetischen Streufeld des Energie- Übertragungselements angeordnet ist.
Der elektrische Schaltkreis kann ein Spannungsversorgungsmittel eingerichtet zur Erzeugung einer Versorgungsspannung für den elektrischen Schaltkreis aus aufgenommener Energie des magnetischen oder elektro-magnetischen Streufelds umfassen.
Der elektrische Schaltkreis kann zur Ausgabe und zum Empfang von drahtlosen Signalen, insbesondere Funksignalen, ausgelegt sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Anordnung aus einem Betriebsgerät und einem elektrischen Schaltkreis ,
Fig. 2 Ansichten einer erfindungsgemäßen Anordnung aus einem
Betriebsgerät und einem elektrischen Schaltkreis,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
elektrischen Schaltkreises eines ersten
AusfUhrungsbeispiels , Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkreises eines zweiten
Ausführungsbeispiels, und
Fig. 4 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Elemente. Aus Gründen der Darstellung wird in der folgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele auf eine Wiederholung weitgehend verzichtet.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Anordnung umfasst ein Betriebsgerät 1 zum Betrieb eines Leuchtmittels 2 sowie einen elektrischen Schaltkreis 3. In Figur 1 ist ein Leuchtmittel 2 in Form einer LED gezeigt. Es ist ohne von der Erfindung
abzuweichen, ebenso möglich, dass das Betriebsgerät 1 mehrere Leuchtmittel 2, die ihrerseits wieder eine Mehrzahl von
lichtabgebenden Elementen wie LEDs, Gasentladungslampen, etc.
umfassen, versorgt.
Die Erfindung wird am Beispiel eines LLC-Konverters zum Betreiben mindestens eines Leuchtmittels, beispielsweise einer LED-Strecke erläutert. Treiberschaltungen für den Betrieb von Leuchtdioden, sind bekannt. Beispielsweise werden als Treiberschaltungen Konverter mit einer LLC-Schaltung verwendet, nachfolgend als LLC-Konverter bezeichnet. Bei LLC-Konvertern wird ein (Serien-) Resonanzkreis mittels einer hochfrequent getakteten Halbbrückenschaltung 5 mit einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist. Der Resonanzkreis speist eine primärseitige Transformatorspule. Eine sekundärseitige Transformatorspule versorgt sodann direkt ein Leuchtmittel. Die dem Leuchtmittel zugeführte Versorgungsspannung wird typischerweise eine Gleichspannung sein. Die Gleichspannung kann grundsätzlich durch eine Gleichrichterschaltung erzeugt werden. Vorteilhaft ist es jedoch, die Gleichrichtung mittels eines Transformators mit
Mittelabgriff an der Sekundärspule durchzuführen.
Der LLC-Konverter ist somit eine elektrische Schaltung, die von einer Netzwechselspannung eingangsseitig gespeist und an das
Leuchtmittel, beispielsweise eine oder mehrere LEDs, anschließbar sind, und ausgangsseitig eine Gleichspannung für einen definierten Betrieb bereitstellt.
Das in Figur 1 dargestellte Betriebsgerät 1 weist einen Eingang 4 auf. An dem Eingang 4 liegt eine Eingangsspannung an, dies kann eine vorzugsweise gleichgerichtete Netzeingangsspannung UNETZ seinn. Die Netzeingangsspannung UNETZ kann beispielsweise auch gleichgerichtet werden und dann einer hier nicht dargestellten
Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC zugeführt werden, welche eine stabilisierte Gleichspannung für den LLC-Konverter bereitstellt. Das Betriebsgerät 1 ist als LLC-Konverter dargestellt. Dabei folgt, vom Eingang 4 her betrachtet, eine Halbbrückenschaltung 5 und
anschließend ein Serienresonanzkreis 6. Über einen Transformator 7 wird anschließend der LED-Ausgang 8 gespeist. Die erzeugte
Ausgangsspannung ULED wird an dem LED-Ausgang 8 für das Leuchtmittel 2 bereitgestellt .
Bei dem gezeigten Betriebsgerät 1 wird eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom von der Halbbrückenschaltung 5 erzeugt und an einen Serienresonanzkreis 6 bereitgestellt . Die mit der
Wechselspannung bereitgestellte Energie schwingt in einem
Resonanzkreis und wird zumindest teilweise an die Last des
Transformators 7 abgegeben.
Der Serienresonanzkreis des LLC-Konverters besteht allgemein aus einem Kapazität C, einer Induktivität L und einer weiteren Spule L'. Die weitere Spule L' dient dazu, die mittels der Wechselspannung bereitgestellte Energie zu dem Leuchtmittel 2 als Last
transportieren zu können. Um die Energie transportieren zu können wird die Last über den Transformator 7 mit dem Serienresonanzkreis 6 gekoppelt. Der Transformator 7 dient dabei als galvanische Barriere (galvanische Sperre) zwischen der erzeugten Wechselspannung und der an das Leuchtmittel abgegebenen Gleichspannung.
Der Transformator 7 stellt eine galvanische Trennung von
eingangsseitigem Abschnitt mit hoher Spannung und einem
ausgangsseitigen Abschnitt mit Niedervoltversorgungsspannung für das Leuchtmittel 2 sicher. Mittels es Transformators 7 wird somit eine Potentialbarriere, auch SELV-Barriere bezeichnet, zur Schutztrennung verwirklicht. In dem Transformator 7 erzeugt ein primärseitiger Eingangswechselstrom ein magnetisches Wechselfeld, das in den sekundarseitigen Spulen einen Ausgangswechselstrom induziert. Dabei ist sind die primärseitige Eingangsspule und die mindestens eine sekundärseitige Ausgangsspule, dargestellt in Figur 1 sind zwei Ausgangsspulen, beispielsweise auf einen Ferrit- oder Eisenkern mit hoher magnetischer Leitfähigkeit (Permeabilität) μ aufgebracht. Die Leistungsübertragung zwischen Primärseite und Sekundärseite erfolgt im Wesentlichen über ein magnetisches Wechselfeld über den
magnetischen Fluss Φ in dem Ferritkern des Transformators .
Es ist üblich, über Hilfswicklungen auf dem Ferritkern induzierte zusätzliche Hilfsspannungen zu erzeugen, die beispielsweise
Steuerschalkreise des Betriebsgeräts über Versorgungsleitungen mit elektrischer Energie versorgen.
Der Transformator 8 weist allerdings nicht nur einen magnetischen Fluss Φ in dem Ferritkern der ausgehend von den Primärwicklungen auch die Sekundärwicklungen des Transformators gezielt durchströmt, sondern auch einen magnetischen Streufluss ΦΞ auf. Aufgrund eines notwendigen räumlichen Abstand von mehreren Wicklungen des
Transformators kommt zu einem magnetischen Streufluss ΦΞ . Der magnetischen Streufluss ΦΞ wird von der Primärwicklung verursacht, durchdringt allerdings nicht die sekundärseitigen Spulen. Dadurch trägt dieser Streufluss ΦΞ nicht zur magnetischen Kopplung der Primärseite mit der Sekundärseite des Transformators 7 bei . Der magnetischen Streufluss ΦΞ ist daher als „Fluss-Verlust" zu verstehen. Dieser magnetischen Streufluss ΦΞ kann durch Umwicklung des Transformators 7 mit Kupferfolie vermindert werden. Damit wird eine Verringerung der Verlustleistung des Transformators 7 erreicht.
Erfindungsgemäß wird im Bereich des magnetischen Streuflusses ΦΞ des Transformators 7 ein induktives Koppelelement 9 angeordnet. Dieses induktive Koppelelement 9 kann beispielsweise als zumindest eine Leiterschleife oder in Form einer Antenne mit einer geeigneten Bauform ausgebildet sein. In dem induktiven Koppelelement 9 wird durch den magnetischen Streuflusses ΦΞ ein Strom induziert, der nun zur Spannungsversorgung des elektrischen Schaltkreises 3 genutzt werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung sind Streuleistungen von z. B. 1 bis 4 Watt aus dem magnetischen oder elektro-magnetischen Streufeld zur Versorgung aktiver elektrischer Schaltungen, die lediglich eine geringe Leistungsaufnahme haben, zu entnehmen .
Vorstehend erfolgt die Diskussion der erfindungsgemäßen
Spannungsversorgung anhand des magnetischen Felds bzw.
Induktivtäten. Die Betrachtung ist ebenso für die Betrachtung elektromagnetischer Felder in entsprechender Weise gültig. Dabei ist der Begriff induktives Koppelelement 9 mit dem Begriff Antenne gleichzusetzen. Ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Nutzung eines elektro-magnetischen Feldes wird später anhand der Figur 5
erläutert .
Der elektrische Schaltkreis 3 nach dem in Figur 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel umfasst neben einem induktiven Koppelelement 9 ein Spannungsversorgungsmittel umfassend einen Gleichrichter 10 und eine Kapazität 11. Der Gleichrichter 10 erhält von dem induktiven Element 9 eine in dem induktiven Koppelelement 9 induzierte
Wechselspannung und erzeugt durch Gleichrichtung eine
Niedervoltgleichspannung mit einem geeigneten Spannungspegel zum Versorgen einer Steuerschaltung 12. Diese Niedervoltgleichspannung liegt an einem Speichermittel 11 an, dass diese
Niedervoltgleichspannung beispielsweise glättet, Spannungsspitzen kurzschließt und elektrische Energie speichert.
Das Speichermittel 11 ist bevorzugt als Kondensator (Kapazität) realisiert. Insbesondere ist als Speichermittel 11 ein Kondensator hoher Energiedichte geeignet. Als Speichermittel 11 kann besonders vorteilhaft ein Doppelschichtkondensator, auch elektrochemischer Doppelschichtkondensator (engl. EDLC) oder Superkondensator (engl. ,,Goldcap//TM) , eingesetzt werden.
Der elektrische Schaltkreis 3 nach Figur 1 umfasst weiter einen Sensor 13, der über den Steuerschaltkreis 11 mit Spannung versorgt wird. Eine durch den Sensor aufgenommene Messgröße, beispielsweise für einen zu erfassenden physikalischen Parameter wie eine
Helligkeit, wird durch den Steuerschaltkreis 12 erfasst, gemäß einer Ausführungsbeispiel zwischengespeichert, und/oder in Form erfasster Sensordaten an ein erstes Kommunikationsmittel 14 übergeben. Das erste Kommunikationsmittel 14 gemäß einem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel ist beispielsweise dazu ausgelegt, Sensordaten in Form eines Sensorsignals an das Betriebsgerät 1 zu übermitteln. Das erste Kommunikationsmittel 14 eines Ausführungsbeispiels umfasst dazu einen Modulator. Das erste Kommunikationsmittel 14 kann weiter Leitungstreiber zur Übermittlung des Sensorsignals mittels
spezieller Sensorsignalleitungen an das Betriebsgerät 1 umfassen. Das erste Kommunikationsmittel 14 eines weiteren
Ausführungsbeispiels umfasst einen Bustreiber um die Sensordaten über einen Bus, insbesondere eine DALI-Bus zu übermitteln. Der elektrische Schaltkreis 3 nach Figur 1 zeigt hingegen eine
Sensorsignalleitung von dem ersten Kommunikationsmittel 14 zu dem induktiven Element 9. Das erste Kommunikationsmittel 14 nach Figur 1 ist dafür ausgelegt, drahtlos, beispielsweise durch eine spezielle Sendeinduktivität oder durch geeignet modulierte Taktung des induktiven Koppelelements 9 an ein Signal an das Betriebsgerät 1 zu übermitteln .
Das Betriebsgerät 1 nach einer Ausführung der erfindungsgemäßen Lehre umfasst ein in Figur 1 nicht dargestelltes zweites
Kommunikationsmittel. Das zweite Kommunikationsmittel ist dazu ausgelegt, das Signal mit den Sensordaten und /oder weiteren Daten wie Steuerdaten, Statusdaten, etc. , zu empfangen, das Signal zu demodulieren und die übertragenen Informationen und/oder Sensordaten zu extrahieren und zur Weiterverarbeitung in dem Betriebsgerät 1 und/oder Übermittlung an andere Empfänger durch das Betriebsgerät bereitzustellen .
Ausführungsbeispiele der Erfindung mit unterschiedlichen
Ausführungen des Kommunikationskanals zur Signalübertragung zwischen Betriebsgerät 1 und elektrischem Schaltkreis 3 werden unter Bezug auf die Figuren 3 und 4 näher erläutert.
Zunächst werden in Figur 2 zwei Ansichten einer erfindungsgemäßen Anordnung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung gezeigt. In der oberen Teilansicht der Figur 3 ist die Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Anordnung aus Betriebsgerät 1 und elektrischem Schaltkreis 3 gezeigt. Der elektrische Schaltkreis 3 in Figur 2 verbindet über zwei
Sensorleitungen 16, 17 den Sensor 13, beispielsweise einen
Bewegungssensor. Diese Sensorleitungen 16, 17 können die
Spannungsversorgung des Sensors 13 ebenso wie die Übermittlung von Sensorsignalen (Sensordaten) an die Hauptbaugruppe 3.1 des
elektrischen Schaltkreises 3 sicherstellen. Die Hauptbaugruppe 3.1 des elektrischen Schaltkreises 3 ist in Figur 2 als ein elektrischer Schaltkreis 3 als Leiterplatte 20 mit darauf aufgebrachten
Bauelementen 18, 19, 21 dargestellt. Die Leiterplatte 20 weist weiter eine in der der oberen Teilansicht der Figur 2 dargestellte Leiterbahnstruktur 22 auf, die das induktive Koppelelement 9 realisiert .
Entgegen der Darstellung in Figur 2 wird der elektrische Schaltkreis 3 bevorzugt in einem eigenen Schaltungsgehäuse angeordnet. Besonders bevorzugt ist dieses Schaltungsgehäuse zumindest im Bereich des magnetischen Koppelelements 9 für magnetische Felder durchlässig und dämpfungsarm ausgeführt. Dieses Schaltungsgehäuse kann den
elektrischen Schaltkreis 3 auch nur teilweise abdecken. So kann das Schaltungsgehäuse derart ausgeformt sein, dass es lediglich eine Oberseite des elektrischen Schaltkreises 3, die nicht durch den Gehäusedeckel 24 geschützt ist, bedeckt.
Der Gehäusedeckel 24 einer Ausführungsform der Erfindung zeigt darüber hinaus eine Markierung 25 auf seiner Oberseite. Die
Oberseite des Gehäusedeckels 24 ist diejenige Fläche des
Gehäusedeckels 24, die nach Zusammensetzen des Gehäusedeckels 24 und des Gehäuses 23 nach außen weist. Die Markierung 25 kann als farblich oder taktil unterscheidbare Markierung einen Bereich auf dem Gehäusedeckel 24 bezeichnen. Wird das induktive Koppelelement 9 auf diesem markierten Bereich des Gehäusedeckels 24 angeordnet, so wird das magnetische Koppelelement 9 eine besonders hohe
Streuleistung aus dem magnetischen oder elektro-magnetischen
Streufeld entnehmen können. Die Markierung 25 kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel so ausgebildet sein, dass es zumindest teilweise die Funktion einer mechanischen Befestigung des
elektrischen Schaltkreises 3 an dem Gehäusedeckel 24 übernehmen kann. Dies kann beispielsweise durch die Ausformung schienenartiger Führungen an der Oberseite des Gehäusedeckels 24 erfolgen. Das Schaltungsgehäuse des elektrischen Schaltkreises 3 oder die Leiterplatte 20 kann beispielsweise mittels Verschrauben oder eine Klebverbindung auf dem Gehäuse 23, oder, wie in Figur 2 gezeigt, auf dem Gehäusedeckel 24 befestigt werden. Eine zumindest zusätzliche Haftung des elektrischen Schaltkreises 3 an dem Gehäuse 23 ist durch die magnetische Kraft ausgeübt von dem induktiven Element
(Transformator) 7 auf den elektrischen Schaltkreis 3 in Richtung auf den Gehäusedeckel 24 zu erzielen.
In der unteren Teilansicht der Figur 2 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Anordnung aus Betriebsgerät 1 und elektrischem Schaltkreis 3 in einem teilweisen Schnitt dargestellt. Dabei ist in einem Bereich der unteren Teilfigur das Gehäuse 23 so gezeigt, dass die räumliche Anordnung des Transformators 7 auf einer
Hauptleiterplatte 26 des Betriebsgeräts 1 erkennbar ist. Dabei wird aus der unteren Teilfigur der Figur 2 ersichtlich, dass das induktive Koppelelement 9 direkt oberhalb des Transformators 7, jedoch extern zu dem Gehäuse 23 mit Gehäusedeckel 24 des
Betriebsgeräts 1 angeordnet ist. Damit wird eine besonders günstige Anordnung des induktiven Koppelelements 9 im Hinblick auf die zu entnehmende Energie aus dem Streufeld des Transformators 7 erreicht.
In Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Schaltkreises entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dabei wird ein Kommunikationskanal als Rückkanal (engl, feedback Channel) zwischen dem elektrischem Schaltkreis 3 und dem Betriebsgerät 1 realisiert. Dieser Kommunikationskanal wird durch ein erstes Kommunikationsmittel 14 auf der Seite des
elektrischen Schaltkreises 3 gespeist. Das erste
Kommunikationsmittel 14 kann dazu einen Modulator zur Erzeugung eines Sendesignals durch Modulation der zu übertragenden Daten auf einen Träger umfassen. Das Sendesignal wird entweder über spezielle Datenleitungen drahtlos, über einen Bus, insbesondere über einen DALI-Bus, oder aber drahtlos an das Betriebsgerät 1 und/oder an weitere Empfänger, z. B. eine zentrale Lichtsteuereinheit
übertragen. Das erste Kommunikationsmittel 14 kann beispielsweise auch Leitungstreiber zur Übermittlung des Sensorsignals mittels spezieller Sensorsignalleitungen an das Betriebsgerät 1 umfassen. Das erste Kommunikationsmittel 14 eines weiteren Ausführungsbeispiels umfasst einen Bustreiber um die Sensordaten über einen Bus, insbesondere einen DALI-Bus zu übermitteln.
In Figur 4 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkreises entsprechend einem vorteilhaften zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der elektrische
Schaltkreis 3 nach Figur 4 zeigt hingegen einen Schalter 27. Der Schalter 27 wird durch die Steuerschaltung 12 angesteuert und entsprechend den zu übertragenen Daten, z. B. Sensordaten des Sensors 13, geschaltet. Mittels Schaltens des Schalters 27, der beispielsweise durch einen Transistor realisiert werden kann, wird die an einem Ausgang 29 des induktiven Elements 9 wirksame Last verändert. Damit ist durch Taktung des induktiven Elements 9 durch den Schalter 27 eine Modulation der Last des induktiven Elements 9 in Abhängigkeit von durch das Steuergerät 12 ausgegebenem
Schaltersignal erreicht. Das Steuergerät 12 kann damit Sensordaten des Sensors 13 an ein nicht dargestelltes Steuergerät des
Betriebsgeräts 1 übermitteln. Das erste Kommunikationsmittel 14 ist somit eingerichtet, drahtlos Sensordaten an das Betriebsgerät zu übermitteln, ohne eine eigene Datenleitungen zudem Betriebsgerät 1 ausgehende von dem elektrischen Schaltkreis 3 zu benötigen und ohne herkömmliche Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zu benutzen.
Damit ist eine besonders vorteilhafte Anordnung von einem oder mehreren Sensoren 13 in Verbindung mit zumindest einem Betriebsgerät 1 für Leuchtmittel 2 verwirklicht, die erfindungsgemäß nur geringen zusätzlichen Schaltungs- und Installationsaufwand für
Stromversorgung und Signalübermittlung benötigen.
Der Kommunikationskanal zwischen dem Betriebsgerät 1 und der elektrischen Schaltung 3 kann auch bidirektional ausgeführt werden. Das erste Kommunikationsmittel 14 und das zweite
Kommunikationsmittel sind dann für einen Duplexbetrieb geeignet zu wählen .
In Figur 5 ist eine erfindungsgemäße Anordnung entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Anordnung umfasst ein LED-Modul 31 mit einem integrierten Betriebsgerät zum Betrieb eines Leuchtmittels 2 sowie einen elektrischen Schaltkreis 3. In Figur 5 ist ein Leuchtmittel 2 in Form einer LED gezeigt. Das Beispiel der Figur 5 zeigt sowohl eine seitliche Schnittansicht eines LED-Moduls (oben) als auch eine Draufsicht auf das LED-Modul (unten) .
Dieses Beispiel der Figur 5 zeigt ein LED-Modul 31 mit integriertem Betriebsgerät (hier nicht dargestel lt) . Das Betriebsgerät kann eine Treiberschaltung zum Betreiben mindestens eines Leuchtmittels, beispielsweise einer LED-Strecke aufweisen. Treiberschaltungen für den Betrieb von Leuchtdioden sind bekannt . Beispielsweise kann als Treiberschaltung ein Tiefset zsteller (Buck- Konverter) oder ein Inverswandler ( Buck-Boost-Konverter ) genutzt werden. Die
Treiberschaltung kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass sie die LED 2 mit einem konstanten Strom versorgt .
Der elektrische Schaltkreis 3 mit dem Sensor 13 kann ähnlich aufgebaut sein wie bei den vorgehenden Beispielen ausgeführt sein und vorzugsweise ein Steuergerät 12 , einen Gleichrichter 10 und eine Kapazität 11 sowie ein erstes Kommunikationsmittel 14 aufweisen.
Der Transformator 37 stellt eine galvanische Trennung von
eingangsseitigem Abschnitt mit einer mit dem Eingangsnetz
verbundenen Spannung und einem ausgangsseitigen Abschnitt mit Niedervoltversorgungsspannung für den Sensor 13, welche
potentialgetrennt zum Eingangsnetz ist, sicher. Mittels des
Transformators 37 wird somit eine Potentialbarriere, auch SELV- Barriere bezeichnet, zur Schutztrennung verwirklicht. Der
Transformator 37 ist als kernloser Transformator ausgebildet, bei dem die Primärwicklung und die Sekundärwicklung vorzugsweise in Planartechnik ausgeführt sind.
In dem Transformator 37 erzeugt ein primärseitiger
Eingangswechselstrom mit vorzugsweise hoher Frequenz, beispielsweise im Bereich von 1 bis 20 MHz, ein elektromagnetisches Wechselfeld, das in der sekundärseitigen Spule einen Ausgangswechselstrom induziert. Dabei ist die primärseitige Eingangsspule innerhalb des Gehäuses 33 des LED-Moduls 31 angeordnet. Die mindestens eine sekundärseitige Ausgangsspule als induktives Koppelelement 39 ist außerhalb des Gehäuses 33 des LED-Moduls angeordnet. Beispielsweise kann die sekundärseitige Ausgangsspule als Teil des elektrischen Schaltkreises 3 auf einer Folie oder Platine angeordnet sein, welche an dem LED-Modul aufgebracht wird, beispielsweise durch eine
Klebeverbindung .
Die Leistungsübertragung zwischen Primärseite und Sekundärseite erfolgt im Wesentlichen über ein elektro-magnetisches Wechselfeld über den magnetischen Fluss des Transformators. Der Transformator 37 mit der sekundärseitige Ausgangsspule als induktives Koppelelement 39 wird gemäß diesem Beispiel nicht durch ein einstückiges Bauteil gebildet, sondern durch die Primärwicklung und die sekundärseitige Ausgangsspule, die räumlich getrennt voneinander angeordnet sind, so dass die sekundärseitige Ausgangsspule von dem LED-Modul 31 und somit der Primärwicklung entfernt werden kann, die Anordnung wird jedoch derart gewählt, dass eine Leistungsübertragung zwischen Primärseite und Sekundärseite über ein elektro-magnetisches
Wechselfeld ermöglicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird im Bereich des elektromagnetischen Feldes der Primärwicklung des Transformators 37 ein induktives Koppelelement 39 angeordnet. Dieses induktive Koppelelement 39 kann beispielsweise als zumindest eine Leiterschleife oder in Form einer Antenne mit einer geeigneten Bauform ausgebildet sein. In dem induktiven
Koppelelement 39 wird durch den magnetischen Streuflusses ein Strom induziert, der nun zur Spannungsversorgung des elektrischen
Schaltkreises 3 genutzt werden kann.
Beispielsweise enthält das LED-Modul neben der Treiberschaltung für die LED zusätzlich eine Taktschaltung zum Ansteuern und Speisen der Primärwicklung des Transformators 37, also des Energie- Übertragungselementes, mit hoher Frequenz. Diese Taktschaltung kann beispielsweise aus einer internen Gleichspannung oder aber auch aus dem LED-Speisestrom versorgt werden.
In einer optionalen Variante können durch entsprechende Taktung mittels der Taktschaltung sowohl Energie als auch Daten über den Transformator 37 an den elektrischen Schaltkreis 3 übertragen werden. Auf diese Weise können die Taktschaltung und der
Transformator 37 Teil eines Kommunikationskanals zwischen dem
Betriebsgerät 1 und der elektrischen Schaltung 3 sein. Der elektrische Schaltkreis 3 kann weiterhin über einen Modulator verfügen, der dazu ausgelegt sein kann, die sekundärseitige
Ausgangsspule als induktives Koppelelement 39 zu takten und somit ein erstes Kommunikationsmittel zu bilden. Auf diese Weise kann über den Transformator 37 auch eine bidirektionale Kommunikation erfolgen .
Das LED-Modul kann somit beispielsweise mit einem Aufsatz versehen werden, wobei der Aufsatz den elektrischen Schaltkreis 3 enthält. Der Sensor 13 des elektrischen Schaltkreises 3 kann beispielsweise einen Bewegungssensor und / oder einen Helligkeitssensor enthalten. Der Aufsatz mit dem elektrischen Schaltkreis 3 kann derart aufgebaut sein, dass er auf dem LED-Modul angeordnet sein kann, ohne die Lichtabstrahlung der LED zu beeinflußen oder einzuschränken. In dem Beispiel gemäß Figur 5 ist der Aufsatz ringförmig ausgebildet, und kann beispielsweise auf den Rand eines rundes LED-Spotmoduls aufgebracht werden, so dass eine Funktion des Sensors 13 ermöglicht wird, da dieser in der Abstrahlrichtung des LED-Moduls angeordnet sein kann, ohne die Lichtabstrahlung der LED zu beeinflußen oder einzuschränken .
Gemäß einer Weiterführung der Erfindung und der oben erläuterten Ausführungsbeispiele kann der elektrische Schaltkreis 3 auch über eine zusätzliche oder alternative dritte Kommunikationsschnittstelle verfügen. Diese dritte Kommunikationsschnittstelle kann
beispielsweise als dritte Kommunikationsschnittstelle zur Ausgabe und zum Empfang von drahtlosen Signalen, insbesondere Funksignalen, ausgebildet sein. Beispielsweise kann die dritte
Kommunikationsschnittstelle zur Ausgabe und zum Empfang von
Funksignalen gemäß einem definierten Standard wie beispielsweise Bluetooth, WLAN oder Zigbee ausgelegt sein. Die drahtlosen Signale kann der elektrische Schaltkreis 3 beispielsweise auch mit anderen Geräten wie beispielsweise zusätzlichen Steuergeräten oder
Verbrauchern austauschen, ohne dass das Betriebsgerät in diese Kommunikation eingebunden werden muß. Auf diese Weise ist es möglich, einen elektrischen Schaltkreis 3 mit einem Sensor 13 bereitzustellen, der über eine kontaktlose Energieübertragung versorgt wird und zur Ausgabe und zum Empfang von drahtlosen
Signalen, insbesondere Funksignalen, ausgelegt ist. Teile des elektrischen Schaltkreises 3 gemäß den
Ausführungsbeispielen können auch in eine integrierte Schaltung integriert werden. Beispielsweise können das Steuergerät 12, der Gleichrichter 10 und optional das erste Kommunikationsmittel 14 in eine gemeinsamen integrierten Schaltung zusammengefasst werden. Es wäre auch möglich, den Sensor 13 mit in die integrierte Schaltung zu integrieren. Die integrierte Schaltung kann beispielsweise als Multi-Chip-Module oder Einzel-Chip-Modul ausgeführt sein.
Die vorstehend dargestellten Merkmale sind in dem Rahmen der in den Patentansprüchen definierten Erfindung in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar.

Claims

Ansprüche
1. Anordnung umfassend ein Betriebsgerät (1) für Leuchtmittel (2) und einen elektrischen Schaltkreis (3), wobei das Betriebsgerät (1) zumindest ein Energie-Übertragungselement (7, 37), vorzugsweise induktives Element, umfasst, und wobei der elektrische Schaltkreis (3) ein induktives Koppelelement (9, 39) aufweist, das in einem magnetischen oder elektro-magnetischen Streufeld des Energie-Übertragungselements (7, 37) (7, 37) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltkreis (3) ein
Spannungsversorgungsmittel (10,11) eingerichtet zur Erzeugung einer Versorgungsspannung für den elektrischen Schaltkreis (3) aus aufgenommener Energie des magnetischen oder elektro-magnetischen Streufelds umfasst.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltkreis (3) ein Speichermittel (11), insbesondere eine Kapazität, zur Speicherung elektrischer Energie umfasst .
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltkreis (3) einen Sensor (13), insbesondere einen Bewegungssensor, und/oder eine
Kommunikationsschnittstelle umfasst, und das Energie- Übertragungselement (7, 37) in einem gepulsten Betrieb angesteuert wird.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltkreis (3) ein erstes
Kommunikationsmittel (14) ausgelegt zur Kommunikation mit dem Betriebsgerät (1) umfasst.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kommunikationsmittel (14) einen Modulator ausgelegt zur Taktung des induktiven Koppelelements (9) und/oder einer Sendeinduktivität umfasst.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kommunikationsmittel (14) eingerichtet ist, mittels Veränderung einer Last des induktiven Koppelelements (9) mit dem Betriebsgerät (1) zu kommunizieren.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät (1) ein zweites Kommunikationsmittel eingerichtet zur Kommunikation mit dem ersten Kommunikationsmittel (14) des elektrischen Schaltkreises (3) umfasst.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät (1) ein Gehäuse (23) und einen
Gehäusedeckel (24) umfasst, und dass der elektrische Schaltkreis (3) außerhalb des Gehäuses (23) angeordnet ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Koppelelement (9) des elektrischen
Schaltkreises (3) an dem Gehäusedeckel (24) angeordnet oder in den Gehäusedeckel (24) integriert ausgebildet ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Energie-Übertragungselement (7, 37) als induktives
Element ausgebildet ist.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät in ein LED-Modul (31) integriert ist.
13. Anordnung umfassend ein LED-Modul (31) mit einem Leuchtmittel (2) und einen elektrischen Schaltkreis (3), wobei das Betriebsgerät (1) zumindest ein Energie-Übertragungselement (7, 37), vorzugsweise induktives Element, umfasst, und wobei der elektrische Schaltkreis (3) ein induktives Koppelelement (9, 39) aufweist, das in einem magnetischen oder elektro-magnetischen Streufeld des Energie-Übertragungselements (7, 37) angeordnet ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltkreis (3) ein
Spannungsversorgungsmittel (10,11) eingerichtet zur Erzeugung einer Versorgungsspannung für den elektrischen Schaltkreis (3) aus aufgenommener Energie des magnetischen oder elektro-magnetischen Streufelds umfasst.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltkreis (3) zur Ausgabe und zum Empfang von drahtlosen Signalen, insbesondere Funksignalen, ausgelegt ist.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012049582A1 (en) * 2010-10-13 2012-04-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Power transmitter and power receiver for an inductive power system

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