DE10245626A1

DE10245626A1 - Restwelligkeitsreduzierung bei LED-Ampelanwendungen bzw.Lichtsignaleinrichtungen

Info

Publication number: DE10245626A1
Application number: DE10245626A
Authority: DE
Inventors: Simon BLÜMEL
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Restwelligkeitsreduzierung bei einer LED-Anordnung. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Leistungsversorgungsschaltung (LVS) an die LED-Anordnung Strom/Spannung- bzw. elektrische Leistung (P) abgibt, wobei die LED-Anordnung eine entsprechende Lichtstärke emittiert, die durch eine Information einer elektronischen Vorrichtung (EV) auf die Abgabe elektrischer Leistung (P) der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) gegengekoppelt ist, so dass eine vorgegebene Solllichtstärke eingeregelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Restwelligkeitsreduzierung bei einer LED- Anordnung („LED- Array").

Als LED- Anordnungen (LED: lichtemittierende Diode) gelten vorliegend grundsätzlich alle denkbaren LED- Verschaltungen wie z.B. zwei oder mehr parallel zueinander verschaltete LED-Ketten, in denen jeweils mindestens ein LED- Bauelement angeordnet ist, wobei bei zwei oder mehr LED- Bauelementen, diese seriell miteinander verschaltet sind. Aber auch eine LED-Kette, in der mindestens ein LED- Bauelement angeordnet ist, wobei bei zwei oder mehr LED- Bauelementen, diese seriell miteinander verschaltet sind, ist mit dem Begriff „LED- Anordnung" umfasst.

Um bei LED- Anordnungen eine möglichst günstige Kostensituation zu erhalten, werden bei Ampelanwendungen nur so viele LEDs wie unbedingt notwendig eingesetzt. Das heißt herkömmlicherweise beschränken sich die LEDs auf die für die Ampelanwendung sichtbaren LEDs.

Um die geforderten Ansprechzeiten einhalten zu können – d. h. um das Umschalten von einem Betriebszustand zu einem anderen gewährleisten zu können -, kann die Bestromung der LEDs nicht mit Gleichstrom erfolgen, da in herkömmlicher Weise dazu ein großer Kondensator notwendig wäre. Dieser Kondensator würde zur Nichteinhaltung der Ansprechzeiten führen. Es kommt zu Schwingungen im System. Diese Restwelligkeit (Oszillation um einen Mittelwert) ist dabei so groß, dass die Stromstärke durch die LED- Anordnung z. B. im Peak (Spitzenwert) nahezu den doppelten Wert des mittleren Stromes aufweist.

Auf Grund der Abhängigkeit der LED- Lebensdauer von der in der LED umgesetzten Leistung hat also diese Restwelligkeit eine sehr negative Auswirkung auf die Lebensdauer einer solchen LED- Anordnung. D.h. die Restwelligkeit bewirkt eine zusätzliche umgesetzte Leistung, welche die LED-Lebensdauer verringert.

Gemäß dem Stand der Technik ist eine hohe Restwelligkeit stets vorhanden, da gemäß dem Stand der Technik dieses Problem nicht gelöst wird. Auf herkömmliche Weise wird zur Einhaltung der Lebensdaueranforderungen eine entsprechend hohe Anzahl an LEDs eingesetzt. Dabei ergibt sich allerdings eine ungünstige Kostensituation.

Auf herkömmliche Weise ist mit einem Kondensator oder einer Spule das Problem der Restwelligkeit nur sehr schwer in den Griff zu bekommen, denn dazu sind umständliche Schaltungen mit aktiven Schaltern notwendig, wobei die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems eingeschränkt ist.

Herkömmmliche Leistungsversorgungsschaltungen (power supplies) für Ampelsignalgeber verwenden zum Einstellen der erforderlichen Stromstärke MOSFETs, FETs oder Transistoren mit entsprechender Verschaltung. Bei Netzteilen finden Transformatoren Anwendung, die die an einer Ampel anliegende Spannung auf für LED- Lichtquellen kompatible Spannungen umwandeln. In Deutschland wird eine Spannung von 230 Volt Wechselstrom auf eine Spannung von ca. 15 Volt Gleichstrom transformiert. Es liegt hier herkömmlicherweise eine hohe Restwelligkeit vor.

Herkömmlicherweise ist immer ein Einstell- Widerstand vorgesehen, der die von den Leistungsversorgungsschaltungen abgegebene Stromstärke direkt beeinflußt. Dieser Einstell- Widerstand wird vorteilhafterweise auf die Platine der LED- Lichtquelle (LED- Anordnung) ausgelagert, da dann für unterschiedliche LED- Lichtquellen, die auch unterschiedliche Stromstärken erfordern, nur eine Leistungsversorgung (power supply) notwendig ist. In Abhängigkeit von der an dem Einstell- Widerstand anliegenden Spannung fließt über diesen Einstell-Widerstand ein entsprechender Einstell- Strom zur Einstellung der Leistungsversorgungsschaltung.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei Ampelanwendungen, insbesondere bei einer LED- Anordnung, das Auftreten von Restwelligkeiten zu vermeiden. Zudem sollen lediglich kostengünstige Bauelemente Verwendung finden. Ebenso soll die Anzahl der erforderlichen LEDs auf das Notwendige beschränkt sein. Es soll ebenso die Bestromung der LEDs mit Wechselstrom ausgeführt sein. Zudem soll die Einhaltung der geforderten Ansprechzeiten realisiert werden.

Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 15 sowie 20 bis 24 angegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Helligkeit bzw. die Lichtausgangsleistung (Lichtoutput) bzw. die Lichtstärke einer LED- Lichtquelle bzw. LED- Anordnung direkt zur Veränderung des eingangs genannten Einstell- Widerstandes bzw. des Einstell- Stroms genutzt werden. Damit funktioniert der Einstell- Widerstand als Steuer- Widerstand bzw. der Einstell-Strom als Steuer- Strom. Wenn dieser Steuer- Widerstand bzw. Steuer- Strom beim Erreichen einer bestimmten Mindestlichtstärke sehr schnell seinen Wert verändert, so kann dieser Rückkoppeleffekt zur Reduzierung der Welligkeit genutzt werden, ohne dass dazu große teure Kondensatoren notwendig sind. Gleichzeitig wird auch die Mindestlichtstärke entsprechend den Anforderungen sicher eingehalten und die Lebensdauer in doppelter Weise erhöht.

Dies geschieht erstens durch Reduzierung der Restwelligkeit und zweitens dadurch, dass es nicht mehr wie auf herkömmliche Weise notwendig ist, LEDs mit einem weit über den Mindestanforderungen liegenden Lichtstärkewert herzustellen und auszuliefern, um zum Lebensende die Mindestlichtstärke noch einhalten zu können.

Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine Ampelanwendung mit einer LED- Anordnung.
2 zeigt eine LED- Anordnung (LED- Array) unter Verwendung einer vorteilhaften Stromverteilungsschaltung für die LED- Anordnung.
3 zeigt eine LED- Anordnung (LED- Array) unter Verwendung einer weiteren vorteilhaften Stromverteilungsschaltung für die LED- Anordnung.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind eine Vielzahl von LED- Ketten, die parallel geschaltet sind, mit einer Leistungsversorgungsschaltung LVS verbunden. Die Leistungsversorgungsschaltung LVS ist mit einem Transformator und einer Leistungsfaktor- Korrekturschaltung Teil eines an ein Stromnetz angeschlossenen Netztteils.
Eine der LED- Ketten ist als Referenzkette RK ausgebildet und gibt ihr Licht auf einen Photoempfänger PE1 ab. Der Photoempfänger PE1 ist in Serienschaltung mit einem Widerstand Rc Verbunden, so dass über diesen eine der empfangenen Lichtstärke proportionale Spannung U_RG abfällt.
Die Spannung U_RG wird einem Schalttransistor MOSFET bzw. T1 zugeführt, der in einer Serienschaltung mit einem Widerstand RSD und einer Zenerdiode ZD_SD verschaltet ist .
Die Source/Drain- Anschlüsse des Schalttransistors T1 sind mit Eingangsanschlüssen eines Optokopplers OK verbunden. Da die Serienschaltung des Schalttransistors T1, die Serienschaltungen des Photoempfängers PE1 und der Referenzkette parallel geschaltet mit den Versorgungsanschlüssen der Leistungsversorgungsschaltung LVS verbunden sind, kann am Ausgang des Optokopplers OK ein der Lichtstärke der LED- Kette entsprechendes Signal abgenommen werden.
Mittels einer elektronischen Vorrichtung EV nach 1 erfolgt eine Gegenkopplung zur Regelung der von der LED- Anordnung emittierten Lichtstärke auf eine vorgegebene Solllichtstärke.
Gemäß 1 wird durch die elektronische Vorrichtung EV die von der LED- Lichtquelle emittierte Lichtstärke an einer Referenzkette RK erfasst. Diese weist zu den anderen LEDs der LED- Anordnung baugleiche LEDs auf, durch die, insbesondere im Normalbetrieb, derselbe Strom getrieben wird, wie durch jede andere Kette der LED- Lichtquelle. Die Referenzkette RK unterliegt denselben Alterungserscheinungen wie die gesamte LED- Anordnung. Die Lichtstärke an der Referenzkette RK dient als Referenzlichtstärke für die gesamte LED- Lichtquelle. Zur Reduzierung von äußeren Einflüssen ist die Referenzkette RK vorteilhafterweise von der durch die Umgebung emittierten Lichtstärke abgeschirmt.
Die Referenzlichtstärke wird mittels eines Photoempfängers PE1, insbesondere einer Photodiode, bevorzugt mittels einer PIN- Photodiode (I: intrinsic) detektiert. Eine PIN-Photodiode kann im Vergleich zu einer einfachen Photodiode noch kleinere Lichtstärken messen und Signale mit höherer Frequenz erfassen. Der Photoempfänger PE1 kann alternativ bzw. kumulativ auch ein Phototransistor, ein Phototyristor, ein Phototriac und/oder ein Photo-Schmitt-Trigger sein.
Der Photostrom durch die Photodiode PE1 fließt über einen Widerstand R_G (G: Gate) zu einem Anschluss einer Leistungsversorgungsschaltung LVS der LED- Anordnung. Die Spannung am Widerstand R_G ist also proportional zur auf die Photodiode PE1 auftreffenden Lichtstärke. Diese Spannung steuert ein elektronisches Schaltelement (den Schalttransistor T1) z.B. in der Form eines MOSFET- Transistors, der bei genügend hoher Steuerspannung (Gatespannung) leitend wird. VMOSFETs eignen sich, wenn große Leistungen geschaltet werden müssen. Das elektronische Schaltelement kann auch ein bipolarer Transistor sein.
Der FET ist mit seiner Source(S)- Drain(Dr)- Strecke parallel zu einem Photosender (z.B. zu einer Sendediode SD) eines Optokopplers OK geschaltet. Die Gate- Source- Spannung wird über den Widerstand R_G aufgebaut bzw. liegt an diesem an.
Als FET- Transistoren können alle Arten, insbesondere Isolierschicht bzw. Sperrschicht- FETs verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von MOSFETs (metal-oxide semiconductor- FETs).
Es sind insbesondere sowohl selbstsperrende n- Kanal als auch selbstsperrende p- Kanal MOSFET- Transistoren verwendbar. Die Verschaltung muss dann entsprechend angepasst sein. n- Kanal-FETs lassen sich durch p- Kanal- FETs ersetzen, wenn die zugehörige Schaltung von der Kathode zur Anode gespiegelt wird.
1 zeigt einen selbstsperrenden n- Kanal MOSFET als elektronisches Schaltelement.
Der Photosender des Optokopplers OK kann eine Sendediode SD in Form einer IRED oder einer LED sein. Die Sendediode SD ist über eine zur Sendediode SD entgegengesetzt gepolte Zenerdiode ZD_SD mit einem elektrischen Anschluss und über einen Widerstand R_SD mit einem weiteren elektrischen Anschluss der Leistungsversorgungsschaltung LVS verbunden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist das elektronische Schaltelement, der selbstsperrende MOSFET, parallel zum Photosender des Optokopplers OK geschaltet. Je nach Höhe der Spannung am Widerstand R_G, die proportional zur auf die Photodiode PE1 auftreffenden Lichtstärke ist, sperrt oder leitet der MOSFET. Ist die Referenzlichtstärke kleiner als die Solllichtstärke, so sperrt der MOSFET. Liegt die Referenzlichtstärke über der Solllichtstärke, so leitet der MOSFET.
Indem der leitende Transistor (MOSFET) die Sendediode SD des Optokopplers OK überbrückt und damit Strom von der Sendediode SD des Optokopplers OK abzieht, steigt der „Widerstand" des Photoempfängers PE_O _K des Optokopplers an bzw. es verringert sich dessen Ausgangsstrom I_A. Der Photoempfänger PE_O _K ist vorteilhafterweise als Phototransistor bereitgestellt. Er kann aber alternativ oder kumulativ auch eine Photodiode, ein Phototyristor, ein Phototriac und/oder ein Photo- Schmitt- Trigger sein.
Das Sinken des Ausgangsstroms I_A steuert die Leistungsversorgungsschaltung LVS der LED- Anordnung derart, dass die der LED- Anordnung zugeführte elektrische Leistung P durch Senken der Versorgungsspannung und/oder des Versorgungsstromes reduziert wird. Eine Verringerung der abgegebenen elektrischen Leistung P kann ebenso durch eine Korrektur des Leistungsfaktors ausgeführt sein.
Die durch die LED- Anordnung emittierte Lichtstärke wird folglich reduziert.
Der Ausgangsstrom I_A des Optokopplers verändert sich also von einem sehr großen Wert (bzw. von einem sehr kleinen Wert des Widerstandes des Phototransistors PE_OK), wenn die auf die (PIN-) Photodiode PE1 auftreffende Lichtstärke unterhalb des geforderten Wertes liegt, zu sehr kleinen Werten, wenn die auf die (PIN-) Photodiode PE1 auftreffende geforderte Licht stärke geringfügig überschritten wird. Der Widerstand des Phototransistors PEo_K verändert sich umgekehrt zu sehr großen Werten.
Aufgrund der durch die elektronische Vorrichtung EV erfolgenden Gegenkopplung zur Regelung der von der LED- Anordnung emittierten Lichtstärke auf eine vorgegebene Solllichtstärke funktioniert die elektronische Vorrichtung EV bei Unterschreiten der Solllichtstärke in „entgegengesetzter Richtung". D.h. ein Absinken der Lichtstärke unterhalb der Solllichtstärke verringert die Steuerspannung am Widerstand R_G derart, dass der MOSFET sperrt und die Sendediode SD des Optokopplers durch das elektronische Schaltelement MOSFET bestromt geschaltet wird. Damit erhöht sich der Ausgangsstrom I_A des Photoempfängers PE_O _K des Optokopplers OK. Der erhöhte Ausgangsstrom führt als Information für die Leistungsversorgungsschaltung LVS zu einer Erhöhung der der LED- Anordnung zugeführten elektrischen Leistung P.
Die durch die LED- Anordnung emittierte Lichtstärke wird folglich erhöht.
Das Ausgangssignal des Optokopplers OK in Form seines Ausgangsstroms I_A übernimmt die Steuerung der Leistungsversorgungsschaltung LVS (power-supply) der LED- Anordnung, welche bei einem hohen Ausgangsstrom I_A insbesondere den Strom durch die LED- Anordnung auf eine hohe Stromstärke einstellt, und bei einem niedrigen Ausgangsstrom I_A insbesondere den Strom durch die LED- Anordnung auf einen minimalen Wert, der ebenfalls vorgegeben ist, reduziert. Die Änderung der Leistungsabgabe an die LED- Anordnung kann auch über eine Änderung der an die LED- Anordnung angelegten Wechselspannung bzw. durch eine Änderung des Leistungsfaktors erfolgen.
Da in diesem System für die Stromregulierung keine Kondensatoren oder Spulen eingesetzt sind, kann das System innerhalb der Frequenz der Restwelligkeit reagieren und sich aussteuern.
In 1 finden sich insbesondere robuste Bauelemente wie Widerstände R, Dioden D, Leuchtdioden LEDs, ein MOSFET-Transistor, eine Zeneediode ZD_SD und ein Optokoppler OK sowie Photoempfänger PE1 bzw. PE_OK und eine Sendediode SD. Der Ausgangsstrom I_A des Optokopplers wird im Netzteil weiter verarbeitet. Das Netzteil umfasst eine Leistungsfaktor-Korrektureinrichtung, einen Transformator zur Umwandlung in die benötigte Wechselspannungshöhe und eine Strom/Spannungsbzw. Leistungs- Versorgungsschaltung LVS zur Abgabe elektrischer Leistung P an die LED- Anordnung. Das Netzteil versorgt die LED- Anordnung mit Wechselspannung bzw. Wechselstrom und ist an das elektrische Leistungsnetz angeschlossen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Gegenkopplung der durch die LED- Anordnung emittierten Lichtstärke zur Leistungsabgabe an die LED- Anordnung ebenso durch eine elektronische Vorrichtung EV ermöglicht, bei der der elektronische Schalter bzw. das elektronische Schaltelement in Form eines MOSFETs zu dem Photosender (z.B. Sendediode SD) des Optokopplers OK in Serie geschaltet ist und selbstleitend ist. Der MOSFET kann einen n- Kanal oder einen p- Kanal aufweisen. Damit emittiert die Sendediode SD ebenso, wenn die Steuerspannung zwischen Gate und Source am MOSFET zu gering ist.
Erfindungsgemäß werden auch die an den genannten Schaltungsanordnungen ausgeführten Arbeitsverfahren beansprucht.
Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind die LED- Ketten derart entsprechend 2 und 3 verschaltet, dass eine für die LED- Anordnung vorgesehene Stromaufteilung auch bei Veränderung der Durchlassspannung in den einzelnen Ketten, beispielsweise bei einem Kurzschluss eines LED- Bauteiles, aufrecht erhalten wird.
Bei einer Verknüpfung der Stromverteilungsschaltung gemäß der 2 mit der Schaltung nach 1 liegen die Anoden der LEDs an einem Anschluß der Leistungsversorgungsschaltung LVS der Schaltungsanordnung und die Emitter bipolarer Transistoren über Widerstände Rx2 an einem anderen Anschluß der Leistungsversorgungsschaltung LVS der Schaltungsanordnung.
Bei einer Verknüpfung der Stromverteilungsschaltung gemäß der 3 mit der Schaltung nach 1 liegen ebenso die Kathoden der LEDs an einem Anschluß der Leistungsversorgungsschaltung LVS der Schaltungsanordnung und die Emitter bipolarer Transistoren über Widerstände Rx2 an einem anderen Anschluß der Leistungsversorgungsschaltung LVS der Schaltungsanordnung.
Die Stromverteilungsschaltung und die LED- Ketten liegen in Serie. Alle LED- Ketten mit Regelungsanordnungen liegen parallel zur elektronischen Vorrichtung EV zur Gegenkopplung der von der LED- Anordnung emittierten Lichtstärke zur Leistungsabgabe der Leistungsversorgungsschaltung LVS an die LED- Anordnung.
Zur Funktionsweise der vorteilhaften Stromverteilungschaltung in einer LED- Anordnung gemäß 2 und 3: Es werden den LED- Ketten x jeweils eine Kombination eines Transistors Tx mit einem Widerstand Rx2 im Emitterzweig zur Aufrechterhaltung einer vorgesehenen Stromaufteilung auf die einzelnen LED- Ketten x in Serie geschaltet. Dabei bezeichnet x einen Laufindex von 1 bis zur Höchstzahl der LED- Ketten.
Der Widerstand Rx2 beeinflusst die Stromverteilung in den einzelnen LED- Ketten. Dabei ist der Widerstandswert Rx2 umgekehrt proportional zum dazugehörigen Kollektorstrom.
Eine entsprechende Ansteuerschaltung beaufschlagt die Basisanschlüsse Bx der Transistoren Tx mit einem vorbestimmten Strom. Je eine Ansteuerschaltung, ein Bipolartransistor und ein Emitterwiderstand bilden eine Stromquelle, die den Strom in dem jeweiligen Zweig bestimmt. Diese Stromquelle bildet jeweils eine Regelungsanordnung.
Zudem sind alle Basisanschlüsse Bx der Transistoren Tx auf das gleiche Potential gesetzt.
Die Beaufschlagung durch die Ansteuerschaltung erfolgt dadurch, dass eine die Basisanschlüsse Bx der Transistoren Tx mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagende Einrichtung, als Serienschaltung aus einer Diode Dx und einem elektrischen Widerstand Rx1 bereitgestellt ist.
Die Dioden Dx und die Widerstände Rx1 ermöglichen die Bereitstellung einer für die Funktion der elektrischen Regelungsanordnung notwendigen Stromversorgung der jeweiligen Transistor- Basis. Als Differenz zwischen der Versorgungsspannung, der Durchlassspannung einer LED- Kette und der gemeinsamen Basisspannung der Transistoren liegt an der Ansteuerschaltung eines Transistors seine entsprechende Kollektor- Basis- Spannung an. Eine Veränderung in der Durchlassspannung einer LED-Kette (z.B. durch Kurzschluss einer LED) wird durch eine entsprechende Veränderung der zugehörigen Kollektor- Basis-Spannung abgefangen, so dass sich der Kollektorstrom nicht bzw. nur sehr gering ändert. Dieser ist umgekehrt proportional zum dazugehörigen Emitterwiderstand Rx2.
Zudem verhindern die Dioden Dx einen Stromfluß von einem LED-Zweig in einen anderen.
Eine vorteilhaftes LED- Anordnung, umfasst mindestens zwei parallel zueinander verschaltete LED- Ketten (Kette x), in denen jeweils mindestens eine LED (2) angeordnet, wobei zu jeder LED- Kette (x) jeweils eine Regelungsanordnung (x) zur Regelung einer vorgesehenen Stromaufteilung auf die einzelnen LED- Ketten in Serie geschaltet ist.
Da diese Ausführungsform entweder auf npn- oder pnp- Transistoren beruht, sind folgende zwei Varianten möglich: Es ist besonders vorteilhaft, wenn die jeweilige Regelungsanordnung einen bipolaren Transistor (Tx) enthält, dessen Kollektoranschluss (Cx) jeweils mit der Kathodenseite der zugehörigen LED-Kette verbunden ist und dessen Emitteranschluß (Ex) jeweils über einen elektrischen Widerstand (Rx2) unmittelbar oder mittelbar mit einem Anschluß der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) der Schaltungsanordnung verbunden ist, wobei die Basisanschlüsse (Bx) der Transistoren (Tx) zur Symmetrisierung der Stromverteilung miteinander elektrisch leitend verbunden sind, und wobei eine Ansteuerschaltung die Basisanschlüsse (Bx) der Transistoren (Tx) mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagt.
Ebenso vorteilhaft ist eine Schaltungsanordnung für eine LED-Anordnung, wobei die jeweilige Regeleinrichtung einen bipolaren Transistor (Tx) enthält, dessen Kollektoranschluss (Cx) jeweils mit der Anodenseite der zugehörigen LED- Kette verbunden ist und dessen Emitteranschluß (Ex) jeweils über einen elektrischen Widerstand (Rx2) unmittelbar oder mittelbar mit einem Anschluß der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) der Schaltungsanordnung verbunden ist, wobei die Basisanschlüsse (Bx) der Transistoren (Tx) zur Symmetrisierung der Stromverteilung miteinander elektrisch leitend verbunden sind, und wobei eine Ansteuereinrichtung die Basisanschlüsse (Bx) der Transistoren (Tx) mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagt.
Die Dioden Dx und die Widerstände Rx1 ermöglichen die Bereitstellung einer für die Funktion der elektrischen Regelungsanordnung notwendigen Stromversorgung der jeweiligen Transistor- Basis. Als Differenz zwischen der Versorgungsspannung, der Durchlassspannung einer LED- Kette und der gemeinsamen Basisspannung liegt an der Ansteuerschaltung die entsprechende Kollektor- Basis- Spannung an. Eine Veränderung in der Durchlassspannung einer LED- Kette (z.B. durch Kurzschluss einer LED) wird durch eine entsprechende Veränderung der zugehörigen Kollektor- Basis- Spannung abgefangen, so dass sich der Kollektorstrom und damit der entsprechende Kettenstrom nicht bzw. nur sehr wenig ändert. Dieser ist umgekehrt proportional zum dazugehörigen Emitterwiderstand Rx2.
Zudem verhindern die Dioden Dx einen Stromfluß von einem LED-Zweig in einen anderen.
Fällt in einer LED- Kette eine LED durch Kurzschluss aus, so verringert sich die Durchlassspannung der LED- Kette, die aber durch die dazugehörige Regelungsanordnung kompensiert wird, indem sich die Kollektor- Basis- Spannung am zugehörigen Transistor erhöht. Da bei Veränderungen in der Durchlassspannung einer LED- Kette über die elektrischen Widerstände Rxl nur der Basisstrom der Transistoren Tx fließt (ca. Faktor 100..250 kleiner als der Kollektorstrom), können die Rx1 so dimensioniert werden, dass eine sehr kleine Veränderung der Stromstärke durch Rx1 (im Bereich < 1 mA) bereits eine große Änderung des Spannungsabfalls an dem Rx1 bewirkt, wodurch die unterschiedlichen Durchlassspannungen in den einzelnen LED-Ketten ausgeglichen werden können. Die Summe aus Durchlassspannung der LED- Kette und der Kollektor- Basisspannung des dazugehörigen Transistors entspricht der Differenz zwischen der Versorgungsspannung und dem Basispotential der Transistoren, da auch alle Basisanschlüsse weiterhin gleiches Potential aufweisen. Die jeweiligen Kollektorströme der LED- Ketten bleiben damit ebenso annähernd konstant.
Fällt in einer LED- Kette eine LED aufgrund von Durchbrennen ("open contact" oder Kontaktunterbrechung) aus, so fließt durch die defekte Kette kein Strom mehr. Die Spannung zwischen Kollektor und Basis des zugehörigen Transistors Tx bricht zusammen. An der Basis des Transistors der defekten Kette muss nach wie vor das Potential anliegen wie an den Basiseingängen der restlichen Transistoren. Dies wird durch die gemeinsame elektrische Verbindung der Transistorbasen erreicht, über die entsprechende Ausgleichsströme fließen können. Die intakten LED- Ketten übernehmen zunächst die Ausgleichsströme. Diese zusätzlichen Teilströme fließen dann über die jeweiligen Dx und Rx1 und über die gemeinsame elektrische Verbindung der Transistorbasen in die Basis des nunmehr als Diode betriebenen Transistors der ausgefallenen Kette und durch seinen Emitterwiderstand Rx2. Durch die Zusammenschaltung aller Basiseingänge auf gleichem Potential erhalten auch die verbleibenden intakten Ketten den Strom weiterhin entsprechend der durch die Dimensionierung der Emitter- Widerstände Rx2 vorgegebenen Verteilung. Dabei sind die Emitter- Widerstandswerte Rx2 umgekehrt proportional zum Emitterstrom, der sich als Summe aus Basis- und Kollektorstrom ergibt.
Mit den vorteilhaften Stromverteilungsschaltungen können im Falle der Veränderung von Durchlassspannungen in LED- Ketten die Kettenströme und damit die von den LED- Ketten emittierten Lichtstärken stabilisiert werden.
Die Beschreibung der Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung auf diese zu verstehen.

Claims

Schaltungsanordnung zur Restwelligkeitsreduzierung bei einer LED- Anordnung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungsversorgungsschaltung (LVS) an die LED- Anordnung Strom/Spannung- bzw. elektrische Leistung (P) abgibt, wobei die LED- Anordnung eine entsprechende Lichtstärke emittiert, die durch eine entsprechende Information von einer elektronischen Vorrichtung (EV) bezüglich der Abgabe der elektrischen Leistung (P) der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) gegengekoppelt zugeführt ist, so dass eine vorgegebene Solllichtstärke eingeregelt wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Vorrichtung (EV) einen zur Erfassung der durch die LED- Anordnung emittierten Lichtstärke dienenden Photoempfänger (PE1) aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem Photoempfänger (PE1) erzeugter Strom über einen Widerstand (R_G) zu einem elektrischen Anschluss der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) der LED- Anordnung fließt, wobei eine Spannung an dem Widerstand (R_G) proportional zur Stärke des auf den Photoempfänger (PE1) auftreffenden Lichts ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoempfänger (PE1) eine Photodiode, eine PIN- Photodiode, ein Phototransistor, ein Phototyristor, ein Phototriac und/oder ein Photo- Schmitt- Trigger ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4 soweit dieser auf Anspruch 3 zurück bezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Widerstand (R_G) anliegende Spannung bei Überschreiten bzw. Unterschreiten der Solllichtstärke ein elektronisches Schaltelement (FET) derart schaltet, dass eine Sendediode (SD) eines Optokopplers (OK) stromlos bzw. bestromt wird, so dass ein Ausgangsstrom (I_A) eines Photoempfängers (PE_O _K) des Optokopplers (OK) klein bzw. groß wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom/Spannungs- bzw. Leistungsabgabe der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) an die LED- Anordnung proportional zur Höhe des als Information dienenden Ausgangsstroms (I_A) ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoempfänger (PE1), das elektronische Schaltelement (FET), die Sendediode (SD) und der Photoempfänger (PE_O _K) des Optokopplers (OK) im Bereich der Solllichtstärke steile U-I Kennlinien aufweisen, so dass sich der Ausgangsstrom (I_A) bei Abweichen der emittierten Lichtstärke von der Solllichtstärke stark verändert.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Optokoppler (OK) als Sendediode (SD) eine IRED oder LED bzw. als Photoempfänger (PE_O _K) einen Phototransistor, eine Photodiode, einen Phototyristor, einen Phototriac und/oder einen Photo- Schmitt- Trigger aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendediode (SD) des Optokopplers (OK) über eine zur Sendediode (SD) entgegengesetzt gepolte Zenerdiode (ZD_SD) mit einem elektrischen Anschluss und über einen Widerstand (R_SD) mit einem weiteren elektrischen Anschluss der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) verbindbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Sendediode (SD) des Optokopplers (OK) das elektronische Schaltelement (FET) angeordnet ist, das bei Überschreiten bzw. Unterschreiten der Solllichtstärke in den leitenden bzw. sperrenden Zustand übergeht, die Sendediode (SD) des Optokopplers (OK) überbrückt bzw. nicht überbrückt und damit die Sendediode (SD) des Optokopplers (OK) stromlos bzw. bestromt schaltet.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Schaltelement ein FET- Transistor, insbesondere ein MOSFET- Transistor, oder ein Bipolar- Transistor ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der MOSFET bzw. FET selbstsperrend ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der MOSFET bzw. FET einen n- Kanal aufweist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoempfänger (PE1) eine emittierte Referenzlichtstärke detektiert, wobei diese emittierte Referenzlichtstärke durch eine Referenzkette (RK) erzeugt wird, durch die derselbe Strom fließt, wie durch jede andere Kette der LED- Anordnung, und dass diese Referenzlichtstärke für die durch die gesamte LED- Anordnung emittierte Lichtstärke Bezugsgröße ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzkette (RK) von der von der Umgebung emittierten Lichtstärke abgeschirmt ist.
Verfahren zur Restwelligkeitsreduzierung bei einer LED-Anordnung, mit durch eine Leistungsversorgungsschaltung (LVS) erfolgendes Abgeben von Strom/Spannung- bzw. elektrischer Leistung (P) an die LED- Anordnung, durch die LED- Anordnung erfolgendes Emittieren einer entsprechenden Lichtstärke, die durch eine Information einer elektronischen Vorrichtung (EV) auf die Abgabe elektrischer Leistung (P) der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) gegengekoppelt ist, so dass eine vorgegebene Solllichtstärke eingeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, mit – Erfassen eines Überschreitens bzw. Unterschreitens der Solllichtstärke durch die von der LED- Anordnung emittierte Lichtstärke mittels einem Photoempfänger (PE1), – darauf hin erfolgendes Schalten eines elektronischen Schaltelements (FETs) und Schalten einer Sendediode (SD) eines Optokopplers (OK), – Änderung des Ausgangsstroms (I_A) eines Photoempfängers (PE_O _K) des Optokopplers (OK), – Absenken bzw. Anhebung der Strom/Spannungs- bzw. Leistungsabgabe der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) an die LED- Anordnung.
Verfahren nach Anspruch 17, mit stromlos Schalten der Sendediode (SD) des Optokopplers (OK) durch Überbrücken der Sendediode (SD) des Optokopplers (OK) durch das elektronische Schaltelement (FET).
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, mit – Anliegen einer Steuer-Spannung für das elektronische Schaltelement an einem Widerstand (R_G), durch – Fließen eines in dem Photoempfänger (PE1) erzeugten Stroms über diesen Widerstand (R_G) zu einem elektrischen Anschluss der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) der LED-Anordnung, wobei die Spannung an dem Widerstand (R_G) proportional zur Stärke des auf den Photoempfänger (PE1) auftreffenden Lichts ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die LED- Anordnung mit mindestens zwei parallel zueinander verschalteten LED-Ketten (Kette x), in denen jeweils mindestens eine LED (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder LED- Kette (Kette x) jeweils eine Regelungsanordnung (RAx) zur Regelung einer vorgesehenen Stromaufteilung auf die einzelnen LED- Ketten in Serie geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Regelungsanordnung (RAx) einen bipolaren Transistor (Tx) enthält, dessen Kollektoranschluss (Cx) jeweils mit der Kathodenseite der zugehörigen LED-Kette verbunden ist und dessen Emitteranschluß (Ex) jeweils über einen elektrischen Widerstand (Rx2) unmittelbar oder mittelbar mit einem Anschluß der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) der Schaltungsanordnung verbunden ist, wobei die Basisanschlüsse (Bx) der Transistoren (Tx) zur Symmetrierung der Stromverteilung miteinander elektrisch leitend verbunden sind, und eine An steuerschaltung die Basisanschlüsse (Bx) der Transistoren (Tx) mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Regelungsanordnung (RAx) einen bipolaren Transistor (Tx) enthält, dessen Kollektoranschluss (Cx) jeweils mit der Anodenseite der zugehörigen LED- Kette verbunden ist und dessen Emitteranschluß (Ex) jeweils über einen elektrischen Widerstand (Rx2) unmittelbar oder mittelbar mit einem Anschluß der Leistungsversorgungsschaltung (LVS) der Schaltungsanordnung verbunden ist, wobei die Basisanschlüsse (Bx) der Transistoren (Tx) zur Symmetrierung der Stromverteilung miteinander elektrisch leitend verbunden sind, und wobei eine Ansteuerschaltung die Basisanschlüsse (Bx) der Transistoren (Tx) mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinrichtung, eine jeweils zwischen der Kathodenseite bzw. der Anodenseite jeder LED- Kette (x) und dem jeweiligen Basisanschluß (Bx) des zugehörigen Transistors (Tx) angeordnete Serienschaltung aus einer Diode (Dx) und einem elektrischen Widerstand (Rx1) umfasst.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Versorgungsnetz (Stromnetz) und der Strom/Spannungs- bzw. Leistungs- Versorgungsschaltung (LVS) eine Leistungsfaktor- Korrektureinrichtung und/oder ein Transformator geschaltet sind/ist.