CN104113961A - 对半导体发光元件的驱控 - Google Patents

对半导体发光元件的驱控 Download PDF

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CN104113961A
CN104113961A CN201410160504.XA CN201410160504A CN104113961A CN 104113961 A CN104113961 A CN 104113961A CN 201410160504 A CN201410160504 A CN 201410160504A CN 104113961 A CN104113961 A CN 104113961A
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霍尔格·许布纳
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Osram GmbH
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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]
    • H05B45/40Details of LED load circuits
    • H05B45/44Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines

Abstract

本发明涉及一种用于驱控半导体发光元件的电路,其具有第一支路、以及至少一个另外的第二支路和第三支路,其中每个支路具有多个串联的半导体发光元件,其中在第一支路上或在第一支路的一部分上的电压降提供用于至少一个另外的第二支路和第三支路的供电电压。此外提出一种具有这种电路的灯、照明装置或照明系统。

Description

对半导体发光元件的驱控
技术领域
本发明设计一种用于驱控半导体发光元件的电路以及一种具有这种电流的灯、照明装置或照明系统。
背景技术
用于电网运行的可调光的广告高伏LED灯由供电单元和多个串联的白色LED构成。例如供电单元可以安置在灯的灯座中。供电单元从通过调光器切相的电源电压例如产生大约600mA的脉宽调制的恒定电流。两个导线与电路板连接,在该电路板上设置例如三个或四个白色LED。
光质量可以通过所谓的“Maggie”方案来改善。在此LED的光与不同的颜色混合:在示例性的方案中可以混合薄荷绿色、蓝色和红色。
Maggie方案的缺点在于色位坐标的温度恒定性较差。特别是红色LED具有显著取决于温度的效率。由此在灯接通之后的加热阶段中导致明显可见的色彩失真。
每种颜色的LED可以串联起来并且分别利用恒定电流来驱控。这种串联电路也称作支路。不同颜色的三个支路(也称作“颜色支路”)的电流关系确定了整个装置的色位坐标。通过对支路进行相应控制,因此除了装置的亮度以外,也可以改变或者在考虑预定值的情况下设定装置的色温。
在此的缺点在于,由于需要三个单独的恒定电流,因此必须在线路技术上高消耗地运行。此外不利的是需要附加的电路,该电路在色温变化时调节部分电流。在成本方面不利的是,除了成本以外,由于附加的电路几乎不能安置在PAR16灯的灯座中,因此也需要大的空间。
发明内容
本发明的目的在于,避免上述的缺点并且特别是给出一种用于驱控具有多个颜色支路的灯的有效解决方案。
该目的根据独立权利要求的特征来实现。本发明的改进方案也由从属权利要求中得出。
为了实现该目的,提出一种用于驱控半导体发光元件的电路,其
-具有第一支路和至少一个另外的支路,其中,这些支路中的每一个具有多个串联的半导体发光元件,
-其中,在第一支路上或在第一支路的一部分上的电压降提供用于至少一个另外的支路的供电电压。
相应地,通过提出的电路来实现将电流分配到第一支路中和在至少一个另外的支路中。供电电压可以特别是用于给至少一个另外的支路供给电流的电压。
对于支路由恒定电流源供给的这种情况,在第一支路上或在第一支路的一部分上的电压降用于为电路供电。
所述解决方案的优点在于,可以使用PAR16灯的现有的驱动设备(也称作前置设备)。这种驱动设备提供例如频率在大约800Hz至大约1000Hz范围内时600mA的脉宽调制电流。所述解决方案优选地以电路的形式来实现,该电路小到其在灯中在LED旁边位于相同的电路板上。特别是该电路不需要自身的供电单元并且在灯的支路、特别是三个子支路中提供对于电流的有效再分配。
另一个优点是,该电路可以设置在LED附近、例如具有LED的相同的电路板上。借助集成温度传感器因此可以立即探测温度,并且可以对应控制(entgegengesteuert)例如红色LED的温度漂移。
半导体发光元件例如是LED、LED芯片或LED模块。半导体发光元件也可以包括至少一个OLED(有机发光二极管)或具有至少一个OLED的模块。
一个改进方案是,第一支路和至少一个另外支路具有下述颜色之一:绿色、蓝色或红色。
在此要说明的是,半导体发光元件是例如“红色LED”,其可以发射红色的光。相应地适用于其他颜色的LED或半导体发光元件。
具有绿色的支路尤其设计为薄荷绿色的支路。这种绿色可以例如借助蓝色的半导体发光元件与(绿色的)荧光体组合来实现。根据这种想法,例如在此也使用发射薄荷绿色光的半导体发光元件(也称作“薄荷绿色的半导体发光元件”或“薄荷绿色的LED”)。例如根据这种想法,对于“薄荷绿色的LED”和蓝色的LED可以使用相同类型的芯片,所述芯片发射蓝色的光,其中这种蓝色的光在薄荷绿的LED中还借助荧光层转换为绿色。
还有一个改进方案是,设置有至少一个另外的支路,其分别具有绿色、蓝色和红色中的一种。
另一个改进方案是,在第一支路中流动的电流大于在至少一个另外的支路中流动的电流。
此外,一个改进方案是,在第一支路中流动有预定的最小电流。
这个预定的最小电流优选地在电路的每个运行或状态中或者说每个可能的配置中流动。因此持续提供用于电路(特别是驱动器或运算放大器)的供电电压。
还有一个改进方案,即至少一个另外的支路根据通过第一支路的电流来控制。
至少一个另外支路可选地根据总电流来控制。
尤其有一个改进方案,即第一支路发射绿色的、特别是薄荷绿色的光。
例如在第一(例如薄荷绿色的)支路中不设置测量电阻。
还有一个改进方案,即第一支路和至少一个另外的支路通过恒定的总电流或通过脉宽调制信号、特别是脉宽调制的电流来供给。
该恒定的总电流例如基于具有(无限)高的内阻的电流源。
这种脉宽调制的信号例如可以由驱动设备(前置设备)来提供,即亮度调节(调光)借助PWM和/或直流调节来设置。
此外,一个改进方案是,
-至少一个另外的支路具有第二支路,
-第二支路与第一晶体管和第一测量电阻串联并与第一支路并联地布置,
-第一晶体管通过第一放大器来驱控,第一放大器的输入端一方面耦接在第一支路上的所述电压降,并且另一方面耦接在第一测量电阻上的一个电压降。
下一个改进方案在于,即
-至少一个另外的支路具有第三支路,
-第三支路与第二晶体管和第二测量电阻串联并与第一支路并联地布置,
-第二晶体管通过第二放大器来驱控,第二放大器的输入端一方面耦接在第一支路上的所述电压降,并且另一方面耦接在第二测量电阻上的电压降。
还有一个改进方案是,即在第一支路的一部分上的电压降提供用于第一放大器和第二放大器的供电电压。
此外,一个改进方案是,在第一支路上或在第一支路的一部分上的电压降提供用于第一放大器和第二放大器的调节电压。
一个设计方案是,
-至少一个另外的支路具有第二支路和第三支路,
-其中,第二支路与第一晶体管和第一测量电阻串联并与第一支路并联地布置,
-其中,第一晶体管通过第一放大器来驱控,第一放大器的输入端一方面耦接在第一支路上的所述电压降,并且另一方面耦接在第一测量电阻上的一个电压降,
-其中,第三支路与第二晶体管和第二测量电阻串联并与第一支路并联地布置,
-其中,第二晶体管通过第二放大器来驱控,第二放大器的输入端一方面耦接在第一支路上的所述电压降,并且另一方面耦接在第二测量电阻上的一个电压降,
-其中,或者第一放大器作为反相放大器并且第二放大器作为非反相放大器接入,或者第一放大器作为非反相放大器并且第二放大器作为反相放大器接入。
放大器特别是具有反相输入端(也称作负输入端)和非反相输入端(也称作正输入端)的运算放大器。Rail-to-Rail(轨到轨)放大器或具有限定的调节范围的传统运算放大器可以用作放大器。
可替换的实施方式在于,在一个支路中设置有温度补偿电路,该支路的半导体发光元件的温度依赖性最高。
特别地,在一个支路中或在多个支路中设置各一个温度补偿器。例如(仅仅)在具有红色的半导体发光元件的支路中设置温度补偿器。温度补偿器可以例如利用取决于温度的电阻、例如热敏电阻或正温度系数半导体元件来实现。
下一个设计方案是,在第一支路上的电压降能够借助分压器来确定,该分压器包括与第一支路并联的至少两个串联的电阻。
还有一个设计方案是,在第一支路上的电压降能够借助分压器来确定,该分压器包括至少一个能改变的电阻。
能改变的电阻可以例如是电位计,该电位计也可能是灯的一部分。特别地,电位计的可移动部分引起电阻值改变,该可移动部分从外部可调地布置在灯内或在灯上。对此的一个实例是布置在灯的反射体或灯座上的可运动的环。通过调节该环使电位计的电阻值改变,因此使用者可以例如将灯的色温设置在2500K至4500K的范围内。色位坐标优选地也在对灯进行调光时通过在此考虑的电路来保持恒定或几乎恒定。
一个改进方案在于,分压器具有串联的电容器。
一个附加的设计方案是,分压器具有串联的电容器,其中另一个电阻至少与该电容器并联。
另一个设计方案是,另一个电阻能够借助开关接通或断开。
另一个可选方案是,设置多个能通断的电阻或电位计,以便使用者可以选择灯在最大功率下是否应发射冷光或暖光。
还有一种可能是,在第一支路上或在第一支路的一部分上的电压降用作用于至少一个另外的支路的控制信号。控制信号尤其可以通过非线性元件用于驱控至少一个另外的支路。
非线性元件可以例如包括非线性的分压器和/或二极管。
非线性的分压器尤其包括非线性部件、例如二极管。例如非线性分压器这样来布置,即该非线性分压器影响在红色的支路中的电流。
还有另一个设计方案,即在第一支路上或在第一支路的一部分上的电压降提供用于至少一个另外的支路的供电电压,其中第一支路在至少一个半导体发光元件与电流电源的负极之间具有抽头,其中该抽头为电路提供地电位。
由此有利地实现使用(成本低廉的)运算放大器,该运算放大器并不提供在极端的供电电压之间的最大调节(如所谓的Rail-to-Rail运算放大器)。
一个改进方案是,设置过电压保护,其这样设计,即在过电压时没有电流在第一支路中流动,并且因此至少一个另外的支路也保持是暗的。
另一个设计方案是,第一支路和至少一个另外的支路经由电压源来供给,其中测量电阻与第一支路串联,并且能够根据在测量电阻上的电压降设定通过第一支路的电流或总电流。
因此由用于第一支路的电压源产生一个可以再次用于驱控第二和第三支路的电流源。
前述的目的也可以通过具有电流源的照明系统来实现,其中电流源通过两线芯的连接器与在此所述的电路连接。
一个改进方案是,电源电压通过调光电路与电流源连接。
前述的目的也可以通过一种具有在这方面所述的电路的灯、照明装置或照明系统来实现。
灯、照明装置或照明系统可以是LED光源。
附图说明
本发明的上述的特性、特征和优点以及方式和方法正如所实现地在结合下述实施例的示意性的说明下理解得更加清楚和明白,该实施例结合附图来详细说明。在此为了简明,相同的和相同作用的元件以相同的标号标出。
附图示出:
图1是具有薄荷绿色LED支路、红色LED支路和蓝色LED支路的灯或照明模块的示意性框图,其中电源电压通过调光器与电流源连接,该电流源通过电流分配器将电能提供给三个LED支路;
图2是具有图1中的电流分配电路的示例性实施方案的电路图;
图3是基于根据图2的电路在调光时用于转化红移的可替换的电路;
图4A是输入电流以及CCT信号关于时间的变化曲线;
图4B是可替换的输入电流以及可替换的CCT信号关于时间的变化曲线;
图5示例性地示出根据色温的在LED支路中的电流;
图6是基于根据图3的电路的可替换的设计方案,该电路能利用脉宽调制的恒定电压来运行,并且附加地具有非线性分压器;
图7示例性地示出根据色温的在LED支路上的电流的改善的近似值;
图8是基于根据图6的电路的一个电路,其中通过人工的接地电势来实现负供电电压;
图9是用于根据电压源运行灯的电路;
图10是出自根据图9的电路布置的局部图,其中齐纳二极管设置作为过电压保护器;
图11是图3中的一个部段,其具有借助用于消除负电压脉冲的二极管来改变色温的附加转变方案;
图12相应于根据图11的电路是输入电流以及CCT信号关于时间的变化曲线;
图13是基于图2的电路布置,在该电路布置中总电流的改变得出了灯的色位坐标;
图14是一个电路,在该电路中电流的CCT控制信号通过薄荷绿色的LED推导出来;
图15是电路的变体,其中可以省略图13中的反相运算放大器OP4;
图16A是示意性地说明在蓝色支路中的电流如何随着总电流和色温的变化来表现的图表;
图16B是示意性地说明在红色支路中的电流如何随着总电流和色温的变化来表现的图表;
图17是一个电路,在该电路中在高CCT值下的红色电流小于在低CCT值下的红色电流;
图18是一个电路,在该电路中红色电流随着升高的色温(升高的CCT值)而增高;
图19是一个电路,该电路同样在混合运行中实现暖白调光。
具体实施方式
在此所述的电路方案的基础例如是简单保持的恒定电流源,该恒定电流源通过共同的调节信号(也称作“CCT信号”)来驱控。CCT信号可以在外部(从电路的视角)产生或者由电路自身产生。
例如设置一种灯,该灯具有三个支路,其中每个支路具有一种颜色的发光二极管的串联电路。因此优选地得出具有三种颜色的三个支路,这些支路借助脉宽调制的信号来驱控,以便设定灯的亮度和色位坐标。这三个支路例如具有橄榄绿、蓝色和红色。
在第一种情况中,色温例如可以通过可调的或可转动的环或其他调节件来调节,该调节件例如可以布置在灯的边缘。在对灯调光时优选地使色位坐标保持恒定。
在第二种情况中,CCT信号在内部由PWM输入信号产生。利用这个方案能够以不同的色温在生产线终端通过调整电阻对灯进行预设定。在此,内部产生的CCT信号可以例如这样改变,使得在调节色温时-类似于白炽灯-移至红色。
在此所述的电路优选地利用恒定电流源来驱控,例如由驱动设备向灯提供该恒定电流源。由此可以调节三个支路中的仅仅两个。由总电流减去这两个所调节的支路的电流的差值得出第三支路的电流。通过空程支路的电压降用作电路的运算放大器的供电电压并且用作参考电压。
例如这个支路可以用作空程支路,其中流动有最大的电流。因为空程支路不需要测量电阻,因此在电路中产生较少的损耗。
在此所述的电路使得标准化的灯具备根据Maggie方案的光功能性。为此可以使用已经存在的驱动设备或者也可以在存在的驱动设备上进行略微并低成本的改变:例如取消输出电容器,其中波形系数保持不变。
上述的解决方案是成本低廉的、紧凑的并且对于部件公差是不敏感的。该解决方案有利地包括少量的(大约十二个)部件,该部件可以在LED旁边安装在相同的电路板上。避免了用于电路板的附加成本以及对其他电路板的安装。
还具有的优点是,例如在预热阶段期间出现的色彩失真可以通过温度调节器来补偿。
通过更换两到三个部件,可能有不同的变体:
-稳定的色位坐标,该色位坐标由工厂方面设定。在调光时使色位坐标保持恒定。
-色位坐标在用户方面是可设定的。色位坐标例如跟随Planck曲线。在调光时使色位坐标保持恒定。
-在调光时色位坐标偏移,其中该色位坐标跟随Planck曲线。
另一个优点是,即使没有自身的电源,在此所述的电路也能应对。
为了驱控电路优选地仅仅需要两个导线。
图1示出具有薄荷绿色LED的支路104、红色LED的支路105和蓝色LED支路106的灯或发光模型的示意性框图。支路104至106相互并联。支路104至106中的每一个优选地具有多个相同颜色串联的LED。同样在支路105至106内可以串联(和/或并联)不同颜色的或类似的LED。
调光器101与电源电压107连接并且将切相的电源电压提供给支路104至106。电流源102例如处于灯的灯座中,并且产生脉冲式的直流电(脉宽调制的直流电(PWM直流电))。调光器101和电流源102可以是该灯或者这种和至少另一个灯的驱动设备的一部分。
电流分配电路103利用两个电线108和109与电流源102连接。当电流源102提供电流并且用于将由电流源102提供的电流分配在支路104至106上时,那么电流分配电路103优选地被激活。
优选地在电流分配电路103中产生确定灯色温的信号。电流分配电路103优选地包括温度调节器。
电流分配电路103可以设计并不具有控制器或数据存储器并且只有模拟部件。还有一个优点是,当电流分配电路103与支路104至106(或与这些支路的一部分)布置在共同的电路板上。
在上述实施例中示例性地由三个并联的支路出发。原则上可以设置至少两个支路并且根据在此所述的方案来驱控。此外可能的是,每个支路具有不同的颜色,以便装置的色位坐标可以通过混合各个支路的颜色来设定。为此必要时可以设置用于混合各个支路的颜色的合适的光学件或其他装置。此外可能的是,多个支路设置具有相同或类似的颜色。这些支路可以具有数量不同的(或相同的)半导体发光元件。这些支路优选地具有由半导体发光元件构成的串联电路和/或并联电路。
变体1:固定的色位坐标
图2示出具有图1中的电流分配电路103的示例性实施方案的电路图。
外部的驱动设备(也称作前置设备)提供电流IG。与此相关地,在图2中示出相应的电流源201,该电流源与两个节点202和203连接,其中节点202与电流源201的正极连接,并且节点203与负极连接。
包括多个、例如五个串联的薄荷绿色LED的支路204与电流源201并联地布置,其中这些LED的阴极分别在节点203的方向上示出。
节点202通过电阻R7与节点205连接,其中节点205通过电阻R8与节点203连接。节点205与运算放大电路OP2的正输入端连接。节点205也通过电阻R3与一个运算放大电路OP1的负输入端连接。运算放大电路OP1的负输入端通过电阻R2与节点206连接,并且节点206通过电阻Rb与节点203连接。节点206与n沟道MOSFET T1的源极端子连接。MOSFET T1的漏极端子通过支路207与节点202连接,其中支路207具有多个、例如四个串联的蓝色LED,这些LED的阳极分别在节点202的方向上示出。
运算放大器OP1的正输入端通过电阻R5与节点203连接,并且通过电阻R4与节点202连接。运算放大器OP1的输出端与MOSFET T1的栅极端子连接。
运算放大器OP2的负接头通过电阻R1与节点208连接。节点208与n沟道MOSFET T2的源极端子连接。节点208也通过电阻Rr与节点203连接。此外运算放大器OP2的负接头通过由电阻R6和NTC电阻209(热敏电阻)与节点203连接。MOSFET T2的漏极端子通过支路210与节点202连接。支路210具有多个、例如三个串联的红色LED,其阳极分别在节点202的方向上示出。运算放大器OP2的输出端与MOSFET T2的栅极端子连接。
此外运算放大器OP1和OP2为了提供电能而分别与节点202和203连接。
具有薄荷绿色LED的支路204是空程的,即没有自身的测量电阻。LED的指数特征曲线使支路204上的电压降稳定,该电压降同时通过用于电路的供电电压。电路可以优选地设计为没有能量存储元件、例如电容器或扼流阀。
在支路210中的电流、即通过红色LED的电流通过电阻Rr来测量。具有MOSFET T2的运算放大器OP2调节通过支路210的电流。电阻R1,R6和NTC电阻209对支路210的红色LED的随着温度升高而下降的效率进行补偿。
调节信号(也称作CCT信号)通过分压器R7,R8由在支路204上的电压降在节点205上确定,该节点与运算放大器OP2的正输入端连接。
用于通过支路207的电流的调节电路(在很大程度上)不取决于支路210,但是类似地工作。因为在色温改变、即在节点205上有CCT信号时,在支路207中的电流被反向于在支路210中的电流调节,因此实现了在支路207中的调节信号换向。
运算放大器OP1和OP2在供电电压下工作,并且输入电压关于负的供电电压仅仅小10mV。因此限制了调制范围,从而可能使通常的换流器电路不适用的。因此利用分压器R4,R5在运算放大器OP1的非反相输入端给出参考电平,运算放大器OP1的反相输入端被调节到在该参考电平上。因为在电阻Rb上测量的电流信号作用于反相输入端,因此该电路作为换流器来工作。
除了测量电阻Rb和Rr之外,分压器R3,R2确定了支路207和支路210的部分电流的关系。因此能够这样低欧姆地确定测量电阻的大小,以使得由这些测量电阻引起的功率损失保持较低。
当通过MOSFET T1和T2的电压降最小时,则该电路实现了有效的效率。例如InGaN-LED可以用作蓝色LED,并且例如InGaAlP-LED可以用作红色LED。因为蓝色的InGaN-LED和红色的InGaAlP-LED的正向电压是不变的(大约为3.2V或大约2.3V),可能的是优化LED芯片的数量和面积。例如能够以下述数值达到超过90%的效率:
-5个具有各1mm2的反相蓝色(薄荷绿)芯片
-4个具有各0.25mm2的非反相蓝色芯片,以及
-6个具有各0.5mm2的红色芯片。
通过薄荷绿色LED的电流由相对于例如为600mA的总电流的剩余量得出。通过两个MOSFET的电压降例如为3V。例如在从80至超过90的范围内得出颜色质量(CRT值)。
因为根据图2的电路没有自有的电源,该电路只在这种状态中是激活的,在该状态中驱动设备提供电流。因为电流是脉冲式地接通和断开,因此在接通状态期间设定的色位坐标与在利用相同强度的直流电运行时获得的相同。因此色位坐标不取决于PWM电源的占空比(接通状态与电源周期(即频率的倒数)的比)。
变体2:外部可设定的色温
第二变体由此由第一变体得出,即分压器R7,R8由(必要时外部的)电位计来替代。这个电位计可以是灯的一部分;例如该电位计可以作为移动的环布置在灯的灯座上或在反射体上。
因此使用者可以例如在2500k至4500k的范围内自己设定期望的色温。在调光时使色位坐标保持恒定。
变体3:在调光时内部的红移
如果应将在一个地方、例如在一个房间内工作的多个灯设定在相同的色温上,这无需使用者单个地对于每个灯手动执行,那么提出下述的变体。
可替换地,外部的控制信号可以设置用于为多个灯设定色温。由此可以利用一次唯一的设定促使例如多个灯的同步地改变颜色。这种控制信号相应地也可以在内部由电路自身产生并且提供。
图3示出了基于根据图2的电路的一个电路。不同于图2的是,在节点205上的CCT信号不是由分压器R7,R8产生,而是由包括电阻R7和R8以及电容器C的RC构件产生,其中由电阻R7和电容器C构成的串联电路布置在节点202和205之间,并且电阻R8布置在节点205和节点203之间。图2中的电阻Rr由电阻Rm替代。
图4A示出关于时间t的输入电流401以及CCT信号402,并且图4B示出关于时间t的可替换的输入电流403和可替换的CCT信号404。
图4A示出调光显著的灯的情况,即,期间接通灯的时间t1比PWM循环的周期T短。电压跃变U由供电电压分别在接通和断开电流时在时间上的差值得出(该差值是在支路204上由输入电流引起的电压降)。当电流流动时,CCT曲线402只由电路来评估。在RC构件的时间常数大于周期T时,电压降很小,并且在时间t1期间CCT信号几乎不改变,该值保持在高数值上,这引起了支路210中(即在红色LED中)的高份额电流并且进而低色温。
在断开电流(在时间t1结束)时,CCT信号402向下跃变了电压U,并且电容器C此时由负值放电到零。在CCT信号402的正部分下面的面积F1在时间上平均地相应于在CCT信号402的负部分上面的面积F2。
图4B示出调光微弱的灯的情况。时间t2比周期T长,即调光的部分是微小的。在时间t2期间(接通状态),CCT信号404继续向下下降,以使得电压U的跃变在断开时继续向负部运动。因此面积F2也比面积F1窄。为了实现面积相等(F1=F2)的条件,CCT信号404的平均电平必须下降。在时间t2期间,CCT信号404的平均值(与CCT信号402相比)设定得更小,即电流在支路210中(即在红色LED中)的份额下降并且色温升高。
在t2=T的情况下,即当驱动设备不再断开恒定电流并且电容器C不再放电时,CCT信号渐进地趋于零并且色温变得最大。
因此可以实现的是,即在一个房间内的多个灯在调光时同步地改变它们的色温。不再需要由使用者来手动调节各个灯。
变体4:
根据前述的变体3,在调光时色温由在功率最大情况下的冷光(例如4500K)向功率最小情况下的暖光(2500K)移动。由此的结果是,在冷色温时达到灯的最大功率,因为当电流仅仅短暂地中断或甚至不中断时,则电压根据CCT控制功率仅仅下降到零。
下面提出一个方案,该方案在灯功率最大时也实现暖色温。
图6由根据图3的电路出发示出电阻R9,该电阻与电容器C并联地布置,其中在图6中,节点202通过由电容器C和电阻R7构成的串联电路与节点205连接。因此电阻R9利用一个接头与节点202连接,并且利用另一个接头与由电容器C和电阻R7构成的串联电路的中间抽头连接。
可替换地,电阻R9相应地也可以跨接电容器C和电阻R7。
通过电阻R9使控制电压的电势在功率最大时不再下降到零。因此电阻R9限制了在最高功率下可达到的最高色温的数值(例如为3500K)。
一个可选方案是,电阻R9能够根据(可能的外部)开关来接通或断开,或者可替换地使用多个能开关的电阻或电位计,以便使用者可以选择,灯在最大功率时是否要发射冷光或暖光。色温在调光的状态中由此(在很大程度上)保持不受影响。
变体5:非线性的分压器
在至此所述的变体中的电路(在很大程度上)是线性工作的。然而在色位坐标沿着Planck曲线移动时,在LED支路中的电流却是非线性变化的。因此利用线性方案对电流的模拟仅仅近似地达到预定目的。在此能够这样良好地达到近似值,即该近似值处于阈值以下,在该阈值上人眼能够识别出颜色失真。这特别适用于这种情况,其中能设定的色温范围被限定。
图5示例性地示出根据色温的在LED支路中的电流。曲线1描述了流过薄荷绿色LED的电流,曲线2描述了流过红色LED的电流,并且曲线3描述了流过蓝色LED的电流。虚线曲线是(非线性的)额定曲线并且粗实线示出由线性电路得出的近似值。在所示出的实例中,色位坐标在2750K以下并且在4200K以上处于Planck曲线上,并且在这两个数值之间处于曲线下方。在由2600K到4500K的区域中在关于Planck曲线的两个Mcadams椭圆内部的色位坐标分布与该实例相符。这对于大量的应用来说是足够的。
当要求更高的准确性或者应该覆盖色温的更大范围时,电路则应该能模拟电流曲线的曲率。这例如利用非线性的部件、例如二极管D来达到目的。因此电路对于不准确的元件值更不敏感。
图6示出基于根据图3的电路的这种电路。除了已经在“变体4”的情况下所说明的通过电阻R9的补充方案,在图6中节点205通过电阻R11与节点601连接。二极管D与电阻R11并联,该二极管的阴极在节点601的方向上示出。节点601通过电阻R10与节点203连接。此外节点601与运算放大器OP2的正输入端连接。
电阻R10,R11连同二极管D描述了非线性的分压器,该分压器在低色温时促使通过支路210的电流(“红色电流”)的额定值超比例地升高。因此红色电流的曲线2随着下降的色温向上弯曲,并且因此更好地得到额定曲线。
可替换地,也可以将电阻R11的仅仅一部分由二极管D跨接,或者二极管D与另一个电阻串联。
图7示出了根据图5的具有专业术语的近似值的改善情况。由电路模拟的曲线此时更准确地得出非线性的额定曲线以及关于色温的更宽的范围。
这种非线性也可以应用在调节特征曲线上,该调节特征曲线在调光时确定了色温的改变。
变体6:人工地电势;对运算放大器的限制调节
必要时可以期望的是,即在运算放大器的输入端上的电势并不达到该运算放大器的负供电电压,因为一些运算放大器类型不能如所期望的那样(例如线性地)处理这种极端的调制。虽然所谓的Rail-to-Rail运算放大器可以承受这种极端的调制,但是比通常的运算放大器更贵。在成本低廉的实现方面,可以有利的是这样设计电路,即能够应用低廉的标准运算放大器。
为了避免极端的调制电压而产生在地电势以下的负供电电压。这例如可以通过内部的灯泵来实现,其按供电电流的节拍给电容器充电。然而这可能意味着附加的电路消耗并且使该解决方案变得昂贵。
有利地提出一种负辅助电压,该辅助电压能够在没有其他的部件、没有附加的能量需求和没有附加的电路技术消耗的情况下产生:为此在支路204的串联的一个或多个LED上方设置电压抽头。
图8示出基于根据图6的电路的一种电路,其中支路204具有节点801,该节点将由支路204的LED构成的串联电路分成两个区域,其中例如LED802布置在节点801和节点203之间。
可替换地,也使用整流二极管或被动式电阻来代替LED802。
节点801为剩余电路提供参考电势,只有运算放大器OP1和OP2的供电线与节点203连接,此外,节点801替代节点203与电阻R8,Rb,R5,R10,Rm和NTC电阻209连接。
在支路204的LED802和支路204的剩余LED之间的抽头因此用于模拟电路的“地电势”,并且LED802产生用于LED的负供电电压的电势。总电流流过这个LED802,该总电流通过前置设备注入电路中。通过支路204的剩余LED的电流相应地变得更小,然而此外由总电流减去蓝色电流(在支路207中的电流)减去红色电流(在支路210中的电流)的差值得出该电流。
在计算额定电流时考虑LED802的恒定的光通量。在此优选地利用支路204的LED实现辅助电压,这是因为这个支路204输出足够的光通量,从而保持用于支路的剩余LED运行的电流对于这些剩余LED来说是足够,同样当利用总电流来驱动一个或多个LED时也是如此。
变体7:根据电压源运行
也可能的是,多个灯根据共同的外部供电单元运行。在这种情况下,灯可以设计得更小并更加成本低廉,因为该灯例如仅仅具有LED、所述的电流分配电路以及散热体。
然而不同LED模块的简单并联电路在共同的恒定电流供电单元上是极不显眼的,因为电流可能不会均匀地分配到LED模块上。当LED模块的并联电路根据恒定电压源运行时,则该并联电路特别是具有优点的。然而另一方面LED模块应该利用恒定电流来运行。
图9示出用于如前所述地根据电压源运行灯的示例性电路。
图9相应于根据图6的电路的另一部分。不同于图6,电压源901替代电流源201与节点202和203连接,其中电压源的正极与节点202连接。支路204不是与节点203连接,而是与节点902连接。节点902与运算放大器OP3的负输入端连接。节点902也通过电阻Rg(测量电阻)与节点903连接。节点903通过电阻R13与运算放大器OP3的正输入端连接。节点202通过电阻R12与运算放大器OP3的正输入端连接。节点903与n沟道MOSFET T3的漏极端子连接,MOSFET T3的源极端子与节点203连接。运算放大器OP3的输出端OP3与MOSFET T3的栅极端子连接。
电阻R8,Rb,R5,R10,Rm(在图9中为Rr)和NTC电阻209替代与节点203连接而与节点902连接。运算放大器OP1至OP3通过节点202和203得到该运算放大器的供电电压。
由于根据电压源901运行,在支路204中的电流也必须被限制。因此在图9中电流源也与支路204串联;为此运算放大器OP3限制了总电流。
根据电阻Rg测量电路的总电流,该总电流由MOSFET T3和运算放大器OP3一起调节到一个值,该值根据包括电阻R12和R13的分压器结合供电电压901来确定。
通过支路204的电流又由总电流减去蓝色电流(在支路207中的电流)减去红色电流(在支路210中的电流)得出。电路的剩余部分很大程度上相应于变体5。相应地,在此对于变体6所述的解决方案也可以与任一个其他的所述变体组合。
也如同在变体6中那样,在图9中运算放大器被供给负辅助电压。在这种情况下,为此应用在总电流调节器T3的调节路段和电阻Rg上的电压降。
在此的优点是,灯不需要自身的供电单元。灯可以与其他的灯并联地根据共同的(例如外部的)供电单元运行,其中例如特别有利地可以通过光轨(Lichtschiene)实现电压供电。这种电路变体也在激活电压供电的状态中工作并且关于可调光性和CCT偏移具有如同前述的变体那样的相同特性。
例如这些部件可以确定尺寸如下或者使用下述的部件:
-支路204:4+1个具有各一个1mm2的芯片面积的薄荷绿色LED
-支路207:3个具有各一个0.5mm2的芯片面积的蓝色LED
-支路210:5个具有各一个0.5mm2的芯片面积的红色LED
-供电电压:12.8V(由LED得出)
-电路的效率:93.4%(CCT=4500K)至96.7%(CCT=2500K)-电流:见图7
-Rb=3.9Ω
-Rm=1.3Ω
-Rg﹤=0.1Ω
-R1=2.7kΩ
-R2=11kΩ
-R3=10kΩ
-R4=75kΩ
-R5=2kΩ
-R6=620Ω
-R7=22kΩ
-R8=1kΩ
-R9=220kΩ
-R10=10kΩ
-R11=100kΩ
-R12=15kΩ
-R13=560Ω
-C=1μF
-D=2N4148(Si-Diode硅二极管)
-NTC:R(25℃)=15kΩ,B=3950K
-T1至T3:DMG1012UW(MOSFET)
-OP1至OP3:OPA241(Dual(双),Rail-to-Rail)
-齐纳二极管Z上的齐纳电压由
UT3+Ig*Rg+Uabst
得出,其中UT3是MOSFETT3上的电压降,Ig是通过电阻Rg的电流,并且Uabst是能预定的电压区间;齐纳电压例如在4.7V和5.6V之间的范围内。
过压保护
因为MOSFET T3调节总电流,因此在这个晶体管内的损耗功率大于分别在MOSFET T1和T2中转化的功率。该损耗功率优选地由灯的散热体引出,并且根据电压利用该损耗功率使灯运行。
由此,例如在使用具有过高输出电压的错误的供电单元时,电路对于过压变得敏感。
图10示出根据图9的电压布置的局部图,其中附加的齐纳二极管Z布置在节点203和运算放大器OP3的正(非反相)输入端之间,其中齐纳二极管Z的阴极在运算放大器OP3的输入端的方向上示出。剩余电路相应于根据图9的布置。
借助齐纳二极管Z防止过压损坏电路或灯。齐纳二极管Z在过压时使MOSFET T3截止,以便不再接收电流并且保持灯是暗的。在正常运行中,齐纳二极管Z对电路功能不具有限制作用。
变体3a:色温的改变
基于变体3(图3)可以借助二极管消除负的电压脉冲。
图11示出了图3中的局部图,其中除了在图3中示出的电路布置以外,二极管1101与电阻R8并联地布置,该二极管的阴极在节点205的方向上示出。
图12相应于根据图11的电路示出了关于时间t的输入电流1201和CCT信号1202。专业术语采用相应于如同在图4A/B中的专业术语。
因此CCT信号的平均电势随着亮度升高(占空比t1/T直到100%)并不如同在图4A和图4B所述的情况那样下降到零。在亮度(几乎)最大时也保持暖色温,因为曲线下方的面积持续大于零。只有在功率最大时-当PWM控制装置不再接通时-曲线才下降到零并且色温最大。
这个电路的优点在于,可以从在功率低时的红色色温直到在功率(几乎)最大时暖白色温地进行调光。在过渡到最大功率时,当前置设备还仅仅输出直流电流时,色温跃变到冷白色。
变体8:
当电路与输出了变化的电流强度的驱动设备共同工作时,得出另一个电路变体。在这种情况下,并不调制脉宽,而是调制恒定电流的电平。如果此时在调光时减少了外部注入的电流,那么中断了在薄荷绿色的支路中的电流并且导致显著的颜色偏移。
这个解决方案在于,利用用于在蓝色LED中的电流(“蓝色电流”)和在红色LED中的电流(“红色电流”)的两个调节器,使得红色电流相对于总电流的比例以及蓝色电流相对于总电流的比例保持恒定。接着在总电流改变时,电流电平则彼此按比例地改变,并且色位坐标是保持不变的。
图13示出基于图2的电路布置,在该电路中总电流的改变情况得出了灯的色位坐标。
与图2相比,在图13中测量电阻Rn与支路204串联,其中在支路204和测量电阻Rn之间的节点标为1301。节点1301与运算放大器OP4的正(非反相)输入端连接。运算放大器OP4的输出端与节点1302连接。运算放大器OP4的输出端通过电阻R15与节点1306连接。节点1306通过电阻R16与节点203连接。节点1306与运算放大器OP4的负(反相)输入端连接。
节点1302通过可变电阻R14与节点1301连接,其中电阻R14的滑动触头与节点1303连接。节点1302通过电阻R19与运算放大器OP1的正输入端连接。运算放大器OP1的正输入端通过电阻R5与节点1301连接。节点1303通过电阻R3与运算放大器OP1的负输入端连接,其中运算放大器OP1的负输入端也通过电阻R2与节点206连接。节点206通过电阻Rb与节点1301连接。此外节点206与MOSFET T1的源极端子连接,其栅极端子通过运算放大器OP1的输出端来驱控。MOSFET T1的漏极端子通过支路207与节点202连接。
节点1302通过电阻R18与节点1304连接。节点1303通过电阻R17与节点1304连接。节点1304与运算放大器OP2的正输入端连接。节点1304通过包括电阻R19和电阻R20的串联电路与节点1301连接,其中二极管1305与电阻R20并联地布置,该二极管的阴极在节点1301的方向上示出。
运算放大器OP2的负输入端通过由电阻R6和NTC电阻209构成的串联电路与节点1301连接。节点208通过电阻R1与运算放大器OP2的负输入端连接。节点208通过测量电阻Rr与节点1301连接。节点208与MOSFET T2的源极端子连接,其栅极端子通过运算放大器OP2的输出端来驱控。MOSFET T2的漏极端子通过支路210与节点202连接。
运算放大器OP1,OP2和OP4通过节点202和203来供给电能。
图13示例性地示出替代在蓝色支路中纯蓝色的LED而使用部分转化的LED的电路;这种组合在质量上得出颜色显示最佳的特别好的光。
根据电阻Rn来测量总电流,并且利用反相接通的运算放大器OP4来放大。由此得出用于供给运算放大器的负辅助电压,并且在运算放大器OP4的输出端得出一个正电势,该正电势与总电流成比例并且可以用作用于调节蓝色电流和红色电流的参考电势。
这个电势在到此为止的变体中由支路204上的恒定电压降推导出来。根据图13的方案能够相对于总电流成比例地调节蓝色电流和红色电流。
利用电位计R14可以设定色温。可选地也可以使用具有开关的分压器,以便设定多个固定的CCT值。
电阻R17,R19,R20和二极管1305构成非线性的分压器,利用该分压器可以在总电流低时提高红色电流的电平。电阻R20可替换地也可以跨接二极管1305和电阻R19。
因此补偿了在蓝色和红色LED效率在电流依赖性上的区别。借助电阻R18也可以在冷色温时预先给出某个红色电流电平(偏压)。这对于在“bluish-white蓝白”色调中的LED混合成是典型的,由此在冷色温时也可以优化颜色显示。
变体9:
原则上,通过具有红色LED的支路210的电流(“红色电流”)反向于通过具有蓝色LED的支路207的电流(“蓝色电流”)流动,以便使用于红色电流的信号或者用于蓝色电流的信号反向。
在所述的变体中示例性地使用于蓝色电流的信号反向。原则上也可以使用于红色电流的信号反向,从而高控制电压引起高色温。这在利用直流电流来运行的电路中可以是有利的。如果期望色温随着亮度一起移动,那么在这种情况下CCT控制信号直接由总电流导出,而不使该电流反向。
图14示出一个电路,在该电路中CCT控制信号由总电流导出。
外部的控制装置(前置设备)提供电流IG。对此在图2中示出相应的电流源1601,该电流源与两个节点1602和1603连接,其中节点602与电流源1601的正极连接,并且节点603与电流源的负极连接。
支路204包括例如四个串联的薄荷绿色LED,支路207包括例如三个串联的蓝色LED,并且支路210包括例如三个串联的红色LED。支路204至210的LED这样取向,即其阳极分别在节点1602的方向上示出。
支路204布置在节点1602和节点1607之间。节点1607通过电阻R30与节点1603连接。节点1603也相应于电路的地电势。
节点1607通过电位计R31与节点1603连接,其中电位计R31的滑动触头与节点1611连接。节点1611与运算放大器OP10的正输入端连接。节点1611也通过电阻R37与运算放大器OP11的负输入端连接。
运算放大器OP10的负输入端通过电阻R32与节点1603连接。运算放大器OP10的负输入端与n沟道MOSFET T10的源极端子连接。支路207布置在节点1602和MOSFET T10的漏极端子之间。运算放大器OP10的输出端与MOSFET T10的栅极端子连接。
节点1607通过电阻R38与运算放大器OP11的正输入端连接。运算放大器OP11的正输入端通过电阻R39与节点1603连接。运算放大器OP11的输出端与n沟道MOSFET T11的栅极端子连接。支路210布置在节点1602和MOSFET T11的漏极端子之间。MOSFET T11的源极端子与节点1608连接。节点1608通过电阻R33与节点1603连接。节点1608通过电阻R34与节点1609连接。节点1609通过由电阻R35与NTC电阻1610构成的串联电路与节点1603连接。节点1609通过电阻R36与运算放大器OP11的负输入端连接。
运算放大器OP10和OP11为了供电与节点1602和1603连接。
前述的变体也可以与这个实例组合。
选择LED的数量
在选择发光二极管的数量时存在不同的可能性。例如在薄荷绿色LED的支路上的电压降大于在由蓝色LED构成的支路或者由红色LED构成的支路上的电压降,因此对于测量电阻和调节晶体管而言此外还存在分别为至少1V的电压降。
如果要使电路的损耗功率最小化,那么优选地得出下述对于半导体发光元件数量的边界条件:
(1)在薄荷绿色LED的支路中设置m个LED,其中在此不超过运算放大器的最大供电电压。因此得出例如最多9个30V的LED;否则在薄荷绿色LED的支路中可以设置中心抽头。
(2)在蓝色LED的支路中设置m-1个LED。因此在调节晶体管加上测量电阻上的电压降等于蓝色LED的正向电压(3.2V),并且损耗功率是Im*3.2V(通过薄荷绿色LED的支路的电流乘以在蓝色LED的支路上的电压)。
(3)在红色LED的支路中的LED的数量n这样来确定,即得出在红色支路的最小剩余电压,其中该剩余电压优选地至少为1V。因此在假设的红色LED的正向电压为2.3V时得出红色LED的数量
n<=(m*3.2V-1V)/2.3V。
当处于串联的LED的数量足够大从而补偿在统计方法中的正向电压的波动时,则也可以并联这些LED串,以便在电压相同时实行较高的电流。这例如已经可以是五个LED的串联电路中的情况。
变体10:
图13例如示出一个变体,其中测量在测量电阻Rn上的总电流,并且在测量电阻Rn上的电压降附加地将负供电电压提供给运算放大器OP1和OP2。
图15示出变体10,其中可以省略图13中的反相运算放大器OP4。
外部的驱动设备(也称作前置设备)提供了电流IG。对此在图15中示出相应的电压源1701,该电压源与两个节点1702和1703连接,其中节点1702与电流源1701的正极连接,并且节点1703与电流源的负极连接。
支路1731包括多个、例如五个串联的薄荷绿色LED,其中支路1731的所有LED除了一个单个的LED之外都布置在节点1702和节点1704之间,并且支路1731的(至少)一个剩余的LED布置在节点1704和节点1705之间。支路1731的LED的阳极在节点1702的方向上示出。
节点1705通过电阻R44与运算放大器OP30的非反相输入端连接。此外运算放大器OP30的非反相输入端通过电阻R47与节点1711连接。
节点1705通过电阻R41与节点1703连接。此外节点1705通过电位计R42(可调电阻)与节点1703连接。电位计R42的滑动触头与节点1711连接。通过这个滑动触头提供CCT信号。
MOSFET T30的漏极端子通过支路1732与节点1702连接,其中支路1732具有多个、例如四个串联的蓝色LED,其阳极分别在节点1702的方向上示出。MOSFET T30的源极端子与节点1706连接。节点1706通过电阻R43与节点1705连接。节点1706通过电阻R45与运算放大器OP30的反相输入端连接。此外运算放大器OP30的反相输入端通过电阻R46与节点1703连接。运算放大器OP30的输出端与MOSFET T30的栅极端子连接。
节点1704通过电阻R48与节点1707连接。节点1707通过电阻R49与节点1705连接。节点1707与运算放大器OP31的非反相输入端连接。
MOSFET T31的漏极端子通过支路1733与节点1702连接。支路1733具有多个、例如三个串联的红色LED,其阳极分别在节点1702的方向上示出。MOSFET T31的源极端子与节点1708连接。节点1708通过电阻R50与节点1705连接。此外节点1708通过电阻R51与节点1709连接。节点1709通过由NTC电阻1712(热敏电阻)和电阻R52构成的串联电路与节点1705连接。节点1709通过电阻R53与节点1710连接。节点1710与运算放大器OP31的反相输入端连接。运算放大器OP31的输出端与MOSFET T31的栅极端子连接。
节点1710通过电阻R55与节点1703连接。节点1710也通过电阻R54与节点1711连接。
运算放大器OP30和OP31的正供电电压由节点1704提供,并且在节点1703上提供运算放大器OP30和OP31的负供电电压。
在电阻R41上的电压降产生了用于两个运算放大器OP30和OP31的负供电电压。这个电压降也作为调节量通过电阻R46和R55传送至运算放大器OP30和OP31的反相输入端。调节量的一部分可以利用电位计R42来设定,并且通过电阻R47传送至运算放大器OP30的非反相输入端并且通过电阻R54传送至运算放大器OP31的反相输入端。由此可以确定色温并且在调光时保持(几乎)恒定。
在节点1707上的辅助电压实现了产生红色电流(即通过支路1733的电流)的恒定的补偿量(Offset)。附加地通过齐纳二极管可以使这个辅助电压稳定(为此例如可以通过一个齐纳二极管来取代电阻R49)。
图16A示出,在蓝色支路1732中的电流(Iblau)如何随着总电流Iges和色温CCT的变化来表现。图16B相应示出,在红色支路1733中的电流(Irot)如何随着总电流Iges和色温CCT的变化来表现。得出限定的二维平面,该平面可以由下述公式来说明:
Iblau=a*Iges+b*CCT*Iges(+c=0)
Irot=d*Iges+e*CCT*Iges+f
每个在这些平面上的对应点对(Irot(Iges,CCT)和Iblau(Iges,CCT))确定了紧邻Planck曲线的色位坐标。
如图16A和图16B所示,蓝色电流在低电流和低色温时下降到零。这是所使用的LED模块的特性。可选地也可以对于蓝色电流实现恒定的补偿量(不等于零)。为此在图15中在运算放大器OP30的反相输入端和节点1707之间设置附加电阻。以这种方式将恒定值(补偿量)加给运算放大器OP30(用于蓝色电流的调节器)。
所述的电路示例性地作为模拟计算机工作;相应地能够使用模拟计算机技术的所有方法。
实现自动的暖白调光的变体:
对于在调光时色温自动偏移、例如在向下调光时向低色温移动而言,替代二维平面,仅仅一条曲线可以在这个平面上延伸、特别是根据总电流Iges
变体11:
由图16A能够看出,蓝色电流在总电流Iges低时并且在CCT信号小时是非常低的(图表的左下角)。与此相反,蓝色电流随着高总电流Iges和大CCT信号而显著升高。
与此相对,红色电流(与图16B相比)在调光时保持在几乎恒定的值上。根据所使用的LED的特性,该电流可以在调光时不仅略微升高也或者略微下降。
图17示出一个电路,其中在CCT值高时的红色电流小于在CCT值低时的红色电流。
在图17中所示的电路在很大程度上基于根据图5的电路。与图15相反,在图17中取消了电位计R42以及电阻R53,R55,R47以及相应的连接。此外与图15相反,在图17中节点1709直接与运算放大器OP31的反相输入端连接。
在图17中替代电阻R49使用齐纳二极管1801。此外与图15相反,节点1707不直接地而是通过电阻R61与运算放大器OP31的非反相输入端连接。此外运算放大器OP31的非反相输入端通过电阻R62与节点1703连接。
替代MOSFET T30和T31,在图17中示例性地示出npn晶体管T40和T41。因此晶体管T40的集电极与支路1732连接,并且晶体管T41的集电极与支路1733连接。此外晶体管T40的发射极与节点1706连接,并且晶体管T41的发射极与节点1708连接。运算放大器OP30的输出端驱控晶体管T40的基极,并且运算放大器OP31的输出端驱控晶体管T41的基极。
图18示出一个电路,其中红色电流随着升高的色温(升高的CCT值)而升高。在图18中描述的电路很大程度上基于根据图17的电路。与图17相反,在图18中取消了电阻R61和R62。对此替代的是,节点1707通过电阻R71与节点1901连接。节点1901通过电阻R74与节点1705连接。此外节点1901与运算放大器OP31的非反相输入端连接。
节点1709并不是-如图17中所示-直接地而是通过电阻R72与运算放大器OP31的反相输入端连接。此外运算放大器OP31的反相输入端通过电阻R73与节点1703连接。
此外节点1704在任意位置上划分由串联的LED构成的支路1731。特别是可以在节点1704和节点1705之间布置一个或多个LED。
在图17和图18中示出的电路中取消了附加的CCT控制电压,该控制电压如图15中那样利用电位计由在电阻R41的电压降所产生。
可选地,如果电阻R71也能够直接连接在工作电压(即节点1704)上,则可以取消电阻R48以及齐纳二极管1801。
用于根据脉宽调制的恒定电流运行的变体:
当容许Planck曲线与三个MacAdam有偏差时,从变体8起至此所述的以变化的直流电流运行的电路实现了例如从最大电流的40%到100%的调节范围。
与之相反,根据脉宽调制的恒定电流运行的变体1至7在可比的前提(三个MacAdam)下实现了在0%至100%范围内的调光。
对于直流电流来说生效的变体8至11也可以在PWM前置设备上运行。附加的优点在于,即DC变体不需要恒定的绝对电流电平。
现在的前置设备经常设置混合运行模式,其中在确定的功率值下进行PWM调光,并且在此期间改变DC电流。
变体12:
图19示出一个电路,该电路也在混合运行模式下实现暖白调光。
图19中所示的电路很大程度上基于根据图17的电路。与图17相反,电阻R46和R62不与节点1703连接,而是取而代之地与节点2001连接。
在节点1705和节点2001之间设置电容器C81。此外在节点2001和节点1703之间布置电阻R81。
此外节点1704在任意位置上划分由串联的LED构成的支路1731。特别是可以在节点1704和节点1705之间布置一个或多个LED。
在节点2001上的CCT信号通过由电阻R81和电容器C81构成的低通滤波器产生。在DC运行中不使电容器C81放电,因此在节点2001上的电压(即CCT信号)直接导致了在电阻R41上的电压降并且进而导致总电流。因此在图19中示出的电路相应于变体11(例如在图17或图18中所示的电路)来表现。
在PWM运行中,CCT信号(在节点2001上的电压)设定在有效电压上,该有效电压在PWM的接通状态期间取决于总电流并且取决于占空比。在此有利的条件是,通过电阻R81和电容器C81(R81*C81)来确定的时间常数大于PWM电流的频率。
电阻或非线性的部件、例如二极管也可以与电容器C81串联和/或并联,以便对调光行为的特性起作用。
在所有的电路图中,所示的LED的数量不被限制。该数量特别是用作用于具有任意数量的部件、特别是LED的LED支路的占位词(Platzhalter)。
参考标号表
101  调光器
102  电流源
103  电流分配/电流分配电路
104  具有半导体发光元件的支路
105  具有半导体发光元件的支路
106  具有半导体发光元件的支路
107  电源电压
108  电线
109  电线
201  电流源
202  节点
203  节点
204  具有薄荷绿色LED的支路
205  节点
206  节点
207  具有蓝色LED的支路
208  节点
209  NTC电阻
210  具有红色LED的支路
Rxx  电阻
Rb   电阻(测量电阻)
Rm       电阻(测量电阻)
Rr       电阻(测量电阻)
Rg       电阻(测量电阻)
C        电容器
D        二极管
Z        齐纳二极管
Txx      晶体管,特别是n沟道MOSFET或npn晶体管
OPxx     运算放大器
401      输入电流
402      CCT信号
403      输入电流
404      CCT信号
T        周期
t1,t2   持续时间
F1,F2   平面
U        电压跃变
601      节点
801      节点
802      LED
901      电压源/电压供电
902      节点
903   节点
1101  二极管
1201  输入电流
1202  CCT信号
1301  节点
1302  节点
1303  节点
1304  节点
1305  二极管
1306  节点
1601  电流源
1602  节点
1603  节点
1607  节点
1608  节点
1609  节点
1610  NTC电阻
1611  节点
1701  电流源
1731  具有薄荷绿色LED的支路
1732       具有蓝色LED的支路
1733       具有红色LED的支路
1702-1711  节点
1712       NTC电阻
1801       齐纳二极管
1901       节点
2001       节点
C81        电容器

Claims (26)

1.一种用于驱控半导体发光元件的电路,
-具有第一支路和至少一个另外的支路,其中,这些所述支路中的每个都具有多个串联的半导体发光元件,
-其中,在所述第一支路上或在所述第一支路的一部分上的电压降提供用于所述至少一个另外的支路的供电电压。
2.根据权利要求1所述的电路,其中,所述第一支路和所述至少一个另外的支路具有下述的颜色之一:绿色、蓝色或红色。
3.根据权利要求1所述的电路,其中,所述至少一个另外的支路设置为,所述至少一个另外的支路分别具有绿色、蓝色和红色之一。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电路,其中,在所述第一支路中流动的电流大于在所述至少一个另外是支路中流动的电流。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电路,其中,在所述第一支路中流动有预定的最小电流。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电路,其中,所述至少一个另外的支路根据通过所述第一支路的电流或通过总电流来控制。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电路,其中,所述第一支路发射绿色的、特别是薄荷绿色的光。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电路,其中,所述第一支路和所述至少一个另外的支路经由恒定的总电流或经由脉宽调制信号来供给。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电路,
-其中,所述至少一个另外的支路具有第二支路,
-其中,所述第二支路与第一晶体管和第一测量电阻串联并与所述第一支路并联地布置,
-其中,所述第一晶体管通过第一放大器来驱控,所述第一放大器的输入端一方面耦接所述第一支路上的所述电压降,并且另一方面耦接所述第一测量电阻上一个电压降。
10.根据权利要求9所述的电路,
-其中,所述至少一个另外的支路具有第三支路,
-其中,所述第三支路与第二晶体管和第二测量电阻串联并与所述第一支路并联地布置,
-其中,所述第二晶体管通过第二放大器来驱控,所述第二放大器的输入端一方面耦接所述第一支路上的所述电压降,并且另一方面耦接所述第二测量电阻上的一个电压降。
11.根据权利要求10所述的电路,其中,在所述第一支路的一部分上的所述电压降提供用于所述第一放大器和所述第二放大器的供电电压。
12.根据权利要求10或11所述的电路,其中,在所述第一支路上或在所述第一支路的一部分上的所述电压降提供用于所述第一放大器和所述第二放大器的调节电压。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的电路,
-其中,所述至少一个另外的支路具有第二支路和第三支路,
-其中,所述第二支路与第一晶体管和第一测量电阻串联并与所述第一支路并联地布置,
-其中,所述第一晶体管通过第一放大器来驱控,所述第一放大器的输入端一方面耦接所述第一支路上的所述电压降,并且另一方面耦接所述第一测量电阻上的一个电压降,
-其中,所述第三支路与第二晶体管和第二测量电阻串联并与所述第一支路并联地布置,
-其中,所述第二晶体管通过第二放大器来驱控,所述第二放大器的输入端一方面耦接所述第一支路上的所述电压降,并且另一方面耦接所述第二测量电阻上的一个电压降,
-其中,或者所述第一放大器作为反相放大器并且所述第二放大器作为非反相放大器接入,或者所述第一放大器作为非反相放大器并且所述第二放大器作为反相放大器接入。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电路,其中,在包括温度依赖性最高的半导体发光元件的支路中设置有温度补偿电路。
15.根据前述权利要求中任一项所述的电路,其中,在所述第一支路上的所述电压降能够借助分压器来确定,所述分压器包括与所述第一支路并联的至少两个串联的电阻。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的电路,其中,在所述第一支路上的所述电压降能够借助分压器来确定,所述分压器包括至少一个可变电阻。
17.根据权利要求15或16所述的电路,其中,所述分压器具有串联的电容器。
18.根据权利要求15或16所述的电路,其中,所述分压器具有串联的电容器,其中另一个电阻至少并联于所述电容器。
19.根据权利要求18中所述的电路,其中,所述另一个电阻能够借助开关接通或断开。
20.根据前述权利要求中任一项所述的电路,其中,在所述第一支路上或在所述第一支路的一部分上的所述电压降用作用于所述至少一个另外的支路的控制信号,其中所述至少一个另外的支路能够根据所述控制信号通过非线性元件来驱控。
21.根据前述权利要求中任一项所述的电路,其中,在所述第一支路上或在所述第一支路的一部分上的所述电压降提供用于所述至少一个另外支路的供电电压,其中所述第一支路在至少一个半导体发光元件与电流电源的负极之间具有抽头,其中所述抽头提供用于所述电路的地电位。
22.根据前述权利要求中任一项所述的电路,所述电路具有过电压保护,所述过电压保护如下地设置,即在过电压时没有电流在所述第一支路中流动,并且因此所述至少一个另外的支路也保持是暗的。
23.根据前述权利要求中任一项所述的电路,其中,所述第一支路和所述至少一个另外支路经由电压源来供给,其中测量电阻与所述第一支路串联,并且所述测量电阻能够根据在所述测量电阻上的电压降设定通过所述第一支路的电流或总电流。
24.一种具有电流源的照明系统,其中,所述电流源通过两线芯的连接器与根据权利要求1至22中任一项所述的电路连接。
25.根据权利要求24所述的照明系统,其中,电网电压通过调光电路与所述电流源连接。
26.一种灯、照明装置或照明系统,具有根据权利要求1至23中任一项所述的电路。
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