DE102013221715A1

DE102013221715A1 - LED circuit arrangement and method for operating an LED circuit arrangement

Info

Publication number: DE102013221715A1
Application number: DE201310221715
Authority: DE
Inventors: Cristian Olariu
Original assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Current assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2015-04-30
Also published as: AT15252U1; EP2866526A1

Abstract

Ein LED-Schaltungsanordnung mit mindestens einem LED-Array (110) weist mehrere parallel verschaltete LED-Stränge (120) auf, wobei das LED-Array (110) eine Schutzschaltung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, abhängig von Betriebsparametern des LED-Arrays (110) alle LED-Stränge (120) des Arrays (110) zu überbrücken. Bei den Betriebsparametern handelt es sich um die Höhe des durch mindestens einen der LED-Stränge (120) fließenden Stroms und/oder um eine Temperatur im Bereich der LEDs (125).An LED circuit arrangement having at least one LED array (110) has a plurality of LED strands (120) connected in parallel, wherein the LED array (110) has a protective circuit which is designed, depending on operating parameters of the LED array ( 110) to bridge all the LED strings (120) of the array (110). The operating parameters are the height of the current flowing through at least one of the LED strings (120) and / or a temperature in the region of the LEDs (125).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Vielzahl von LEDs vorzugsweise durch ein gemeinsames Betriebsgerät. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Schaltungsanordnung. The present invention relates to an LED circuit arrangement for operating a plurality of LEDs, preferably by a common operating device. Furthermore, the invention relates to a method for operating a corresponding circuit arrangement.

LEDs verdrängen in der modernen Beleuchtungstechnologie mehr und mehr klassische Lichtquellen. Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher LED-Typen verfügbar, welche sich hinsichtlich ihrer Leistung sowie hinsichtlich des abgegebenen Lichts bzw. der Farbe oder Farbtemperatur unterscheiden. Abhängig von dem Anwendungsgebiet einer Leuchte, bei der die LEDs zum Einsatz kommen, also bspw. abhängig von der Größe der Leuchte, deren Lichtaustrittsfläche, dem verwendeten optischen System und dergleichen kann dabei die Verwendung einiger weniger sog. Hochleistungs-LEDs oder einer Vielzahl von LEDs mit niedriger bzw. mittlerer Leistung von Vorteil sein. LEDs are replacing more and more classic light sources in modern lighting technology. There are a variety of different LED types available, which differ in terms of their performance and in terms of the emitted light or the color or color temperature. Depending on the field of application of a luminaire in which the LEDs are used, that is, for example, depending on the size of the luminaire, its light exit surface, the optical system used and the like, the use of a few so-called. High-performance LEDs or a plurality of LEDs with low or medium power of advantage.

Problematisch in diesem Zusammenhang ist allerdings, dass im Vergleich zu den vielfältig verfügbaren LEDs die zum Betreiben der LEDs erforderlichen LED-Betriebsgeräte lediglich in einem begrenzten Umfang zur Verfügung stehen, was wiederum erfordert, dass insb. für den Fall, dass eine Mehrzahl von LEDs mit niedriger oder mittlerer Leistung betrieben werden sollen, diese in geeigneter Weise verschaltet werden müssen. Hierbei hat sich in der Praxis durchgesetzt, LEDs in sog. seriell-parallelen Arrays anzuordnen, wie dies schematisch in den 1 und 2 dargestellt ist. A problem in this context, however, is that in comparison to the widely available LEDs required for operating the LEDs LED operating devices are available only to a limited extent, which in turn requires esp. In the event that a plurality of LEDs with low or medium power to be operated, they must be connected in a suitable manner. In practice, LEDs have become established in so-called serial-parallel arrays, as shown schematically in FIG 1 and 2 is shown.

Bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Schaltungsvariante werden alle LEDs von einem gemeinsamen Betriebsgerät 200 versorgt. Ein einzelnes Array 210 besteht dabei jeweils aus mehreren parallel geschalteten LED-Strängen 220, in denen jeweils die LEDs 225 seriell verschaltet sind. Bei der Variante gemäß den 1 und 2 sind also bspw. n parallele LED-Stränge 220 vorhanden, welche jeweils m LEDs 225 aufweisen, so dass ein Array 210 insgesamt aus n × m LEDs 225 besteht. Wie ferner 1 zeigt, können dabei mehrere derartige Arrays 210 auch in Serie zueinander verschaltet werden, wobei das Betriebsgerät 200 die sich insgesamt ergebende Anordnung dann bevorzugt mit einem Konstantstrom versorgt. Auch eine Parallelschaltung derartiger LED-Arrays 210 wäre möglich. In this known from the prior art circuit variant, all LEDs from a common operating device 200 provided. A single array 210 consists of several parallel LED strings 220 in which each of the LEDs 225 are connected in series. In the variant according to the 1 and 2 So are, for example, n parallel LED strands 220 available, each with m LEDs 225 have, so that an array 210 total of n × m LEDs 225 consists. How further 1 shows, while several such arrays 210 be interconnected in series with each other, wherein the operating device 200 the resulting overall arrangement then preferably supplied with a constant current. Also a parallel connection of such LED arrays 210 could be possible.

Ein seriell-paralleles LED-Array 210, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, weist gewisse Vorteile hinsichtlich des einfachen Aufbaus, der damit verbundenen niedrigen Kosten und der trotz allem erreichbaren hohen Effizienz auf. Wenn identische LEDs 225 verwendet werden, welche eine im Wesentlichen identische Vorwärtsspannung aufweisen, dann wird der von dem Betriebsgerät 200 zur Verfügung gestellte Strom I_ballast gleichmäßig auf die einzelnen LED-Stränge 220 mit nur geringen Toleranzen aufgeteilt. Es gilt also folgender Zusammenhang: I_branch ≅ I_ballast/n A serial-parallel LED array 210 as it is in the 1 and 2 is shown to have certain advantages in terms of ease of construction, the associated low cost and despite all achievable high efficiency. If identical LEDs 225 are used, which have a substantially identical forward voltage, then that of the operating device 200 provided current I _ballast evenly on the individual LED strands 220 split with only small tolerances. The following relationship applies: I _branch ≅ I _ballast / n

I_branch entspricht hierbei dem Strom innerhalb eines einzelnen LED-Strangs 220, während hingegen I_ballast dem von dem Betriebsgerät 200 zur Verfügung gestellten Konstantstrom entspricht. Für den Spannungsabfall V_{f_array} über das LED-Array 210 ergibt sich ferner folgender Zusammenhang: V_{f_array} = m·V_{f_LED} wobei V_{f_LED} der Vorwärtsspannung der LEDs 225 entspricht, die wie bereits erwähnt vorzugsweise für jede LED 225 etwa gleich ist. Die Gesamtleistung des Arrays 210 bestimmt sich wie folgt: P_tot = m·V_{f_LED}·I_ballast I _branch corresponds to the current within a single LED string 220 while I _ballast that of the operating _device 200 provided constant current corresponds. For the voltage drop V _{f_array} via the LED array 210 the following relationship also arises: V _{f_array} = m * V _{f_LED} where V _{f_LED is} the forward _voltage of the LEDs 225 corresponds, as already mentioned, preferably for each LED 225 is about the same. The overall performance of the array 210 determined as follows: P _tot = m · V _{f_LED} · I _ballast

Die in den 1 und 2 dargestellte Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik weist also zahlreiche Vorteile im Hinblick auf Ihren einfachen Aufbau sowie der trotz allem damit erreichbaren hohen Effizienz auf. Allerdings besteht das Problem, dass bei einem Defekt zumindest einer LED des entsprechenden Arrays die Verteilung des von der Konstantstromquelle zur Verfügung gestellten Stroms nicht mehr gleichmäßig auf alle LED-Stränge erfolgt sondern stattdessen ein Ungleichgewicht auftritt, was zu großen Unterschieden in der Intensität des abgegebenen Lichts führen kann. Ferner besteht die Gefahr, dass die ungleichmäßige Verteilung des Stroms dazu führt, dass in einigen Bereichen der zulässige Maximalwert des Stroms oder auch die maximal zulässige Betriebstemperatur überschritten wird, was letztendlich in weiteren Ausfällen von LEDs und/oder Defekten anderer Komponenten der Schaltungsanordnung resultieren kann. The in the 1 and 2 illustrated circuit arrangement according to the prior art thus has many advantages in terms of their simple structure and despite all achievable thereby high efficiency. However, there is a problem that, in the case of a defect of at least one LED of the corresponding array, the distribution of the current provided by the constant current source is no longer uniform to all the LED strings but instead an imbalance occurs, resulting in large differences in the intensity of the emitted light can lead. Furthermore, there is a risk that the uneven distribution of the current leads to the permissible maximum value of the current or the maximum permissible operating temperature being exceeded in some areas, which may ultimately result in further failures of LEDs and / or defects of other components of the circuit arrangement.

Dargestellt ist diese Situation in den 3a und 3b, welche zwei unterschiedliche Arten von LED-Defekten zeigen. Shown is this situation in the 3a and 3b showing two different types of LED defects.

So ist in 3a der am häufigsten auftretende Defekt bei LEDs dargestellt, bei dem nämlich ein Kurzschuss der entsprechenden LED vorliegt. In diesem Fall weist also der LED-Strang 230 mit der defekten LED 235 effektiv im Vergleich zu den anderen LED-Strängen 220 eine LED weniger auf. Aufgrund der Parallelschaltung aller LED-Stränge hat dies zur Folge, dass der von der Konstantstromquelle 200 zur Verfügung gestellte Strom I_ballast nun derart aufgeteilt wird, dass durch den LED-Strang 230 mit der defekten LED 235 ein höherer Strom I_SC fließt als durch die anderen Stränge (I_rest), wobei dieser Strom I_SC insbesondere auch höher ist als der für den normal Betrieb vorgesehene Strom I_branch, der gleichmäßig auf alle LED-Stränge verteilt wird. Ferner führt dieses Ungleichgewicht auch dazu, dass in den weiteren, nicht defekten LED-Strängen 220 der Strom I_rest unterhalb des normalerweise vorliegenden Stroms I_branch liegt. Es gilt also: I_SC > I_branch sowie I_rest < I_branch So is in 3a the most common defect in LEDs is shown, in which there is a short shot of the corresponding LED. In this case, therefore, the LED strand 230 with the defective LED 235 effective compared to the other LED strings 220 one less LED. Due to the parallel connection of all LED strings this has the consequence that of the constant current source 200 provided current I _{ballast is} now divided so that through the LED string 230 with the defective LED 235 a higher current I _SC flows than through the other strands (I _rest ), wherein this current I _SC in particular is higher than that provided for the normal operation current I _branch , which is evenly distributed to all LED strands. Furthermore, this imbalance also causes in the other, not defective LED strands 220 the current I _{rest is} below the normally present current I _branch . It therefore applies: I _SC > I _branch such as I _rest <I _branch

Ein anderer LED-Defekt hingegen kann zu der in 3b dargestellten Situation führen, bei der die beschädigte LED 235 zu einer Unterbrechung des entsprechenden Strangs 230 führt. Dieser fällt also vollständig aus (I_INT = 0), so dass nunmehr der von dem Betriebsgerät 200 zur Verfügung gestellte Strom I_ballast auf die verbleibenden n – 1 LED-Stränge 220 verteilt wird, was zur Folge hat, dass der sich ergebende Strom I_rest aller aktiven Stränge 220 oberhalb des für den Normalbetrieb vorgesehenen Stroms liegt: I_rest = I_ballast/(n – 1) > I_branch Another LED defect, on the other hand, can be found in the 3b shown situation in which the damaged LED 235 to an interruption of the corresponding strand 230 leads. This is therefore completely off (I _INT = 0), so now that of the operating device 200 provided current I _ballast on the remaining n - 1 LED strands 220 is distributed, with the result that the resulting current I _{rest of} all active strands 220 above the current intended for normal operation: I _rest = I _ballast / (n - 1)> I _branch

Wie bereits erwähnt führen diese Ungleichgewichte im Stromfluss durch die LED-Stränge zunächst dazu, dass die LEDs 225 des Arrays 210 Licht mit unterschiedlicher Helligkeit bzw. Intensität abgeben und dementsprechend kein einheitliches Erscheinungsbild mehr erhalten wird. Gravierender ist allerdings das Problem, dass die sich zumindest teilweise ergebenden höheren Stromflüsse in den Strängen zu weiteren Beschädigungen bei den noch funktionstüchtigen LEDs führen können bzw. auch weitere Komponenten der Schaltungsanordnung beschädigt werden. As already mentioned, these imbalances in the current flow through the LED strings initially lead to the LEDs 225 of the array 210 Give off light with different brightness or intensity and accordingly no uniform appearance is obtained. More serious, however, is the problem that the at least partially resulting higher currents in the strands can lead to further damage to the still functional LEDs or even other components of the circuit can be damaged.

Eine weitere bekannte Problematik beim Betreiben von LED-Schaltungsanordnungen besteht darin, dass diese nur innerhalb eines bestimmten Temperaturfensters betrieben werden sollten bzw. dürfen. Leuchten mit LED-Lichtquellen weisen oftmals Optiken aus Kunststoffmaterial auf, um das von den einzelnen LEDs abgegebene Licht in geeigneter Weise zu beeinflussen. Für diese Optiken wird bevorzugt PMMA eingesetzt, da dieses Material sehr gute optische Eigenschaften bezüglich des Transmissionskoeffizienten aufweist und gleichzeitig UV-beständig ist. Ferner ist dieses Material verhältnismäßig kostengünstig und kann in einfacher Weise in unterschiedlichste Formen gebracht werden. Auf der anderen Seite kann PMMA im Vergleich zu anderen Kunststoffmaterialien lediglich bei verhältnismäßig niedrigen Maximaltemperaturen im Bereich von 90° bis 95° C eingesetzt werden, da höhere Temperaturen andernfalls zu einer Beschädigung der Optik führen können. Dies wiederum bedeutet, dass sehr genau auf die vorliegenden Temperaturen geachtet werden muss, wobei ein Sicherheitsstandard beispielsweise vorschreibt, dass unter gewissen Umständen maximal Temperaturen im Bereich zwischen 65° und 70° C erreicht werden dürfen. Another known problem in the operation of LED circuit arrangements is that they should only be operated within a certain temperature window or may. Lights with LED light sources often have optics made of plastic material in order to influence the light emitted by the individual LEDs in a suitable manner. For these optics PMMA is preferably used, since this material has very good optical properties with respect to the transmission coefficient and at the same time is UV-resistant. Furthermore, this material is relatively inexpensive and can be brought in a variety of forms in a simple manner. On the other hand, compared to other plastic materials, PMMA can only be used at relatively low maximum temperatures in the range of 90 ° to 95 ° C., since higher temperatures may otherwise damage the optics. This, in turn, means that very close attention must be paid to the prevailing temperatures, with a safety standard, for example, stipulating that under certain circumstances, maximum temperatures in the range between 65 ° and 70 ° C may be achieved.

Temperaturanstiege im Bereich der LED-Lichtquellen können dabei u.a. durch externe Faktoren hervorgerufen werden, beispielsweise den Einsatz in Umgebungen mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur oder dem Ausfall der vorgesehenen Kühlmaßnahmen einer Leuchte. Auch die im Zusammenhang mit den 3a und 3b dargestellten LED-Defekte können allerdings zu Stromflüssen führen, die sich negativ auf die Temperatur im Bereich der LED-Platine auswirken. Eine erhöhte Temperatur wiederum kann allerdings nicht nur zu einer Beschädigung der sich in unmittelbarer Nähe zu den LEDs befindenden optischen Elemente führen sondern auch weitere LED-Defekte nach sich ziehen. Temperature rises in the field of LED light sources can be caused, inter alia, by external factors, for example, the use in environments with a relatively high temperature or the failure of the proposed cooling measures a luminaire. Also related to the 3a and 3b however, LED faults can lead to current flows that have a negative effect on the temperature in the area of the LED board. However, an increased temperature in turn can not only lead to damage of the optical elements located in the immediate vicinity of the LEDs, but also lead to further LED defects.

Letztendlich bedeutet dies, dass beim Betreiben von LEDs insbesondere im Falle der eingangs beschriebenen seriell-parallelen Arrays darauf geachtet werden sollte, dass einerseits die Ströme in den verschiedenen LED-Strängen innerhalb zulässiger Bereiche liegen und andererseits keine zu hohen Temperaturen im Bereich der LEDs vorliegen. Ultimately, this means that when operating LEDs, in particular in the case of the serial-parallel arrays described above, care should be taken that, on the one hand, the currents in the different LED strands are within permissible ranges and, on the other hand, there are no excessively high temperatures in the region of the LEDs.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu Grunde, hierfür eine Lösung zu schaffen, welche in einfacher aber effizienter Weise ein Auftreten derartiger Zustände verhindert. The object of the present invention is to provide a solution for this which prevents the occurrence of such states in a simple but efficient manner.

Die Aufgabe wird durch eine LED-Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer LED-Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sich Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The object is achieved by an LED circuit arrangement with the features of claim 1 and by a method for operating an LED circuit arrangement according to claim 10. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, dem LED-Array eine Schutzschaltung zuzuordnen, welche dazu ausgebildet ist, im Falle bestimmter Fehlzustände das vollständige LED-Array zu überbrücken. Insbesondere ist hierbei die Schutzschaltung dazu ausgebildet, auf Basis des durch mindestens einen der LED-Stränge fließenden Stroms und/oder auf Basis einer Temperatur, die im Bereich der LEDs vorliegt, zu entscheiden, ob das LED-Array aus Sicherheitsgründen überbrückt wird oder nicht. The solution according to the invention is based on the idea of assigning a protection circuit to the LED array, which is designed to bridge the entire LED array in the event of certain fault conditions. In particular, in this case the protective circuit is designed to decide on the basis of the current flowing through at least one of the LED strings and / or on the basis of a temperature which is present in the region of the LEDs, whether the LED array is bypassed for safety reasons or not.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dementsprechend eine LED-Schaltungsanordnung mit mindestens einem LED-Array vorgeschlagen, welches mehrere parallel verschaltete LED-Stränge aufweist, wobei das LED-Array erfindungsgemäß eine Schutzschaltung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, abhängig von Betriebsparametern des LED-Arrays alle LED-Stränge des Arrays gemeinsam zu überbrücken, und wobei es sich bei den Betriebsparametern um die Höhe des durch mindestens einen der LED-Stränge fließenden Stroms und/oder um eine Temperatur im Bereich der LEDs handelt. Accordingly, according to the present invention, an LED circuit arrangement having at least one LED array is proposed which has a plurality of LED strands connected in parallel, the LED array being according to the invention a protective circuit, which is designed to bridge all the LED strings of the array in common, depending on operating parameters of the LED array, and wherein the operating parameters are the height of the current flowing through at least one of the LED strings and / or a temperature is in the range of the LEDs.

Es hat sich gezeigt, dass das vollständige Überbrücken des LED-Arrays die effizienteste Maßnahme ist, um im Falle eines LED-Defekts und/oder dem Auftreten zu hoher Betriebstemperaturen zuverlässig weitere Beschädigungen der Schaltungsanordnung zu vermeiden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn entsprechend der Darstellung gemäß 1 mehrere gleichartige LED-Arrays in Serie miteinander verschaltet sind, da in diesem Fall dann ausschließlich das defekte Array überbrückt wird, die weiteren Array jedoch weiterhin unbeeinflusst mit dem durch die Konstantstromquelle zur Verfügung gestellten Strom versorgt werden. Wie nachfolgend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert wird weist die erfindungsgemäße Lösung darüber hinaus auch den Vorteil auf, dass sie verhältnismäßig einfach und kostengünstig realisiert werden kann, gleichzeitig jedoch eine zuverlässige Absicherung gegenüber den oben beschriebenen Problemen darstellt. It has been shown that the complete bridging of the LED array is the most efficient measure to reliably avoid further damage to the circuit arrangement in the event of an LED defect and / or the occurrence of excessive operating temperatures. This is the case in particular if, according to the illustration according to FIG 1 several similar LED arrays are connected in series with each other, since then in this case only the defective array is bridged, the other array, however, continue to be supplied unaffected with the current provided by the constant current source. As will be explained in more detail below with reference to the preferred exemplary embodiments, the solution according to the invention also has the additional advantage that it can be realized relatively simply and inexpensively, but at the same time represents a reliable safeguard against the problems described above.

Vorzugsweise basiert die erfindungsgemäße Schutzschaltung auf einem einen Thyristor beinhaltenden Shunt, der im Falle des Erkennens bestimmter Fehlzustände aktiviert wird, um das LED-Array dauerhaft zu überbrücken. Dabei kann der Thyristor insbesondere Bestandteil einer sogenannten Klemmschaltung (sog. Crowbar-Schaltung) sein. Eine derartige Klemmschaltung ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird hierbei als Schutz vor Überspannungen eingesetzt, um eine Sicherung auszulösen, welche die Stromversorgung eines Geräts unterbricht. In Abwandlung dieser ursprünglichen Vorgehensweise schlägt die vorliegende Erfindung vor, eine derartige Klemmschaltung nunmehr zum selektiven Überbrücken defekter LED-Arrays zu nützen, derart, dass ggf. weitere Arrays unbeeinflusst hiervon weiterhin mit Strom versorgt werden können. Preferably, the protection circuit according to the invention is based on a thyristor-containing shunt, which is activated in the event of detection of certain fault conditions in order to permanently bridge the LED array. In this case, the thyristor may in particular be part of a so-called clamping circuit (so-called crowbar circuit). Such a clamping circuit is known from the prior art and is used here as protection against overvoltages in order to trigger a fuse which interrupts the power supply of a device. In a modification of this original procedure, the present invention proposes to use such a clamping circuit now for selective bridging defective LED arrays, such that, if necessary, further arrays unaffected by this can continue to be supplied with power.

Vorzugsweise ist die Schutzschaltung derart ausgebildet, dass sie den Stromfluss durch jeden einzelnen der LED-Stränge des Arrays überwacht und das Array überbrückt, falls zumindest in einem der LED-Stränge der Strom oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt. Das heißt, sobald Defekte zu einem derartigen Ungleichgewicht in der Stromverteilung führen, dass zumindest in einem LED-Strang der zulässige Grenzwert überschritten wird, wird das Array vollständig überbrückt und damit deaktiviert. Preferably, the protection circuit is designed such that it monitors the current flow through each individual one of the LED strands of the array and bridges the array if the current is above a predetermined limit in at least one of the LED strands. That is, as soon as defects lead to such an imbalance in the power distribution, that at least in an LED string, the allowable limit is exceeded, the array is completely bypassed and thus deactivated.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann – wie bereits erwähnt – die Schutzschaltung auch zu einer Temperaturüberwachung ausgebildet sein. Sie weist hierzu vorzugsweise mindestens einen Temperatursensor auf, der dazu ausgebildet ist, bei Erfassen einer Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts die Überbrückung des Array zu aktivieren. Der Temperatursensor kann dabei insbesondere auf einem temperaturabhängigen Wiederstand (NTC) basieren, wobei vorzugsweise mehrere, verteilt angeordnete Temperatursensoren vorgesehen sind. Im Falle einer gemeinsamen Nutzung einer Stromüberwachung und einer Temperaturüberwachung ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Komponenten der Stromüberwachung sowie die Komponenten der Temperaturüberwachung gemeinsam einen entsprechenden Shunt bzw. Thyristor ansteuern, um ggf. das LED-Array zu überbrücken. Das heißt, in beiden Fällen der Stromüberwachung und Temperaturüberwachung können bestimmte Komponenten gemeinsam genutzt werden, so dass der Aufwand zum Realisieren einer effizienten Sicherheitsschaltung sehr gering gehalten werden kann. As an alternative or in addition to this, as already mentioned, the protective circuit can also be designed to monitor the temperature. For this purpose, it preferably has at least one temperature sensor which is designed to activate the bridging of the array when a temperature above a predetermined limit value is detected. The temperature sensor can be based in particular on a temperature-dependent resistance (NTC), wherein preferably a plurality of distributed temperature sensors are provided. In the case of a shared use of current monitoring and temperature monitoring, it is provided, in particular, that the components of the current monitoring and the components of the temperature monitoring jointly control a corresponding shunt or thyristor in order to bridge the LED array, if necessary. That is, in both cases of current monitoring and temperature monitoring, certain components can be shared, so that the cost of implementing an efficient safety circuit can be kept very low.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine LED-Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik, bei der mehrere seriell-parallele LED-Arrays in Serie verschaltet und von einem gemeinsamen Betriebsgerät versorgt sind; 1 an LED circuit arrangement according to the prior art in which a plurality of series-parallel LED arrays are connected in series and supplied by a common operating device;

2 die Ansicht eines einzelnen LED-Arrays entsprechend dem Stand der Technik; 2 the view of a single LED array according to the prior art;

3a beispielhaft den Fall eines LED-Defekts, der zu einem Kurzschluss der entsprechenden LED führt; 3a for example, the case of an LED defect, which leads to a short circuit of the corresponding LED;

3b beispielhaft den Fall eines LED-Defekts, der zu einer Unterbrechung des entsprechenden LED-Strangs führt; 3b exemplified the case of an LED defect leading to an interruption of the corresponding LED string;

4 den grundsätzlichen Gedanken der Stromüberwachung in einem LED- Array gemäß der vorliegenden Erfindung; 4 the basic idea of current monitoring in an LED array according to the present invention;

5 ein denkbares Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromüberwachungsschaltung; 5 a conceivable embodiment of a current monitoring circuit according to the invention;

6 allgemein den Gedanken der Temperaturüberwachung gemäß der vorliegenden Erfindung und 6 in general, the idea of temperature monitoring according to the present invention and

7 ein denkbares Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperaturüberwachungsschaltung. 7 a conceivable embodiment of a temperature monitoring circuit according to the invention.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise beruht also auf einer Überwachung der in den LED-Strängen vorliegenden Ströme sowie alternativ oder ergänzend hierzu auf einer Temperaturüberwachung im Bereich der LEDs. The procedure according to the invention is therefore based on monitoring the LED Strands present currents and alternatively or additionally to a temperature monitoring in the field of LEDs.

Anhand von 4 soll dabei zunächst das Prinzip der erfindungsgemäßen Stromüberwachung sowie der entsprechenden Schutzschaltung grundsätzlich erläutert werden. Dargestellt ist wiederum ein LED-Array 110, welches von der Konstantstromquelle 100 mit dem Strom I_ballast versorgt ist, wobei nunmehr in jedem einzelnen LED-Strang 120 in Serie zu den jeweiligen LEDs 125 ein Stromdetektor 10 angeordnet ist. Diese n Stromdetektoren 10 erzeugen jeweils ein Ausgangssignal, welches ggf. ein Überbrückungselement, einen sogenannten Shunt 50 aktiviert. Dieser Shunt 50 ist derart angeordnet, dass er das LED-Array 110 vollständig überbrückt. Based on 4 In this case, the principle of the current monitoring according to the invention and the corresponding protection circuit should be explained in principle. Shown again is an LED array 110 , which from the constant current source 100 supplied with the current I _ballast , now in each individual LED strand 120 in series with the respective LEDs 125 a current detector 10 is arranged. These n current detectors 10 each generate an output signal, which may be a bridging element, a so-called shunt 50 activated. This shunt 50 is arranged such that it the LED array 110 completely bypassed.

Das Aktivieren des Shunts 50 durch die Stromdetektoren 10 soll dabei dann erfolgen, wenn der jeweils ermittelte Strom oberhalb einer bestimmten Schwelle I_LIM liegt, wobei diese Schwelle vorzugsweise derart festgelegt wird, dass sie etwas höher als der für den Normalbetrieb vorgesehene LED-Strom ist, allerdings noch unterhalb des maximal zulässigen Stromwerts liegt. Die Ausgänge der Stromdetektoren 10 sind dabei logisch gesehen miteinander in einer Oderschaltung verknüpft. Das heißt, sobald zumindest einer der Detektoren 10 einen unzulässig hohen Stromwert ermittelt, wird der Shunt 50 aktiviert und schließt effektiv das gesamte LED-Array 110 kurz. Activating the shunt 50 through the current detectors 10 It should then take place when the respectively determined current is above a certain threshold I _LIM , this threshold is preferably set so that it is slightly higher than the intended for normal operation LED current, but still below the maximum allowable current value. The outputs of the current detectors 10 are logically linked together in an OR circuit. That is, as soon as at least one of the detectors 10 determines an inadmissibly high current value, the shunt 50 Actively activates and closes the entire LED array 110 short.

In einer Schaltungsanordnung, bei der mehrere derartige LED-Arrays 110 vorgesehen sind, ergibt sich dann abhängig von der Verschaltung der Arrays 110 untereinander ein entsprechender Effekt. Für den Fall, dass die Arrays 110 in Serie geschaltet sind, wie dies in 1 dargestellt ist, wird also nur das entsprechende defekte Array 110 von dem zugehörigen Shunt 50 überbrückt. Die weiteren LED-Arrays 110 hingegen werden unverändert von dem Strom der Konstantstromquelle 100 versorgt und bleiben also weiterhin in Betrieb. Für den Fall hingegen, dass die Arrays 110 parallel zueinander verschaltet sind, würde der entsprechende Shunt 50 alle Arrays 110 gemeinsam kurzschließen, was also bedeutet, das bereits im Falle eines einzelnen unzulässigen Stromwerts die gesamte Schaltung deaktiviert wird. Dementsprechend ist die serielle Verschaltung der Arrays 110 gemäß 1 vorzuziehen. In a circuit arrangement in which a plurality of such LED arrays 110 are provided, then results depending on the interconnection of the arrays 110 with each other a corresponding effect. In the event that the arrays 110 connected in series, as in 1 is shown, so only the corresponding defective array 110 from the associated shunt 50 bridged. The other LED arrays 110 however, they are unchanged from the current of the constant current source 100 supplied and therefore remain in operation. In the case, on the other hand, that the arrays 110 connected in parallel with each other, the corresponding shunt 50 all arrays 110 short circuit together, which means that even in the case of a single impermissible current value, the entire circuit is disabled. Accordingly, the serial interconnection of the arrays 110 according to 1 preferable.

Bei Überbrückung des Arrays 110 durch den Shunt 50 fällt unmittelbar die Bedingung, dass ein unzulässig hoher Strom durch zumindest einen Stromdetektor 10 erfasst wurde, weg. Dementsprechend sollte der Shunt 50 vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass der Überbrückungszustand nach entsprechender Aktivierung dauerhaft beibehalten wird, um unkontrollierte Oszillationen des Systems zu vermeiden. Ferner muss der Shunt 50 selbstverständlich derart ausgelegt sein, dass er in der Lage ist, im Falle einer Überbrückung den nunmehr vollständig durch ihn hindurch fließenden Strom I_ballast zu verkraften und gleichzeitig möglichst wenig Leistung zu verbrauchen. Er sollte also vorzugsweise eine sehr geringe Impedanz aufweisen. When bridging the array 110 through the shunt 50 immediately falls the condition that an unacceptably high current through at least one current detector 10 was captured, gone. Accordingly, the shunt should 50 preferably be designed such that the bridging state is maintained permanently after appropriate activation in order to avoid uncontrolled oscillations of the system. Furthermore, the shunt 50 Of course, be designed so that it is able to cope in the event of a bridging now completely flowing through him current I _ballast and consume as little power at the same time. It should therefore preferably have a very low impedance.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strom-Schutzschaltung, welche die oben genannten Anforderungen erfüllt, ist in 5 dargestellt. Der Shunt 50 weist dabei als wesentliches Element einen Thyristor D_SCR auf, der von den nachfolgend hier beschriebenen Stromdetektoren 10 angesteuert wird. Diese Stromdetektoren 10 wiederum werden durch eine Schaltungsanordnung bestehend aus einem Transistor Q_pnp und zwei Widerständen R_set und R_b gebildet, welche wie bereits erwähnt in Serie zu den LEDs 125 des jeweiligen Strangs 120 geschaltet ist. Durch entsprechendes Dimensionieren der Widerstände R_set und R_b kann dabei die Schwelle, ab welcher der Thyristor D_SCR aktiviert wird, in geeigneter Weise eingestellt werden. A preferred embodiment of the current protection circuit according to the invention, which fulfills the above-mentioned requirements, is in 5 shown. The shunt 50 In this case, as an essential element has a thyristor D _SCR , of the current detectors described below 10 is controlled. These current detectors 10 In turn, by a circuit arrangement consisting of a transistor Q _pnp and two resistors R _set and R _{b are} formed, which as already mentioned in series with the LEDs 125 of the respective strand 120 is switched. By appropriately dimensioning the resistors R _set and R _b , the threshold from which the thyristor D _{SCR is} activated can be set in a suitable manner.

Dabei sind die Widerstände R_set und R_b üblicherweise derart dimensioniert, dass bei einem Normalbetrieb der Schaltung, wenn also der Strom der Konstantstromquelle 100 gleichmäßig auf alle LED-Stränge 120 verteilt wird, ein Spannungsabfall an dem Widerstand R_set vorliegt, der knapp unterhalb der Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors Q_pnp liegt. Dies bedeutet, dass der Transistor Q_pnp sperrt und dementsprechend der Shunt 50 geöffnet ist. The resistors R _set and R _{b are} usually dimensioned such that in a normal operation of the circuit, that is, if the current of the constant current source 100 evenly on all LED strings 120 is distributed, a voltage drop across the resistor R _set is present, which is just below the base-emitter voltage V _{BE of} the transistor Q _pnp . This means that the transistor Q _pnp blocks and accordingly the shunt 50 is open.

Führt nunmehr allerdings ein Fehlzustand dazu, dass der entsprechende Strom in dem LED-Strang 120 ansteigt, so wird der Spannungsabfall an dem Widerstand R_set die Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors Q_pnp übersteigen, was wiederum in einem Durchschalten des Transistors Q_pnp resultiert, der daraufhin den Thyristor D_SCR ansteuert und damit den Shunt 50 schließt. Der Thyristor D_SCR schließt also das gesamte LED-Array 100 kurz und bleibt anschließend solange geschlossen, solange Strom durch ihn fließt, selbst wenn die entsprechenden Transistoren Q_pnp der Stromdetektoren 10 unmittelbar darauf wieder sperren, da nun durch die LED-Stränge 120 selbst kein Strom mehr fließt. Wie in 5 ferner erkennbar ist, ist am Ausgang des Thyristors D_SCR ein Filter bestehend aus einem parallel geschaltetem Wiederstand R_pd sowie einem Kondensator C_flt ausgebildet, um zu verhindern das kurzeitige Schwankungen bereits zu einem Auslösen des Shunts 50 und damit einem Kurzschließen des LED-Arrays 110 führen. However, now causes a faulty condition that the corresponding current in the LED string 120 increases, the voltage drop across the resistor R _set will exceed the base-emitter voltage V _{BE of} the transistor Q _pnp , which in turn results in a turning on of the transistor Q _pnp , which then drives the thyristor D _SCR and thus the shunt 50 closes. The thyristor D _SCR thus closes the entire LED array 100 short and then remains closed as long as current flows through it, even if the corresponding transistors Q _{pnp of} the current detectors 10 immediately lock again, because now through the LED strands 120 even no electricity flows. As in 5 Furthermore, it can be seen, at the output of the thyristor D _SCR a filter consisting of a parallel resistor R _pd and a capacitor C _flt formed to prevent the short-term fluctuations already to trigger the shunt 50 and thus a short circuit of the LED array 110 to lead.

Die in 5 dargestellte Schaltungsanordnung hat sich als äußerst energieeffizient erwiesen, da sie während des Normalbetriebs weniger als 0,6 V benötigt, was beispielsweise bei einem Array mit 12 LEDs in Serie einem Verlust von lediglich 1,6% entspricht. Für den Fall, dass der Shunt 50 aktiviert ist, wird ebenfalls nur wenig Leistung verbraucht, da der Spannungsabfall typischerweise weniger als 2 V beträgt. In the 5 The circuitry shown has proven to be extremely energy efficient, requiring less than 0.6V during normal operation, which, for example, in an array with 12 LEDs in series, represents a loss of only 1.6%. In the event that the shunt 50 is activated, low power is also consumed since the voltage drop is typically less than 2V.

Alternativ oder ergänzend zu der soeben beschriebenen Stromschutzschaltung kann die Schaltungsanordnung auch mit einer Temperaturschutzschaltung ausgebildet sein, welche nachfolgend anhand der 6 und 7 erläutert wird. As an alternative or in addition to the current protection circuit just described, the circuit arrangement can also be designed with a temperature protection circuit, which is described below with reference to FIG 6 and 7 is explained.

Das Grundprinzip hier ist vergleichbar zu dem der Überwachungsschaltung gemäß 4. Das heißt, auch in diesem Fall ist ein Shunt 50 vorgesehen, der nun durch Temperaturdetektoren 20 angesteuert wird und im Falle des Erkennens einer unzulässig hohen Temperatur das gesamte LED-Array 110 überbrückt. The basic principle here is comparable to that of the monitoring circuit according to 4 , That said, even in this case is a shunt 50 provided, now by temperature detectors 20 is controlled and in the case of detecting an impermissibly high temperature, the entire LED array 110 bridged.

Im Vergleich zur Stromüberwachung ist es nunmehr allerdings nicht zwingend erforderlich, jeden LED-Strang 120 einzeln zu überwachen. Stattdessen ist es ausreichend, wenn einige Temperatursensoren bzw. -detektoren 20 verteilt im Bereich der LEDs 125 angeordnet sind und hier die entsprechenden Temperaturen erfassen. Wiederum ist die Überwachungsschaltung dabei derart ausgelegt, dass der Shunt 50 das LED-Array 110 überbrückt, sobald zumindest einer der Temperaturdetektoren 20 auslöst und den Shunt 50 aktiviert. Dieser soll dann wiederum dauerhaft aktiviert bleiben, auch wenn nach Überbrücken des LED-Arrays 110 die von den Detektoren 20 erfasste Temperatur wieder abfällt. However, compared to current monitoring, it is not absolutely necessary, every LED string 120 to monitor individually. Instead, it is sufficient if some temperature sensors or detectors 20 distributed in the range of LEDs 125 are arranged and detect the corresponding temperatures here. Again, the monitoring circuit is designed such that the shunt 50 the LED array 110 bridged as soon as at least one of the temperature detectors 20 triggers and the shunt 50 activated. This should then remain permanently activated, even if after bridging the LED array 110 those from the detectors 20 detected temperature drops again.

Eine Möglichkeit, diese Temperatur-Schutzschaltung zu realisieren, ist in 7 dargestellt, wobei zunächst erkennbar ist, dass der Shunt 50 hier in identischer Weise ausgestaltet ist wie bei der Temperaturüberwachungsschaltung gemäß 5. Unterschiede bestehen lediglich im Hinblick auf die Realisierung der Temperaturdetektoren 20, wobei im vorliegenden Fall zwei hiervon dargestellt sind. One way to realize this temperature protection circuit is in 7 shown, it being first apparent that the shunt 50 is configured here in an identical manner as in the temperature monitoring circuit according to 5 , Differences exist only with regard to the realization of the temperature detectors 20 , two of which are shown in the present case.

Zentrale Bestandteile der Temperaturdetektoren 20 sind nunmehr temperaturabhängige Widerstände R_th (NTCs), welche derart angeordnet sind, dass sie – wie durch die strichpunktierten Linien verdeutlicht – in thermischen Kontakt mit der zu überwachenden Stelle (beispielsweise einer entsprechenden LED) stehen. Durch die Widerstände R_b, R_d, R_z und R_th wird ein Spannungsteiler gebildet, über den ein entsprechender Grenzwert eingestellt werden kann. Der Spannungsteiler teilt die durch die Zener-Diode D_Z festgelegte Spannung und steuert den Transistor Q_pnp an. Er ist dabei derart dimensioniert, dass für den Fall, dass die Temperatur innerhalb des vorgesehenen Bereichs liegt, der Widerstandswert R_th ausreichend groß ist, was zur Folge hat, dass der Spannungsabfall über R_d unterhalb der Basis-Emitter-Spannung V_BE liegt. Der Transistor Q_pnp ist in diesem Fall geschlossen und der Shunt 50 geöffnet. Central components of temperature detectors 20 are now temperature-dependent resistors R _th (NTCs), which are arranged so that they - as shown by the dash-dotted lines - in thermal contact with the point to be monitored (for example, a corresponding LED) are. Through the resistors R _b, R _d , R _z and R _th , a voltage divider is formed, via which a corresponding limit value can be set. The voltage divider divides the voltage set by the Zener diode D _Z and drives the transistor Q _pnp . It is dimensioned such that in the event that the temperature is within the intended range, the resistance R _{th is} sufficiently large, which has the consequence that the voltage drop across R _{d is} below the base-emitter voltage V _BE . The transistor Q _pnp is closed in this case and the shunt 50 open.

Steigt nunmehr die Temperatur an, so fällt der Widerstandswert R_th ab, bis schließlich die Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors Q_pnp überschritten wird. Der Transistor Q_pnp öffnet in diesem Fall und steuert den Thyristor D_SCR an, so dass der Shunt 50 geschlossen und damit das LED-Array 100 kurzgeschlossen wird. Wiederum bleibt der Thyristor D_SCR aktiviert, solange Strom durch ihn fließt, so dass also wiederum oszillierende Zustände der gesamten Schaltungsanordnung vermieden werden können. Das in dem Shunt 50 vorgesehene Filter dient dabei wiederum dazu, ein unbeabsichtigtes Aktivieren des Shunts 50 aufgrund kurzfristiger Schwankungen zu vermeiden. Now increases the temperature, the resistance value R _th decreases until finally the base-emitter voltage V _{BE of} the transistor Q _{pnp is} exceeded. The transistor Q _pnp opens in this case and drives the thyristor D _SCR , so that the shunt 50 closed and thus the LED array 100 shorted. Again, the thyristor D _SCR remains activated as long as current flows through it, so that once again oscillating states of the entire circuit arrangement can be avoided. That in the shunt 50 provided filter serves in turn to unintentional activation of the shunt 50 due to short-term fluctuations.

Auch für die in 7 dargestellt Schaltungsanordnung ergeben sich die im Zusammenhang mit 5 beschriebenen Vorteile. Es liegt also eine sehr energieeffiziente Schaltung vor, die darüber hinaus auch durch verhältnismäßig wenig Bauelemente realisiert werden kann. Da weiterhin in beiden Fällen die Shunts in identischer Weiser ausgestaltet sind, besteht in einfacher Weise die Möglichkeit, den Gedanken der Stromüberwachung sowie der Temperaturüberwachung zu kombinieren und dabei einen einzigen, sowohl von den Stromdetektoren als auch von den Temperaturdetektoren angesteuerten Shunt zu verwenden. Dies stellt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dar, da hier Elemente gemeinsam genutzt werden können und dementsprechend der Aufwand insgesamt weiter reduziert wird. Also for the in 7 shown circuit arrangement arise in connection with 5 described advantages. So there is a very energy-efficient circuit, which can also be realized by relatively few components beyond. Furthermore, since in both cases the shunts are configured in identical ways, it is easy to combine the idea of current monitoring and temperature monitoring, using a single shunt driven by both the current detectors and the temperature detectors. This represents a particularly advantageous embodiment, since elements can be used together and, accordingly, the total effort is further reduced.

Letztendlich wird als mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung das Auftreten von Fehlzuständen in LED-Schaltungen zuverlässig vermieden. Ultimately, the occurrence of false states in LED circuits is reliably avoided as using the circuit arrangement according to the invention.

Claims

LED circuit arrangement with at least one LED array ( 110 ), which has several parallel LED strings ( 120 ), wherein the LED array ( 110 ) has a protection circuit, which is designed, depending on operating parameters of the LED array ( 110 ) all LED strings ( 120 ) of the array ( 110 ) and wherein the operating parameters are the height of the at least one of the LED strings ( 120 ) flowing current and / or a temperature in the range of the LEDs ( 125 ).

LED circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the protection circuit has a shunt ( 50 ), which is parallel to all LED strings ( 120 ) and at least one current detector ( 10 ) and / or at least one temperature detector ( 20 ) is driven.

LED circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the shunt ( 50 ) has a thyristor (D _SCR ), which is preferably part of a clamping circuit.

LED circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the protective circuit controls the current flow through each of the LED strings ( 120 ) and is adapted to the array ( 110 ), if at least in one of the LED strands ( 120 ) the current is above a predetermined limit.

LED circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the protective circuit comprises at least one temperature detector ( 20 ), which is designed, upon detection of a temperature above a predetermined limit, the bridging of the array ( 110 ) to activate.

LED circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the temperature detector ( 20 ) has a temperature-dependent resistance (R _th ).

LED circuit arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that a plurality of temperature detectors arranged distributedly ( 20 ) are provided.

LED circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of LED arrays ( 110 ), each having its own protection circuit.

LED circuit arrangement according to claim 8, characterized in that the LED arrays ( 110 ) are connected in series with each other and from a common power source, preferably from a constant current source ( 100 ) are supplied.

Method for operating an LED circuit arrangement with at least one LED array ( 110 ), which has several parallel LED strings ( 120 ), wherein, depending on operating parameters of the LED array ( 110 ) all LED strings ( 120 ) of the array ( 110 ) and wherein the operating parameters are the height of the at least one of the LED strings ( 120 ) flowing current and / or a temperature in the range of the LEDs ( 125 ).

Method according to claim 10, characterized in that the current flow through each of the LED strings ( 120 ) and the array ( 110 ) is bridged, if at least in one of the LED strands ( 120 ) the current is above a predetermined limit.

Method according to claim 10 or 11, characterized in that the temperature is detected at several positions of the circuit arrangement and the array ( 110 ) is bridged, if at least at one position, the temperature is above a predetermined limit.

Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that the circuit arrangement a plurality of LED arrays ( 110 ) having.