DE20008408U1 - Leuchtdiodenanordnung mit einem Netzgerät - Google Patents

Description

Meissner, Bolte & Partner

Anwaltssozietät GbR

Leuchtdiodenanordnung mit einem Netzgerät Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenanordnung mit einer- Leuchtdiodeneinheit und- einem Netzgerät zur Stromversorgung aus einer Netzspannung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Leuchtdioden (LEDs) wandeln zugeführte elektrische Energie in sichtbare Lichtstrahlung um. Sie entsteht beim Stromfluß in Durchlassrichtung am pn-übergang, wobei die Farbe des emittierten Lichts abhängig vom Halbleitermaterial· ist.

LEDs werden vor allem als LeuchtIndikatoren oder als Arrays insbesondere zur Darstellung alphanumerischer Zeichen oder anderer Symbole verwendet.

Leuchtdioden werden immer häufiger wegen ihrer im Vergleich zu Glühlampen geringen Störanfälligkeit sowie ihres verhältnismäßig geringen Energieverbrauches in Beleuchtungsanlagen eingesetzt. Die Leuchtdioden lassen sich praktisch trägheitsfrei ein- und ausschalten. Die Lichtanstiegs- und -abfallzeit liegt unter einer Mikrosekunde. Im Gegensatz dazu 5 benötigt eine Glühlampe etwa 3 0 ms, um sich auf den stationären Betrieb einzustellen. Glühbirnen besitzen dazu auch eine relativ kurze Lebensdauer. Darüber hinaus emittieren Glühlampen Wärme, was zur Beschädigung von Oberflächen und

Meissner, Bolte & Partner

Anbauteilen, beispielsweise aus Kunststoff oder Holz, führen kann. ■

Leuchtdiodenanordnungen, die zu Beleuchtungszwecken verwendet werden, werden extern durch Netzgeräte mit Gleichstrom versorgt. Die Netzgeräte bestehen aus einem Transformator zur Umwandlung von Wechselströmen bzw. pulsierenden Gleichspannungen in Wechselströme höherer oder niedrigerer Spannung und aus einem Gleichrichter mit Glättungsschaltung. " Meist ist die Ausgangsspannung dieser Netzgeräte stabilisiert .

In der letzten Zeit werden zwar Transformatoren gebaut, die kleinere Bauformen und damit eine Gewichtsreduzierung aufweisen, trotzdem sind die Netzgeräte mit Transformatoren immer noch teuer und wenig kompakt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Leuchtdiodenanordnung mit einem Netzgerät zur Stromversorgung aus einer Netzspannung sowie ein entsprechendes Netzgerät zu schaffen, die bzw. das technologisch einfach und kompakt herstellbar ist. Mit dem erfindungsgemäßen Netzgerät soll bei einer Leuchtdiodenanordnung eine sehr gute Lichtleistung bei einer kostengünstigen Ausführung erzielbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst.

Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, ein Netzgerät zur Ansteuerung von wenigstens einer Reihe von Leuchtdioden zu schaffen, das keinen Transformator zur Umwandlung eines Wechselstroms im Gleichstrom aufweist.

Meissner, Bolte & Partner

Das erfindungsgemäße Netzgerät weist eine Gleichrichterschaltung als Schaltung aus Halbleiterelementen, insbesondere Halbleiter-Gleichrichterbauelementen (Dioden) auf, insbesondere eine Brückenschaltung (Graetzschaltung). Diese Gleichrichterschaltung ist durch die Anschlusspunkte an die Netzspannung geschaltet. Zwischen die Gleichrichterschaltung und die Netzspannungsquelle ist ein Glättungskondensator geschaltet, um Spannungsspitzen der Wechselspannung zu glätten. Ein hochohmiger Widerstand ist parallel zu dem Kondensator geschaltet und dient als Strombegrenzer.

Da Gleichrichter im Gegensatz zu Akkumulatoren keine ideale Gleichspannung, sondern eine pulsierende Gleichspannung liefern, die aus einem Gleich- und einem Wechselspannungsanteil besteht, wird diese pulsförmige Ausgangsspannung durch einen zweiten Kondensator geglättet. Dieser Kondensator kann als Lade- oder Glättungskondensator bezeichnet werden. Der zweite Kondensator ist an die Ausgangspunkte der Gleichrichter-0 schaltung parallel angeschlossen und glättet somit die Ausgangsspannung .

Parallel zu dem zweiten Kondensator ist ein nichtlinearer Spannungsteiler geschaltet, der eine erste Zener-Diode mit einem Vorwiderstand aufweist. Die Zener-Diode wird zur Stabilisierung der Gleichspannung eingesetzt. Im Stabilisierungsbereich erzeugt der Strom einen konstanten Spannungsabfall an der Zener-Diode. Schwankt die Eingangsspannung, ändert sich nur der Spannungsabfall am Vorwiderstand entspre-0 chend.

Die Leuchtdiodeneinheit weist mindestens eine Leuchtdiodenreihe auf, die mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Bipo-

Meissner, Bolte & Partner

lartransistors und mit einem Lastwiderstand in Reihe geschaltet ist. Die Zener-Diode mir ihrem Vorwiderstand, die jeweils parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Bipolartransistors geschaltet ist und der Bipolartransistor, in dessen Emitter-Strecke ein niederohmiger Widerstand geschaltet ist, bilden eine Begrenzerschaltung zur Begrenzung des Betriebsstromes der Leuchtdiodenreihe auf einen zumindest annähernd konstanten Wert.

Vorzugsweise ist zu jeder in Reihe geschalteten Leuchtdiode eine weitere Zener-Diode parallel geschaltet, die eine höhere Durchbruchsspannung als die in Reihe geschaltete Zener-Diode aufweist. Somit wird bei einem Ausfall einzelner Leuchtdioden durch die parallel geschaltete zweite Zener-Diode eine Überbrückung erzielt.■

Die Leuchtdiodenanordnung ist bevorzugt auf der Außenfläche eines Trägers angeordnet, wobei die Leuchtdioden vorzugsweise aus der Außenfläche herausragen, um eine bessere Leuchtwirkung zu gewährleisten. Das Netzgerät ist dank seiner kompakten Ausbildung in dem Inneren des Trägers angeordnet. Der Träger ist insbesondere in Form einer Glühbirne ausgebildet sein, wobei zum Anschluß an die Netzspannung ein Norm-Sockel angeformt ist.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leuchtdiodenanordnung mit einem Netzgerät bzw. des erfindungsgemäßen Netzgerätes werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele be-0 schränkt.

Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:

Meissner, Bolte & Partner

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Leuchtdiodenanordnung mit einem Netzgerät und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen An Ordnung gemäß Fig. 1.

Die in Figur 1 in einem Schaltbild gezeigte Leuchtdiodenanordnung 3 mit einem Netzgerät wird von einer Spannungsquelle U mit Netzspannung von 230 V versorgt. Die Netzspannung kann _t einen Wert bis zu 400 V aufweisen, jedoch nur begrenzt bis maximal ca. 10 Minuten. An die Netzspannung ist die Gleichrichterschaltung 2 über die Anschlußpunkte 8 geschaltet. Ein erster Kondensator Cl liegt direkt im Strompfad 1, und parallel zu ihm ist ein hochohmiger Widerstand Rl (beispielsweise 1,5 MOhm) angeschaltet, der als Strombegrenzer dient. Durch diesen ersten Kondensator Cl werden die Spannungsspitzen der Wechselspannung gedämpft. An dem Strompfad 1 ist noch ein Widerstand R2 geschaltet (beispielsweise 1 KOhm) der zur weiteren Strombegrenzung dient.

Die Gleichrichterschaltung 2 ist eine Graetzschaltung aus Halbleiterelementen (Dioden) 6. Die Dioden Vl und V4 leiten den Strom während der positiven Netzhalbwelle und die Dioden V2 und V3 während der negativen Netzhalbwelle. Bei dieser Gleichrichterschaltung werden beide Netzhalbwellen genutzt. Die pulsierende Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung wird durch einen zweiten Kondensator C2 (mit einer Kapazität von 7 &mgr;&Rgr;) geglättet. Der Kondensator C2 ist an die Ausgangspunkte 4 der Gleichrichterschaltung 2 parallel angeschlos-0 sen.

Parallel zu dem zweiten Kondensator C2 ist eine Strombegren zerschaltung 5 geschaltet, die eine erste Zener-Diode mit

Meissner, Bolte & Partner

einem Vorwiderstand R3 sowie einen Bipolartransistor T aufweist. Die Zener-Diode 9 nutzt den Sperrstrom aus, der beim Überschreiten der maximalen Sperrspannung steil ansteigt. Der Vorwiderstand R3 begrenzt den Strom durch die Zener-Diode 9 und verhindert so ein Überschreiten der zulässigen Sperrschichttemperatur. Der gegenüber der Zener-Spannung auftreibende Spannungsüberschuß wird abgekappt und fällt am Vorwiderstand ab. Die erste Zener-Diode 9 ist parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Bipolartransistors T geschaltet, in dessen Kollektor-Emitter-Strecke eine Leuchtdiodenreihe 3 geschaltet ist. Somit wird durch die Begrenzerschaltung 5 der Betriebsstrom der Leuchtdiodenreihe begrenzt und auf einen zumindest annähernd konstanten Wert gehalten.

Beim Ausfall einer der in Reihe geschalteten Leuchtdioden wird sie durch jeweils eine parallel geschaltete zweite Zener-Diode 13 ersetzt. Die zweite Zener-Diode 13 weist dabei eine Durchbruchspannung auf, die höher ist als die Durchbruchspannung der ersten Zener-Diode 9.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leuchtdiodenanordnug mit einem Netzgerät in einer schematischen Darstellung in Art einer Schnittansicht. Das Netzgerät 12 ist in dem Inneren eines Trägers 10 angebracht, der die äußere Gestalt einer Glühbirne aufweist. Der Träger 10 ist zweiteilig ausgebildet, wobei am unteren Teil 10a, das Netzgerät 12 angeordnet ist und der untere Teil 10a einen Sockel 14 aufweist. Durch den Sockel 14, der am unteren Ende des Trägers ausgebildet ist, wird das Netzgerät an die Stromversorgung angeschlossen. Der obere Teil 10b des Trägers 10 ist kuppeiförmig ausgebildet und weist eine Anschlußplatte 18 auf, die durch Drähte 22 mit dem Netzgerät verbunden ist. Er ist auf den unteren Teil aufgesteckt.

4 ·

Meissner, Bolte & Partner

■ - 7 -

Auf der Oberfläche 16 des oberen Teils 10b des Trägers sind Ausnehmungen 2 0 vorgesehen, aus denen die in Reihe geschaltete Leuchtdioden 3 herausragen. Die Leuchtdioden 3 können auch in die Ausnehmungen 20 eingebettet sein.

Der Träger kann auch verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise kann der Träger die Form einer Säule oder eines Ringes aufweisen oder in Form von Buchstaben ausgebildet sein. Bei diesen Ausführungen ist es bevorzugt, die Leuchtdioden auf den Außenflächen des Trägers anzubringen und das Netzgerät mit den Anschlüssen der Leuchtdiodenanordnung zu vergießen, so daß eine Wasserdichte erzielt werden kann.

BezuQSzeichenliste

1	•Strompfad
2	Gleichrichterschaltung
3	Leuchtdiodenreihe
3a	Leuchdiode
4	Ausgangspunkt des Gleichrichters
5	Strombegrenzerschaltung
6	Diode
8	Anschlußpunkt
9, 13	Zener-Diode
10	Träger
10a	unterer Teil des Trägers
10b	oberer Teil des Trägers
11	nichtlinearer Spannungsteiler
12	Netzgerät
14	Norm-Sockel
16	Oberfläche des Trägers

Meissner, Bolte & Partner

18 Anschlußplatte 2 0 Ausnehmung 22 Drähte

Cl, C2 Kondensator

Rl, R2, R3, R4 Widerstand

Vl, V2, V3, V4 Diode des Gleichrichters

Claims (8)

1. Leuchtdiodenanordnung mit einer Leuchtdiodeneinheit (3) und einem Netzgerät (12) zur Stromversorgung aus einer Netzspannung, dadurch gekennzeichnet, dass
das Netzgerät im wesentlichen
einen ersten Kondensator (C1) zur Glättung einer Netzspannung, der direkt an eine Netzspannungsquelle geschaltet ist,
einen parallel zu dem ersten Kondensator (C1) geschalteten hochohmigen Widerstand (R1) zur Strombegrenzung,
eine Gleichrichterschaltung (2), die über Eingangsanschlüsse (8) an die Netzspannung geschaltet ist und zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung dient,
einen zweiten Kondensator (C2), der an den Ausgangsanschlüssen (4) der Gleichrichterschaltung (2) parallel geschaltet ist,
einen parallel zu dem zweiten Kondensator (C2) geschalteten nichtlinearen Spannungsteiler (11), der eine erste Zener-Diode (9) mit einem Vorwiderstand (R3) aufweist, und
einen Bipolartransistor (T) aufweist, wobei die Leuchtdiodeneinheit (3) mindestens eine Leuchdioden-Reihenschaltung aufweist, die in der Kollektor-Basis-. Strecke des Bipolartransistors (T) liegt, und
wobei der nichtlineare Spannungsteiler (11) mit dem Basisanschluß des Bipolartransistors (3) verbunden ist.

2. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodeneinheit (3) aus mehreren Leuchtdioden-Reihen besteht, die zueinander parallel geschaltet sind.

3. Leuchtdioden nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zener-Diode (9) parallel zu der Basis-Emitter- Strecke des Bipolartransistors (T) und in Reihe zu dem Vorwiderstand (R3) geschaltet ist, wobei der nichtlineare Spannungsteiler (11) mit dem Bipolartransistor (T) eine Strombegrenzerschaltung (5) zur Stabilisierung und Begrenzung des Betriebstromes der in Reihe geschalteten Leuchtdiodeneinheit (3) auf einen konstanten Wert bildet.

4. Leuchtdiodenanotdnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder der in Reihe geschalteten Leuchtdioden (3a) eine weitere Zener-Diode (10) parallel geschaltet ist, die eine Durchbruchsspannung aufweist, die höher als die Durchbruchsspannung der ersten Zener-Diode (9) ist, wobei durch die weiteren Zener-Dioden (13) eine Überbrückung bei Ausfall einer der Leuchtdioden (3a) erzielt ist.

5. Leuchtdiodenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenanordnung auf einer Außenfläche (16) eines Trägers (10) angeordnet und das Netzgerät im Inneren des Trägers (10) angebracht ist.

6. Leuchtdiodenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) eine Glühbirnenform aufweist, mit einem Norm-Sockel (14) zum Anschluß an die Netzspannung mittels einer Glühlampenfassung.

7. Leuchtdiodenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzgerät (12) mit den Anschlüssen der Leuchtdiodenanordnung eingegossen und somit wasserdicht ist.

8. Netzgerät zum Betreiben einer Leuchtdiodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
das Netzgerät im wesentlichen
einen ersten Kondensator (C1) zur Glättung einer Netzspannung, der direkt an eine Netzspannungsquelle geschaltet ist,
einen parallel zu dem ersten Kondensator (C1) geschalteten hochohmigen Widerstand (R1) zur Strombegrenzung, eine Gleichrichterschaltung (2), die über Eingangsanschlüsse (8) an die Netzspannung geschaltet ist und zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung dient,
einen zweiten Kondensator (C2), der an den Ausgangsanschlüssen (4) der Gleichrichterschaltung (2) parallel geschaltet ist,
einen parallel zu dem zweiten Kondensator (C2) geschalteten nichtlinearen Spannungsteiler (11), der eine erste Zener-Diode (9) mit einem Vorwiderstand (R3) aufweist, und einen Bipolartransistor (T) aufweist,
wobei die Leuchtdiodeneinheit (3) mindestens eine Leuchtdioden-Reihenschaltung aufweist, die in der Kollektor-Basis- Strecke des Bipolartransistors (T) liegt, und
wobei der nichtlineare Spannungsteiler (11) mit dem Basisanschluß des Bipolartransistors (3) verbunden ist.