DE102010060437A1

DE102010060437A1 - Vorrichtung zum Betreiben eines Leuchtmoduls mit Überspannungsschutz

Info

Publication number: DE102010060437A1
Application number: DE102010060437A
Authority: DE
Inventors: Bernd Bienek; Marcel Nierhoff
Original assignee: Vossloh Schwabe Deutschland GmbH; Vossloh Schwabe GmbH
Current assignee: Vossloh Schwabe Lighting Solutions GmbH and Co KG
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: DE102010060437B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Betreiben eines Leuchtmoduls (11) mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtmitteln (12), vorzugsweise Leuchtdioden (13). Parallel zu einer oder mehrerednung (30) geschaltet. Diese weist eine erste Schaltung (31) und eine zweite Schaltung (32) auf. Die zweite Schaltung (32) schützt die wenigstens eine Leuchtdiode (13) vor Spannungsschwankungen auf den Versorgungsleitungen (L) zwischen dem Leuchtmodul (11) und einer Stromquelle (14). Hierfür weist sie einen Schutzkondensator (CS) auf. Die erste Schaltung (31) überbrückt die wenigstens eine Leuchtdiode (13), wenn deren Defekt erkannt wird. Dies stellt sicher, dass beim Ausfall einer Leuchtdiode (13), nicht das gesamte Leuchtmodul (11) ausfällt. Beim Überbrücken einer defekten Leuchtdiode (13) durch einen Überbrückungszweig (33) der ersten Schaltung (31) kann es aufgrund der Entladung und des zu Stromspitzen kommen, die den gesteuerten Schalter (34) der ersten Schaltung (31) beschädigen können. Diese Stromspitzen werden durch das Strombegrenzungselement (41) begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben eines Leuchtmoduls. Das Leuchtmodul weist eine Reihenschaltung von mehreren Leuchtmitteln auf. Als Leuchtmittel dienen insbesondere Halbleiterleuchtmittel wie etwa Leuchtdioden (LEDs) oder Superlumineszenzdioden (SLDs).
Bei einer solchen Reihenschaltung besteht das Problem, dass der Ausfall eines einzelnen Leuchtmittels zum Ausfall des gesamten Leuchtmoduls führt.
Um dies zu vermeiden schlägt beispielsweise die DE 10 2004 007 278 A1 vor, eine erste Schaltung mit einem Überbrückungszweig parallel zum Leuchtmittel zu schalten. Dort wird parallel zu einer Leuchtdiode ein Thyristor geschaltet, dessen Steueranschluss über eine Steuerschaltung angesteuert wird. Am Steueranschluss des Thyristors wird ein Zündimpuls angelegt, wenn die Spannung an der Leuchtdiode einen Schwellenwert überschreitet. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die LED ausfällt. Das Zünden des Thyristors führt anschließend dazu, dass die Reihenschaltung der Leuchtdioden nicht unterbrochen wird, sondern der Strom über den parallel geschalteten Thyristor fließen kann.
Eine ähnliche Schaltung ist auch aus DE 10 2008 031 029 A1 bekannt.
Die DE 20 2009 009 254 U1 beschreibt einen Adapter für Kompaktleuchtstofflampen oder Leuchtdiodenlampen mit integriertem Vorschaltgerät. Über den Adapter soll eine Entstörung erfolgen. Hierfür weist der Adapter eingangsseitig und ausgangsseitig jeweils einen zwischen die Anschlussleitung geschalteten Kondensator auf. Zwischen diesen beiden Kondensatoren ist in den Anschlussleitungen jeweils eine Drossel angeordnet. Ausgangsseitig ist ferner parallel zum Kondensator ein spannungsabhängiger Widerstand vorgesehen, dessen Widerstand oberhalb einer Schwellenspannung abrupt kleiner wird, um die an den Adapter angeschlossene Lampe vor netzseitigen Überspannungen zu schützen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, die bekannten Schaltungen zur Verhinderung des Totalausfalls eines Leuchtmoduls mit in Reihe geschalteten Leuchtmitteln beim Auftreten eines Defekts an einem Leuchtmittel zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist parallel zu einem oder mehreren Leuchtmitteln der Reihenschaltung eine erste Schaltung sowie eine zweite Schaltung angeordnet. Die erste Schaltung weist einen Überbrückungszweig auf, der parallel zu dem wenigstens einen Leuchtmittel angeordnet ist. Dieser Überbrückungszweig wird durch einen gesteuerten Schalter geschlossen, wenn die an dem wenigstens einen Leuchtmittel abfallende Leuchtmittelspannung einen vorgegebenen Spannungsschwellenwert überschreitet.
Als gesteuerter Schalter wird vorzugsweise ein Thyristor verwendet. Dieser kann durch einen Stromimpuls an seinem Steueranschluss (Gate) gezündet werden, so dass die Verbindung zwischen Anode und Kathode des Thyristors leitend wird und den Überbrückungszweig schließt.
Typischerweise ist der Überbrückungszweig so dimensioniert, dass der gesteuerte Schalter durchschaltet, wenn der Stromfluss durch die Leuchtmittel unterbrochen ist. Das passiert beispielsweise dann, wenn LEDs als Leuchtmittel verwendet werden und ein Bond-Draht reißt oder eine andere elektrische Verbindung defekt ist. Der gesteuerte Schalter kann aber ebenso durch anderweitig auftretende Störimpulse durchgeschaltet werden, ohne dass ein Defekt der Leuchtmittel vorliegt. Üblicherweise kann dann durch komplettes Abschalten der Leistungsversorgung ein Reset des Überbrückungszweiges herbeigeführt werden, so dass nach erneutem Einschalten der Leistungsversorgung der gesteuerte Schalter wieder geöffnet ist.
Außerdem ist eine zweite Schaltung parallel zu einem oder mehreren der Leuchtmittel geschaltet, die wenigstens einen Schutzkondensator aufweist. Der Schutzkondensator dient zur Entstörung der Leuchtmittel in Bezug auf hochfrequente Spannungsänderungen in den Versorgungsleitungen. Der Schutzkondensator dient auch zur Begrenzung von Überspannungs- bzw. Überstromimpulsen auf den Versorgungsleitungen und Gehäuse- oder Kühlkörperanschlüssen. Falls solche Störungen auftreten, werden sie durch den Schutzkondensator abgefangen, indem er sich dabei selbst auflädt. Im normalen Betrieb entlädt sich der Kondensator über die LED.
Der Überbrückungszweig schaltet durch bei Ausfall der LED oder auch beim Auftreten eines hinreichend hohen Störimpulses und intakter LED. Gerade in letzterem Fall kann ein solcher Störimpuls aufgrund der stark ansteigenden Strom-Spannungs-Kennlinie der LED zu einer sehr hohen Spannung am Schutzkondensator führen, der sich daraufhin besonders stark auflädt. Gleichzeitig würde die auftretende Überspannung auch ein Durchschalten des Überbrückungszweiges verursachen, so dass sich der Schutzkondensator anschließend über den nun geschlossenen Überbrückungszweig entladen würde. Dies kann dann zu Stromspitzen durch alle Bauteile des Überbrückungszweiges führen. Es hat sich gezeigt, dass diese Stromspitzen den gesteuerten Schalter zerstören oder beschädigen können, so dass der Überbrückungszweig seine vorgesehene Funktion nicht erfüllen kann. Somit kann es zu einem Totalausfall des Leuchtmoduls kommen, obwohl die erste Schaltung mit ihrem Überbrückungszweig genau dies verhindern soll.
Es ist deswegen vorgesehen, in der ersten Schaltung in Reihe zum Schutzkondensator und/oder in der zweiten Schaltung in Reihe zum gesteuerten Schalter ein Strombegrenzungselement anzuordnen. Es ist grundsätzlich auch möglich, eine Strombegrenzung seriell in die Reihenschaltung der LEDs einzufügen oder eine oder mehrere LEDs mit hohem differentiellen Widersatnd zu nutzen. Als Strombegrenzungselement wird vorzugsweise ein Widerstand und insbesondere ein spannungsabhängiger Widerstand verwendet. Beim Schaltvorgang zum Schließen des Überbrückungszweiges wird die Stromspitze des sich entladenden Schutzkondensators reduziert und der gesteuerte Schalter vor Beschädigungen geschützt. Ein Totalausfall des Leuchtmoduls wird daher sicher vermieden. Gleichzeitig ist eine Entstörung gegenüber hochfrequenten Spannungsänderungen auf den Versorgungsleitungen gewährleistet und es wird eine Kopplung oder Beeinflussung des Schaltvorgang auf weitere Schaltungen reduziert.
Vorzugsweise weist die erste Schaltung eine Überspannungserfassungseinrichtung auf, die das Überschreiten des Spannungsschwellenwertes erkennt. Die Überspannungserfassungseinrichtung kann beispielsweise aus einer Reihenschaltung einer Zenerdiode mit einem ersten ohmschen Widerstand gebildet sein. Die Überspannungserfassungseinrichtung und beispielsweise der Mittenabgriff der Reihenschaltung sind mit dem Steueranschluss des gesteuerten Schalters verbunden. Dadurch ist ein einfacher Aufbau zur Erkennung von überschreiten des Spannungsschwellenwerts. Außerdem geht die Zenerdiode nach dem Umschalten des gesteuerten Schalters wieder in ihren Sperrzustand über, so dass durch die Reihenschaltung aus Zehnerdiode und Widerstand bei leitendem Überbrückungszweig kein Strom fliest und dort keine Verlustleistung erzeugt wird.
Bei der Verwendung von Leuchtmitteln mit hoher Leistung, wie etwa Hochleistungsleuchtdioden, ist vorzugsweise eine Kühlung dadurch gewährleistet, dass das Leuchtmodul eine Metallkernleiterplatte aufweist, auf der die Leuchtmittel angeordnet sind. Diese weist gegenüber Leiterplatten aus nicht leitfähigem Kunststoff eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit auf. Allerdings entstehen dadurch parasitäre Kapazitäten zwischen dem leitfähigen Metallkern der Leiterplatte und den darauf angeordneten Leuchtmitteln sowie deren Verbindungsleitungen bzw. Leiterbahnen. Diese Leitebahnen sind zur besseren Kühlung sehr großflächig ausgeführt und bilden sehr große parasitäre Kapazitäten. Der Schutzkondensator stellt eine einfache Möglichkeit dar, das Leuchtmittel vor hochfrequenten Spannungsänderungen bzw. vor Überspannungs- und/oder Übertstromimpulsen zu schützen, die durch die parasitären Kapazitäten verstärkt werden. Aufgrund der zweiten Schaltung mit dem Schutzkondensator parallel zum wenigstens einem Leuchtmittel fließt ein Stromimpuls nicht durch das Leuchtmittel, sondern über den Schutzkondensator ab. Im Unterschied zu vorgeschalteten dreipoligen Netzfiltern an der Eingangsseite, z. B. an der Primärseite eines zugeordneten Konverters, ist ein parallel geschalteter Schutzkondensator deutlich billiger und benötigt wenig Platz. Vorzugsweise können preiswerte SMD-Schutzkondensatoren verwendet werden. Im Vergleich zu Spannungsabhängigen Widerständen, wie z. B. Varistoren, hat der Schutzkondensator ein deutlich schnelleres Verhalten. Halbleiterbauelemente anstelle des Schutzkondensators sind zu teuer und für hohe Leistungen nicht immer geeignet. Da die Durchflussspannung durch das Leuchtmittel variieren kann, zum Beispiel beim Dimmen des Leuchtmoduls, eignet sich die Verwendung einer Zenerdiode parallel zum Leuchtmittel ebenfalls nicht. Ein separater weiterer Kondensator zwischen Leuchtmodul und Schutzleiter wird nicht zwingend benötigt.
Zur weiteren Verbesserung der Kühlung kann die Metallkernleiterplatte an einem elektrisch leitfähigen Körper befestigt sein, insbesondere einem Körper aus Metall. Beispielsweise kann die Metallkernleiterplatte am Gehäuse des Leuchtmoduls angebracht oder mit einem Kühlkörper verbunden sein. Hier kann eine direkte Kopplung zur Erde bzw. zum entsprechenden Schutzleiter hergestellt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Merkmale der Erfindung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Leuchtmodul mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden,
2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung,
3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der ersten Schaltung sowie eines Ausführungsbeispiels der zweiten Schaltung, die parallel wenigstens zu einer Leuchtdiode geschaltet sind.
4 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung einer Leuchtdiode eines Leuchtmoduls, die über eine Leiterplatte mit einem Kühlköper verbunden ist und
5 ein Blockschaltbild, das die parasitären Kapazitäten bei einem Leuchtmodul gemäß 4 veranschaulicht.
In 1 ist das Blockschalbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 10 zum Betreiben eines Leuchtmoduls 11 dargestellt. Das Leuchtmodul 11 weist eine Reihenschaltung mehrerer Leuchtmittel 12 auf. Beim Ausführungsbeispiel sind die Leuchtmittel 12 durch Halbleiterleuchtmittel und insbesondere Leuchtdioden 13 gebildet. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Leuchtmittel 12 bzw. Leuchtdioden 13 hängt vom Typ des Leuchtmoduls 11 ab und kann prinzipiell beliebig gewählt werden. Die Vorrichtung 10 und das Leuchtmodul 11 sind beim Ausführungsbeispiel für den Einsatz in einer Außenleuchte vorgesehen. Grundsätzlich kann die Vorrichtung 10 mit dem Leuchtmittel 11 auch für jede andere Beleuchtungseinrichtung verwendet werden.
Die Reihenschaltung der Leuchtdioden 13 des Leuchtmoduls 11 ist zum Anschluss an eine gesteuerte Stromquelle 14 vorgesehen. Die Stromquelle 14 kann zur Einstellung der Helligkeit der Leuchtmittel 12 bzw. Leuchtdioden 13 dienen und einen entsprechenden Gleichstrom I0 einstellen. Beispielsweise kann eine gechopperte oder PWM gesteuerte Stromquelle 14 eingesetzt werden.
Die Leuchtdioden 13 des Leuchtmoduls 11 sind beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel auf einer Leiterplatte 18 des Leuchtmoduls 11 angebracht, wie dies schematisch für eine Leuchtdiode 13 in 4 veranschaulicht ist. Die Leuchtdiode 13 weist einen Kathodenanschluss 19 und einen Anodenanschluss 20 auf. Die beiden Anschlüsse 19, 20 sind als Kupferflächen auf die Leiterplatte 18 aufgebracht. Die Leiterplatte 18 weist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel einen elektrisch leitfähigen Kern 21 und vorzugsweise einen Metallkern auf. Der Kern 21 ist sandwichartig zwischen zwei nicht leitenden Schichten 22, 23 angeordnet. Der Kern 21 verbessert die Wärmeableitung der Leuchtdioden 13 des Leuchtmoduls 11. Der Einsatz einer solchen Metallkernleiterplatte ist daher insbesondere in den Fällen zweckmäßig, in denen Leuchtdioden 13 mit hoher Leistung eingesetzt werden.
Beim Ausführungsbeispiel ist die Leiterplatte 18 zusätzlich mit einem Kühlkörper 24 verbunden, um die Wärmeabgabe an die Umgebung weiter zu verbessern. Der Kühlkörper 24 besteht in der Regel aus Metall. Beim Ausführungsbeispiel ist der Kühlkörper 24 mit dem Schutzleiter PE verbunden und somit geerdet.
Aufgrund des metallischen Kerns 21 und des geerdeten Kühlkörpers 24 bilden sich parasitäre Kapazitäten CP, wie dies schematisch in 5 veranschaulicht ist. Durch Schwankungen der Spannung sowie Spannungsspitzen oder Störspannungen in den Versorgungsleitungen von der gesteuerten Stromquelle 14 können sich Stromspitzen von bis zu einigen Ampère bilden, die die Leuchtdiode 13 beschädigen können. Dieser Effekt wird durch die parasitären Kapaziäten CP verstärkt.
Beim Ausführungsbeispiel ist zum Schutz der Leuchtmittel 12 bzw. der Leuchtdioden 13 parallel zu jeweils wenigstens einem Leuchtmittel 12 bzw. einer Leuchtdiode 13 eine Schaltungsanordnung 30 vorgesehen. Beim ersten Ausführungsbeispiel nach 1 ist zu jeder Leuchtdiode 13 jeweils eine Schaltungsanordnung 30 parallel geschaltet. In Abwandlung hierzu sind beim zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 jeweils zwei oder mehr in Reihe geschaltete Leuchtdioden 13 parallel zu einer Schaltungsanordnung 30 geschaltet. Dies kann aus Kosten- und Platzgründen vorteilhaft sein.
Jede Schaltungsanordnung 30 weist eine erste Schaltung 31 und eine zweite Schaltung 32 auf. Die erste Schaltung 31 und die zweite Schaltung 32 sind parallel zueinander geschaltet.
Die zweite Schaltung 32 weist einen Schutzkondensator CS auf, der die wenigstens eine Leuchtdiode 13, die parallel zur Schaltungsanordnung 30 geschaltet ist, vor Stromspitzen durch Spannungsschwankungen auf den Versorgungsleitungen L von der Stromquelle 14 zum Leuchtmodul 11 schützt. Bei schnellen Spannungsänderungen ist die Spannung UP an den parasitären Kapazitäten CP und die Spannung UD and der Leuchtdiode 13 abhängig von der jeweiligen Kapazität CP bzw. CS. Ist die Kapazität des Schutzkondensators CS um eine oder mehrere Größenordnungen größer als die der parasitären Kapazität CP, fließen durch Spannungsschwankungen verursachte Stromspitzen durch den Schutzkondensator CS und nicht durch die Leuchtdiode 13. Die Kapazität des Schutzkondensators CS kann vorzugsweise zehn bis hundert mal größer sein als die Kapazität der parasitären Kapazität CP, die bei einigen Ausführungsbeispielen zwischen 50 und 500 pF liegen kann.
Die erste Schaltung 31 dient zur Aufrechterhaltung des Betriebs des Leuchtmoduls 11, wenn die wenigstens eine parallel geschaltete Leuchtdiode 13 ausfällt. Hierzu weist die erste Schaltung 31 einen Überbrückungszweig 33 auf. Der Überbrückungszweig 33 kann über einen gesteuerten Schalter 34 geschlossen werden. Als gesteuerter Schalter 34 dient beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Thyristor 35. Mit seinem Anoden- und seinem Kathodenanschluss ist der Thyristor 35 in den Überbrückungszweig 33 eingesetzt. Der Steueranschluss G (Gate) des Thyristors 35 ist über eine Steuerleitung 36 mit einer Überspannungserfassungseinrichtung 37 der ersten Schaltung 31 verbunden. Die Überspannungserfassungseinrichtung 37 besteht beispielsgemäß aus einer Reihenschaltung einer Zenerdiode 38 und eines ersten Widerstands 39. Die Überspannungserfassungseinrichtung 37 ist parallel zu der wenigstens einen Leuchtdiode 13 geschaltet, so dass an der Überspannungserfassungseinrichtung 37 die Diodenspannung UD anliegt. Der Mittenabgriff zwischen der Zenerdiode 38 und dem ersten Widerstand 39 ist mit der Steuerleitung 36 verbunden. In die Steuerleitung 36 ist ein zweiter Widerstand 40 eingesetzt, welcher den Strom in das Gate begrenzt. Die Schaltungsanordnung 39 der Vorrichtung 10 weist ferner ein Strombegrenzungselement 41 auf. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Strombegrenzungselement 41 von einem Widerstand oder spannungsabhängigen Widerstand 42 gebildet. Der spannungsabhängige Widerstand 42 kann auch als Heißleiter ausgeführt werden. Das Strombegrenzungselement kann auch als veränderlicher steuerbarer Widerstand ausgeführt sein, z. B. durch als Stromquelle beschalteter Transistor. Das Strombegrenzungselement 41 kann bei einer Ausführungsform in der ersten Schaltung 31 im Überbrückungszweig 33 in Reihe zum gesteuerten Schalter 34 angeordnet sein. Dies ist in 3 gestrichelt dargestellt. Bei einer anderen Ausführung ist das Strombegrenzungselement 41 in Reihe zum Schutzkondensator CS in der zweiten Schaltung 32 vorgesehen, wie dies durch durchgezogene Linien beim Ausführungsbeispiel in 3 dargestellt ist. Es versteht sich, dass auch mehrere Strombegrenzungselemente 41 in Reihe mit dem Schutzkondensator CS und dem Überbrückungszweig 33 geschaltet werden können.
Die Schaltungsanordnung 30 mit den beiden Schaltungen 31, 32 arbeitet wie folgt:
Im Normalbetrieb, wenn alle Leuchtmittel 12 bzw. Leuchtdioden 13 des Leuchtmoduls 11 funktionieren, fließt der Strom aus der Stromquelle 14 durch die Reihenschaltung der Leuchtmittel 12 bzw. Leuchtdioden 13. Bei einem Defekt eines Leuchtmittels 12 bzw. einer Leuchtdiode 13 wird die Reihenschaltung unterbrochen. Dies führt dazu, dass die Diodenspannung UD an der defekten Leuchtdiode 13 ansteigt. Da die Diodenspannung UD auch an der Überspannungserfassungseinrichtung 37 anliegt wird beim Überschreiten eines Spannungsschwellenwertes die Zenerdiode 38 leitend, so dass in der Steuerleitung 36 ein Zündstrom fließt, der den Thyristor 35 zündet. Der bisher gesperrte Überbrückungszweig 33 wird dadurch leitfähig und. überbrückt die defekte Leuchtdiode 13. Dadurch wird ein Totalausfall des Leuchtmoduls 11 vermieden und die anderen Leuchtdioden 13 oder Leuchtmittel 12 der Reihenschaltung können weiter betrieben werden.
Beim Durchschalten des Thyristors 35 verringert sich die Diodenspannung UD schlagartig. Die Zenerdiode 38 geht in ihren Sperrzustand über, so dass kein Zündstrom mehr in der Steuerleitung 36 fließt. Dennoch bleibt der Thyristor 35 in seinem leitenden Zustand.
Wenn eine Diode 13 ausgefallen ist und der Thyristor darauf hin durchgeschaltet hat oder wenn der Thyristor bei intakter Diode aufgrund anderer Ursachen durchgeschaltet hat, wird sich der Schutzkondensator CS vornehmlich über den Überbrückungszweig 33 entladen. Da die Kapazität des Schutzkondensators CS im Verhältnis zur parasitären Kapazität CP groß ist, können dabei Stromspitzen entstehen, die dann durch den Thyristor 35 fließen. Zusätzlich fließen durch die Reihenschaltung der LED auch von der Stromquelle Schaltströme. Es hat sich gezeigt, dass dabei Stromspitzen von mehreren Ampère erreicht werden können, die den Thyristor 35 beschädigen oder zerstören können. Dann wäre die Aufrechterhaltung des Betriebs des Leuchtmoduls 11 durch die erste Schaltung 31 nicht mehr gewährleistet und es würde zum Totalausfall des Leuchtmoduls 11 kommen. Durch das Strombegrenzungselement 41, beispielsgemäß den spannungsabhängigen Widerstand 42, wird der Strom beim Entladen des Schutzkondensators CS durch den Thyristor 35 begrenzt und der Thyristor 35 vor zu großen Strömen geschützt. Auf diese Weise gewährleistet die Vorrichtung 10 durch die Schaltungsanordnung 30 zwei Dinge: Zum einen wird die Leuchtdiode 13 durch die zweite Schaltung 32 vor Beschädigungen durch Spannungsschwankungen auf den Versorgungsleitungen L geschützt. Zum anderen stellt die erste Schaltung 31 den Betrieb des Leuchtmoduls 11 auch bei Ausfall eines der Leuchtmittel 12 bzw. einer der Leuchtdioden 13 sicher. Außerdem wird die erste Schaltung 31 und insbesondere deren gesteuerte Schalter 34 vor Stromspitzen durch Entladungen des Schutzkondensators CS der zweiten Schaltung 32 geschützt.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 zum Betreiben eines Leuchtmoduls 11 mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtmitteln 12, vorzugsweise Leuchtdioden 13. Parallel zu einer oder mehrerer dieser Leuchtdioden 13 ist eine Schaltungsanordnung 30 geschaltet. Diese weist eine erste Schaltung 31 und eine zweite Schaltung 32 auf. Die zweite Schaltung 32 schützt die wenigstens eine Leuchtdiode 13 vor Spannungsschwankungen auf den Versorgungsleitungen L zwischen dem Leuchtmodul 11 und einer Stromquelle 14. Hierfür weist sie einen Schutzkondensator CS auf. Die erste Schaltung 31 überbrückt die wenigstens eine Leuchtdiode 13, wenn deren Defekt erkannt wird. Dies stellt sicher, dass beim Ausfall einer Leuchtdiode 13, nicht das gesamte Leuchtmodul 11 ausfällt. Beim Überbrücken einer defekten Leuchtdiode 13 durch einen Überbrückungszweig 33 der ersten Schaltung 31 kann es aufgrund der Entladung und des Schutzkondensators CS der zweiten Schaltung 32 zu Stromspitzen kommen, die den gesteuerten Schalter 34 der ersten Schaltung 31 beschädigen können. Diese Stromspitzen werden durch das Strombegrenzungselement 41 begrenzt.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
11: Leuchtmodul
12: Leuchtmittel
13: Leuchtdiode
14: Stromquelle
18: Leiterplatte
19: Kathodenanschluss
20: Anodenanschluss
21: Kern
22: Schicht
23: Schicht
24: Kühlkörper
30: Schaltungsanordnung
31: erste Schaltung
32: zweite Schaltung
33: Überbrückungszweig
34: gesteuerter Schalter
35: Thyristor
36: Steuerleitung
37: Überspannungserfassungseinrichtung
38: Zenerdiode
39: erster Widerstand
40: zweiter Widerstand
41: Strombegrenzungselement
42: spannungsabhängiger Widerstand
CP: parasitäre Kapazität
CS: Schutzkondensator
G: Steueranschluss
L: Versorgungsleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004007278 A1 [0003]
DE 102008031029 A1 [0004]
DE 202009009254 U1 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Betreiben eines Leuchtmoduls (11), das eine Reihenschaltung mehrerer Leuchtmittel (12) aufweist, mit einer ersten Schaltung (31), die parallel zu wenigstens einem der Leuchtmittel (12) geschaltet ist und einen gesteuerten Schalter (34) aufweist, der bei Überschreiten eines Spannungsschwellenwertes der an dem wenigstens einen Leuchtmittel (12) anliegenden Leuchtmittelspannung (UD) einen Überbrückungszweig (33) schließt, der parallel zu dem wenigstens einem der Leuchtmittel (12) geschaltet ist, mit einer einen Schutzkondensator (CS) aufweisenden zweiten Schaltung (32), die parallel zu wenigstens einem der Leuchtmittel (12) geschaltet ist und mit einem Strombegrenzungselement (41), das in Reihe mit dem Schutzkondensator (CS) in die zweite Schaltung (32) oder in Reihe mit dem gesteuerten Schalter (34) in den Überbrückungszweig (33) geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strombegrenzungselement (41) ein spannungsabhängiger Widerstand (42) dient.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als gesteuerter Schalter (34) ein Thyristor (35) verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltung (31) eine Überspannungserfassungseinrichtung (37) aufweist, die das Überschreiten des Spannungsschwellenwertes der Leuchtmittelspannung (UD) erfasst und die mit einem Steueranschluss (G) des gesteuerten Schalters (34) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überspannungserfassungseinrichtung (37) eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode (38) und einem ersten Widerstand (39) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmodul (11) eine insbesondere einen metallischen Kern oder anderen metallischen Aufbau (21) aufweisende Leiterplatte (18) enthält, auf der die Leuchtmittel (12) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (18) an einem elektrisch leitfähigen Körper (24) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper von dem Gehäuse des Leuchtmoduls (11) oder einem Kühlkörper (24) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Leuchtmittel (12) ein Halbleiterleuchtmittel (13) dient.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltung (32) parallel zum Überbrückungszweig (33) geschaltet ist.