DE102013200644A1

DE102013200644A1 - LED array

Info

Publication number: DE102013200644A1
Application number: DE102013200644.6A
Authority: DE
Inventors: David Gajdos
Original assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Current assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-07-17
Also published as: EP2946636A2; WO2014111512A2; WO2014111512A3

Abstract

LED-Anordnung, mit mindestens einer LED (1) und einem als Stromsenke ausgebildeten ersten Transistor (2, 3), wobei der erste Transistor (2, 3) in Reihe nach der LED (1) angeordnet ist und die LED-Anordnung an eine erste Spannungsquelle angeschlossen ist und wobei zwischen der LED (1) und dem ersten Transistor (2, 3) ein zweiter Transistor (4) in Reihe angeordnet ist, der an eine zweite Spannungsquelle (5) angeschlossen ist.LED arrangement, with at least one LED (1) and a first transistor (2, 3) designed as a current sink, the first transistor (2, 3) being arranged in series after the LED (1) and the LED arrangement connected to a first voltage source is connected and a second transistor (4) is connected in series between the LED (1) and the first transistor (2, 3) and is connected to a second voltage source (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Anordnung mit mindestens einer LED und einem als Stromsenke ausgebildeten ersten Transistor, wobei der erste Transistor in Reihe nach der LED angeordnet ist und die LED-Anordnung an eine erste Spannungsquelle angeschlossen ist.The present invention relates to an LED array having at least one LED and a first transistor designed as a current sink, wherein the first transistor is arranged in series after the LED and the LED array is connected to a first voltage source.

LEDs werden mittlerweile in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt. So werden bspw. in der Beleuchtungstechnik immer mehr herkömmliche Leuchtmittel durch entsprechende LEDs ersetzt. Je nach Beleuchtungsaufgabe können dann einige Hochleistungs-LEDs oder aber eine Vielzahl von kleineren bzw. schwächeren LEDs verwendet werden. Zusätzlich ist hierbei auch noch anzumerken, dass die LEDs zumeist nur mit bestimmten Ausgangsleistungen und für bestimmte Ströme verfügbar sind, weshalb insb. mit kleinen und schwachen LEDs die Anordnung der LEDs in einer LED-Anordnung sinnvoll ist. Dabei kann bspw. eine Serienanordnung mehrerer LEDs vorgesehen sein, bei der die LEDs in Serie bzw. Reihe angeordnet sind und sich dementsprechend eine Serien- bzw. Reihenschaltung der LEDs ergibt. Diese sich so ergebende LED-Anordnung wird dann an eine Spannungsquelle angeschlossen.LEDs are now used in many different areas. Thus, for example, in lighting technology more and more conventional light sources are replaced by corresponding LEDs. Depending on the lighting task then some high-power LEDs or a variety of smaller or weaker LEDs can be used. In addition, it should also be noted that the LEDs are usually only available with certain output powers and for certain currents, which is why, in particular with small and weak LEDs, the arrangement of the LEDs in an LED arrangement makes sense. In this case, for example, a series arrangement of a plurality of LEDs can be provided, in which the LEDs are arranged in series or series and, accordingly, results in a serial or series connection of the LEDs. This resulting LED array is then connected to a voltage source.

Um nun den durch die LED-Anordnung und somit den durch die LEDs fließenden Strom auf einen gewünschten Wert einzustellen, kann bspw. ein in Reihe angeordneter Widerstand vorgesehen sein. Durch diesen ergibt sich dann in Verbindung mit der von der Spannungsquelle abgegebenen Spannung und dem Spannungsabfall an den LEDs ein durch die LED-Anordnung fließender Strom mit einem entsprechenden Wert. Mit Hilfe der Einstellung des Stromwerts kann dann auch die gewünschte Helligkeit der LEDs eingestellt werden.In order to set the current flowing through the LED array and thus the current flowing through the LEDs to a desired value, it is possible, for example, to provide a resistor arranged in series. This then results in conjunction with the voltage output by the voltage source and the voltage drop across the LEDs a current flowing through the LED array current with a corresponding value. With the help of the setting of the current value, the desired brightness of the LEDs can then also be set.

Hierbei besteht dann allerdings das Problem, dass bei der Verwendung mehrerer gleichaufgebauter LED-Anordnungen aufgrund der Fertigungstoleranzen insbesondere bei den LEDs, der durch die verschiedenen LED-Anordnungen fließende Strom sich unterscheiden kann, wodurch auch die Helligkeit der LEDs in den verschiedenen LED-Anordnungen unterschiedlich ist.In this case, however, there is the problem that when using a plurality of identically constructed LED arrays due to the manufacturing tolerances, especially in the case of the LEDs, the current flowing through the various LED arrays may differ, thereby also varying the brightness of the LEDs in the different LED arrays is.

Zur Vermeidung dieses Problems, kann in den LED-Anordnungen dann zusätzlich jeweils noch ein Transistor als Stromsenke vorgesehen sein. Dieser Transistor ermöglicht dann, dass ein Strom in gewünschter Höhe durch die jeweilige LED-Anordnung fließt. Hierbei ist vorgesehen, dass der Transistor in Reihe nach den LEDs angeordnet ist.In order to avoid this problem, in each case one transistor can additionally be provided as a current sink in the LED arrangements. This transistor then allows current at the desired level to flow through the respective LED array. It is provided that the transistor is arranged in series with the LEDs.

In den 1 und 2 ist nun jeweils eine derartige LED-Anordnung gezeigt, wobei bei beiden Anordnungen je vier LEDs 1 vorgesehen sind, die, wie aus den 1 und 2 hervorgeht, in Reihe angeordnet und miteinander verschaltet sind. In 1 ist dann des Weiteren noch ein selbstleitender (auch als Verarmungstyp oder Depletion bezeichneter) NMOS-Transistor bzw. NMOS-FET 2 vorgesehen ist, der in Reihe bzw. Serie nach den LEDs 1 angeordnet ist. Dabei ist im Einzelnen vorgesehen, dass der Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 2 mit der letzten LED 1 in der Reihe der LEDs 1 verbunden ist. Außerdem wird der Gate-Anschluss mit dem Source-Anschluss verbunden, wodurch die Spannung zwischen Gate- und Source-Anschluss 0 V beträgt.In the 1 and 2 In each case, such an LED arrangement is shown, in both arrangements four LEDs each 1 are provided, which, as from the 1 and 2 shows, arranged in series and interconnected. In 1 is then still a self-conducting (also referred to as depletion type or depletion) NMOS transistor or NMOS FET 2 is provided in series or series according to the LEDs 1 is arranged. Specifically, it is provided that the drain terminal of the NMOS transistor 2 with the last LED 1 in the row of LEDs 1 connected is. In addition, the gate terminal is connected to the source terminal, whereby the voltage between gate and source terminal is 0V.

Da es sich um einen selbstleitenden NMOS-Transistor 2 handelt, ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass unabhängig von Fertigungstoleranzen der LEDs 1, ein konstanter Stromfluss in der LED-Anordnung erreicht wird, wodurch der Stromfluss auch bei mehreren LED-Anordnungen gleicher Bauart vergleichbar ist. Die Höhe des durch die LED-Anordnung fließenden Stroms wird dabei nur durch den NMOS-Transistor 2 bestimmt, da die Spannung zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss immer gleichbleibend bei 0 V ist. Hierdurch wird erreicht, dass geringfügige Fertigungstoleranzen der LEDs 1 bei verschiedenen LED-Anordnungen, die denselben Aufbau aufweisen nicht zu unterschiedlichen Stromflüssen in den verschiedenen LED-Anordnungen führen.Since it is a self-conducting NMOS transistor 2 This results in the advantage that regardless of manufacturing tolerances of the LEDs 1 , A constant current flow is achieved in the LED array, whereby the current flow is comparable even with multiple LED arrays of the same type. The height of the current flowing through the LED array current is only through the NMOS transistor 2 determined, since the voltage between the gate and the source terminal is always constant at 0V. This ensures that slight manufacturing tolerances of the LEDs 1 in different LED arrays that have the same structure do not lead to different current flows in the various LED assemblies.

Auch bei der LED-Anordnung in 2 ist ein Transistor in Reihe nach den LEDs 1 angeordnet. Allerdings ist in 2 ein selbstleitender (auch als Verarmungstyp oder Depletion bezeichneter) PMOS-Transistor bzw. PMOS-FET 3 vorgesehen. Dabei ist der Source-Anschluss mit der letzten der in Reihe geschalteten LEDs 1 verbunden. Gleichzeitig ist auch der Gate-Anschluss mit dem Source-Anschluss verbunden, wodurch wiederum die Spannung zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss 0 V beträgt. Wie auch in 1 durch den selbstleitenden NMOS-Transistor 2, wird auch durch den selbstleitenden PMOS-Transistor 3 erreicht, dass der Stromfluss durch die LED-Anordnung in 2 auch bei mehreren LED-Anordnungen gleicher Bauart vergleichbar ist, da die Höhe des durch die LED-Anordnung fließenden Stroms nur durch den PMOS-Transistor 3 bestimmt wird.Also with the LED arrangement in 2 is a transistor in series after the LEDs 1 arranged. However, in 2 a self-conducting (also referred to as depletion type) PMOS transistor or PMOS FET 3 intended. Where the source is the last one of the series connected LEDs 1 connected. At the same time, the gate terminal is also connected to the source terminal, whereby in turn the voltage between the gate and the source terminal is 0 V. As well as in 1 through the normally-on NMOS transistor 2 , is also due to the self-conducting PMOS transistor 3 ensures that the current flow through the LED array in 2 is comparable with several LED arrays of the same type, since the height of the current flowing through the LED array current only through the PMOS transistor 3 is determined.

Diese grundsätzliche Funktionsweise des selbstleitenden NMOS-Transistor 2 und des selbstleitenden PMOS-Transistor 3 als Stromsenke kann bspw. auch dem amerikanischen Patent US 7,728,529 B2 entnommen werden, in dem entsprechende LED-Anordnungen mit Transistoren gezeigt werden.This basic operation of the self-conducting NMOS transistor 2 and the self-conducting PMOS transistor 3 as a current sink can, for example, the American patent US 7,728,529 B2 are taken in the corresponding LED arrays are shown with transistors.

Ein konstanter bzw. gleichbleibender Stromfluss kann in den 1 und 2 allerdings nur dann gewährleistet werden, wenn sich die an dem Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 2 in 1 und an dem Source-Anschluss des PMOS-Transistors 3 in 2 anliegende Spannung im Verhältnis nicht erheblich ändert. Dies ist im Normalbetrieb, d. h. für den Fall, dass alle LEDs 1 funktionieren kein Problem. Allerdings verändert sich die an dem Drain- bzw. Source-Anschluss anliegende Spannung deutlich, für den Fall, dass bei einer oder mehreren LEDs 1 ein Kurzschluss auftritt und dementsprechend die im gesamten an den LEDs 1 abfallende Spannung erheblich reduziert wird, wodurch die an dem Drain- bzw. Source-Anschluss anliegende Spannung deutlich steigt.A constant or constant current flow can in the 1 and 2 however, only if they are attached to the drain Connection of the NMOS transistor 2 in 1 and at the source terminal of the PMOS transistor 3 in 2 applied voltage in the ratio does not change significantly. This is in normal operation, ie in the event that all the LEDs 1 work no problem. However, the voltage applied to the drain or source terminal changes significantly in the case of one or more LEDs 1 a short circuit occurs and, accordingly, the total on the LEDs 1 decreasing voltage is significantly reduced, whereby the voltage applied to the drain or source terminal voltage increases significantly.

Bei einem derartigen Anstieg der Spannung am Drain- bzw. Source-Anschluss der Transistoren 2 und 3 ändern sich dann auch der Stromfluss durch die Transistoren 2 und 3 und somit auch der Stromfluss durch die LED-Anordnung. Dies ergibt sich u. a. aus einem Effekt, der als Kanallängenmodulation bezeichnet wird und vergleichbar mit dem Early-Effekt bei Bipolartransistoren ist.With such an increase in the voltage at the drain or source terminal of the transistors 2 and 3 Then change the current flow through the transistors 2 and 3 and thus also the current flow through the LED arrangement. This results, inter alia, from an effect which is referred to as channel length modulation and is comparable to the early effect in bipolar transistors.

Dementsprechend ergibt sich ein vergleichbares Verhalten auch bei dem Einsatz von Bipolartransistoren oder anderen Feldeffekttransistoren anstelle des selbstleitenden NMOS-Transistors 2 bzw. selbstleitenden PMOS-Transistors 3 in den 1 und 2.Accordingly, a similar behavior also results in the use of bipolar transistors or other field effect transistors instead of the normally-on NMOS transistor 2 or normally-conductive PMOS transistor 3 in the 1 and 2 ,

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die oben skizzierte LED-Anordnung derart weiterzuentwickeln, dass auch bei einem Kurzschluss einer oder mehrerer LEDs ein konstanter bzw. gleichbleibender Stromfluss durch die LED-Anordnung gewährleistet ist.Accordingly, it is an object of the present invention to further develop the above-outlined LED arrangement in such a way that a constant or constant current flow through the LED arrangement is ensured even if one or more LEDs short-circuit.

Die Aufgabe wird durch eine LED-Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by an LED arrangement according to claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird eine LED-Anordnung mit mindestens einer LED und einem als Stromsenke ausgebildeten ersten Transistor vorgeschlagen, wobei der erste Transistor in Reihe nach der LED angeordnet ist und die LED-Anordnung an eine erste Spannungsquelle angeschlossen ist. Zusätzlich ist nunmehr noch vorgesehen, dass zwischen der LED und dem ersten Transistor ein zweiter Transistor in Reihe angeordnet ist, wobei der zweite Transistor an eine zweite Spannungsquellen angeschlossen ist.According to the invention, an LED arrangement with at least one LED and a first transistor designed as a current sink is proposed, wherein the first transistor is arranged in series after the LED and the LED arrangement is connected to a first voltage source. In addition, it is now provided that between the LED and the first transistor, a second transistor is arranged in series, wherein the second transistor is connected to a second voltage sources.

Im Einzelnen kann dabei vorgesehen sein, dass die LED-Anordnung mindestens zwei in Reihe angeordnete LEDs aufweist und es sich bei dem ersten und zweiten Transistor jeweils um einen n-Typ oder p-Typ Feldeffekttransistor oder einen n-Typ oder p-Typ Bipolartransistor handelt und der Basis- bzw. Gate-Anschluss des zweiten Transistors an die zweite Spannungsquelle angeschlossen ist.Specifically, it can be provided that the LED array has at least two LEDs arranged in series and in each case the first and second transistor is an n-type or p-type field effect transistor or an n-type or p-type bipolar transistor and the base or gate terminal of the second transistor is connected to the second voltage source.

Durch den zweiten Transistor in Verbindung mit der zweiten Spannungsquelle wird erreicht, dass die am ersten Transistor anliegende Spannung auf einem gewünschten konstanten Wert gehalten werden kann, auch dann wenn bei einer oder mehrerer LEDs ein Kurzschluss vorliegt. Aufgrund der gleichbleibenden konstanten Spannung an dem ersten Transistor ergibt sich somit auch ein Stromfluss durch den ersten Transistor, der einen gleichbleibenden konstanten Wert aufweist, wodurch sich auch der Stromfluss durch die gesamte LED-Anordnung nicht verändert.By the second transistor in conjunction with the second voltage source is achieved that the voltage applied to the first transistor voltage can be maintained at a desired constant value, even if there is a short circuit at one or more LEDs. Due to the constant constant voltage across the first transistor, there is thus also a current flow through the first transistor, which has a constant constant value, as a result of which the current flow through the entire LED arrangement does not change.

Dementsprechend wird auch ein Verfahren zur Erhaltung eines gewünschten konstanten Stroms bei einem Kurzschluss einer LED in der erfindungsgemäßen LED-Anordnung vorgeschlagen, bei dem der in der LED-Anordnung fließende Strom durch den als Stromsenke ausgebildeten ersten Transistor auf einem gewünschten Wert gehalten wird, wobei die im ersten Transistor anliegende Spannung zwischen Kollektor- bzw. Drain-Anschluss und Emitter- bzw. Source-Anschluss bzw. zwischen Emitter- bzw. Source-Anschluss und Kollektor- bzw. Drain-Anschluss durch den zweiten Transistor und die zweite Spannungsquelle auf einem gewünschten konstanten Wert gehalten wird, der auch bei einem Kurzschluss einer LED unverändert bleibt.Accordingly, there is also proposed a method for maintaining a desired constant current in the event of a short circuit of an LED in the LED arrangement according to the invention, in which the current flowing in the LED arrangement is kept at a desired value by the first transistor formed as a current sink, wherein the voltage in the first transistor between the collector or drain terminal and the emitter or source terminal or between the emitter or source terminal and the collector or drain terminal through the second transistor and the second voltage source on a desired constant value, which remains unchanged even with a short circuit of an LED.

Vorteilhafterweise kann bei der LED-Anordnung dann auch noch vorgesehen sein, dass, für den Fall, dass der erste Transistor und der zweite Transistor jeweils n-Typ-Transistoren sind, die LED mit dem Kollektor- bzw. Drain-Anschluss des zweiten Transistors verbunden ist und der Emitter- bzw. Source-Anschluss des zweiten Transistors mit dem Kollektor- bzw. Drain-Anschluss des ersten Transistors verbunden ist. Für den Fall, dass der erste Transistor und der zweite Transistor jeweils p-Typ-Transistoren sind, kann dann vorgesehen sein, dass die LED mit dem Emitter- bzw. Source-Anschluss des zweiten Transistors verbunden ist und der Kollektor- bzw. Drain-Anschluss des zweiten Transistors mit dem Emitter- bzw. Source-Anschluss des ersten Transistors verbunden ist.Advantageously, in the case of the LED arrangement, it can then also be provided that, in the case where the first transistor and the second transistor are each n-type transistors, the LED is connected to the collector or drain terminal of the second transistor and the emitter or source terminal of the second transistor is connected to the collector or drain terminal of the first transistor. In the event that the first transistor and the second transistor are each p-type transistors, then it can be provided that the LED is connected to the emitter or source terminal of the second transistor and the collector or drain Terminal of the second transistor is connected to the emitter or source terminal of the first transistor.

Für den Fall, dass der erste Transistor ein n-Typ-Transistor und der zweite Transistor ein p-Typ-Transistor ist, kann vorgesehen sein, dass die LED mit dem Emitter- bzw. Source-Anschluss des zweiten Transistors verbunden ist und der Kollektor- bzw. Drain-Anschluss des zweiten Transistors mit dem Kollektor- bzw. Drain-Anschluss des ersten Transistors verbunden ist. Für den Fall, dass der erste Transistor ein p-Typ-Transistor und der zweite Transistor ein n-Typ-Transistor ist, kann vorgesehen sein, dass die LED mit dem Kollektor- bzw. Drain-Anschluss des zweiten Transistors verbunden ist und der Emitter- bzw. Source-Anschluss des zweiten Transistors mit dem Emitter- bzw. Source-Anschluss des ersten Transistors verbunden ist.In the event that the first transistor is an n-type transistor and the second transistor is a p-type transistor, it can be provided that the LED is connected to the emitter or source terminal of the second transistor and the collector - And drain terminal of the second transistor is connected to the collector or drain terminal of the first transistor. In the event that the first transistor is a p-type transistor and the second transistor is an n-type transistor, it can be provided that the LED is connected to the collector or drain terminal of the second transistor and the emitter - And source terminal of the second transistor is connected to the emitter or source terminal of the first transistor.

Zur Bildung der Stromsenke kann dann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Basis- bzw. Gate-Anschluss des ersten Transistors mit dem Emitter- bzw. Source-Anschluss des ersten Transistors verbunden ist. Alternativ hierzu kann zur Bildung der Stromsenke auch vorgesehen sein, dass der Basis- bzw. Gate-Anschluss des ersten Transistors an eine dritte Spannungsquelle angeschlossen ist. To form the current sink can then be advantageously provided that the base or gate terminal of the first transistor is connected to the emitter or source terminal of the first transistor. Alternatively, it can also be provided for forming the current sink that the base or gate terminal of the first transistor is connected to a third voltage source.

Bei dem ersten Transistor kann es sich bspw. um einen selbstleitenden NMOS-Transistor oder einen selbstleitenden PMOS-Transistor handeln.The first transistor may, for example, be a self-conducting NMOS transistor or a self-conducting PMOS transistor.

Vorzugsweise ist des Weiteren vorgesehen, dass die zweite Spannungsquelle eine von der ersten Spannungsquelle unabhängige eigene Spannungsquelle ist.Preferably, it is furthermore provided that the second voltage source is a separate voltage source independent of the first voltage source.

Alternative hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die zweite Spannungsquelle an die erste Spannungsquelle angeschlossen ist. In diesem Fall kann dann vorgesehen sein, dass die zweite Spannungsquelle mindestens einen Widerstand und einen vierten Transistor aufweist, wobei der Widerstand dann parallel zu der LED an die erste Spannungsquelle angeschlossen sein kann und der vierte Transistor in Reihe nach dem Widerstand angeordnet sein kann, wobei der Anschluss des Basis- bzw. Gate-Anschlusses des zweiten Transistors an die zweite Spannungsquelle an der Verbindung zwischen Widerstand und viertem Transistor erfolgt.Alternatively, it can also be provided that the second voltage source is connected to the first voltage source. In this case, it can then be provided that the second voltage source has at least one resistor and a fourth transistor, wherein the resistor can then be connected in parallel to the LED to the first voltage source and the fourth transistor can be arranged in series after the resistor, wherein the connection of the base or gate terminal of the second transistor to the second voltage source takes place at the connection between resistor and fourth transistor.

Bei dem vierten Transistor kann es sich bspw. um einen NMOS-Transistor handeln, wobei der Drain-Anschluss des vierten Transistors dann mit dem Widerstand und der Gate-Anschluss des vierten Transistors mit dem Drain-Anschluss des vierten Transistors verbunden ist.The fourth transistor may, for example, be an NMOS transistor, wherein the drain terminal of the fourth transistor is then connected to the resistor and the gate terminal of the fourth transistor is connected to the drain terminal of the fourth transistor.

Ebenso kann auch vorgesehen sein, dass die zweite Spannungsquelle einen fünften Transistor aufweist, der in Reihe nach dem vierten Transistor angeordnet ist und es sich bei dem vierten und fünften Transistor um n-Typ Bipolartransistoren oder n-Typ Feldeffekttransistoren handelt, wobei der Kollektor bzw. Drain-Anschluss des vierten Transistors mit dem Widerstand verbunden ist, der Emitter- bzw. Source-Anschluss des vierten Transistors mit dem Kollektor- bzw. Drain-Anschluss des fünften Transistors verbunden ist, der Basis- bzw. Gate-Anschluss des vierten Transistors mit dem Kollektor- bzw. Drain-Anschluss des vierten Transistors verbunden ist und der Basis- bzw. Gate-Anschluss des fünften Transistors mit dem Kollektor- bzw. Drain-Anschluss des fünften Transistors verbunden ist.Likewise, it can also be provided that the second voltage source has a fifth transistor, which is arranged in series after the fourth transistor and in which the fourth and fifth transistors are n-type bipolar transistors or n-type field-effect transistors, wherein the collector or Drain terminal of the fourth transistor is connected to the resistor, the emitter or source terminal of the fourth transistor is connected to the collector or drain terminal of the fifth transistor, the base or gate terminal of the fourth transistor with is connected to the collector or drain terminal of the fourth transistor and the base or gate terminal of the fifth transistor is connected to the collector or drain terminal of the fifth transistor.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and the accompanying drawings. Show it:

1 eine aus dem Stand der Technik bekannte LED-Anordnung mit einem selbstleitenden NMOS-Transistor; 1 a well-known from the prior art LED array with a self-conducting NMOS transistor;

2 eine aus dem Stand der Technik bekannte LED-Anordnung mit einem selbstleitenden PMOS-Transistor; 2 a prior art LED array with a normally-on PMOS transistor;

3 erfindungsgemäße LED-Anordnung; 3 inventive LED arrangement;

4 erfindungsgemäße LED-Anordnung mit einer speziellen Ausgestaltung der zweiten Spannungsquelle; 4 inventive LED arrangement with a special configuration of the second voltage source;

5 erfindungsgemäße LED-Anordnung mit einer speziellen Ausgestaltung der zweiten Spannungsquelle. 5 LED arrangement according to the invention with a special configuration of the second voltage source.

In den 1 und 2 sind jeweils LED-Anordnungen gezeigt, die, wie bereits zuvor erläutert, aus dem Stand der Technik bekannt sind. Bei beiden LED-Anordnungen sind mehrere LEDs 1 in Serie miteinander verbunden und sind somit in einer Serien- bzw. Reihenschaltung angeordnet. Die LED-Anordnungen sind dabei jeweils an eine erste Spannungsquelle angeschlossen. Um nun einen gewünschten konstanten Stromfluss durch die LED-Anordnungen zu erreichen, ist in beiden Figuren jeweils noch ein ebenfalls in Reihe mit den LEDs 1 angeordneter erster Transistor 2 bzw. 3 vorgesehen. In 1 wird hierbei ein selbstleitender NMOS-Transistor 2 verwendet, bei dem der Drain-Anschluss mit der letzten LED 1 der in Reihe angeordneten LEDs 1 verbunden ist. Zusätzlich ist der Gate-Anschluss auch noch mit dem Source-Anschluss verbunden. Durch diesen Schaltungsaufbau ergibt sich dann, wie bereits zuvor erläutert, ein gewünschter konstanter Stromfluss durch die LED-Anordnung.In the 1 and 2 In each case LED arrangements are shown, which, as already explained above, are known from the prior art. Both LED assemblies have multiple LEDs 1 connected in series and are thus arranged in a series or series connection. The LED arrays are each connected to a first voltage source. In order to achieve a desired constant current flow through the LED arrays, in both figures one is also in series with the LEDs 1 arranged first transistor 2 respectively. 3 intended. In 1 This is a self-conducting NMOS transistor 2 used in which the drain connection with the last LED 1 the LEDs arranged in series 1 connected is. In addition, the gate terminal is also connected to the source terminal. As already explained above, this circuit construction results in a desired constant current flow through the LED arrangement.

Ein gewünschter konstanter Stromfluss wird auch bei der LED-Anordnung in 2 erreicht, wobei anstelle des selbstleitenden NMOS-Transistors 2 in 1 ein selbstleitender PMOS-Transistor 3 vorgesehen ist, bei dem dann nicht der Drain-Anschluss sondern der Source-Anschluss mit der letzten LED 1 der in Reihe angeordneten LEDs 1 verbunden ist. Wiederum ist dann allerdings auch vorgesehen, dass der Gate-Anschluss mit dem Source-Anschluss verbunden ist.A desired constant current flow is also in the LED arrangement in 2 achieved, wherein instead of the normally-on NMOS transistor 2 in 1 a self-conducting PMOS transistor 3 is provided, in which then not the drain terminal but the source terminal with the last LED 1 the LEDs arranged in series 1 connected is. Again, however, it is also provided that the gate terminal is connected to the source terminal.

Anstelle des selbstleitenden NMOS-Transistors 2 in 1 bzw. des selbstleitenden PMOS-Transistors 3 in 2 wäre es auch denkbar, dass Bipolartransistoren oder andere Feldeffekttransistoren eingesetzt werden können. In den in den 3 bis 5 dargestellten LED-Anordnungen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, wird als erster Transistor beispielhaft jeweils ein selbstleitender NMOS-Transistor 2, wie in 1 gezeigt, verwendet.Instead of the self-conducting NMOS transistor 2 in 1 or the normally-on PMOS transistor 3 in 2 it would also be conceivable that bipolar transistors or other field-effect transistors can be used. In the in the 3 to 5 As shown, for example, illustrated LED arrays which show exemplary embodiments of the invention become, in each case, a self-conducting NMOS transistor as the first transistor 2 , as in 1 shown, used.

Wie bereits zuvor erläutert, wird durch die ersten Transistoren 2 und 3 in den 1 und 2 erreicht, dass geringe fertigungsabhängige Toleranzen bei den LEDs 1 nicht zu unterschiedlichen Strömen durch verschiedene LED-Anordnungen gleicher Bauart führen. Allerdings besteht bei einem Kurzschluss einer oder mehrerer LEDs 1 das Problem, dass die am Drain-Anschluss in 1 bzw. am Source-Anschluss in 2 anliegende Spannung sich erheblich ändert bzw. ansteigt, und dann dementsprechend auch eine Veränderung des Stromflusses durch die ersten Transistoren 2 und 3 stattfindet, wodurch sich der Stromfluss durch die gesamte jeweilige LED-Anordnung verändert. As already explained above, the first transistors 2 and 3 in the 1 and 2 achieved that low manufacturing tolerances in the LEDs 1 do not lead to different currents through different LED arrangements of the same type. However, there is a short circuit of one or more LEDs 1 the problem is that at the drain port in 1 or at the source terminal in 2 applied voltage changes significantly or increases, and then, accordingly, a change in the current flow through the first transistors 2 and 3 takes place, whereby the current flow through the entire respective LED arrangement changes.

Erfindungsgemäß ist daher nunmehr vorgesehen, dass in der LED-Anordnung zusätzlich zu dem ersten Transistor 2 zwischen der letzten LED 1 und dem ersten Transistor 2 ein zweiter Transistor 4 in Reihe angeordnet ist. In 3 ist eine derartige erfindungsgemäße LED-Anordnung gezeigt, die im Wesentlichen der LED-Anordnung in 1 entspricht. Zusätzlich weist die LED-Anordnung dann auch noch den zweiten Transistor 4 auf. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem zweiten Transistor 4 um einen n-Typ Bipolartransistor, wobei der Kollektor-Anschluss mit der letzten LED 1 und der Emitter-Anschluss mit dem ersten Transistor 2 bzw. dem Drain-Anschluss des ersten Transistors 2 verbunden ist. Des Weiteren ist dann auch noch eine zweite Spannungsquelle 5 vorgesehen, die mit dem Basis-Anschluss des zweiten Transistors 4 verbunden ist.According to the invention, it is now provided that in the LED arrangement in addition to the first transistor 2 between the last LED 1 and the first transistor 2 a second transistor 4 arranged in series. In 3 Such an inventive LED arrangement is shown, which is substantially the LED arrangement in 1 equivalent. In addition, the LED arrangement then also has the second transistor 4 on. At the in 3 the example shown is the second transistor 4 around an n-type bipolar transistor, with the collector terminal connected to the last LED 1 and the emitter terminal with the first transistor 2 or the drain terminal of the first transistor 2 connected is. Furthermore, there is also a second voltage source 5 provided with the base terminal of the second transistor 4 connected is.

Durch die zweite Spannungsquelle 5 wird dann eine Ausgangsspannung zur Verfügung gestellt, welche an den zweiten Transistor 4 weitergeleitet bzw. diesem zur Verfügung gestellt wird. Mit Hilfe dieser konstanten Spannung wird durch den zweiten Transistor 4 erreicht bzw. sichergestellt, dass am Drain-Anschluss des ersten Transistors 2 die gewünschte konstante Spannung anliegt, auch dann, wenn ein Kurzschluss einer oder mehrerer LEDs 1 in der LED-Anordnung vorliegt. Aufgrund der gewünschten konstanten Spannung am Drain-Anschluss des ersten Transistors 2 ergibt sich dann auch zwangsläufig ein unabhängig von einem Kurzschluss gleichbleibender gewünschter konstanter Stromfluss durch den ersten Transistor 2 und somit auch durch die gesamte LED-Anordnung. Der Stromfluss durch den ersten Transistor 2 wird dementsprechend unabhängig vom Zustand der LEDs 1 immer korrekt eingestellt.Through the second voltage source 5 Then, an output voltage is provided, which is connected to the second transistor 4 forwarded or made available to this. With the help of this constant voltage is through the second transistor 4 ensures that at the drain terminal of the first transistor 2 the desired constant voltage is applied, even if a short circuit of one or more LEDs 1 present in the LED arrangement. Due to the desired constant voltage at the drain terminal of the first transistor 2 then results inevitably independent of a short circuit constant desired constant current flow through the first transistor 2 and thus also through the entire LED arrangement. The current flow through the first transistor 2 will be independent of the state of the LEDs 1 always set correctly.

Zu dem zweiten Transistor 4 ist auch noch anzumerken, dass anstelle des n-Typ Bipolartransistor 4 in 3 es auch denkbar wäre, dass Feldeffekttransistoren oder andere Bipolartransistoren eingesetzt werden können.To the second transistor 4 It should also be noted that instead of the n-type bipolar transistor 4 in 3 it would also be conceivable that field effect transistors or other bipolar transistors can be used.

In 3 ist des Weiteren auch noch eine dritte Spannungsquelle 6 gezeigt, die auch zur Ansteuerung des ersten als Stromsenke verwendeten Transistors 2 verwendet werden kann. In diesem Fall ist dann vorgesehen, dass der Gate-Anschluss nicht mehr mit dem Source-Anschluss des ersten Transistors 2 verbunden ist. Vielmehr ist der Gate-Anschluss dann mit der dritten Spannungsquelle 6 verbunden. Mit Hilfe dieser dritten Spannungsquelle 6 besteht dann die Möglichkeit, die Kennlinie des ersten Transistors 2 einzustellen, wodurch dann in Kombination mit der von der zweiten Spannungsquelle 5 vorgegebenen Spannung der Arbeitspunkt auf der Kennlinie und somit der Stromfluss durch den ersten Transistor 2 eingestellt wird.In 3 is also a third voltage source 6 also shown for driving the first transistor used as a current sink 2 can be used. In this case, it is then provided that the gate terminal is no longer connected to the source terminal of the first transistor 2 connected is. Rather, the gate terminal is then connected to the third voltage source 6 connected. With the help of this third voltage source 6 then there is the possibility of the characteristic of the first transistor 2 then, in combination with that of the second voltage source 5 predetermined voltage of the operating point on the characteristic and thus the current flow through the first transistor 2 is set.

Die in 3 dargestellte zweite Spannungsquelle 5 kann nunmehr als eine von der ersten Spannungsquelle vollkommen unabhängige eigenständige Spannungsquelle realisiert werden. Alternativ dazu kann aber auch vorgesehen sein, dass wie in 3 bereits andeutungsweise dargestellt, die zweite Spannungsquelle 5 an die erste Spannungsquelle angeschlossen ist und durch diese mitgespeist bzw. versorgt wird.In the 3 illustrated second voltage source 5 can now be realized as an independent independent of the first voltage source voltage source. Alternatively, however, it can also be provided that as in 3 already hinted, the second voltage source 5 is connected to the first voltage source and is fed or supplied by this.

In den 4 und 5 ist jeweils eine derartige Ausgestaltung gezeigt, bei der mit Hilfe der ersten Spannungsquelle eine zweite Spannungsquelle gebildet wird, die den Basis-Anschluss des zweiten Transistors 4 entsprechend versorgt. Im Einzelnen ist dabei sowohl in den 4 als auch 5 vorgesehen, dass parallel zu den LEDs 1 einer oder mehrere Widerstände 7 an die ersten Spannungsquelle angeschlossen sind. Zusätzlich ist dann noch ein vierter Transistor 10, wie in 5 gezeigt bzw. ein vierter und ein fünfter Transistor 8 bzw. 9, wie in 4 gezeigt, vorgesehen, welche dann entsprechend jeweils in Reihe nach den Widerständen 7 angeordnet sind.In the 4 and 5 In each case, such a configuration is shown in which by means of the first voltage source, a second voltage source is formed, which is the base terminal of the second transistor 4 supplied accordingly. In detail is thereby both in the 4 as well as 5 provided that in parallel to the LEDs 1 one or more resistors 7 connected to the first voltage source. In addition, there is a fourth transistor 10 , as in 5 shown and a fourth and a fifth transistor 8th respectively. 9 , as in 4 shown, provided, which then respectively in series after the resistors 7 are arranged.

In 4 sind für den vierten und fünften Transistor 8 bzw. 9 jeweils ein Bipolartransistor vorgesehen, wobei der Kollektor-Anschluss des vierten Transistors 8 mit dem letzten Widerstand 7 verbunden ist, der Emitter-Anschluss des vierten Transistors 8 mit dem Kollektor-Anschluss des fünften Transistors 9 verbunden ist und jeweils der Basis-Anschluss des vierten bzw. fünften Transistors 8 bzw. 9 mit dem zugehörigen Kollektor-Anschluss verbunden ist.In 4 are for the fourth and fifth transistor 8th respectively. 9 in each case a bipolar transistor is provided, wherein the collector terminal of the fourth transistor 8th with the last resistance 7 is connected, the emitter terminal of the fourth transistor 8th with the collector terminal of the fifth transistor 9 is connected and in each case the base terminal of the fourth and fifth transistor 8th respectively. 9 connected to the associated collector terminal.

Die Verbindung zu dem Basis-Anschluss des zweiten Transistors 4 ist dann zwischen dem letzten Widerstand 7 und dem Kollektor-Anschluss des vierten Transistors 8 vorgesehen.The connection to the base terminal of the second transistor 4 is then between the last resistance 7 and the collector terminal of the fourth transistor 8th intended.

In 5 ist demgegenüber kein fünfter Transistor vorgesehen. In 5 ist lediglich ein vierter Transistor 10 vorgesehen, der in Reihe mit den Widerständen 7 angeordnet ist, wobei es sich bei dem vierten Transistor 10 um einen NMOS-Transistor handelt. Im Einzelnen ist dabei der Drain-Anschluss des vierten Transistors 10 mit dem letzten Widerstand 7 verbunden. Zusätzlich besteht auch eine Verbindung zwischen dem Gate-Anschluss und dem Drain-Anschluss des vierten Transistors 10. Die Verbindung zu dem Basis-Anschluss des zweiten Transistors 4 erfolgt wiederum zwischen dem letzten Widerstand 7 und dem Drain-Anschluss des vierten Transistors 10.In 5 In contrast, no fifth transistor is provided. In 5 is only a fourth transistor 10 provided in series with the resistors 7 is arranged, it being at the fourth transistor 10 is an NMOS transistor. Specifically, in this case, the drain terminal of the fourth transistor 10 with the last resistance 7 connected. In addition, there is also a connection between the gate terminal and the drain terminal of the fourth transistor 10 , The connection to the base terminal of the second transistor 4 again takes place between the last resistance 7 and the drain terminal of the fourth transistor 10 ,

Wie auch bereits bei dem ersten und zweiten Transistor 2 bzw. 4, können auch bei dem vierten und fünften Transistor 8, 9 bzw. 10 beliebig andere Feldeffekttransistoren bzw. Bipolartransistoren entsprechend verwendet werden.As with the first and second transistor 2 respectively. 4 , also at the fourth and fifth transistor 8th . 9 respectively. 10 Any other field effect transistors or bipolar transistors can be used accordingly.

Insgesamt besteht der Vorteil in der vorliegenden Erfindung darin, dass trotz eines Kurzschlusses einer oder mehrerer LEDs 1 der Stromfluss durch die LED-Anordnung auf einem gewünschten konstanten Wert gehalten werden kann, da die am ersten Transistor 2 anliegende Spannung durch den zweiten Transistor 4 und die Spannungsquelle 5 konstant gehalten werden kann. Dies bringt zusätzlich dann auch noch den Vorteil mit sich, dass auch im normalen Betrieb, also ohne Kurzschluss einer LED 1, ein konstanter Stromfluss gewährleistet werden kann und somit die Lichtabgabe konstant gehalten werden kann.Overall, the advantage in the present invention is that despite a short circuit of one or more LEDs 1 the current flow through the LED array can be kept at a desired constant value since that at the first transistor 2 applied voltage through the second transistor 4 and the voltage source 5 can be kept constant. In addition, this also brings with it the advantage that even in normal operation, ie without shorting an LED 1 , a constant current flow can be ensured and thus the light output can be kept constant.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7728529 B2 [0009]

Claims

LED arrangement, with at least one LED ( 1 ) and formed as a current sink first transistor ( 2 . 3 ), wherein the first transistor ( 2 . 3 ) in series after the LED ( 1 ) is arranged and the LED array is connected to a first voltage source, characterized in that between the LED ( 1 ) and the first transistor ( 2 . 3 ) a second transistor ( 4 ) is arranged in series, wherein the second transistor ( 4 ) to a second voltage source ( 5 ) connected.

LED arrangement according to claim 1, characterized in that the LED arrangement at least two LEDs arranged in series ( 1 ) having.

LED arrangement according to one of claims 1-2, characterized in that it is in the first and second transistor ( 2 . 3 . 4 ) is in each case an n-type or p-type field-effect transistor or an n-type or p-type bipolar transistor, and the base or gate terminal of the second transistor ( 4 ) to the second voltage source ( 5 ) connected.

LED arrangement according to claim 3, characterized in that when the first transistor ( 2 ) and the second transistor ( 4 ) are each n-type transistors, the LED ( 1 ) with the collector or drain terminal of the second transistor ( 4 ) and the emitter or source terminal of the second transistor ( 4 ) with the collector or drain terminal of the first transistor ( 2 ), or when the first transistor ( 3 ) and the second transistor are each p-type transistors, the LED ( 1 ) is connected to the emitter or source terminal of the second transistor and the collector or drain terminal of the second transistor to the emitter or source terminal of the first transistor ( 3 ) connected is.

LED arrangement according to claim 3, characterized in that when the first transistor ( 2 ) is an n-type transistor and the second transistor is a p-type transistor, the LED ( 1 ) is connected to the emitter or source terminal of the second transistor and the collector or drain terminal of the second transistor to the collector or drain terminal of the first transistor ( 2 ), or when the first transistor ( 3 ) a p-type transistor and the second transistor ( 4 ) is an n-type transistor, the LED ( 1 ) with the collector or drain terminal of the second transistor ( 4 ) and the emitter or source terminal of the second transistor ( 4 ) with the emitter or source terminal of the first transistor ( 3 ) connected is.

LED arrangement according to one of claims 4-5, characterized in that for forming the current sink of the base or gate terminal of the first transistor ( 2 . 3 ) with the emitter or source terminal of the first transistor ( 2 . 3 ) connected is.

LED arrangement according to one of claims 4-5, characterized in that for forming the current sink of the base or gate terminal of the first transistor ( 2 . 3 ) to a third voltage source ( 6 ) connected.

LED arrangement according to one of Claims 3-7, characterized in that the first transistor is a self-conducting NMOS transistor ( 2 ) or a self-conducting PMOS transistor ( 3 ).

LED arrangement according to one of claims 3-8, characterized in that the second voltage source ( 5 ) is a separate voltage source independent of the first voltage source.

LED arrangement according to one of claims 3-8, characterized in that the second voltage source ( 5 ) is connected to the first voltage source.

LED arrangement according to claim 10, characterized in that the second voltage source ( 5 ) at least one resistor ( 7 ) and a fourth transistor ( 8th . 10 ) having.

LED arrangement according to claim 11, characterized in that the resistor ( 7 ) parallel to the LED ( 1 ) is connected to the first voltage source and the fourth transistor ( 8th . 10 ) in series after the resistance ( 7 ), wherein the connection of the base or gate terminal of the second transistor ( 4 ) to the second voltage source ( 5 ) at the connection between resistance ( 7 ) and fourth transistor ( 8th . 10 ) he follows.

LED arrangement according to claim 12, characterized in that the fourth transistor is an NMOS transistor ( 10 ), wherein the drain terminal of the fourth transistor ( 10 ) with the resistance ( 7 ) and the gate terminal of the fourth transistor ( 10 ) with the drain terminal of the fourth transistor ( 10 ) connected is.

LED arrangement according to claim 12, characterized in that the second voltage source ( 5 ) a fifth transistor ( 9 ) connected in series to the fourth transistor ( 8th ) and the fourth and fifth transistors are n-type bipolar transistors ( 8th . 9 ) or n-type field effect transistors, wherein the collector or drain terminal of the fourth transistor ( 8th ) with the Resistance ( 7 ), the emitter or source terminal of the fourth transistor ( 8th ) with the collector or drain terminal of the fifth transistor ( 9 ), the base or gate terminal of the fourth transistor ( 8th ) with the collector or drain terminal of the fourth transistor ( 8th ) and the base or gate terminal of the fifth transistor ( 9 ) with the collector or drain terminal of the fifth transistor ( 9 ) connected is.

Method for maintaining a desired constant current in the event of a short circuit of an LED ( 1 ) in an LED array according to any one of claims 3-14, wherein the current flowing in the LED array current through the formed as a current sink first transistor ( 2 . 3 ) is maintained at a desired value, characterized in that the first transistor ( 2 . 3 ) voltage between collector or drain terminal and emitter or source terminal or between the emitter or source terminal and the collector or drain terminal through the second transistor ( 4 ) and the second voltage source ( 5 ) is maintained at a desired constant value, which is also at a short circuit of a LED ( 1 ) remains unchanged.