DE10040153A1 - Leuchtreklame - Google Patents

Abstract

Eine Leuchtreklame, insbesondere Konturbeleuchtung, umfaßt eine Mehrzahl von Leuchtdioden (13), die in Serie mit mindestens einem Widerstand (14) geschaltet sind. Ein Schaltregler (1) besitzt einen Schalttransistor (7) sowie eine Steuereinheit (11), welche den Schalttransistor (7) mit hoher Frequenz und einem veränderbaren Taktverhältnis durchsteuert und sperrt. Das Taktverhältnis wird dabei so gewählt, daß die von dem Widerstand (14) abgegriffene Spannung an eine von einem Sollwertgeber (3), vorzugsweise einem solchen mit einem temperaturempfindlichen Element, gelieferte Sollwertspannung herangeführt wird. Auf diese Weise läßt sich der durch die Leuchtdioden (13) fließende Strom sehr verlustarm auf einen bestimmten Wert regeln, insbesondere einen solchen, bei dem unabhängig von der Temperatur immer dieselbe Leuchtstärke gewährleistet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtreklame, insbesondere Konturbeleuchtung, mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden und mit einer Schaltungsanordnung zur Bestromung der Leuchtdioden.

Insbesondere bei solchen Leuchtreklamen, welche streifen­ förmig bestimmte Hauskonturen nachzeichnen und häufig in den Firmenfarben des werbenden Unternehmens gehalten sind (sogenannten "Konturbeleuchtungen"), finden als Lichtquellen in jüngster Zeit zunehmend Leuchtdioden Verwendung. Diese haben den Vorteil höherer Lebensdauer und höheren Wirkungsgrades. Die Leuchtstärke der Leucht­ dioden hängt in empfindlicher Weise von dem Strom, der die Leuchtdioden durchfließt ab. Bekannte Schaltungsan­ ordnungen zum Bestromen der Leuchtdioden waren daher als Konstantstromschaltungen ausgelegt, bei denen die Stromstärke durch Regeltransistoren auf einem bestimmten Wert gehalten wurde. In diesen Regeltransistoren wurde jedoch ein erheblicher Teil der Gesamtenergie in Wärme umgesetzt, so daß der Wirkungsgrad verhältnismäßig schlecht war.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leucht­ reklame der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Verlustleistung so gering wie möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurchg gelöst, daß die Schaltungsanordnung umfaßt:

• a) mindestens einen mit der Mehrzahl von Leuchtdioden in Reihe geschalteten Widerstand, an dem eine zu dem durch die Leuchtdioden fließenden Strom propor­ tionale Spannung abgreifbar ist;
• b) einen Schaltregler, der seinerseits umfaßt:
  • a) einen Schalttransistor,
  • b) eine Steuereinheit, welche den Schalttransistor mit hoher Frequenz und einem veränderbaren Taktverhältnis durchschaltet und sperrt, wobei die Steuereinheit das Taktverhältnis so wählt, daß die von dem Widerstand abgegriffene Spannung, die an einem Eingang der Steuereinheit liegt, an eine von einem Sollwertgeber gelieferte Sollwertspannung herangeführt wird.

Erfindungsgemäß wird also zur Konstanthaltung des Leucht­ diodenstromes von der Verwendung regelnder Transistoren, in denen erhebliche Energiemengen in Wärme umgesetzt werden, abgesehen. Statt dessen wird ein Schaltransistor eingesetzt, der nur voll aufgesteuert oder vollständig gesperrt wird, so daß nur noch minimale Energieverluste in diesem Schalttransistor eintreten. Die an die Leucht­ dioden weitergegebene Leistung wird ausschließlich von dem Taktverhältnis bestimmt, mit dem der Schalttransistor angesteuert wird. Dieses wiederum wird durch den Vergleich eines Istwertes mit einem Sollwert ermittelt. Der Istwert entspricht der Spannung, die an einem von dem Leuchtdioden­ strom durchflossenen Widerstand abfällt. Der Sollwert wird von Sollwertgeber geliefert.

Vorteilhafterweise liegt der Schalttransistor im Primär­ stromkreis eines Hochfrequenztransformators und die Serienschaltung aus Leuchtdioden und Widerstand im Sekun­ därstromkreis dieses Transformators. Auch dieses Merkmal trägt zur Verringerung von Verlusten bei.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Sollwertgeber ein temperaturempfindliches Element enthält. Hiermit hat es folgende Bewandtnis: Die von Leuchtdioden abgegebene Leuchtstärke ist eine Funktion der Arbeitstemperatur der Leuchtdioden: Um so geringer die Arbeitstemperatur, um so größer die Leuchtstärke. Bei Leuchtreklamen der eingangs genannten Art, welche die Arbeitstemperatur der Leucht­ dioden nicht direkt oder indirekt erfassen und die bei normalen Betriebstemperaturen für eine bestimmte Leucht­ stärke ausgelegt sind, steigt daher mit abnehmender Temperatur die Leuchtstärke in einem Maße an, wie dies weder gewünscht nocht benötigt wird. Wird im Sollwertgeber der erfindungsgemäßen Schaltung ein temperaturempfindliches Element verwendet, dann kann der Strom, der die Leucht­ dioden durchfließt, an die Arbeitstemperatur der Leucht­ dioden angepaßt werden. Vom temperaturempfindlichen Element muß dabei nicht notwendig die Arbeitstemperatur der Leuchtdioden selbst erfaßt werden; es reicht aus, wenn das temperaturempfindliche Element eine Temperatur mißt, die in einer eindeutigen Beziehung zu der Arbeits­ temperatur der Leuchtdioden steht, also mit dieser "kor­ reliert" ist. In vielen Fällen ist eine solche mit der Arbeitstemperatur der Leuchtdioden korrelierte Temperatur einfach die Umgebungstemperatur, die normalerweise um einen bestimmten, aus der Erfahrung gewonnen Betrag von der Arbeitstemperatur der Leuchtdioden nach unten abweicht. Alternativ kommt auch die innerhalb der Gehäuses der Leuchtreklame herrschende Temperatur als "korrelierte" Temperatur in Frage.

Im einzelnen kann der Sollwertgeber dann so aussehen, daß er neben einem temperaturempfindlichen Element einen Speicher und einen Prozessor aufweist, wobei in dem Speicher die Temperaturcharakteristik der Leuchtstärke der Leuchtdioden abgelegt ist und der Prozessor aus einer von dem temperaturempfindlichen Element gemessenen, mit der Arbeitstemperatur der Leuchtdioden korrelierten Temperatur eine Sollspannung errechnet, welche einer bestimmten Leuchtstärke der Leuchtdioden entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt schematisch die Schaltungsanordnung zum Betreiben einer mit Leuchtdioden bestückten Leuchtreklame.

Die Hauptkomponenten der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung sind ein Netzgerät 1, eine LED-be­ stückte Platine (LED-PCB) 2 sowie ein Sollwertgeber 3, deren innerer Aufbau und Zusammenwirken nachfolgend erläutert werden.

Das Netzgerät 1 umfaßt einen Brückengleichrichter 4 mit den zugehörigen Glättungsgliedern L1 und C1, dem ein Lade­ kondensator 5 nachgeschaltet ist. Die am Ladekondensa­ tor 5 liegende Spannung wird der Primärseite eines Hoch­ frequenztransformators 6 zugeführt, in dessen Primär­ stromkreis außerdem ein Schalttransistor 7 liegt.

Auf der Sekundärseite des Hochfrequenztransformators 6 befindet sich eine Diode 8, der ein LC-Glied 9 als Glättungsglied nachgeschaltet ist. Die so erhaltene Gleichspannung liegt an den Ausgangsklemmen 10 des Netz­ geräts 1 an.

Der Schalttransistor 7 wird von einer Steuereinheit 11 über ein Potential-Trennglied 12, z. B. eine opto­ elektronische Einheit, angesteuert.

Die Steuereinheit 11 enthält einen Hochfrequenzoszilla­ tor, mit dessen Frequenz der Schalttransistor 7 durchge­ schaltet wird, sowie einen Komparator, der die an zwei Eingängen 11a und 11b der Steuereinheit 11 anliegenden Spannungen miteinander vergleicht. Der Eingang 11a ist dabei ein Sollwerteingang, während der Eingang 11b ein Istwerteingang ist. Die Steuereinheit 11 verändert bei einer Differenz zwischen den an den beiden Eingängen 11a und 11b liegenden Signale das Tastverhältnis der von ihr erzeugten Hochfrequenzspannung so, daß das am Eingang 11b anliegende Istwertsignal an das am Eingang 11a an­ liegende Sollwertsignal herangeführt wird. Wie dies im einzelnen geschieht wird weiter unten deutlich wer­ den.

Die LED-PCB 2 enthält eine Serienschaltung aus einer Mehrzahl von Leuchtdioden 13 sowie einem Widerstand 14, die mit den Klemmen 10 des Netzgeräts 1 verbunden ist. Die an dem Widerstand 14 abfallende Spannung wird über eine weitere Klemme 15 dem Netzgerät 1 zugeführt, die wiederum mit dem Istwerteingang 11b der Steuerein­ heit 11 verbunden ist.

Der Sollwertgeber 3 schließlich enthält ein temperatur­ empfindliches Element 16. Dieses ist an einer Stelle angeordnet, an welcher es eine Temperatur messen kann, die mit der Arbeitstemperatur der Leuchtdioden 13 korreliert ist. Im einfachsten Falle ist es an der Gebäudewand installiert, an welcher auch die Leuchtreklame angebracht werden soll. Die dort herrschende Temperatur korreliert erfahrungsgemäß in einer bestimmten Weise mit der Arbeits­ temperatur der Leuchtdioden 13, so daß also die vom temperaturempfindlichen Element 16 gemessene Temperatur ein zumindest indirektes Maß für die Arbeitstemperatur der Leuchtdioden 13 ist. Das temperaturempfindliche Element 16 könnte auch innerhalb des Gehäuses der Leuchtreklame und ggf. auch direkt auf der LED-PCB 2 angebracht sein. Die zuerst erwähnte Anbringungsart an der Wand des Gebäudes hat den Vorteil, daß dort das temperaturempfindliche Element 16 leicht montierbar und ggf. leicht zugänglich ist. Im allgemeinen enthält außerdem eine Leuchtreklame eine Vielzahl von LED-PCBs 2, die zu dem einen in der Zeichnung dargestellten LED-PCB 2 parallel geschaltet sind und deren Temperatur zentral von einem einzigen temperaturempfindlichen Element 16 mit hinreichender Genauigkeit ermittelt werden kann.

Der Sollwertgeber 3 enthält neben dem temperaturempfind­ lichen Element 16 einen Speicher 17 sowie einen Prozessor 18. In dem Speicher 17 ist die Temperaturcharakteristik der Leuchtstärke der Leuchtdioden 13 abgelegt. Der Prozes­ sor 18 erhält vom temperaturempfindlichen Element 16 eine Information über die gemessene Temperatur, entnimmt dem Speicher 17 einen Spannungswert, welcher dem Strom ent­ spricht, der bei dieser Temperatur durch die LEDs 13 fließen soll, um eine bestimmte Leuchstärke zu erzielen, und führt diesen Spannungswert dem Eingang 11a der Steuer­ einheit 11 zu.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:
An dem Eingang 11a der Steuereinheit 11 des Netzgeräts 1 liegt nach dem oben Gesagten eine Sollwertspannung an, an welche das am Eingang 11b der Steuereinheit 11 anlie­ gende Istwertsignal herangeführt werden muß, damit die Leuchtdioden 13 mit einer gewissen Leuchtstärke strahlen. Diese Istwertspannung am Eingang 11b entspricht dem Spannungsabfall am Widerstand 14 des LED-PCB 2 und ist damit dem die Leuchtdioden 13 durchfließenden Strom porportional.

Zunächst sei davon ausgegangen, daß die an den Eingängen 11a und 11b liegenden Spannungen gleich sind. In diesem Falle schaltet die Steuereinheit 11 den Schalttransistor 7 hochfrequent, z. B. mit 100 kHz, mit einem bestimmten Taktverhältnis durch; die auf der Sekundärseite des Hochfrequenz-Transformators 6 entstehende und von der Diode 8 gleichgerichtete Spannung erzeugt in der Serien­ schaltung aus Lichtdioden 13 und Widerstand 14 einen Strom, der dem im Speicher 17 abgespeicherten, für die von dem temperaturempfindlichen Element 16 gemessene Temperatur richtigen Sollwert entspricht. Die Schaltungsanordnung befindet sich in einem stationären Zustand.

Stellt nun beispielsweise das temperaturempfindliche Element 16 einen Temperaturanstieg fest, so liest der Prozessor 18 des Sollwertgebers 3 aus dem Speicher 17 einen neuen Sollwert für die an den Eingang 11a der Steuereinheit 11 anzulegende Spannung aus. Diese neue Sollwertspannung liegt höher als die vorhergehende, da zur Erzielung derselben Leuchtstärke der Leuchtdioden 13 ein höherer Strom als zuvor erforderlich ist. Ist das am Sollwerteingang 11a der Steuereinheit 11 liegende Signal größer als das am Istwerteingang 11b liegende Signal, so vergrößert die Steuereinheit 11 das Taktver­ hältnis der von ihr erzeugten Steuerspannung. Entspre­ chend schaltet der Schalttransistor 7 mit einem größeren Taktverhältnis durch. Im Ergebnis hat die sekundärseitig von dem Hochfrequenztransformator 6 erzeugte Spannung einen größeren zeitlichen Mittelwert als zuvor, so daß der durch die Leuchtdioden 13 und den Widerstand 14 fließende Strom anwächst. Auf diese Weise wird die am Eingang 11b der Steuereinheit 11 anliegende und am Wider­ stand 14 abgegriffene Istwertspannung größer, bis die beiden an den Eingängen 11a, 11b liegenden Spannungen sich angeglichen haben.

Stellt umgekehrt das temperaturempfindliche Element 16 einen Temperaturabfall fest, so liest der Prozessor 18 aus dem Speicher 17 eine Sollwertspannung aus, die nunmehr kleiner als die vorhergehende ist: Bei niedrige­ ren Temperaturen genügt ein kleinerer Strom durch die Leuchtdioden 13, um dieselbe Leuchtstärke zu erhalten. Nunmehr liegt am Eingang 11a der Steuereinheit 11 eine kleinere Sollwertspannung an als es dem Istwert am Ein­ gang 11b entspricht. Die Steuereinheit 11 reagiert hierauf mit einer Reduzierung des Tastverhältnisses, mit dem der Schalttransistor 7 angesteuert wird. Die Folge ist eine Reduzierung des zeitlichen Mittelwertes der erzeug­ ten Sekundärspannung des Hochfrequenzstransformators 6, so daß der Strom durch die Leuchtdioden 13 und den Widerstand 14 abnimmt. Entsprechend sinkt die Istwert­ spannung am Eingang 11b der Steuereinheit 11, bis sie sich wieder an die Sollwertspannung am Eingang 11a ange­ glichen hat.

Mit der beschriebenen Schaltungsanordnung ist es daher möglich, praktisch verlustfrei den die Leuchtdioden 13 durchfließenden Strom auf denjenigen Wert zu regeln, der bei der jeweils herrschenden Temperatur zur Aufrecht­ erhaltung einer konstanten Leuchtstärke erforderlich ist.

Claims (4)

1. Leuchtreklame, insbesondere Konturbeleuchtung, mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden und mit einer Schal­ tungsanordnung zur Bestromung der Leuchtdioden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung umfaßt:

• a) mindestens einen mit der Mehrzahl von Leuchtdioden (13) in Reihe geschalteten Widerstand (14), an dem eine zu dem durch die Leuchtdioden (13) fließenden Strom proportionale Spannung abgreifbar ist;
• b) einen Schaltregler (1), der seinerseits umfaßt:
  • a) einen Schalttransistor (7);
  • b) eine Steuereinheit (11), welche den Schalttransis­ tor (7) mit hoher Frequenz und einem veränderbaren Taktverhältnis durchschaltet und sperrt, wobei die Steuereinheit (11) das Taktverhältnis so wählt, daß die von dem Widerstand (14) abgegrif­ fene Spannung, die an einem Eingang (11b) der Steuereinheit (11) liegt, an eine von einem Sollwertgeber (3) gelieferte Sollwertspannung herangeführt wird.

2. Leuchtreklame nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (7) im Primärstromkreis eines Hochfrequenztransformators (6) und die Serienschal­ tung aus Leuchtdioden (13) und Widerstand (14) im Sekundärstromkreis dieses Transformators (6) liegt.

3. Leuchtreklame nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sollwertgeber (3) ein temperatur­ empfindliches Element (16) enthält.

4. Leuchtreklame nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (3) einen Speicher (17) und einen Prozessor (18) aufweist, wobei in dem Speicher (17) die Temperaturcharakteristik der Leuchtstärke der Leucht­ dioden (13) abgelegt ist und der Prozessor aus einer von dem temperaturempfindlichen Element (16) gemessenen, mit der Arbeitstemperatur der Leuchtdioden (13) korrelier­ ten Temperatur eine Sollspannung errechnet, welche einer bestimmten Leuchtstärke der Leuchtdioden (13) entspricht.