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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leuchten und insbesondere
auf Leuchten mit Licht-emittierenden Dioden (LEDs).
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Licht-emittierende
Dioden werden zunehmend zu Beleuchtungszwecken eingesetzt. Neue Einsatzgebiete
für LEDs
finden sich nicht nur in der Kfz-Beleuchtung, sondern auch bei der
Beleuchtung von größeren Einheiten,
wie beispielsweise Theaterbühnen,
Diskotheken oder Gebäuden
für Lichtinstallationen.
Unabhängig
davon, ob solche Leuchten im Außenbereich
oder im Innenbereich eingesetzt werden, hat die Weiterentwicklung
von LEDs dazu geführt,
dass hohe Lichtausbeuten erzielt werden können.
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Darüber hinaus
hat die Massenherstellung von LEDs mit unterschiedlicher Leuchtfarbe
dazu geführt,
dass solche LED-Leuchten
auch für
bunte Beleuchtungszwecke eingesetzt worden sind.
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Im
Gegensatz zu Glühlampen
können
LEDs nicht mit Wechselspannung betrieben werden, sondern sie benötigen eine
Gleichspannung, die oberhalb der Schwellenspannung oder Schleusenspannung
der Diode ist, so dass die Diode beginnt, Licht zu emittieren, wenn
sie oberhalb der Schwellenspannung betrieben wird, also in Flussrichtung
gepolt ist. Für
eine positive Gleichspannung zwischen der Diode und der Kathode
wird somit eine Lichtemission bewirkt.
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Diese
typische Schleusenspannungen variieren von Diodenfarbe zu Diodenfarbe.
Allerdings sind die Schleusenspannungen typischerweise so gering,
dass LED-Leuchten mit Kleinspannungen beziehungsweise „auf Niedervolt" betrieben werden können. Solche
Kleinspannungen, die auch als Schutzkleinspannung bezeichnet werden,
liegen nach DIN dann vor, wenn eine Wechselspannung kleiner als
25 V ist, oder wenn eine Gleichspannung kleiner als 60 V ist. Dann
muss nämlich
eine solche SELV (Safety Extra Low Voltage) nicht besonders isoliert
werden. Mit anderen Worten ausgedrückt muss keine spezielle Isolation
vorgesehen werden zwischen den stromführenden Teilen, also zwischen der
Zuleitung und der Ableitung einer LED. Diese Zuleitungs- beziehungsweise
Ableitungsdrähte
können „blank" sein, was oftmals
als Gestaltungselement oder Effektelement eingesetzt wird. Hierbei
wird ferner ausgenutzt, dass sich durch einen typischen Transformator,
um eine Transformation einer 220 V Wechselspannung auf eine Kleinspannung
zu erreichen, automatisch eine galvanische Entkopplung ergibt. Dies
bedeutet, dass durch den Primärkreis
und den Sekundärkreis
der „Stromkreis" innerhalb der Leuchte
von dem Netz-Stromkreis galvanisch getrennt ist. Dies alles führt dazu,
dass man ohne Sicherheitseinbußen
auf eine Isolation auf Kleinspannungsseite verzichten kann.
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Hierin
wurde in der Vergangenheit ein besonderer Vorteil gesehen, da eine
Isolation Kosten mit sich bringt und da durch Verzicht auf eine
solche Isolation aufgrund der für
LEDs ausreichenden Kleinspannungen die Isolationskosten eingespart
werden konnten.
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Die
Lichtausbeute einer LED hängt
mit dem Strom zusammen, der durch die LED fließt. Je höher die beabsichtigte Lichtausbeute
ist, umso höher
ist auch der Strom, der durch die LED fließen muss. Bei kleineren LED-Anwendungen
ist dies noch kein Problem. Wenn jedoch LED-Scheinwerfer betrachtet werden,
die eine bestimmte Helligkeit liefern müssen, um ihren Dienst zu tun,
also zum Beispiel als Spotlight zu arbeiten, müssen beträchtliche Ströme durch die
LEDs fließen.
Dennoch kann man die Kleinspannung beibehalten. Die Lichtausbeute
einer LED-Leuchte kann man erhöhen,
wenn die LED-Leuchte
nicht eine einzige LED, sondern mehrere LEDs um fasst. Die Lichtleistung
der Leuchte ist proportional zur Anzahl der LEDs. Daher wurden viele
LEDs parallel geschaltet, um die LEDs mit einer Kleinspannung zu
betreiben, und um einen ausreichend hohen Strom durch die LEDs zu
führen.
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Solche
Schaltungen haben nach wie vor den Vorteil, dass man auf Leuchtenseite
auf eine Isolation verzichten kann. Allerdings werden insbesondere
bei höheren
Leuchtleistungen die großen
Ströme
ein Problem, da die erzeugte Abwärme
proportional zum Strom ist. Mit anderen Worten ausgedrückt nehmen die
Kosten für
die erforderliche Kühlung
immer mehr zu. Insbesondere dann, wenn keine passive Kühlung mehr
ausreicht, wenn also bereits Ventilatoren in den Leuchten vorgesehen
werden müssen,
um die durch die hohen Ströme
erzeugte Abwärme
abzuführen, steigt
auch der Geräuschpegel
an, den eine solche Leuchte liefert. Ein Geräuschpegel ist jedoch insbesondere
bei Bühnenanwendungen
sehr unerwünscht,
da die Beleuchtung keineswegs den künstlerischen Vortrag beziehungsweise
den Hörgenuss des
Publikums stören
darf. Zu starke Hintergrundgeräusche
führen
auch dazu, dass sich die Schauspieler in ihrem künstlerischen Ausdruck gestört fühlen.
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Um
die Abwärmeprobleme
zu reduzieren, könnte
man Leitungen mit geringerem Ohmschen Widerstand und/oder dickere
Leitungen einsetzen. Dies führt
jedoch zu einem erhöhten
Gewicht und zunehmenden Kosten aufgrund des teureren Metalls, was
ebenfalls nicht wünschenswert
ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Leuchtenkonzept zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Leuchte gemäß Patentanspruch 1 oder ein
Verfahren zum Betreiben einer Leuchte gemäß Patentanspruch 27 gelöst.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine
Leuchte mit einer hohen Lichtausbeute und mit re duzierten Kühlleistungen dadurch
erreicht werden kann, dass mehrere LEDS in Serie geschaltet werden,
und dass die LED-0Serie, die
aus einer in Serien geschalteten Anzahl von LEDs besteht, mit einer
hohen Spannung betrieben wird. Dies führt dazu, dass ein und derselbe
Strom jede LED der LED-Serie
durchfließt.
Die Spannung ist so hoch gewählt,
dass die an jeder LED abfallende Gleichspannung im Nennbereich ist,
also (deutlich) höher
als die Schwellenspannung einer LED ist. Damit wird sichergestellt,
dass ein und derselbe (hohe) Strom jede LED durchfließt, und
dass aufgrund der Serienschaltung der LED an jeder einzelnen LED
die erforderliche Spannung abfällt,
so dass die LED leuchtet.
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Andererseits
muss jedoch nur einmal der hohe Strom erzeugt werden (nicht mehrmals
wie bei einer Parallelschaltung). Dies führt dazu, dass die Abwärme, die
proportional zum Quadrat des Stroms ist, erheblich reduziert ist,
so dass oftmals auf eine aktive Kühlung durch Ventilatoren bei
einer erfindungsgemäßen Leuchte
verzichtet werden kann. Die Anzahl der LEDs in einer LED-Serie kann
ohne Weiteres erhöht
werden, um höhere
Lichtleistungen zu erreichen, ohne dass eine zusätzliche Kühlung erforderlich ist. Es
muss lediglich eine umso höhere Gleichspannung
erzeugt werden, mit der die LED-Serie betrieben wird, derart dass
alle LEDs in der LED-Serie mit einem ausreichenden Spannungsabfall
versorgt werden können.
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Bei
bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung beträgt
die Spannung, mit der eine LED-Serie betrieben wird, mehr als 70
V und insbesondere sogar mehr als die Nenn-Eingangsspannung und liegt bei besonders
bevorzugten Ausführungsbeispielen über 300
V. die Anzahl der LEDs in einer Serie ist höher als 10 und vorzugsweise
sogar höher
als 20 und insbesondere sogar höher
als 25.
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Die
Anzahl der LEDs in einer LED-Serie kann ohne Weiteres erhöht werden,
indem die Spannung, mit der die LED-Serie betrieben wird, erhöht wird.
Die Spannung, mit der eine LED-Serie betrieben wird, ist keine Kleinspannung
mehr, da die Spannung über
60 V ist. Erfindungsgemäß wird daher
eine Isolation vorgenommen, was jedoch im Vergleich zum reduzierten
Kühlaufwand
mit der damit einhergehenden Gewichtseinsparung und Geräuscheinsparung
unproblematisch ist. Damit können
Bühnenscheinwerfer
ohne Ventilatorkühlung
betrieben werden, und zwar mit allen Vorzügen, die LEDs bieten, nämlich die
einfache Ansteuerung und insbesondere dann, wenn die Leuchte mehrere
verschiedenfarbige LED-Serien
aufweist, die nahezu beliebig einstellbare Farbe des Scheinwerfers.
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Insbesondere
dann, wenn die Leuchte in einem sogenannten „Moving head" eingesetzt wird,
bei der eine Platte mit einem Träger
verbindbar ist, während
die Platte mit einem Arm verbunden ist und der Arm mit einem Kopf
verbunden ist, wobei der Kopf in zwei zueinander orthogonalen Richtungen
bewegt werden kann, hat die erfindungsgemäße Leuchte ein reduziertes
Gewicht aufgrund des reduzierten Kühlaufwands und führt damit
zu einer weiteren Kosteneinsparung, da ein geringeres Gewicht auch
mit kleineren Motoren und damit preisgünstigeren Motoren bewegt werden
kann. Die Reduktion an Kühlaufwand
führt also
nicht nur zu einer Geräuschminderung,
sondern insgesamt zu einer Preisreduktion aufgrund der nunmehr möglichen
weniger starken Konstruktion und der verwendeten kleineren Motoren, wobei
diese Einsparungen den zusätzlichen
Aufwand an Isolation ohne Weiteres wettmachen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung einer Leuchte;
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2 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer
Leuchte in einem Moving Head;
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3 eine
schematische Darstellung eines Moving Head; und
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4 eine
detailliertere schematische Darstellung eines Moving Head, bei dem
Elektronikkomponenten und Motorkomponenten gezeigt sind.
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1 zeigt
eine Leuchte mit einem Schaltnetzteil 10 mit einem Wechselspannungseingang 11 und
einem Gleichspannungsausgang 12, wobei eine Nennspannung
am Gleichspannungsausgang höher als
70 V Gleichspannung ist. Das Schaltnetzteil ist mit einem Dimmer 13 gekoppelt,
der einen Gleichspannungseingang, der gleich dem Gleichspannungsausgang 12 des
Schaltnetzteils 10 ist, und einen Gleichspannungsausgang 14 aufweist,
an dem eine Gleichspannung größer als
70 V Gleichspannung ausgebbar ist. Der Gleichspannungsausgang 14 ist
mit einer LED-Serie 15 mit einer Anzahl von LEDs 16 verbunden,
wobei die LEDs alle seriell geschaltet sind, und wobei die Anzahl
der LEDs größer als
10 ist. Die Serienschaltung der LEDs ermöglicht es, dass die LEDs mit
einer höheren
Spannung betrieben werden können.
Diese hohe Spannung führt dazu,
dass ein und derselbe Strom I durch jede LED fließt. Im Vergleich
zu einer Parallelschaltung der LEDs ist somit ein wesentlich niedrigerer
Strom ausreichend. Wenn zum Beispiel elf LEDs in Serie geschaltet
sind, so ist der Strom um ein Elftel kleiner im Vergleich zu einer
Schaltung, bei der elf LEDs parallel geschaltet sind. Dies führt auch
zu einer wesentlich reduzierten Verlustwärme, wobei die Reduktion der
Verlustwärme
bei einem Faktor 10 liegt. Damit muss auch nur ein Zehntel der Verlustwärme im Verlust
zu einer Parallelschaltungs-Leuchte abgeführt werden, was einen geringeren
Kühlaufwand,
weniger Kühlgeräusche, weniger
Gewicht und damit Kosteneinsparungen mit sich bringt. Darüber hinaus
ist auch der Stromverbrauch der erfindungsgemäßen Leuchte geringer, da weniger
Strom in Wärme
umgesetzt und damit „verheizt" wird.
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Erfindungsgemäß wird also
auf LED-Seite bewusst keine Kleinspannung eingesetzt, sondern es wird
eine Spannung eingesetzt, die eine Isolation der stromführenden
Teile erfordert.
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Der
dadurch bedingte Zusatzaufwand ist jedoch im Vergleich zu den sonstigen
Einsparungen und insbesondere im Vergleich zu der Lösung des Kühlproblems,
das insbesondere bei Hochleistungs-Scheinwerfern ein Hauptproblem
darstellt, ohne Weiteres akzeptabel.
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Nachfolgend
wird auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anhand von 2 eingegangen.
Das Schaltnetzteil 10 umfasst hierbei eine PFC-Stufe 20,
die zur Hilfsspannungserzeugung dient. Die PFC-Stufe schafft eine Power
Factor Correction, die auch als „Leistungsfaktorkorrektur" oder „Leistungsfaktorkompensation" bezeichnet wird.
Diese PFC-Stufe umfasst ein spezielles Filter, das vor allem bei
Netzteilen ab einer bestimmten Leistung, wie beispielsweise bei
Computernetzteilen, eingesetzt wird, um den Anteil an störenden Schwingungen
zu minimieren und den Leistungsfaktor möglichst nahe zu 1 zu bringen.
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Bei
nicht-linearen Verbrauchern, wie es unter anderem Gleichrichter
mit nachfolgender Glättung
in Netzteilen darstellen, treten bei sinusförmiger Spannung phasenverschobene
und nicht sinusförmige Eingangsströme auf.
Diese Ströme
setzen sich aus einer Summe höherfrequenter
Anteile, also aus Oberschwingungen zusammen, die in Stromversorgungsnetzwerken
und anderen elektrischen Geräten Störungen verursachen
können.
Zur Reduktion dieser Störungen
existieren passive Oberschwingungsfilter oder aktive Oberschwingungsfilter
oder auch Kombinationen aus aktiven und passiven Filtern. Die PFC-Stufe 20 umfasst
somit eine solche Leistungsfaktorkorrektur auf Wechselspannungsseite
sowie eine nachgeschaltete, in 2 nicht
extra gezeigte Elektronik zur Erzeugung der hohen Spannung von 385
V, wie sie aus der Technik für
Schaltnetzteile bekannt ist. Ferner erzeugt die in 2 mit 20 bezeichnete
PFC-Stufe auch eine Niederspannung an einem Niederspannungsausgang,
der mit 14 V bezeichnet ist. Ferner enthält die PFC-Stufe auch einen
Masse-Ausgang GND.
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Alle
drei Ausgänge
sind mit entsprechenden Ausgängen
des Dimmers 13 verbunden, der in 2 auch als „PWM-Dimmer" bezeichnet ist.
Der Dimmer schafft eine Ansteuerung der einzelnen Kanäle über eine
Pulsbreitenmodulation (PWM; PWM = pulse with modulation) für jeden
Kanal. Insbesondere umfasst jeder Kanal eine eigene LED-Serie mit
einer bestimmten Farbe. Ein erster Kanal umfasst eine rote LED-Serie 21.
Ein zweiter Kanal umfasst eine grüne LED-Serie 22, und
ein dritter Kanal umfasst eine blaue LED-Serie 23.
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In 2 ist
eine Schaltung als Stromsenke gezeigt, derart, dass die Anoden der
jeweils nächsten LEDs
jeder Serie 21, 22, 23 mit der hohen
Spannung von 385 V an einem Speisepunkt 24 gespeist werden,
während
die Kathode der jeweils letzten LED in jeder Serie mit dem entsprechenden
Kanaleingang oder Niederspannungseingang des PWM-Dimmers 13 verbunden
ist. Alternativ könnte
jedoch auch eine umgekehrte Schaltung stattfinden, also keine Stromsenkenschaltung,
sondern eine Schaltung, bei der jede LED-Serie mit einer unterschiedlich
hohen Spannung, also mit einer jeweils unabhängigen Spannung gespeist wird,
während
die Kathoden der jeweils letzten LEDs alle mit ein und derselben
Masse verbunden sind.
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Die
in 2 gezeigte „Stromsenken"-Schaltung hat jedoch
den Vorteil, dass die unabhängige Steuerung
jedes Kanals dadurch erreicht werden kann, dass zum Beispiel ein
Widerstand in Form eines Transistors zwischen der Kathode der letzten LED
in jedem Zweig und jedem Massepotential gesteuert wird, um individuell
den Strom zu jedem Zweig einstellen zu können, dass also auf Niederspannungsseite
und nicht auf Hochspannungsseite „manipuliert" also gesteuert wird.
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Die
Steuerung des PWM-Dimmers 13 erfolgt durch eine Mikrocontroller-Steuerung 24,
die eine Steuerleitung für
jeden Kanal aufweist.
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Die
Steuersignale erhält
die Mikrocontroller-Steuerung über
ihren Steuereingang 25, der mit einer Datenschnittstelle 26 verbunden
ist, die als „DMX-Eingang" bezeichnet wird.
In der DMX-Eingangsschnittstelle 26 findet sich eine galvanische Trennung,
um die Leuchtensteuerung von dem Datennetz galvanisch zu entkoppeln.
Alle in 2 gezeigten Elemente sind daher
von dem Stromnetz nicht galvanisch getrennt. Dies gilt nur für den Datenkanal,
der über
eine galvanische Trennung in der DMX-Schnittstelle von dem Versorgungsnetz
galvanisch getrennt ist. Nachdem die Spannungen dort gering sind,
führt die
dortige galvanische Trennung nur zu einem geringen Aufwand und nur
zu geringen Verlusten.
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Die
Mikrocontroller-Steuerung 24 umfasst einen Motoransteuerungsausgang 27,
um zwei Motoren anzusteuern, die dazu führen, dass sich die LED-Serie
in zwei orthogonalen Richtungen drehen kann. Eine erste Richtung
ist eine PAN-Richtung,
die von einem PAN-Schrittmotor 28 bewegt wird. Die zweite
Richtung ist eine TILT-Richtung, die von einem TILT-Schrittmotor 29 erreicht
wird, wenn dieser Motor von der Mikrocontroller-Steuerung entsprechend
angesteuert wird.
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Die
Mikrocontroller-Steuerung wird mit drei unterschiedlichen Spannungen
+27,5 V, +7 V, 0 V von einer Elektronikversorgung 30 versorgt,
die sich im Schaltnetzteil befindet. Insbesondere wird die hohe
Spannung dazu verwendet, um die Motoren zu versorgen, während die
niedrige Spannung von beispielsweise 7 V dazu verwendet wird, um
die Elektronik in der Mikrocontroller-Steuerung zu versorgen. Insbesondere
wird bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel
eine Spannung von 5 V für
den Prozessor innerhalb der Mikrocontroller- Steuerung 24 benötigt, wobei
diese Spannung von 5 V in der Mikrocontroller-Steuerung intern erzeugt
wird.
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Das
in 2 gezeigt Ausführungsbeispiel umfasst
mehr als 25 und insbesondere 30 LEDs pro Reihe. Insbesondere sind
alle LEDs jeder Farbe seriell und nicht parallel geschaltet. Dies
führt dazu,
dass die Ströme
in den einzelnen Kanälen
beziehungsweise LED-Serien so gering als möglich sind, da jede LED durch
ein und denselben Strom durchflossen wird, was bei einer Parallelschaltung
nicht der Fall sein würde.
Bereits eine Parallelschaltung mit zwei Parallelzweigen würde zu einer
Verdoppelung der Verlustwärme
im Vergleich zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
führen.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung wird die Dimmer-Betriebsspannung so hoch wie möglich eingestellt.
So wird der Dimmer vorzugsweise mit Spannungen größer als
220 V Gleichspannung und insbesondere sogar größer als 300 V betrieben. Die
entsprechende Spannungsfestigkeit ist für normale Transistoren, wie
sie sowohl in der PFC-Stufe
als auch im Dimmer verwendet werden, unproblematisch. Im Vergleich
zu einer 48 V-Variante müssen
jedoch die Leistungsbauteile bei der vorliegenden Erfindung nur
etwa 1/8 des Stromes schalten. Dieser wiederum ist direkt verantwortlich
für die
Erwärmung der
Leistungselektronik. Es werden also erfindungsgemäß wesentlich
kompaktere Bauteile ausreichend sein und der erforderliche Kühlaufwand
nimmt ebenfalls stark ab.
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Ferner
wird erfindungsgemäß auf eine
galvanische Trennung verzichtet, da ohnehin eine gute Isolation
durchgeführt
werden muss. Es entsteht also eine direkte Verbindung zwischen Stromnetz
und Leuchtdioden. Eine galvanische Trennung, die nicht vorhanden
ist, braucht auch keinen Raum und somit auch keine Verlustleistung,
was zu einem weiteren Größen/Kühlungs-Vorteil
führt.
Auch bei der PFC-Stufe existiert der Vorteil, dass die hohe Sekundärspannung
die Ströme
niedrig hält.
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Erfindungsgemäß lässt sich
eine sehr kompakte Netzteil/Dimmer-Einheit aufbauen, welche sich insbesondere
bei dem in 3 oder 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
harmonisch in ein Design einfügt
und dabei noch „gutmütig" zu kühlen ist.
Es wird also einerseits Kompaktheit und eine geräuschverminderte Kühlung erreicht,
indem auf einen Kühllüfter u.
U. ganz verzichtet werden kann, oder indem wesentlich kleinere und
dabei geräuschärmere Kühllüfter eingesetzt
werden müssen,
oder indem Kühllüfter langsamer
angetrieben werden müssen,
was ebenfalls Geräusche
und Leistungsverbrauch eines solchen Lüfters reduziert.
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3 zeigt
eine Implementierung der Erfindung innerhalb eines „Moving
Head". Eine solche Leuchte
umfasst eine Basis 40, die mit einem Arm 41 über ein
Lager 42 verbunden ist. Der Arm 41 hat an seinem
Ende 43 eine Verbindung mit einem Kopf 44, der
in 3 von hinten gezeigt ist, und in dem die LED-Serien
angeordnet sind. Die Basis 40 umfasst einen Netzanschluss 45 und
einen oder mehrere Datenanschlüsse 46.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
kann die Platte beziehungsweise Basis 40 kompakt ausgeführt werden,
da die Elektronikbauteile nicht mehr in der Basis angeordnet sind, sondern
wie es bezugnehmend auf die Fig. gezeigt wird, innerhalb des Arms.
Alternativ kann ein Teil der Elektronik oder sogar die gesamte Elektronik
im Kopf angeordnet sein, so dass auch der Arm noch kompakter ausgebildet
werden kann. Da LEDs sehr wenig Platz benötigen, und da eine gewisse
Kopfgröße oftmals
zu einem harmonischen Design gehört,
ist eine Anordnung der Elektronik im Kopf dann vorzuziehen, wenn
solche Design-Anforderungen bestehen. Obgleich die Anordnung der
Elektronik im Arm oder im Kopf dazu führt, dass die Schrittmotoren 28, 29 nicht
nur den Kopf und den Arm, sondern auch die mit Kopf und Arm verbundene
Elektronik bewegen müssen,
ist die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft, da die Elektronik
aufgrund der verwendeten Hochspannung klein, kompakt und mit geringem Kühlaufwand
implementiert werden kann, wobei die für die Koch spannung erforderliche
Isolierung gewichtsmäßig unproblematisch
ist.
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Das
Schaltnetzteil 10 ist bei dem in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel
an einer Leiterplatte 50 aufgebracht. Der PWM-Dimmer 13 ist
an der gegenüberliegenden
Seite des Arms bei 13 angebracht. Es ist zu sehen, dass
eine relative einfache Kühlung ohne
aktive Kühlelemente,
also eine Kühlung
allein mit Kühlelementen
ausreichend ist.
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In
der Implementierung kann die Mikrocontroller-Steuerung 24 auch
auf der Platine 50 angeordnet sein. So könnte jedoch
auch ein eigenes Bauteil vorgesehen sein, wie es beispielsweise
bei 51 angedeutet ist.
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Der
PAN-Schrittmotor 28 ist ausgebildet, um Arm und Kopf über eine
in 4 gezeigte vertikale Achse 52 zu drehen.
Analog hierzu ist der TILT-Motor ausgebildet, um den Kopf bezüglich des
Arms um eine in 4 gezeigte horizontale Achse 53 zu
drehen. Hierzu ist jeder Motor mit einer Riemen-Zahnradkonstruktion 54 versehen.
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Vorzugsweise
sind die Abmessung des bügelartigen
drehbaren Arms so gewählt,
dass eine Rotation um 360° um
die Achse 52 herum möglich
ist.
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Die
einzelnen LEDs der LED-Serien sind in dem Kopf vorzugsweise so angeordnet,
dass pro „Punkt" oder „Pixel" des Scheinwerfers
eine LED von jeder Farbe angeordnet ist. Damit kann durch entsprechende
Helligkeitssteuerung jeder einzelnen LED-Serie eine definierte Helligkeit
jeder Farbe erzeugt werden, so dass die Farbe des Scheinwerfers über den
gesamten Farbraum nahezu kontinuierlich durchgesteuert werden kann.
Vorzugsweise findet diese Steuerung über eine Dateneingabe statt,
die über
die Datenschnittstelle 26 erfolgt.
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Obgleich
in 2 eine Leuchte gezeigt ist, die drei Stränge hat,
nämlich
einen Strang mit roten LEDs, einen Strang mit grünen LEDs und einen Strang mit
blauen LEDs, kann das Multi-Strang-Konzept auch alternativ implementiert
werden. So können
nämlich
z. B. zwei Stränge 21, 22 mit
weißen LEDs
versehen sein, während
ein dritter Strang mit gelben LEDs versehen ist.
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Je
nachdem, wie stark die gelben LEDs angeregt werden, kann der weiße Beam
mit einer entsprechenden Farbtemperatur versehen werden. Ist der
weiße
Strang komplett ausgeschaltet, so hat das weiße Licht eine relativ niedrige
Farbtemperatur, es wird als kaltes weißes Licht empfunden, während dann,
je stärker
das gelbe Licht zusätzlich
zum weißen
Licht angeregt wird, die Farbtemperatur immer weiter ansteigt. Je
mehr gelbe Spektralanteile nämlich
in dem gesamten von dem Scheinwerfer ausgegebenen Lichtstrahl enthalten
sind, umso wärmer wird
das Licht empfunden, um so größer ist
also die Farbtemperatur.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Anzahl der weißen
LEDs doppelt so groß wie
die Anzahl der gelben LEDs. Dies ist dahin gehend vorteilhaft, dass
die Helligkeit hauptsächlich
durch die weißen LEDs
bestimmt wird, während
für die
Einstellung der Farbtemperatur eine geringere Lichtleistung und
damit eine geringere Anzahl von LEDs benötigt wird. Nachdem die Lichtleistung
generell mehr durch weiße
LEDs bestimmt wird, wird es daher bevorzugt, insgesamt mehr weiße LEDs
als gelbe LEDs zu haben. Dieses „mehr als" kann dadurch implementiert werden,
dass die Anzahl der Stränge,
in denen weiße LEDs
platziert sind, größer ist
als die Anzahl der Stränge,
in der gelbe LEDs enthalten sind, wobei die Anzahl der Stränge, in
denen gelbe LEDs enthalten sind, auch gleich 1 sein kann. Alternativ
können
jedoch die Stränge
für weiße LEDs
auch länger
ausgelegt werden, derart, dass mehr weiße LEDs in einem Strang sind
als gelbe LEDs in einem anderen Strang sind. Die Platzierung der
unterschiedlichen Farben in verschiedenen Strängen erlaubt das einfache und
effiziente Ansprechen der LEDs in den Strängen.
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Eine
Steuerung ist ausgelegt, um den in die Stränge injizierten Strom abhängig davon
einzustellen, wie das Verhältnis
zwischen RGB vom Benutzer gewählt
worden ist bzw. wie hoch die Farbtemperatur eingestellt worden ist.
Ein Mapping zwischen einer Farbtemperatur und einem Ansteuersignal
für den PWM-Dimmer
kann z. B. durch eine Nachschlagtabelle oder durch eine Funktion
hinterlegt sein. Alternativ kann in dem PWM-Dimmer 13 auch
die rechte Farbtemperatur eingegeben werden, derart, dass dann innerhalb
des PWM-Dimmers pro Strang der korrekte Ansteuerwert, um den Strom
durch die LEDs einzustellen, herausgefunden wird.
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Sobald
mehr als ein Strang vorhanden ist, können Farbmischungen bzw. Farbtemperatureinstellungen
erreicht werden, wobei die Anzahl der Stränge bzw. Kanäle und die
Anzahl der Farben immer gleich sein muss. Wie es ausgeführt worden
ist, kann man auch mehrere Stränge
mit ein- und derselben LED-Farbe ausstatten, wenn ein besonders
leistungskräftiger
Scheinwerfer gewünscht
wird, der jedoch dann keine Mischkapazitäten hat. Wird jedoch zumindest
ein Strang einer Vielzahl von Strängen eines Scheinwerfers mit
einer anderen Farbe ausgestattet, so können bereits Farbmischungen
zwischen zwei Farben erreicht werden. Hat man drei Farben, die einen
Farbraum aufspannen, so können
beliebige Farben erzeugt werden, indem die Stränge je nach RGB-Farbraum-Informationen beispielsweise
angesteuert werden. Auch dann, wenn weiße LEDs und gelbe bzw. rote
LEDs in unterschiedlichen Strängen vorkommen,
kann eine kontinuierliche und beliebig einstellbare Farbtemperatur
erreicht werden, wobei in diesem Fall besonders bevorzugt wird,
mehr weiße LEDs
als rote bzw. gelbe LEDs vorzusehen, um sicherzustellen, dass der
Scheinwerfer eine ausreichende Leistung hat, die hauptsächlich durch
die weißen
LEDs bestimmt wird.