WO2000065880A1 - Light source consisting of several successively connected leds - Google Patents

Light source consisting of several successively connected leds Download PDF

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WO2000065880A1
WO2000065880A1 PCT/EP2000/003624 EP0003624W WO0065880A1 WO 2000065880 A1 WO2000065880 A1 WO 2000065880A1 EP 0003624 W EP0003624 W EP 0003624W WO 0065880 A1 WO0065880 A1 WO 0065880A1
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light source
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Roland Reiss
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Sickinger, Monika
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/32Pulse-control circuits
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the invention relates to a light source, comprising a plurality of LEDs connected in series, which are connected in series with a series resistor.
  • LEDs - light-emitting diodes - have a very high degree of efficiency when it comes to converting electricity into light. This efficiency is particularly high for LEDs for green light. But also so-called “white light LEDs” have one in particular in relation to
  • Incandescent lamps very good efficiency. The high level of efficiency and their long service life and thus high reliability make them particularly suitable for certain applications. Such applications typically include lighting of display boards, night lighting, for example in hotels or hospitals, emergency lighting and similar lighting installations in which a bundled, powerful light beam is not essential in the first place.
  • a circuit of this type consisting of a plurality of LEDs connected in series with a series resistor is common, especially if a higher light intensity is intended. Another advantage of connecting the LEDs in series is that this results in a higher voltage drop across the light source.
  • an LED has an "operating voltage" of approximately 2V. If, for example, 20 LEDs are operated in the series connection, a sufficient light intensity is achieved for typical applications, so this arrangement requires an operating voltage in the order of 40V. This value differs significantly from the normally available mains voltage of 230V or 110V, so that the voltage for LED operation must either be transformed down using a transformer or via a
  • the favorable efficiency of the LED for the conversion from current to light is understandably affected by the operational losses in the series resistor and possibly during the transformation, which affects the
  • the invention is therefore based on the object of providing a light source comprising a plurality of LEDs connected in series which can be operated at the voltage of the public network and in which excessive power losses in the series resistor are avoided.
  • Power network is connected, has;
  • DE-A-35 35 240 describes a traffic signal device with a light source comprising a plurality of LEDs which are fed in the frequency range from approximately 15 to 35 Hz. This low repetition rate is used to catch the eye's attention by flashing or flickering visibly
  • the possible energy saving effect will be illustrated in the following using a simple example.
  • the case of constant operation is compared with operation with current pulses:
  • the example is based on the mains voltage of 110V, which in the rectified state supplies an almost constant current with a voltage of the order of 150V. 20 LEDs should be considered in series at this voltage. In both cases, a total power of 1.5 W is assumed.
  • the pulse generator of the light source is preferably designed such that the pulse duty factor (pulse duration / period) of the current applied to the LEDs is less than 1/3, preferably less than 10 '1 , more preferably less than 10 2 and even more preferably less than 10 "3 Overall, it can be said that the smallest possible duty cycle is particularly preferred. However, in order to achieve sufficient brightness, a very high current must be brought into the LEDs in a short time with a very short duty cycle. In practice, problems can arise with a very small duty cycle occur.
  • the pulse generator is preferably designed such that the repetition frequency is greater than 130 Hz, preferably greater than 400 Hz, more preferably greater than 1 kHz and particularly preferably greater than
  • the pulse generator is preferably designed so that the pulse duration is less than or equal to 10 "3 seconds, preferably less than 10 ⁇ 5 seconds and particularly preferably less than 10 ⁇ 6 seconds.
  • the length of the pulse pauses can preferably be varied with the pulse length kept constant and the current constant. This enables the light source to be “dimmed”. The longer the pause between the individual current pulses, the lower the power introduced into the LEDs and consequently the output from the LEDs
  • Light output the lower. It is easy to imagine that an infinitely long pause corresponds to the switched-off state. It is particularly advantageous to go into a high frequency range for the operation of the light source if a large dimmable range is to be covered, in particular in order to avoid flickering of the light from the light source.
  • the arrangement is preferably constructed in such a way that the current applied is greater than that permissible in constant operation by more than a factor of 2, preferably by more than a factor of 5, more preferably by more than a factor of 10 and very particularly preferably by a factor of 20 Is maximum current.
  • the current-voltage characteristic of the LED specifies a certain "operating voltage" for each current value.
  • a typical current-voltage characteristic for LEDs follows an exponential behavior. In principle, the greater the current, the greater the operating voltage. With constant operation, the current strength in the LED cannot be increased arbitrarily. This would ultimately lead to the destruction of the LED. With pulsed operation, the current intensity in the LED can be increased considerably compared to constant operation.
  • the dimensioning rule is to choose the pulses so short that the LED does not heat up significantly in the pulse duration and in particular that the heat dissipation away from the LED is so high that there is no temperature increase in the LED from period to period.
  • the Cables to the LEDs are the factor that limits the maximum pulse current.
  • the LED chips are typically bonded with extremely thin gold or silver wires or electrically connected. If there is a current overload, a failure often occurs in the area of this connection.
  • the type-specific performance data provide information about this type-dependent limit. It can generally be assumed that the "operating voltage" of an LED can be increased by a factor of 2 to 3 up to this value, ie from typically 2V to up to 5-6V.
  • the pulse generator and the fast electronic are preferred.
  • the series resistor in particular can be chosen to be particularly small, which significantly reduces the power dissipated at the series resistor.
  • the pulse generator is preferably constructed with an electronic circuit which has:
  • Such a structure can essentially be realized from standard components. With the preferred additional use of a MOSFET component as a fast electronic switch, such a ballast for the LEDs can be implemented relatively cheaply. In addition, there is the possibility of further integration of the corresponding circuit into an integrated circuit. The corresponding ballast can be manufactured with the appropriate number of items at extremely favorable conditions.
  • the electronic circuit of the pulse generator is preferably connected to the rectifier circuit in parallel with the circuit of the LEDs.
  • Rectifier circuit can be, for example, a one-way rectifier circuit or also a bridge rectifier circuit, wherein it is preferably equipped with a smoothing capacitor in order to provide an essentially constant current.
  • the parallel connection of the electronic circuit of the pulse generator to the circuit of the LED is therefore particularly advantageous in that no additional network components are required for the circuit and the structure is significantly simplified.
  • other connection options can also be provided.
  • a plurality of LEDs, a fast electronic switch and a series resistor, and in particular without the rectifier circuit for connection to the voltage of the utility grid and without the series resistor being substantially smaller than it is for operation constant current would be required for independent inventive is considered.
  • the series resistor is preferably provided between the fast electronic switch and the base potential of the circuit, while the LEDs are provided between the fast electronic switch and the high potential, and even more preferably a voltage limiting diode is provided to limit the drive voltage of the fast electronic switch, thereby limiting the current is caused by the LEDs.
  • At least some of the plurality are LEDs
  • White light LEDs White light is particularly preferred for lighting purposes, in particular as night lighting.
  • the white light LEDs can either be LEDs in which a plurality of LEDs with different colors are arranged on one chip in one plane. There are typically four
  • LEDs - one red, one green and two blue - are spatially very closely arranged. These LEDs are also typically operated in series. The eye perceives the light of these LEDs in an additive mixture as white light.
  • White light LEDs which are blue LEDs coated with phosphorus, have also recently become available. The blue radiation of the LEDs excites the electrons in the phosphor to higher energy levels and generates the white light when it returns to the basic state.
  • the invention further relates to a traffic signal system having at least one light source of the type described above.
  • a traffic signal system having at least one light source of the type described above.
  • LED light sources is particularly favorable.
  • An important cost factor in traffic signal systems is the relatively frequent replacement of the usual lamps.
  • the replacement intervals can be extended by a factor of 2 or more, which leads to a more than halving of the usual maintenance costs.
  • the lower energy consumption of the LEDs is clearly noticeable in the running operating costs.
  • the use of Color-matching light sources for example red, yellow and green light sources in traffic lights, the energy efficiency can be further improved.
  • the loss of light in the corresponding color filters filter for green light, filter for red light, filter for yellow light
  • the loss of light in the corresponding color filters is extremely low. It is beneficial for two reasons
  • the filters can serve to drastically reduce stray light, for example due to solar radiation. This applies in particular if the filters in their passband are adapted to the very narrow frequency band of the LEDs.
  • the use of the light source with conventional mounting bases is particularly preferred.
  • the described dimming effect can be used to advantage here. It is even conceivable to record the intensity at the moment depending on the actual lighting situation, for example with a photocell, and that at the moment Adjust the required light intensity of the signal system based on this information, for example automatically. Even during the day, such a control rarely requires the signal system to operate at the highest intensity of the light source. This enables even greater energy savings to be achieved.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of a light source according to the invention
  • Fig. 4 is a schematic circuit diagram of a possible embodiment of the light source according to the invention.
  • FIG. 1 shows a light source according to the invention having a
  • a rectifier circuit 8 is provided as the current source, which is designed for direct connection to the voltage of the public power grid, ie typically 230V or 110V AC voltage.
  • the rectifier circuit can be, for example, a one-way rectifier circuit or a bridge circuit in which, for example, a capacitor is provided for smoothing the rectified AC voltage.
  • the rectifier circuit provides a voltage of the order of 150V for the circuit of the LEDs when connected to an IOOV power supply network, while when operating on the 230V power supply system the circuit has an essentially constant voltage in the Magnitude of 320V is provided.
  • the fast electronic switch 6 is connected to a pulse generator 10.
  • the pulse generator 10 supplies the fast electronic switch 6 with control signals for opening and closing the circuit.
  • the control signals determine the length of the pulse duration, determine the
  • the amount of current through the LEDs 2 is primarily dependent on the total resistance in the circuit of the LEDs, i. H. determined in particular by the size of the series resistor 4.
  • the fast electronic switch 6 itself can be, for example, a transistor and in particular a MOSFET transistor.
  • N-channel MOSFETs have proven to be particularly suitable because, on the one hand, they are cheaper and, on the other hand, they switch faster than a p-
  • the fast electronic switch 6 should have only a very low resistance in the conductive state. It should also have particularly short switch-on and switch-off times in order to enable a particularly steep rise and fall of the current pulses.
  • LEDs 2 The special type and number of LEDs 2 is selected depending on the intended use. LEDs are supplied in a wide variety of colors and with a wide variety of operating data. There are so-called “white light LEDs", which are white
  • white light LEDs were made up of a plurality of LEDs of different colors, for example one green, one red and two blue LEDs, which are in one plane were spatially very close to each other.
  • the additive color mixing gave the viewer the impression of blue light.
  • white light LEDs are based on a blue LED on their
  • Light emission side has a phosphor coating.
  • the light from the blue LED stimulates the electrons in the phosphorus atoms to higher energy levels.
  • white light is emitted by the phosphorus atoms. This is done with such a high efficiency that an improvement in efficiency by up to a factor of 2 compared to conventional fluorescent lamps can be achieved with a light source according to the invention which works with such white light LEDs.
  • Even with the previously used ad d it i v e n W e i ß l i t- L E D s l a s s e n s I achieve efficiency improvements of this magnitude.
  • the diodes of the same color 2r, 2g, 2b (for red, green and blue) of the individual LEDs are connected in series in the manner shown in FIG. 2 and one is formed essentially separate circuit for each color in these LEDs, i.e. H.
  • a separate fast electronic switch 6r, 6g, 6b and a separate pulse generator lOr, 10g, 10b in principle any desired color can be generated by varying the brightness of the individual colors in the LEDs through the additive color mixing.
  • the upper rail 12 is at the high potential, while the lower rail 14 is at the reference potential, for example ground.
  • 1 and 2 is the Series resistor 4 between the fast electronic switch 6 and the base potential 14 shown. However, it can equally well be provided between the fast electronic switch 6 and the high potential 12.
  • FIG. 3 shows the current pulses as they are applied to the LEDs 2 by the needle pulse generator 10 in connection with the fast electronic switch 6.
  • the constant level of the pulses which corresponds to a constant pulse current I, can be seen.
  • the pulse duration is indicated with ⁇ .
  • the period, i.e. H. for example, the duration from the beginning of a pulse to the beginning of the following pulse is indicated by T.
  • the repetition frequency is thus determined as 1 / T.
  • Time between two pulses, ie the pulse pause is given as T P.
  • the current I ⁇ is also specified as the maximum current with which the LEDs can be operated at most in constant operation.
  • the size relationships shown in FIG. 3 correspond approximately to the size relationships on which the comparative calculation is based in the introduction to the description.
  • Fig. 4 shows schematically a circuit diagram of a possible
  • FIG. 4 essentially corresponds to FIG. 1 in its construction.
  • the pulse generator 10 is shown with a broken line for limitation in the circuit. It can be seen in particular that the pulse generator 10 is connected to the high potential 12 or the reference potential 14 of the circuit of the LEDs 2.
  • the pulse generator 10 is discussed in more detail below.
  • the essential components of this circuit are the capacitor Cl, which can be charged by a constant current source, a voltage divider formed with the two resistors R13 and R14 for generating a reference voltage U R , a uni-function transistor UJT connected to the reference voltage U R and the capacitor voltage U c , which ignites as soon as the capacitor voltage U c becomes somewhat lower than the reference voltage U R , and a switch S1 connected to the unijunction transistor UJT and the capacitor Cl, which is switched on by the ignition of the unijunction transistor UJT for the duration of a pulse.
  • the constant current source for charging the capacitor C1 consists of the transistor T1, the resistors R1 and R2 and the diodes D20 and D21.
  • Unijunction transistor UJT is formed from two transistors T3 and T5.
  • the switch S1 is formed by the transistor T4 and the resistors R9 and RIO. It should be particularly pointed out that in particular the constant current source and the switch S1 can also be constructed completely differently. For example, there are IC circuits that can serve as a replacement for the structure of the switch S1 shown. Similar circuits can also be used as a constant current source for the capacitor C1. Other implementation options can also be imagined for the uni-function transistor UJT. Other components of the circuit shown are also not absolutely necessary.
  • the transistor T6 essentially serves as an amplification transistor for the control pulses to be delivered to the fast electronic switch 6. This can depend on the special choice of the fast electronic switch 6 or on the
  • a buffer capacitor C2 is shown in the circuit, for example, which is provided for stabilizing the circuit but is not absolutely necessary.
  • Resistor R11 is also not absolutely necessary, it essentially facilitates the selection and tuning of resistors R13 and R14.
  • a voltage limiter diode D30 is also provided in the circuit, the purpose of which is to limit the drive voltage at the fast electronic switch 6. This component too, although advantageous, is not absolutely necessary.
  • the capacitor Cl is charged by the constant current source, the capacitor voltage U c at the lower end of the capacitor Cl gradually falling within a predetermined time interval until the capacitor voltage U c is slightly less than that of the resistors R13 and R14 formed voltage divider generated reference voltage U R.
  • the uni-function transistor UJT begins to conduct.
  • the capacitor C1 is discharged via the uni-function transistor UJT and the resistors R9 and RIO. As long as current flows between the resistors R9 and RIO, the transistor T4 and the
  • Resistors R7, R8 of transistor T2 are turned on.
  • transistor T2 By switching transistor T2 on, transistor T1 is switched off, ie the constant current source is switched off and the charging current to capacitor C1 is interrupted.
  • the control pulse is emitted by the pulse generator 10, ie applied to the fast electronic switch.
  • the transistors T4, T2 and T6 turn off and by turning off the transistor T2 the transistor T1 is turned on again, ie the constant current source starts to charge the capacitor C1 again and the process begins again.
  • the discharge speed of the capacitor C1 and thus the pulse length can be varied over the total resistance of R9 and RIO.
  • the size of the charging current of the constant current source for the capacitor Cl and thus the pulse pause can be regulated by changing the size of the resistor R1.
  • a change in the capacitance of the capacitor C1 primarily results in a change in only the frequency with the same ratio of pulse length to period, i. H. with the same
  • the mechanism is as follows: When the current through the LEDs 2 increases, the voltage that drops across the series resistor 4 increases, which reduces the effective voltage between the gate G and the source S of the fast electronic switch 6 provided as a MOSFET. This voltage reduction reduces the conductivity of the MOSFET, ie increases its resistance and thus limits the current through the

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

The invention relates to a light source, consisting of a number of LEDs (2) which are successively connected one behind the other and which are connected in series to a series resistance (4). The invention is characterised in that (a) the electric circuit of the LEDs (2) has, in addition to the series resistance (4), a rapid electronic switch (6) and a rectifier circuit (8) as the power source which, when in operation, is connected to the voltage of the public mains supply; (b) the rapid electronic switch (6) is connected to a pulse generator (10) which provides pulses with a repetition frequency of at least 70 Hz; (c) the series resistance (4) is smaller than a protective resistor which operates with a constant current (d) the arrangement is configured in such a way that the amplitude of the current to the LEDs (2) is greater than the maximum current which is permitted with a constant current.

Description

Lichtquelle aus mehreren hintereinandergeschalteten Light source from several cascaded
LEDsLEDs
Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle, aufweisend eine Mehrzahl von hintereinandergeschalteten LEDs, die in Reihe mit einem Vorwiderstand geschaltet sind.The invention relates to a light source, comprising a plurality of LEDs connected in series, which are connected in series with a series resistor.
LEDs - lichtemittierende Dioden - haben einen sehr hohen Wirkungsgrad, was die Umsetzung von Strom in Licht angeht. Besonders hoch ist dieser Wirkungsgrad bei LEDs für grünes Licht. Aber auch sogenannte "Weißlicht-LEDs" haben einen insbesondere im Verhältnis zuLEDs - light-emitting diodes - have a very high degree of efficiency when it comes to converting electricity into light. This efficiency is particularly high for LEDs for green light. But also so-called "white light LEDs" have one in particular in relation to
Glühlampen sehr guten Wirkungsgrad. Der gute Wirkungsgrad und ihre lange Lebensdauer und damit hohe Ausfallsicherheit machen sie für bestimmte Anwendungen besonders geeignet. Zu solchen Anwendungen zählen typischerweise Beleuchtungen von Anzeigetafeln, Nachtbeleuch- tungen, beispielsweise in Hotels oder Krankenhäusern, Notbeleuchtungen und ähnliche Beleuchtungsinstallationen, bei denen es nicht auf einen gebündelten kräftigen Lichtstrahl in erster Linie ankommt.Incandescent lamps very good efficiency. The high level of efficiency and their long service life and thus high reliability make them particularly suitable for certain applications. Such applications typically include lighting of display boards, night lighting, for example in hotels or hospitals, emergency lighting and similar lighting installations in which a bundled, powerful light beam is not essential in the first place.
Eine derartige Schaltung aus mehreren hintereinandergeschalteten LEDs in Reihe mit einem Vorwiderstand ist gebräuchlich, insbesondere wenn eine höhere Lichtintensität beabsichtigt ist. Ein weiterer Vorteil der Hintereinanderschaltung der LEDs liegt darin, daß dadurch ein höherer Spannungsabfall über die Lichtquelle zustande kommt. Typischerweise hat eine LED eine "Betriebsspannung" von etwa 2V. Werden in der Hintereinanderschaltung beispielsweise 20 LEDs betrieben, womit für typische Anwendungen eine ausreichende Lichtintensität erreicht wird, so erfordert diese Anordnung eine Betriebsspannung in der Größenordnung von 40V. Dieser Wert unterscheidet sich deutlich von der normalerweise zur Verfügung stehenden Netzspannung von 230V bzw. 110V, so daß die Spannung für den LED-Betrieb entweder mit einem Transformator entsprechend heruntertransformiert werden muß oder über einenA circuit of this type consisting of a plurality of LEDs connected in series with a series resistor is common, especially if a higher light intensity is intended. Another advantage of connecting the LEDs in series is that this results in a higher voltage drop across the light source. Typically, an LED has an "operating voltage" of approximately 2V. If, for example, 20 LEDs are operated in the series connection, a sufficient light intensity is achieved for typical applications, so this arrangement requires an operating voltage in the order of 40V. This value differs significantly from the normally available mains voltage of 230V or 110V, so that the voltage for LED operation must either be transformed down using a transformer or via a
Vorwiderstand auf diesen Wert gebracht wird.Series resistor is brought to this value.
Auch bei Anwendungen, bei denen die Netzspannung auf die erforderliche Betriebsspannung für die Anordnung aus LEDs heruntertransformiert ist, ist ein in Reihe mit den LEDs geschaltetenEven in applications in which the mains voltage is transformed down to the required operating voltage for the arrangement of LEDs, there is a series connection with the LEDs
Vorwiderstand erforderlich. Würden LEDs ohne einen solchen Vorwiderstand betrieben werden, so stiege der Strom durch die LED an, was zu einem Erwärmen der LED und schließlich zu ihrer Zerstörung führen würde. Das Zwischenschalten des Vorwiderstands führt dazu, daß ein Stromanstieg in der LED durch einen höheren Spannungsabfall amSeries resistor required. If LEDs were operated without such a series resistor, the current through the LED would increase, which would lead to the LED heating up and ultimately being destroyed. The interposition of the series resistor leads to a current increase in the LED due to a higher voltage drop on
Vorwiderstand kompensiert wird.Series resistor is compensated.
Der günstige Wirkungsgrad der LED für die Umsetzung von Strom zu Licht wird verständlicherweise durch die betriebsbedingten Verluste im Vorwiderstand sowie ggf. bei der Transformation beeinträchtigt, was dieThe favorable efficiency of the LED for the conversion from current to light is understandably affected by the operational losses in the series resistor and possibly during the transformation, which affects the
Einsatzmöglichkeiten von LEDs massiv behindert. Dazu kommt, daß die erforderliche Betriebsspannung typischer LED-Lichtquellen für den Betrieb an der Spannung des öffentlichen Netzes, insbesondere nach deren Gleichrichtung, nicht geeignet ist. Die Verwendung von Transformatoren zur Spannungsanpassung ist einerseits mitPossible uses of LEDs severely hampered. In addition, the required operating voltage of typical LED light sources is not suitable for operation on the voltage of the public network, especially after rectification. The use of transformers for voltage adjustment is on the one hand with
Kostenaufwand verbunden und andererseits auch aus Platzgründen nicht immer leicht realisierbar, wohingegen ein größerer Vorwiderstand zu deutlich höheren Verlusten führt. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lichtquelle aus einer Mehrzahl von hintereinandergeschalteten LEDs bereitzustellen, die an der Spannung des öffentlichen Netzes betreibbar ist und bei der übermäßige Leistungsverluste im Vorwiderstand vermieden sind.Costs involved and, on the other hand, not always easy to implement due to space constraints, whereas a larger series resistor leads to significantly higher losses. The invention is therefore based on the object of providing a light source comprising a plurality of LEDs connected in series which can be operated at the voltage of the public network and in which excessive power losses in the series resistor are avoided.
Gemäß der Erfindung wird dies bei der vorangehend geschilderten Lichtquelle dadurch erreicht,According to the invention, this is achieved in the light source described above by
(a) daß der Stromkreis der LEDs zusätzlich zu dem Vorwiderstand einen schnellen elektronischen Schalter und als Stromquelle eine Gleichrichterschaltung, die im Betrieb an die Spannung des öffentlichen(a) that the circuit of the LEDs in addition to the series resistor has a fast electronic switch and as a current source a rectifier circuit, which in operation is connected to the voltage of the public
Stromnetzes angeschlossen ist, aufweist;Power network is connected, has;
(b) daß der schnelle elektronische Schalter an einen Impulsgeber angeschlossen ist, der Impulse mit einer Wiederholfrequenz von mindestens 70Hz liefert; (c) daß der Vorwiderstand kleiner ist, als er das für Betrieb bei konstantem Strom wäre, und daß die Anordnung so aufgebaut ist, daß die Stromamplitude an den LEDs größer als der bei Konstantbetrieb zulässige Maximalstrom ist.(b) that the fast electronic switch is connected to a pulse generator which delivers pulses with a repetition frequency of at least 70 Hz; (c) that the series resistor is smaller than it would be for operation at constant current, and that the arrangement is so constructed that the current amplitude at the LEDs is greater than the maximum current permitted during constant operation.
Es ist bekannt, eine Mehrzahl von LEDs mit gepulstem Strom zu betreiben. So beschreibt DE-A-35 35 240 eine Verkehrssignaleinrichtung mit einer Lichtquelle aus einer Mehrzahl von LEDs, die im Frequenzbereich von etwa 15 bis 35 Hz gespeist werden. Diese geringe Wiederholungsfrequenz wird verwendet, um durch ein sichtbares schnelles Blinken oder Flimmern die Aufmerksamkeit derIt is known to operate a plurality of LEDs with pulsed current. For example, DE-A-35 35 240 describes a traffic signal device with a light source comprising a plurality of LEDs which are fed in the frequency range from approximately 15 to 35 Hz. This low repetition rate is used to catch the eye's attention by flashing or flickering visibly
Verkehrsteilnehmer zu erhöhen. In der gleichen Schrift ist auf Stand der Technik Bezug genommen, bei dem LEDs mit Stromimpulsen mit bis zu doppelter Netzfrequenz, d. h. 100 bzw. 120 Hz, betrieben werden. Grund dafür soll eine Erhöhung der momentan zugeführten elektrischen Leistung sein, um eine Erhöhung der Lichtintensität hervorzubringen.Increase road users. In the same document, reference is made to the prior art, in which LEDs are operated with current pulses with up to twice the mains frequency, ie 100 or 120 Hz. The reason for this is said to be an increase in the electrical power currently being supplied in order to produce an increase in the light intensity.
Dieser Stand der Technik lehrt jedoch weder, den Vorwiderstand kleiner zu wählen, als er das für den Betrieb bei konstantem Strom wäre, und er lehrt ferner nicht, eine Stromamplitude an den LEDs vorzusehen, die größer ist als der bei Konstantbetrieb zulässige Maximalstrom durch die LEDs.However, this prior art does not teach to select the series resistor smaller than it would be for constant current operation, nor does it teach to provide a current amplitude on the LEDs which is greater than the maximum current through the LEDs permitted during constant operation .
Der mögliche Energieeinsparungseffekt soll im nachfolgenden anhand eines einfachen Beispiels veranschaulicht werden. Dabei wird der Fall des Konstantbetriebs mit dem Betrieb mit Strompulsen verglichen: Das Beispiel beruht auf der Netzspannung von 110V, die im gleichgerichteten Zustand einen annähernd konstanten Strom mit einer Spannung in der Größenordnung von 150V liefert. Es sollen jeweils 20 LEDs in Serie an dieser Spannung angelegt betrachtet werden. In beiden Fällen wird von einer Gesamtleistung von 1,5 W ausgegangen.The possible energy saving effect will be illustrated in the following using a simple example. The case of constant operation is compared with operation with current pulses: The example is based on the mains voltage of 110V, which in the rectified state supplies an almost constant current with a voltage of the order of 150V. 20 LEDs should be considered in series at this voltage. In both cases, a total power of 1.5 W is assumed.
- Konstantbetrieb: Bei einem Konstantstrom von 10 mA und einer typischen Betriebsspannung einer LED von 2V ergibt sich folgendes:- Constant operation: With a constant current of 10 mA and a typical operating voltage of an LED of 2V, the following results:
Erforderlicher Vorwiderstand: (150V - 20 x 2V)/10mA = 11 kOhm Verlustleistung: P x R = 10 mA x 10 mA x 11 kOhm = 1, 1W Umgesetzte Leistung in den LEDs: 40V x 10 mA = 0,4W Gesamtleistung 1,5W, "Wirkungsgrad": 0.4W/1.5W = 26,6%.Required series resistor: (150V - 20 x 2V) / 10mA = 11 kOhm Power loss: P x R = 10 mA x 10 mA x 11 kOhm = 1, 1W Converted power in the LEDs: 40V x 10 mA = 0.4W total power 1, 5W, "efficiency": 0.4W / 1.5W = 26.6%.
- Betrieb mit Stromimpulsen: Bei Stomimpulsen von 100 mA steigt die Betriebsspannung pro LED von 2V auf ca. 4V an. Es wird ein Tastverhältnis (Impulsdauer/Periodendauer) von 1/10 angenommen. Insgesamt ergeben sich damit folgende Vergleichswerte: Erforderlicher Widerstand: (150V - 20 x 4V)/100 mA = 700 Ohm Verlustleistung PxR = 100mA x 100mA x 700Ohm x 1/10 =0,7W Umgesetzte Leistung in den LEDs: 80V x 100 mA x 1/10 = 0,8W Gesamtleistung 1.5W "Wirkungsgrad": 0.8W/1.5W = 53 % .- Operation with current pulses: With current pulses of 100 mA, the operating voltage per LED increases from 2V to approx. 4V. A duty cycle (pulse duration / period) of 1/10 is assumed. Overall, the following comparison values result: Required resistance: (150V - 20 x 4V) / 100 mA = 700 Ohm power loss PxR = 100mA x 100mA x 700Ohm x 1/10 = 0.7W Converted power in the LEDs: 80V x 100 mA x 1/10 = 0.8W Total power 1.5W "efficiency": 0.8W / 1.5W = 53%.
Wie man unschwer erkennt, wird bei Konstantbetrieb ca. 3/4 der elektrischen Energie im Widerstand in Wärme umgewandelt, während es im zweiten Beispiel deutlich weniger als die Hälfte ist. Besonders günstig ist, daß bei einem gepulsten Betrieb innerhalb typischer Betriebsgrenzen der LEDs im wesentlichen keine Einbußen bei deren Lebensdauer auftreten.As you can easily see, about 3/4 of the electrical energy in the resistor is converted into heat during constant operation, while in the second example it is significantly less than half. It is particularly favorable that in pulsed operation within the typical operating limits of the LEDs there is essentially no loss in their service life.
Vorzugsweise ist der Impulsgeber der Lichtquelle so ausgebildet, daß das Tastverhältnis (Impulsdauer/Periodendauer) des an die LEDs angelegten Stroms kleiner als 1/3, vorzugsweise kleiner als 10'1, noch bevorzugter kleiner als 102 und noch weiter bevorzugt kleiner 10"3 ist. Insgesamt kann gesagt werden, daß ein möglichst kleines Tastverhältnis besonders bevorzugt ist. Zur Erzielung einer ausreichenden Helligkeit muß jedoch bei einem sehr kurzen Tastverhältnis ein sehr hoher Strom in kurzer Zeit in die LEDs gebracht werden. Bei sehr kleinem Tastverhältnis können in der Praxis Probleme auftreten.The pulse generator of the light source is preferably designed such that the pulse duty factor (pulse duration / period) of the current applied to the LEDs is less than 1/3, preferably less than 10 '1 , more preferably less than 10 2 and even more preferably less than 10 "3 Overall, it can be said that the smallest possible duty cycle is particularly preferred. However, in order to achieve sufficient brightness, a very high current must be brought into the LEDs in a short time with a very short duty cycle. In practice, problems can arise with a very small duty cycle occur.
Vorzugsweise ist der Impulsgeber so ausgebildet, daß die Wiederholfrequenz größer als 130 Hz, vorzugsweise größer als 400 Hz, noch bevorzugter größer als 1 kHz und besonders bevorzugt größer alsThe pulse generator is preferably designed such that the repetition frequency is greater than 130 Hz, preferably greater than 400 Hz, more preferably greater than 1 kHz and particularly preferably greater than
10 kHz ist. Weiterhin ist der Impulsgeber vorzugsweise so ausgebildet, daß die Impulsdauer kleiner oder gleich 10"3 Sekunden, vorzugsweise kleiner 10~5 Sekunden und besonders bevorzugt kleiner als 10~6 Sekunden ist. Vorzugsweise ist die Länge der Impulspausen bei konstant gehaltener Impulslänge und konstantem Strom variierbar. Damit läßt sich ein "Dimmen" der Lichtquelle realisieren. Je länger die Pause zwischen den einzelnen Stromimpulsen ist, desto geringer ist die in die LEDs eingebrachte Leistung und folglich die, von den LEDs abgegebenenIs 10 kHz. Furthermore, the pulse generator is preferably designed so that the pulse duration is less than or equal to 10 "3 seconds, preferably less than 10 ~ 5 seconds and particularly preferably less than 10 ~ 6 seconds. The length of the pulse pauses can preferably be varied with the pulse length kept constant and the current constant. This enables the light source to be “dimmed”. The longer the pause between the individual current pulses, the lower the power introduced into the LEDs and consequently the output from the LEDs
Lichtleistung, umso geringer. So kann man sich leicht vorstellen, daß eine unendlich lange Impulspause dem abgeschalteten Zustand entspricht. Es ist besonders günstig, in einen hohen Frequenzbereich für den Betrieb der Lichtquelle zu gehen, wenn ein großer dimmbarer Bereich abgedeckt werden soll, insbesondere um ein Flimmern des Lichts der Lichtquelle zu vermeiden.Light output, the lower. It is easy to imagine that an infinitely long pause corresponds to the switched-off state. It is particularly advantageous to go into a high frequency range for the operation of the light source if a large dimmable range is to be covered, in particular in order to avoid flickering of the light from the light source.
Vorzugsweise ist die Anordnung so aufgebaut, daß der angelegte Strom um mehr als den Faktor 2, vorzugsweise um mehr als den Faktor 5, noch bevorzugter um mehr als den Faktor 10 und ganz besonders bevorzugt um mehr als den Faktor 20 größer als der bei Konstantbetrieb zulässige Maximalstrom ist. Die Stromspannungskennlinie der LED gibt zu jedem Stromwert eine bestimmte "Betriebsspannung" an. Eine typische Strom-Spannungs-Kennlinie für LEDs folgt einem exponentiellen Verhalten. Grundsätzlich wird die Betriebsspannung umso größer, je größer die Stromstärke ist. Bei Konstantbetrieb kann die Stromstärke in der LED nicht beliebig erhöht werden. Das würde letztendlich zu einer Zerstörung der LED führen. Bei gepulstem Betrieb läßt sich die Stromstärke in der LED gegenüber dem Konstantbetrieb ganz beträchtlich erhöhen. Bemessungsregel ist, die Impulse so kurz zu wählen, daß sich die LED in der Impulsdauer nicht wesentlich erwärmt und insbesondere daß die Wärmeabfuhr von der LED weg so hoch ist, daß es nicht von Periodendauer zu Periodendauer zu einer Temperaturerhöhung in der LED kommt. Typischerweise stellen die Zuleitungen zu den LEDs den den maximalen Impulsstrom begrenzenden Faktor dar. Die LED-Chips sind typischerweise mit extrem dünnen Gold- oder Silberdrähten gebondet oder elektrisch angeschlossen. Beim Stromüberlastung tritt häufig im Bereich dieser Verbindung ein Versagen auf. Die typenspezifischen Leistungsdaten geben Aufschluß über diese typabhängige Grenze. Generell kann man davon ausgehen, daß sich die "Betriebsspannung" einer LED bis zu diesen Wert um den Faktor 2 bis 3 erhöhen läßt, d. h. von typisch 2V auf bis zu 5-6V.The arrangement is preferably constructed in such a way that the current applied is greater than that permissible in constant operation by more than a factor of 2, preferably by more than a factor of 5, more preferably by more than a factor of 10 and very particularly preferably by a factor of 20 Is maximum current. The current-voltage characteristic of the LED specifies a certain "operating voltage" for each current value. A typical current-voltage characteristic for LEDs follows an exponential behavior. In principle, the greater the current, the greater the operating voltage. With constant operation, the current strength in the LED cannot be increased arbitrarily. This would ultimately lead to the destruction of the LED. With pulsed operation, the current intensity in the LED can be increased considerably compared to constant operation. The dimensioning rule is to choose the pulses so short that the LED does not heat up significantly in the pulse duration and in particular that the heat dissipation away from the LED is so high that there is no temperature increase in the LED from period to period. Typically, the Cables to the LEDs are the factor that limits the maximum pulse current. The LED chips are typically bonded with extremely thin gold or silver wires or electrically connected. If there is a current overload, a failure often occurs in the area of this connection. The type-specific performance data provide information about this type-dependent limit. It can generally be assumed that the "operating voltage" of an LED can be increased by a factor of 2 to 3 up to this value, ie from typically 2V to up to 5-6V.
Vorzugsweise sind der Impulsgeber und der schnelle elektronischeThe pulse generator and the fast electronic are preferred
Schalter so ausgebildet, daß sie gemeinsam mit dem Vorwiderstand eine Strombegrenzung durch die LEDs bewirken. Insbesondere kann man den schnellen elektronischen Schalter so ansteuern, daß er nach Art eines regelbaren Widerstands arbeitet. Das führt zu einem sehr sicheren und konstanten Betrieb, was eine Zerstörung der LEDs durch das Auftreten von Stromspitzen selbst im Bereich von deren Betriebsgrenze verhindert. Dadurch kann insbesondere der Vorwiderstand besonders klein gewählt werden, was die an dem Vorwiderstand abgegebene Verlustleistung deutlich verringert.Switch designed so that they cause a current limitation through the LEDs together with the series resistor. In particular, you can control the fast electronic switch so that it works in the manner of an adjustable resistor. This leads to very safe and constant operation, which prevents the LEDs from being destroyed by the occurrence of current peaks even in the area of their operating limit. As a result, the series resistor in particular can be chosen to be particularly small, which significantly reduces the power dissipated at the series resistor.
Vorzugsweise ist der Impulsgeber mit einer elektronischen Schaltung aufgebaut, die aufweist:The pulse generator is preferably constructed with an electronic circuit which has:
(a) einen von einer Konstantstromquelle aufladbaren Kondensator;(a) a capacitor chargeable from a constant current source;
(b) einen mit zwei Widerständen gebildeten Spannungsteiler zur Erzeugung einer Referenzspannung;(b) a voltage divider formed with two resistors for generating a reference voltage;
(c) einen an die Referenzspannung und die Kondensatorspannung angeschlossenen Unijunktionstransistor, der zündet, sobald die Kondensatorspannung etwas kleiner als die Referenzspannung wird; und (d) einen an den Unijunktionstransistor und den Kondensator angeschlossenen Schalter, der durch das Zünden des Unijunktionstransistors für die Dauer eines Impulses leitend geschaltet wird.(c) a uni-function transistor connected to the reference voltage and the capacitor voltage, which fires as soon as the capacitor voltage becomes somewhat less than the reference voltage; and (d) a switch connected to the uni-function transistor and the capacitor, which is switched on by the ignition of the uni-function transistor for the duration of a pulse.
Ein derartiger Aufbau läßt sich im wesentlichen aus Standardbauteilen realisieren. Bei der bevorzugten zusätzlichen Verwendung eines MOSFET-Bauelements als schnellem elektronischen Schalter läßt sich relativ günstig ein solches Vorschaltgerät für die LEDs realisieren. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit zu einer weiteren Integration der entsprechenden Schaltung zu einem integrierten Schaltkreis. Das entsprechende Vorschaltgerät kann bei entsprechender Stückzahl zu äußerst günstigen Konditionen hergestellt werden. Vorzugsweise ist die elektronische Schaltung des Impulsgebers parallel zu dem Stromkreis der LEDs an die Gleichrichterschaltung angeschlossen. DieSuch a structure can essentially be realized from standard components. With the preferred additional use of a MOSFET component as a fast electronic switch, such a ballast for the LEDs can be implemented relatively cheaply. In addition, there is the possibility of further integration of the corresponding circuit into an integrated circuit. The corresponding ballast can be manufactured with the appropriate number of items at extremely favorable conditions. The electronic circuit of the pulse generator is preferably connected to the rectifier circuit in parallel with the circuit of the LEDs. The
Gleichrichterschaltung kann beispielsweise eine Ein-Weg- Gleichrichterschaltung oder auch eine Brückengleichrichterschaltung sein, wobei sie vorzugsweise mit einem Glättungskondensator ausgestattet ist, um einen im wesentlichen konstanten Strom zur Verfügung zu stellen. Der parallele Anschluß der elektronischen Schaltung des Impulsgebers an den Stromkreis der LED ist von daher besonders günstigt, als daß keine zusätzlichen Netzbauteile für den Schaltkreis erforderlich sind und der Aufbau deutlich vereinfacht ist. Andere Anschlußmöglichkeiten können jedoch auch vorgesehen sein. Insbesondere wird darauf hingewiesen, daß die vorstehend beschriebene elektronische Schaltung zusammen mit einerRectifier circuit can be, for example, a one-way rectifier circuit or also a bridge rectifier circuit, wherein it is preferably equipped with a smoothing capacitor in order to provide an essentially constant current. The parallel connection of the electronic circuit of the pulse generator to the circuit of the LED is therefore particularly advantageous in that no additional network components are required for the circuit and the structure is significantly simplified. However, other connection options can also be provided. In particular, it is pointed out that the electronic circuit described above together with a
Mehrzahl von LEDs, einem schnellen elektronischen Schalter und einen Vorwiderstand, und insbesondere ohne die Gleichrichterschaltung zum Anschluß an die Spannung des öffentlichen Stromnetzes und ohne, daß der Vorwiderstand wesentlich kleiner ist, als es für den Betrieb bei konstantem Strom erforderlich wäre, für selbständig erfinderisch angesehen wird.A plurality of LEDs, a fast electronic switch and a series resistor, and in particular without the rectifier circuit for connection to the voltage of the utility grid and without the series resistor being substantially smaller than it is for operation constant current would be required for independent inventive is considered.
Vorzugsweise ist der Vorwiderstand zwischen dem schnellen elektronischen Schalter und dem Basispotential der Schaltung vorgesehen, während die LEDs zwischen dem schnellen elektronischen Schalter und dem hohen Potential vorgesehen sind und noch weiter bevorzugt ist eine Spannungsbegrenzungsdiode zur Begrenzung der Ansteuerspannung des schnellen elektronischen Schalters vorgesehen, wodurch eine Strombegrenzung durch die LEDs bewirkt wird. Mit dieserThe series resistor is preferably provided between the fast electronic switch and the base potential of the circuit, while the LEDs are provided between the fast electronic switch and the high potential, and even more preferably a voltage limiting diode is provided to limit the drive voltage of the fast electronic switch, thereby limiting the current is caused by the LEDs. With this
Schaltung kann man den schnellen elektronischen Schalter in der oben geschilderten Art eines regelbaren Widerstands ansteuern und den konstanten Stromfluß durch die LEDs sicherstellen.Circuit you can control the fast electronic switch in the manner of a variable resistor described above and ensure the constant current flow through the LEDs.
Vorzugsweise sind mindestens einige der Mehrzahl von LEDsPreferably at least some of the plurality are LEDs
"Weißlicht-LEDs". Gerade für Beleuchtungszwecke, insbesondere als Nachtbeleuchtung ist weißes Licht besonders bevorzugt. Dabei kann es sich bei den Weißlicht-LEDs entweder um solche LEDs handeln, bei denen auf einem Chip in einer Ebene mehrere LEDs mit unterschiedlicher Farbe angeordnet sind. Typischerweise sind dabei vier"White light LEDs". White light is particularly preferred for lighting purposes, in particular as night lighting. The white light LEDs can either be LEDs in which a plurality of LEDs with different colors are arranged on one chip in one plane. There are typically four
LEDs - eine rote, eine grüne und zwei blaue - räumlich sehr eng beeinander angeordnet. Dieser LEDs werden auch typischerweise in Hintereinanderschaltung betrieben. Das Auge faßt das Licht dieser LEDs in additiver Mischung als weißes Licht auf. Seit kurzem sind auch Weißlicht-LEDs erhältlich, bei denen es sich um blaue LEDs handelt, die mit Phosphor beschichtet sind. Durch die blaue Strahlung der LEDs werden in dem Phosphor die Elektronen in höhere Energieniveaus angeregt und erzeugen bei der Rückkehr in den Grundzustand das weiße Licht. In dem Fall der Anordnung einer Mehrzahl von additiven Weißlicht- LEDs, d. h. Weißlicht-LEDs, die aus verschiedenfarbigen Einzel-LEDs aufgebaut sind, kann es vorteilhaft sein, die LEDs jeweils gleicher Farbe jeweils in Reihe mit einem separaten Vorwiderstand, einem separaten schnellen elektronischen Schalter und einem separaten Impulsgeber vorzusehen, so daß durch eine Abstimmung der Helligkeiten der einzelnen Farben in Summe Licht einer bestimmten Farbe erzeugt werden kann.LEDs - one red, one green and two blue - are spatially very closely arranged. These LEDs are also typically operated in series. The eye perceives the light of these LEDs in an additive mixture as white light. White light LEDs, which are blue LEDs coated with phosphorus, have also recently become available. The blue radiation of the LEDs excites the electrons in the phosphor to higher energy levels and generates the white light when it returns to the basic state. In the case of the arrangement of a plurality of additive white light LEDs, ie white light LEDs which are made up of differently colored individual LEDs, it can be advantageous to in each case have the LEDs of the same color in series with a separate series resistor, a separate fast electronic switch and to provide a separate pulse generator, so that a total of light of a certain color can be generated by coordinating the brightness of the individual colors.
Es ist besonders bevorzugt, die beschriebene Lichtquelle, d. h. dieIt is particularly preferred to use the described light source, i. H. the
Anordnung aus LEDs, elektrisch schnellem Schalter, Vorwiderstand, Impulsgeber und Gleichrichterschaltung mit einem üblichen Befestigungssockel zu versehen, der mit einer üblichen Befestigungsfassung verwendet werden kann. Das ermöglicht es, ohne die vorhandene Beleuchtungsstruktur zu ändern, bisher gebräuchlicheArrangement of LEDs, fast electrical switch, series resistor, pulse generator and rectifier circuit to be provided with a standard mounting base that can be used with a standard mounting socket. This makes it possible to change the lighting structure used up to now
Lampen, beispielsweise Glühlampen, durch die erfindungsgemäße Lichtquelle zu ersetzen.To replace lamps, for example incandescent lamps, by the light source according to the invention.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verkehrssignalanlage, aufweisend mindestens eine Lichtquelle der vorangehend beschriebenen Art. Gerade bei Verkehrssignalanlagen, d. h. bei typischen Ampelanlagen ist der Einsatz von LED-Lichtquellen besonders günstig. So ist ein wesentlicher Kostenfaktor bei Verkehrssignalanlagen der relativ häufig erforderliche Austausch der üblichen Lampen. Durch den Einsatz einer Lichtquelle der vorangehend beschriebenen Art lassen sich die Austauschintervalle um den Faktor 2 oder mehr verlängern, was zu einer mehr als Halbierung der üblichen Wartungskosten führt. Andererseits macht sich auch der geringere Energieverbrauch der LEDs bei den laufenden Betriebskosten deutlich bemerkbar. Dazu kommt, daß sich durch die Verwendung von farblich passenden Lichtquellen, beispielsweise roten, gelben und grünen Lichtquellen in Ampelanlagen die Energieausnutzung sich weiter verbessern läßt. So ist der Lichtverlust in den den entsprechenden Farbfiltern (Filter für grünes Licht, Filter für rotes Licht, Filter für gelbes Licht) äußerst gering. Aus zwei Gründen ist es vorteilhaft, dieThe invention further relates to a traffic signal system having at least one light source of the type described above. Especially in traffic signal systems, ie in typical traffic light systems, the use of LED light sources is particularly favorable. An important cost factor in traffic signal systems is the relatively frequent replacement of the usual lamps. By using a light source of the type described above, the replacement intervals can be extended by a factor of 2 or more, which leads to a more than halving of the usual maintenance costs. On the other hand, the lower energy consumption of the LEDs is clearly noticeable in the running operating costs. In addition, the use of Color-matching light sources, for example red, yellow and green light sources in traffic lights, the energy efficiency can be further improved. The loss of light in the corresponding color filters (filter for green light, filter for red light, filter for yellow light) is extremely low. It is beneficial for two reasons
Farbfilter dennoch beizubehalten. Einerseits spielt hier der schon erwähnte Gesichtspunkt der einfachen Austauchbarkeit der konventionellen Lampen durch die erfindungsgemäße Lichtquelle eine Rolle. Andererseits können die Filter dazu dienen, Streulicht, beispielsweise durch Sonneneinstrahlung drastisch zu reduzieren. Das gilt insbesondere dann, wenn die Filter in ihrem Durchlaßbereich an das sehr schmale Frequenzband der LEDs angepaßt sind.Color filters still to be retained. On the one hand, the already mentioned aspect of the simple replacement of the conventional lamps by the light source according to the invention plays a role here. On the other hand, the filters can serve to drastically reduce stray light, for example due to solar radiation. This applies in particular if the filters in their passband are adapted to the very narrow frequency band of the LEDs.
Gerade im Zusammenhang mit den Verkehrssignalanlagen ist die Verwendung der Lichtquelle mit üblichen Befestigungssockeln besonders bevorzugt.Especially in connection with the traffic signal systems, the use of the light source with conventional mounting bases is particularly preferred.
Besonders bevorzugt ist auch die Möglichkeit der Variation der Impulspause in diesem Zusammenhang. Man kann sich leicht vorstellen, daß bei Verkehrssignalanlagen die Beleuchtungsintensität im Tag- bzw.The possibility of varying the pulse pause in this context is also particularly preferred. It is easy to imagine that in traffic signal systems the lighting intensity during the day or
Nachtbetrieb deutlich unterschiedlich sein kann und muß. Tagsüber muß eine relativ hohe Intensität vorherrschen, um auch bei widrigster Sonnenbestrahlung ein sicheres Erkennen des Signalzustands zu gewährleisten. Nachts hingegen ist darauf zu achten, daß die Beleuchtungsintensität nicht übermäßig ist, um ein Geblendetwerden vonNight operation can and must be significantly different. A relatively high intensity must prevail during the day in order to ensure reliable detection of the signal state even in the most adverse sunlight. At night, however, care must be taken to ensure that the lighting intensity is not excessive in order to avoid being dazzled
Verkehrsteilnehmern sicher zu verhindern. Der beschriebene Dimmeffekt kann hier vorteilhaft genutzt werden. Es ist sogar vorstellbar, die Intensität abhängig von der tatsächlichen Lichtsituation jeweils momentan zu erfassen, beispielsweise mit einer Photozelle, und die momentan erforderliche Lichtintensität der Signalanlage anhand dieser Information, beispielsweise automatisch, anzupassen. Selbst bei Tag ist mit einer derartigen Regelung nur selten ein Betrieb der Signalanlage erforderlich, bei dem höchste Intensität der Lichtquelle gefordert ist. Damit läßt sich eine noch weitergehende Energieeinsparung realisieren. To prevent road users safely. The described dimming effect can be used to advantage here. It is even conceivable to record the intensity at the moment depending on the actual lighting situation, for example with a photocell, and that at the moment Adjust the required light intensity of the signal system based on this information, for example automatically. Even during the day, such a control rarely requires the signal system to operate at the highest intensity of the light source. This enables even greater energy savings to be achieved.
Die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigen:The invention and refinements of the invention are explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Lichtquelle;Fig. 1 shows schematically the structure of a light source according to the invention;
Fig. 2 schematisch den Aufbau einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtquelle;2 schematically shows the structure of another embodiment of the light source according to the invention;
Fig. 3 eine Darstellung der Stromimpulse über die Zeit; und3 shows the current pulses over time; and
Fig. 4 einen schematischen Schaltplan einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtquelle.Fig. 4 is a schematic circuit diagram of a possible embodiment of the light source according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtquelle aufweisend eine1 shows a light source according to the invention having a
Mehrzahl von hintereinandergeschalteten lichtemittierenden Dioden (LEDs) 2, die in Reihe mit einem Vorwiderstand 4 geschaltet sind. In dem Stromkreis der LEDs befindet sich ferner ein schneller elektronischer Schalter 6. Als Stromquelle ist eine Gleichrichterschaltung 8 vorgesehen, die für den direkten Anschluß an die Spannung des öffentlichen Stromnetzes, d. h. typischerweise 230V bzw. 110V Wechselspannung, ausgebildet ist. Die Gleichrichterschaltung kann beispielsweise eine Ein-Weg-Gleichrichterschaltung oder eine Brückenschaltung sein, in der zur Glättung der gleichgerichteten Wechselspannung beispielsweise ein Kondensator vorgesehen ist. So stellt die Gleichrichterschaltung beim Anschluß an ein lOOV-Stromnetz dem Stromkreis der LEDs eine Spannung in der Größenordnung von 150V zur Verfügung, während bei Betrieb am 230V-Stromnetz dem Stromkreis eine im wesentlichen konstante Spannung in der Größenordnung von 320V zur Verfügung gestellt wird. Der schnelle elektronische Schalter 6 ist an einen Impulsgeber 10 angeschlossen. Der Impulsgeber 10 liefert an den schnellen elektronischen Schalter 6 Steuersignale zum Öffnen und Schließen des Stromkreises. Die Steuersignale bestimmen die Länge der Impulsdauer, bestimmen dieA plurality of light emitting diodes (LEDs) 2 connected in series, which are connected in series with a series resistor 4. There is also a fast electronic switch 6 in the circuit of the LEDs. A rectifier circuit 8 is provided as the current source, which is designed for direct connection to the voltage of the public power grid, ie typically 230V or 110V AC voltage. The rectifier circuit can be, for example, a one-way rectifier circuit or a bridge circuit in which, for example, a capacitor is provided for smoothing the rectified AC voltage. For example, the rectifier circuit provides a voltage of the order of 150V for the circuit of the LEDs when connected to an IOOV power supply network, while when operating on the 230V power supply system the circuit has an essentially constant voltage in the Magnitude of 320V is provided. The fast electronic switch 6 is connected to a pulse generator 10. The pulse generator 10 supplies the fast electronic switch 6 with control signals for opening and closing the circuit. The control signals determine the length of the pulse duration, determine the
Wiederholfrequenz der Impulse und damit das Tastverhältnis, d. h. das Verhältnis von Impulsdauer zu der Periodendauer. Die Höhe des Stroms durch die LEDs 2 ist in erster Linie von dem Gesamtwiderstand im Stromkreis der LEDs, d. h. insbesondere von der Größe des Vorwiderstands 4, bestimmt.Repetition frequency of the pulses and thus the duty cycle, d. H. the ratio of pulse duration to period. The amount of current through the LEDs 2 is primarily dependent on the total resistance in the circuit of the LEDs, i. H. determined in particular by the size of the series resistor 4.
Der schnelle elektronische Schalter 6 selbst kann beispielsweise ein Transistor und insbesondere ein MOSFET-Transistor sein. Als besonders geeignet haben sich n-Kanal MOSFETs gezeigt, weil sie zum einen preisgünstiger und zum anderen auch schneller schaltend sind als ein p-The fast electronic switch 6 itself can be, for example, a transistor and in particular a MOSFET transistor. N-channel MOSFETs have proven to be particularly suitable because, on the one hand, they are cheaper and, on the other hand, they switch faster than a p-
Kanal MOSFET mit gleicher elektrischer Belastbarkeit. Zur Vermeidung von Verlusten sollte der schnelle elektronische Schalter 6 im leitenden Zustand nur einen sehr geringen Widerstand aufweisen. Es sollte ferner besonders kurze Ein- und Ausschaltzeiten haben, um einen besonders steilen Flankenanstieg und -abfall der Stromimpulse zu ermöglichen.Channel MOSFET with the same electrical load capacity. To avoid losses, the fast electronic switch 6 should have only a very low resistance in the conductive state. It should also have particularly short switch-on and switch-off times in order to enable a particularly steep rise and fall of the current pulses.
Die spezielle Art und Anzahl der LEDs 2 wird abhängig von dem beabsichtigten Verwendungszweck gewählt. LEDs werden in unterschiedlichsten Farben und mit unterschiedlichsten Betriebsdaten geliefert. Dabei gibt es sogenannte "Weißlicht-LEDs", die ein weißesThe special type and number of LEDs 2 is selected depending on the intended use. LEDs are supplied in a wide variety of colors and with a wide variety of operating data. There are so-called "white light LEDs", which are white
Licht liefern, wie es typischerweise zu Beleuchtungszwecken besonders erwünscht ist. Bisher waren käufliche Weißlicht-LEDs aus einer Mehrzahl von LEDs unterschiedlicher Farbe aufgebaut, beispielsweise einer grünen, einer roten und zwei blauen LEDs, die in einer Ebene räumlich sehr nahe beeinander angeordnet waren. Durch die additive Farbmischung hat sich für den Betrachter der Eindruck eines blauen Lichts ergeben. Seit kurzem gibt es daneben einen Typ von Weißlicht- LED, der nicht nach dem Prinzip der additiven Farbmischung arbeitet. Diese Weißlicht-LEDs beruhen auf einer blauen LED, die an ihrerProviding light as is typically particularly desirable for lighting purposes. So far, commercially available white light LEDs were made up of a plurality of LEDs of different colors, for example one green, one red and two blue LEDs, which are in one plane were spatially very close to each other. The additive color mixing gave the viewer the impression of blue light. Recently there has also been a type of white light LED that does not work on the principle of additive color mixing. These white light LEDs are based on a blue LED on their
Lichtabgabeseite eine Phosphorbeschichtung aufweist. Das Licht der blauen LED regt die Elektronen in den Phosphoratomen auf höhere Energieniveaus an. Bei der Rückkehr in die darunterliegenden Energieniveaus wird von den Phosphoratomen weißes Licht abgegeben. Das geschieht mit einem derart guten Wirkungsgrad, daß bei einer erfindungsgemäßen Lichtquelle, die mit derartigen Weißlicht-LEDs arbeitet, eine Wirkungsgradverbesserung um bis zu Faktor 2 gegenüber üblichen Leuchtstofflampen erzielt werden kann. Auch mit den bisher g ä n g i g e n ad d it i v e n W e i ß l i ch t- L E D s l a s s e n s ich Wirkungsgradverbesserungen in dieser Größenordnung verwirklichen.Light emission side has a phosphor coating. The light from the blue LED stimulates the electrons in the phosphorus atoms to higher energy levels. On returning to the underlying energy levels, white light is emitted by the phosphorus atoms. This is done with such a high efficiency that an improvement in efficiency by up to a factor of 2 compared to conventional fluorescent lamps can be achieved with a light source according to the invention which works with such white light LEDs. Even with the previously used ad d it i v e n W e i ß l i ch t- L E D s l a s s e n s I achieve efficiency improvements of this magnitude.
Schaltet man bei den bisher bekannten additiven Weißlicht-LEDs, die aus Dioden unterschiedlicher Farben bestehen die Dioden gleicher Farbe 2r, 2g, 2b (für rot, grün und blau) der einzelnen LEDs in der in Fig. 2 gezeigten Weise hintereinander und bildet man einen im wesentlichen separaten Stromkreis für jede Farbe in diesen LEDs, d. h. mit separatem schnellen elektronischen Schalter 6r, 6g, 6b und separatem Impulsgeber lOr, 10g, 10b, so kann durch Variation der Helligkeit der einzelnen Farben in den LEDs durch die additive Farbmischung im Prinzip jede gewünschte Farbe erzeugt werden.With the additive white light LEDs known to date, which consist of diodes of different colors, the diodes of the same color 2r, 2g, 2b (for red, green and blue) of the individual LEDs are connected in series in the manner shown in FIG. 2 and one is formed essentially separate circuit for each color in these LEDs, i.e. H. With a separate fast electronic switch 6r, 6g, 6b and a separate pulse generator lOr, 10g, 10b, in principle any desired color can be generated by varying the brightness of the individual colors in the LEDs through the additive color mixing.
Konventionsgemäß ist in dem Stromkreis der LEDs die obere Schiene 12 auf dem hohen Potential, während sich die untere Schiene 14 auf dem Bezugspotential, beispielsweise Erdung, befindet. In Fig. 1 und 2 ist der Vorwiderstand 4 zwischen dem schnellen elektronischen Schalter 6 und dem Basispotential 14 gezeigt. Er kann jedoch genauso gut zwischen dem schnellen elektronischen Schalter 6 und dem hohen Potential 12 vorgesehen sein.Conventionally, in the circuit of the LEDs, the upper rail 12 is at the high potential, while the lower rail 14 is at the reference potential, for example ground. 1 and 2 is the Series resistor 4 between the fast electronic switch 6 and the base potential 14 shown. However, it can equally well be provided between the fast electronic switch 6 and the high potential 12.
In der Fig. 3 sind die Stromimpulse gezeigt, wie sie von dem Nadelimpulsgeber 10 in Verbindung mit dem schnellen elektronischen Schalter 6 an die LEDs 2 angelegt werden. Man erkennt einzelne relativ kurze Impulse, die in regelmäßigen Abständen aufeinander folgen. In der Fig. 3 ist auf der Querachse die Zeit t und auf der Hochachse der StromFIG. 3 shows the current pulses as they are applied to the LEDs 2 by the needle pulse generator 10 in connection with the fast electronic switch 6. One recognizes individual relatively short impulses that follow one another at regular intervals. 3 is the time t on the transverse axis and the current on the vertical axis
I angegeben. Man erkennt die konstante Höhe der Impulse, die einem konstanten Impulsstrom I, entspricht. Die Impulsdauer ist mit ^ angegeben. Die Periodendauer, d. h. beispielsweise die Dauer vom Beginn eines Impulses bis zum Beginn des darauffolgenden Impulses, ist mit T angegeben. Die Wiederholfrequenz ist damit als 1/T bestimmt. DieI specified. The constant level of the pulses, which corresponds to a constant pulse current I, can be seen. The pulse duration is indicated with ^. The period, i.e. H. for example, the duration from the beginning of a pulse to the beginning of the following pulse is indicated by T. The repetition frequency is thus determined as 1 / T. The
Zeit zwischen zwei Impulsen, d. h. die Impulspause ist als TP angegeben.Time between two pulses, ie the pulse pause is given as T P.
In Fig. 3 ist ferner der Strom Iκ als der Maximalstrom angegeben, mit dem die LEDs im Konstantbetrieb höchstens betrieben werden können.In Fig. 3, the current I κ is also specified as the maximum current with which the LEDs can be operated at most in constant operation.
Die in der Fig. 3 dargestellten Größenverhältnisse entsprechen in etwa den Größenverhältnissen, die der Vergleichsrechnung in der Beschreibungseinleitung zugrundeliegen.The size relationships shown in FIG. 3 correspond approximately to the size relationships on which the comparative calculation is based in the introduction to the description.
Fig. 4 zeigt schematisch einen Schaltplan einer möglichenFig. 4 shows schematically a circuit diagram of a possible
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Lichtquelle. Generell entspricht Fig. 4 in ihrem Aufbau im wesentlichen der Fig. 1. So erkennt man ganz links in Fig. 4 den Stromkreis der LEDs 2 mit dem schnellen elektronischen Schalter 6 und dem Vorwiderstand 4. Der Impulsgeber 10 ist mit einer unterbrochenen Linie zur Begrenzung in dem Schaltkreis dargestellt. Man erkennt insbesondere, daß der Impulsgeber 10 an das hohe Potential 12 bzw. das Bezugspotential 14 des Stromkreises der LEDs 2 angeschlossen ist.Embodiment of an LED light source according to the invention. In general, FIG. 4 essentially corresponds to FIG. 1 in its construction. Thus, on the far left in FIG. 4, the circuit of the LEDs 2 with the fast electronic switch 6 and the series resistor 4 can be seen. The pulse generator 10 is shown with a broken line for limitation in the circuit. It can be seen in particular that the pulse generator 10 is connected to the high potential 12 or the reference potential 14 of the circuit of the LEDs 2.
Im folgenden wird mehr ins Detail gehend auf den Impulsgeber 10 eingegangen. Die wesentlichen Bauteile dieses Schaltkreises sind der Kondensator Cl, der von einer konstanten Stromquelle aufladbar ist, ein mit den zwei Widerständen R13 und R14 gebildeter Spannungsteiler zur Erzeugung einer Referenzspannung UR, ein an die Referenzspannung UR und die Kondensatorspannung Uc angeschlossener Unijunktionstransistor UJT, der zündet, sobald die Kondensatorspannung Uc etwas kleiner als die Referenzspannung UR wird, und ein an den Unijunktionstransistor UJT und den Kondensator Cl angeschlossener Schalter Sl, der durch das Zünden des Unijunktionstransistors UJT für die Dauer eines Impulses leitend geschaltet wird.The pulse generator 10 is discussed in more detail below. The essential components of this circuit are the capacitor Cl, which can be charged by a constant current source, a voltage divider formed with the two resistors R13 and R14 for generating a reference voltage U R , a uni-function transistor UJT connected to the reference voltage U R and the capacitor voltage U c , which ignites as soon as the capacitor voltage U c becomes somewhat lower than the reference voltage U R , and a switch S1 connected to the unijunction transistor UJT and the capacitor Cl, which is switched on by the ignition of the unijunction transistor UJT for the duration of a pulse.
In der vorliegenden Schaltung besteht die Konstantstromquelle zur Aufladung des Kondensators Cl aus dem Transistor Tl, den Widerständen Rl und R2 und den Dioden D20 und D21. DerIn the present circuit, the constant current source for charging the capacitor C1 consists of the transistor T1, the resistors R1 and R2 and the diodes D20 and D21. The
Unijunktionstransistor UJT ist aus zwei Transistoren T3 und T5 gebildet. Der Schalter Sl ist von dem Transistor T4 und den Widerständen R9 und RIO gebildet. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß insbesondere die Konstantstromquelle und der Schalter Sl auch völlig anders aufgebaut sein können. Beispielsweise gibt es IC-Schaltungen, die als Ersatz für den gezeigten Aufbau des Schalters Sl dienen können. Ähnliche Schaltungen können auch als Konstantstromquelle für den Kondensator Cl verwendet werden. Auch für den Unijunktionstransistor UJT lassen sich andere Realisierungsmöglichkeiten vorstellen. Auch andere Bauelemente des gezeigten Schaltkreises sind nicht zwangsläufig erforderlich. So dient der Transistor T6 im wesentlichen als ein Verstärkungstransistor für die an den schnellen elektronischen Schalter 6 abzugebenden Steuerimpulse. Dieser kann abhängig von der speziellen Wahl des schnellen elektronischen Schalters 6 bzw. von derUnijunction transistor UJT is formed from two transistors T3 and T5. The switch S1 is formed by the transistor T4 and the resistors R9 and RIO. It should be particularly pointed out that in particular the constant current source and the switch S1 can also be constructed completely differently. For example, there are IC circuits that can serve as a replacement for the structure of the switch S1 shown. Similar circuits can also be used as a constant current source for the capacitor C1. Other implementation options can also be imagined for the uni-function transistor UJT. Other components of the circuit shown are also not absolutely necessary. The transistor T6 essentially serves as an amplification transistor for the control pulses to be delivered to the fast electronic switch 6. This can depend on the special choice of the fast electronic switch 6 or on the
Wahl des Schalters Sl entfallen. Desweiteren ist beispielsweise ein Pufferkondensator C2 in der Schaltung gezeigt, der zur Stabilisierung der Schaltung vorgesehen aber nicht zwangsläufig erforderlich ist. Auch der Widerstand Rll ist nicht unbedingt erforderlich, er erleichtert im wesentlichen die Wahl und Abstimmung der Widerstände R13 und R14.Selection of the switch Sl is omitted. Furthermore, a buffer capacitor C2 is shown in the circuit, for example, which is provided for stabilizing the circuit but is not absolutely necessary. Resistor R11 is also not absolutely necessary, it essentially facilitates the selection and tuning of resistors R13 and R14.
Im Schaltkreis ist auch eine Spannungsbegrenzerdiode D30 vorgesehen, die den Zweck hat, die Ansteuerspannung an den schnellen elektronischen Schalter 6 zu begrenzen. Auch dieses Bauteil, wenngleich vorteilhaft, ist nicht zwingend erforderlich.A voltage limiter diode D30 is also provided in the circuit, the purpose of which is to limit the drive voltage at the fast electronic switch 6. This component too, although advantageous, is not absolutely necessary.
Beim Betrieb der Schaltung wird der Kondensator Cl von der Konstantstromquelle geladen, dabei fällt die Kondensatorspannung Uc an dem unteren Ende des Kondensators Cl innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls allmählich ab, bis die Kondensatorspannung Uc etwas kleiner ist als die von dem aus den Widerständen R13 und R14 gebildeten Spannungsteiler erzeugte Referenzspannung UR. In diesem Augenblick fängt der Unijunktionstransistor UJT an zu leiten. Dabei wird der Kondensator Cl über den Unijunktionstransistor UJT und die Widerstände R9 und RIO entladen. Solang zwischen den Widerständen R9 und RIO Strom fließt, wird der Transistor T4 und über dieDuring operation of the circuit, the capacitor Cl is charged by the constant current source, the capacitor voltage U c at the lower end of the capacitor Cl gradually falling within a predetermined time interval until the capacitor voltage U c is slightly less than that of the resistors R13 and R14 formed voltage divider generated reference voltage U R. At this moment, the uni-function transistor UJT begins to conduct. The capacitor C1 is discharged via the uni-function transistor UJT and the resistors R9 and RIO. As long as current flows between the resistors R9 and RIO, the transistor T4 and the
Widerstände R7, R8 der Transistor T2 leitend geschaltet. Durch das Leitendschalten des Transistors T2 wird der Transistor Tl abgeschaltet, d. h. die Konstantstromquelle wird abgeschaltet und der Ladestrom zu dem Kondensator Cl unterbrochen. Gleichzeitig wird ferner über ein Leitendschalten des Kondensators T6 der Steuerimpuls vom Impulsgeber 10 abgegeben, d. h. an den schnellen elektronischen Schalter angelegt. Sobald der Kondensator Cl entladen ist sperren die Transistoren T4, T2 und T6 und durch das Sperren des Transistors T2 wird der Transistor Tl wieder leitend geschaltet, d. h. die Konstantstromquelle beginnt erneut, den Kondensator Cl zu laden und der Ablauf beginnt von neuem.Resistors R7, R8 of transistor T2 are turned on. By switching transistor T2 on, transistor T1 is switched off, ie the constant current source is switched off and the charging current to capacitor C1 is interrupted. At the same time it is also about a Switching on the capacitor T6, the control pulse is emitted by the pulse generator 10, ie applied to the fast electronic switch. As soon as the capacitor C1 is discharged, the transistors T4, T2 and T6 turn off and by turning off the transistor T2 the transistor T1 is turned on again, ie the constant current source starts to charge the capacitor C1 again and the process begins again.
Aus dem Gesagten ergibt sich, daß man über den Gesamtwiderstand von R9 und RIO die Entladegeschwindigkeit des Kondensators Cl und damit die Impulslänge variieren kann. Andererseits läßt sich über die Änderung der Größe des Widerstands Rl die Größe des Ladestroms der Konstantstromquelle für den Kondensator Cl und damit die Impulspause regeln. Eine Änderung der Kapazität des Kondensators Cl dagegen bewirkt in erster Linie eine Änderung nur der Frequenz bei gleichem Verhältnis von Impulslänge zu Periodendauer, d. h. bei gleichemIt follows from what has been said that the discharge speed of the capacitor C1 and thus the pulse length can be varied over the total resistance of R9 and RIO. On the other hand, the size of the charging current of the constant current source for the capacitor Cl and thus the pulse pause can be regulated by changing the size of the resistor R1. A change in the capacitance of the capacitor C1, on the other hand, primarily results in a change in only the frequency with the same ratio of pulse length to period, i. H. with the same
Tastverhältnis.Duty cycle.
In der praktischen Anwendung ist die Möglichkeit der Variation der Länge der Impulspause bei gleicher Impulslänge eine sehr günstige Möglichkeit, um die den Dioden zugeführte Strommenge und damit dieIn practical use, the possibility of varying the length of the pulse pause with the same pulse length is a very favorable option for the amount of current supplied to the diodes and thus the
Intensität des Lichts der Lichtquelle zu regeln. Gerade bei Beleuchtungszwecken ist eine derartige Art der Regelung besonders wünschenswert, da auf diese Weise besonders einfach die Möglichkeit des Dimmens der Lichtquelle eröffnet ist.Regulate the intensity of the light from the light source. Such a type of control is particularly desirable for lighting purposes, since in this way the possibility of dimming the light source is opened in a particularly simple manner.
Wie vorangehend bereits ausgeführt, ist es erforderlich, den Strom durch die LEDs 2 zu begrenzen. Das wird in der vorliegenden Schaltung in einem bestimmten Maße von dem Vorwiderstand 4 bewirkt. Durch eine geringe Modifikation der Schaltung läßt sich diese Strombegrenzung über den Impulsgeber 10 und den schnellen elektronischen Schalter 6 verbessern, d. h. sehr präzise regeln. Zu diesem Zweck ist eine Spannungsbegrenzerdiode D30, beispielsweise eine Zenerdiode vorgesehen. Diese Diode D30 begrenzt die Ansteuerspannung an den schnellen elektronischen Schalter 6. Der schnelle elektronische Schalter 6 wird dann nicht zwangsläufig vollständig leitend geschaltet sondern wird in der Art eines regelbaren Widerstands betrieben. Voraussetzung ist jedoch, daß der Vorwiderstand 4 zwischen dem schnellen elektronischen Schalter 6 und dem Bezugspotential 14 vorgesehen ist. Im einzelnen ist der Mechanismus folgendermaßen: Wenn der Strom durch die LEDs 2 ansteigt, steigt die Spannung, die an dem Vorwiderstand 4 abfällt, was die wirksame Spannung zwischen dem Gate G und der Source S des als MOSFET vorgesehenen schnellen elektronischen Schalters 6 verringert. Diese Spannungsverringerung verringert die Leitfähigkeit des MOSFETs, d. h. erhöht dessen Widerstand und begrenzt damit den Strom durch denAs already stated above, it is necessary to limit the current through the LEDs 2. This is caused to a certain extent by the series resistor 4 in the present circuit. This current limitation can be overcome by modifying the circuit slightly improve the pulse generator 10 and the fast electronic switch 6, ie regulate very precisely. For this purpose, a voltage limiter diode D30, for example a zener diode, is provided. This diode D30 limits the drive voltage to the fast electronic switch 6. The fast electronic switch 6 is then not necessarily switched to completely conductive but is operated in the manner of a controllable resistor. However, the prerequisite is that the series resistor 4 is provided between the fast electronic switch 6 and the reference potential 14. The mechanism is as follows: When the current through the LEDs 2 increases, the voltage that drops across the series resistor 4 increases, which reduces the effective voltage between the gate G and the source S of the fast electronic switch 6 provided as a MOSFET. This voltage reduction reduces the conductivity of the MOSFET, ie increases its resistance and thus limits the current through the
MOSFET. Damit ist durch die Begrenzung der Ansteuerspannung des MOSFETs einerseits und durch die Anordnung des Vorwiderstands 4 zwischen der Source S des MOSFETs und dem Bezugspotential 14 ein Regelkreis für den Stromfluß durch den MOSFET vorgegeben. Dieser Regelkreis ist im wesentlichen unabhängig von dem Geschehen zwischen dem hohen Potential 12 und dem Drain D des MOSFET 6, d. h. der Strecke, in der die LEDs 2 vorgesehen sind. Damit läßt sich im Prinzip jede beliebige Anzahl von LEDs hintereinandergeschaltet betreiben, sofern sie in der Summe ihrer Betriebsspannungen in einem vernünftigen Verhältnis zu der zur Verfügung stehenden Spannung stehen. MOSFET. Thus, by limiting the control voltage of the MOSFET on the one hand and by arranging the series resistor 4 between the source S of the MOSFET and the reference potential 14, a control circuit for the current flow through the MOSFET is predetermined. This control loop is essentially independent of what is happening between the high potential 12 and the drain D of the MOSFET 6, i. H. the distance in which the LEDs 2 are provided. In principle, any number of LEDs can be operated in series, provided that the sum of their operating voltages is in a reasonable ratio to the available voltage.

Claims

Patentansprüche claims
1. Lichtquelle, aufweisend eine Mehrzahl von hintereinandergeschalteten LEDs (2), die in Reihe mit einem Vorwiderstand (4) geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, (a) daß der Stromkreis der LEDs (2) zusätzlich zu dem1. Light source, comprising a plurality of series-connected LEDs (2), which are connected in series with a series resistor (4), characterized in (a) that the circuit of the LEDs (2) in addition to the
Vorwiderstand (4) einen schnellen elektronischen Schalter (6) und als Stromquelle eine Gleichrichterschaltung (8), die im Betrieb an die Spannung des öffentlichen Stromnetzes angeschlossen ist, aufweist; (b) daß der schnelle elektronische Schalter (6) an einen ImpulsgeberSeries resistor (4) has a fast electronic switch (6) and as a current source a rectifier circuit (8), which is connected to the voltage of the public power grid during operation; (b) that the fast electronic switch (6) to a pulse generator
(10) angeschlossen ist, der Impulse mit einer Wiederholfrequenz von mindestens 70Hz liefert; (c) daß der Vorwiderstand (4) kleiner ist, als er das für Betrieb bei konstantem Strom wäre, (d) und daß die Anordnung so aufgebaut ist, daß die Stromamplitude an den LEDs (2) größer als der bei Konstantbetrieb zulässige Maximalstrom ist.(10) is connected, which delivers pulses with a repetition frequency of at least 70Hz; (c) that the series resistor (4) is smaller than it would be for operation at constant current, (d) and that the arrangement is so constructed that the current amplitude at the LEDs (2) is greater than the maximum current permissible during constant operation .
2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (10) so ausgebildet ist, daß das Tastverhältnis2. Light source according to claim 1, characterized in that the pulse generator (10) is designed so that the pulse duty factor
(Impulsdauer/Periodendauer) des an die LEDs (2) angelegten Stroms kleiner als 1/3, vorzugsweise kleiner als 10"1, noch bevorzugter kleiner 10'2 und noch bevorzugter kleiner 103 ist. (Pulse duration / period) of the current applied to the LEDs (2) is less than 1/3, preferably less than 10 "1 , more preferably less than 10 '2 and even more preferably less than 10 3 .
3. Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (10) so ausgebildet ist, daß die Wiederholfrequenz größer als 130Hz, vorzugsweise größer als 400Hz, noch bevorzugter größer als 1kHz und besonders bevorzugt größer als 10kHz ist.3. Light source according to claim 1 or 2, characterized in that the pulse generator (10) is designed so that the repetition frequency is greater than 130 Hz, preferably greater than 400 Hz, more preferably greater than 1 kHz and particularly preferably greater than 10 kHz.
4. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (10) so ausgebildet ist, daß die Impulsdauer kleiner oder gleich 103s, vorzugsweise kleiner 10"5s und besonders bevorzugt kleiner als 10'5s ist.4. Light source according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pulse generator (10) is designed so that the pulse duration is less than or equal to 10 3 s, preferably less than 10 "5 s and particularly preferably less than 10 '5 s .
5. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Impulspause (TP) bei konstant gehaltener Impulslänge (T,) und konstantem Strom (IP) variierbar ist.5. Light source according to one of claims 1 to 4, characterized in that the length of the pulse pause (T P ) with a constant pulse length (T,) and constant current (I P ) is variable.
6. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung so aufgebaut ist, daß der angelegte Strom (TP) um mehr als den Faktor 2, vorzugsweise um mehr als den Faktor 5, noch bevorzugter um mehr als den Faktor 10 und ganz besonders bevorzugt um mehr als den Faktor 20 größer als der bei Konstantbetrieb zulässige Maximalstrom (Ik) ist.6. Light source according to one of claims 1 to 5, characterized in that the arrangement is constructed such that the applied current (T P ) by more than a factor of 2, preferably by more than a factor of 5, more preferably by more than that Factor 10 and very particularly preferably greater than the maximum current (I k ) permissible in constant operation by more than a factor of 20.
7. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (10) und der schnelle elektronische Schalter (6) so ausgebildet sind, daß sie gemeinsam mit dem Vorwiderstand (4) eine Strombegrenzung durch die LEDs bewirken.7. Light source according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pulse generator (10) and the fast electronic switch (6) are designed so that they cause a current limitation by the LEDs together with the series resistor (4).
8. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (10) mit einer elektronischen Schaltung aufgebaut ist, die aufweist: (a) einen von einer Konstantstromquelle aufladbaren Kondensator (Cl);8. Light source according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pulse generator (10) is constructed with an electronic circuit which comprises: (a) a capacitor (Cl) which can be charged by a constant current source;
(b) einen mit zwei Widerständen (R13, R14) gebildeten Spannungsteiler zur Erzeugung einer Referenzspannung (UR); (c) einen an die Referenzspannung (UR) und die(b) a voltage divider formed with two resistors (R13, R14) for generating a reference voltage (U R ); (c) one to the reference voltage (U R ) and the
Ko nd e n s ato r sp annu n g ( Uc) an g e s ch l o s s e ne n Unijunktionstransistor (UJT), der zündet, sobald die Kondensatorspannung (Uc) etwas kleiner als die Referenzspannung (UR) wird; (d) und einen an den Unijunktionstransistor (UJT) und denKo nd ens ato r voltage (U c ) on connected uni-function transistor (UJT), which ignites as soon as the capacitor voltage (U c ) becomes slightly less than the reference voltage (U R ); (d) and one to the uni-function transistor (UJT) and the
Kondensator (Cl) angeschlossenen Schalters (Sl), der durch das Zünden des Unijunktionstransistors (UJT) für die Dauer eines Impulses (T,) leitend geschaltet wird.Capacitor (Cl) connected switch (Sl), which is turned on by the ignition of the uni-function transistor (UJT) for the duration of a pulse (T,).
9. Lichtquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung des Impulsgebers (10) parallel zu dem Stromkreis der LEDs (2) an die Gleichrichterschaltung (8) angeschlossen ist.9. Light source according to claim 8, characterized in that the electronic circuit of the pulse generator (10) is connected in parallel to the circuit of the LEDs (2) to the rectifier circuit (8).
10. Lichtquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der10. Light source according to claim 9, characterized in that the
Vorwiderstand (4) zwischen dem schnellen elektronischen Schalter (6) und dem Basispotential (14) der Schaltung vorgesehen ist und die LEDs (2) zwischen dem schnellen elektronischen Schalter (6) und dem hohen Potential (12) vorgesehen sind und daß eine Spannnungsbegrenzungsdiode (D30) zur Begrenzung derSeries resistor (4) is provided between the fast electronic switch (6) and the base potential (14) of the circuit and the LEDs (2) are provided between the fast electronic switch (6) and the high potential (12) and that a voltage limiting diode ( D30) to limit the
Ansteuerspannung des schnellen elektronischen Schalters (6) vorgesehen ist, wodurch eine Strombegrenzung durch die LEDs (2) bewirkt wird. Control voltage of the fast electronic switch (6) is provided, whereby a current limitation is effected by the LEDs (2).
11. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von LEDs (2) "Weißlicht-LEDs" sind.11. Light source according to one of claims 1 to 10, characterized in that the plurality of LEDs (2) are "white light LEDs".
12. Lichtquelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die LEDs (2r, 2g, 2b) jeweils gleicher Farbe von additiven "Weißlicht- LEDs" jeweils in Reihe mit einem separaten Vorwiderstand (4r, 4g, 4b), einem separaten schnellen elektronischen Schalter (6r, 6g, 6b) und einem separaten Impulsgeber (lOr, 10g, 10b) vorgesehen sind und durch Abstimmung der Helligkeiten der einzelnen Farben in Summe Licht einer bestimmten Farbe erzeugt werden kann.12. Light source according to claim 11, characterized in that the LEDs (2r, 2g, 2b) each have the same color of additive "white light LEDs" each in series with a separate series resistor (4r, 4g, 4b), a separate fast electronic switch (6r, 6g, 6b) and a separate pulse generator (lOr, 10g, 10b) are provided and, by coordinating the brightnesses of the individual colors, light of a particular color can be generated in total.
13. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen üblichen Befestigungssockel zur Verwendung mit einer üblichen Befestigungsfassung aufweist.13. Light source according to one of claims 1 to 12, characterized in that the light source has a conventional mounting base for use with a conventional mounting socket.
14. Verkehrssignalanlage, aufweisend mindestens eine Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13. 14. Traffic signal system, comprising at least one light source according to one of claims 1 to 13.
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