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Die Erfindung betrifft eine LED-Beleuchtungsvorrichtung für eine Wechselspannungsversorgung, mit mehreren LEDS, welche eine Gesamtkette bilden, wobei die LEDS in LED-Teilgruppen verteilt sind, wobei an der LED-Beleuchtungsvorrichtung eine Versorgungsspannung mit wechselnder Amplitude anliegt, wobei in einem niedrigeren Schaltungszustand der Gesamtkette mindestens zwei LED-Teilgruppen parallel zueinander verschaltet sind und wobei die Gesamtkette in dem niedrigeren Schaltungszustand eine erste Durchlassspannung aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben der LED-Beleuchtungsvorrichtung.
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LED-Leuchten werden zunehmend zur Beleuchtung von Räumen und dergleichen eingesetzt, da diese eine hohe optische Ausbeute bei zugleich niedrigem Energiebedarf umsetzen können. Vergleicht man LED-Leuchten mit klassischen Glühleuchten, so ist offensichtlich, dass das Betreiben der Leuchten bei einer klassischen Glühleuchte mit einer Wechselspannungsversorgung deutlich einfacher ist als bei LED-Leuchten. Während klassische Glühleuchten ohne Weiteres mit Wechselspannung versorgt werden können, wobei nur auf die Höhe der Wechselspannung zu achten ist, können LED-Leuchten nur in einem sehr begrenzten Spannungsbereich betrieben werden. Bei einer LED-Leuchte muss zum einen eine minimale Spannung überschritten werden, um die LED-Leuchte zum Leuchten zu bringen. Zum zweiten fließt bei einer zu hohen anliegenden Spannung zu viel Strom durch die LED-Leuchte, sodass diese ohne aktive Kühlung nach kurzer Zeit ausfällt.
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Das Arbeitsfenster in Bezug auf die Spannungshöhe zur Versorgung der LED-Leuchte ist somit vergleichsweise eng. Insbesondere ist es nicht möglich, eine LED-Leuchte unmittelbar an eine Wechselspannungsversorgung anzuschließen, da aufgrund der sich stark ändernden Spannungswerte ein Betrieb der LED-Leuchte nicht möglich ist.
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Die Druckschrift
DE 20 2011 105 404 U1 zählt verschiedene Möglichkeiten zur Spannungsversorgung von LEDs auf, wobei auch darauf hingewiesen wird, dass Leuchtdioden von einer Wechselspannungsquelle versorgt werden können, wobei zwischen den Leuchtdioden mit etwaigen Vorwiderständen ein Brückengleichrichter angeordnet ist, sodass die Leuchtdioden mit pulsierendem Strom versorgt werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine LED-Beleuchtungsvorrichtung vorzuschlagen, die für eine Wechselspannungsversorgung angepasst ist. Diese Aufgabe wird durch eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Im Rahmen der Erfindung wird eine LED-Beleuchtungsvorrichtung offenbart, die für eine Wechselspannungsversorgung ausgebildet ist. Bei der Wechselspannungsversorgung kann es sich beispielsweise um ein öffentliches Stromnetz mit einer effektiven Netzspannung von 230 Volt und einer Netzfrequenz von 50 Hertz handeln. Besonders bevorzugt weist die Wechselspannungsversorgung eine Effektivspannung von 115 Volt und eine Netzfrequenz zwischen 400 Hertz und 800 Hertz auf, wobei eine derartige Wechselspannungsversorgung zum Beispiel in einem Flugzeug bereitgestellt wird.
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Die LED-Beleuchtungsvorrichtung weist mehrere LEDs (light-emitting diode/lichtemittierende Diode) auf, welche eine Gesamtkette bilden. Die mehreren LEDs können z. B. als weiße LEDs, rote LEDs, grüne LEDs oder blaue LEDs oder als eine Mischung davon ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle LEDs als weiße LEDs ausgebildet. Die Gesamtkette beschreibt eine elektrische Verschaltung der mehreren LEDs, wobei die Gesamtkette über einen gemeinsamen, insbesondere zweipoligen Anschluss mit Energie versorgt ist. Innerhalb der Gesamtkette können die mehreren LEDs elektrisch parallel oder seriell zueinander oder in einer Mischform angeordnet sein.
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Die LEDs sind in LED-Teilgruppen organisiert oder verteilt, wobei in jeder LED-Teilgruppe mindestens eine LED vorhanden ist. In der kleinsten Ausgestaltung der Erfindung ist in jeder LED-Teilgruppe somit genau eine LED angeordnet, bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in jeder LED-Teilgruppe eine Mehrzahl von LEDs angeordnet. Innerhalb der LED-Teilgruppe können die LEDs elektrisch parallel oder seriell oder in einer Mischform zueinander angeordnet sein. Auch jede LED-Teilgruppe weist einen eigenen, insbesondere zweipoligen Anschluss zur Energieversorgung auf.
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Bedingt durch die Wechselspannungsversorgung liegt eine Versorgungsspannung mit wechselnder Amplitude an. Bei einer möglichen Ausbildung der Erfindung umfasst die LED-Beleuchtungsvorrichtung einen optionalen Netzfilter, einen Gleichrichter sowie ein PFC-Modul, welche gemeinsam aus der Wechselspannungsversorgung die Versorgungsspannung mit wechselnder Amplitude generieren. In einer speziellen Ausführungsform ist die Versorgungsspannung als eine gleichgerichtete Wechselspannung, insbesondere gleichgerichtete sinusförmige Wechselspannung ausgebildet.
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In einem niedrigeren Schaltungszustand der Gesamtkette sind mindestens zwei LED-Teilgruppen elektrisch parallel zueinander verschaltet, sodass die Gesamtkette in dem ersten Schaltungszustand eine erste Durchlassspannung aufweist. Eine Parallelschaltung von zwei LED-Teilgruppen liegt insbesondere vor, wenn die gleichnamigen Pole der LED-Teilgruppen miteinander verbunden sind.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die LED-Beleuchtungsvorrichtung eine Schaltungseinrichtung umfasst, welche ausgebildet ist, die mindestens zwei LED-Teilgruppen in einem höheren Schaltungszustand seriell zueinander zu verschalten, wobei die Gesamtkette in dem höheren Schaltungszustand eine zweite Durchlassspannung aufweist, welche größer als die erste Durchlassspannung ist. Unter der Durchlassspannung – auch Vorwärtsspannung genannt – wird insbesondere die Schwellenspannung verstanden, welche anliegen muss, damit die LEDs in der LED-Teilgruppe zu leuchten beginnen.
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Bei der seriellen Schaltung der mindestens zwei LED-Teilgruppen werden die LED-Teilgruppen hintereinander oder nacheinander geschaltet. Diese Art der Schaltung wird auch als Reihenschaltung bezeichnet.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass in Abhängigkeit der Verschaltung von mehreren LED-Teilgruppen in einer Gesamtkette die Gesamtkette unterschiedliche Durchlassspannungen aufweisen kann. Schaltet man beispielsweise zwei LED-Teilgruppen mit jeweils nur einer LED mit einer Vorwärtsspannung von 3,4 Volt als Gesamtkette parallel, so beträgt die erste Durchlassspannung 3,4 Volt. Schaltet man die genannten zwei LED-Teilgruppen seriell (oder in Reihe), so beträgt die zweite Durchlassspannung 6,8 Volt und ist somit größer als die erste Durchlassspannung. Durch die erfindungsgemäße Schaltungseinrichtung wird somit erreicht, dass die Gesamtkette durch Änderung des Schaltungszustands in der Durchlassspannung anpassbar ist.
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Die Schaltungseinrichtung ermöglicht es folglich, dass die Durchlassspannung flexibel an die wechselnde Amplitude der Versorgungsspannung anpassbar ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass die mehreren LEDs hinsichtlich der Spannungshöhe in einem akzeptablen Arbeitsfenster betrieben werden, ohne die Verluste aufgrund von Vorwiderständen zu groß werden zu lassen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltungseinrichtung ausgebildet, die Schaltungszustände so zu wechseln, dass der Schaltungszustand aktiviert ist, der die höchste Durchlassspannung aufweist, wobei die Durchlassspannung kleiner oder gleich zu der aktuellen Versorgungsspannung ist. Es wird somit immer der Schaltungszustand gewählt, der die Versorgungsspannung am besten ausnutzt. Durch diese Betriebsweise wird eine Überhitzung der LEDs aufgrund zu hoher Spannungen vermieden und zugleich die LEDs in einem energieeffektiven Bereich betrieben.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kurvenverlauf der Versorgungsspannung durch einen sich wiederholenden Wellenabschnitt gebildet ist. Ist die Versorgungsspannung z. B. als gleichgerichtete, sinusförmige Wechselspannung ausgebildet, so ist der Wellenabschnitt jeweils als eine sinusförmige Halbwelle ausgebildet. Die unterschiedlichen Schaltungszustände werden regelmäßig während der Wellenabschnitte eingenommen. So wird regelmäßig bei einer ansteigenden Flanke von dem niedrigeren Schaltungszustand in den höheren Schaltungszustand gewechselt und bei einer abfallenden Flanke des Wellenabschnitts von dem höheren Schaltungszustand in den niedrigeren Schaltungszustand gewechselt. Durch diese Ausgestaltung wird unterstrichen, dass die Anpassung der Schaltungszustände hochdynamisch, nämlich während des sich wiederholenden Wellenabschnitts umgesetzt wird. Es handelt sich insbesondere nicht um eine statische Änderung des Schaltungszustands, welcher sich über mehrere Wellenabschnitte erstreckt. Auf diese Weise wird die Gesamtkette während eines Wellenabschnitts vorzugsweise durchschnittlich durch mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei und insbesondere mindestens vier Schaltungszustandsänderungen an den Momentanswert der Versorgungsspannung angepasst.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltungseinrichtung ausgebildet, die Gesamtkette in mindestens drei unterschiedlichen Schaltungszuständen zu verschalten, wobei die Gesamtkette in den mindestens drei Schaltungszuständen jeweils eine unterschiedliche Durchlassspannung aufweist. Der Übergang von einem zu einem nächsten Schaltungszustand wird jedes Mal durch einen Übergang von einem niedrigeren Schaltungszustand in einen höheren Schaltungszustand (oder in Gegenrichtung) umgesetzt. Die Begriffe niedrigerer Schaltungszustand und höherer Schaltungszustand beziehen sich somit auf eine relative Änderung der Schaltungszustände, die mindestens drei Schaltungszustände beziehen sich dagegen auf absolute Schaltungszustände.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Gesamtkette genau vier LED-Teilgruppen auf, wobei in einem ersten Schaltungszustand alle vier LED-Teilgruppen parallel geschaltet sind, in einem zweiten Schaltungszustand jeweils zwei Paare mit parallel geschalteten LED-Teilgruppen seriell zueinander angeordnet sind und in dem dritten Schaltungszustand alle vier LED-Teilgruppen seriell zueinander verschaltet sind. Besonders bevorzugt sind die vier LED-Teilgruppen identisch aufgebaut und/oder weisen die gleiche Durchlassspannung auf. In dieser bevorzugten Ausgestaltung wird bei jedem Übergang die Durchlassspannung verdoppelt.
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In ähnlicher Ausgestaltung kann die Gesamtkette genau acht LED-Teilgruppen aufweisen, welche vier unterschiedliche Schaltungszustände einnehmen können. In dieser Ausführungsform sind die acht LED-Teilgruppen in einem nullten Schaltungszustand alle parallel zueinander angeordnet, in einem ersten Schaltungszustand sind zwei Gruppen von je vier LED-Teilgruppen seriell zueinander angeordnet, wobei die vier LED-Teilgruppen in der Gruppe parallel zueinander angeordnet sind. Der Übergang zu dem zweiten und dritten Schaltungszustand erfolgt wie bei der Ausführungsform mit genau vier LED-Teilgruppen beschrieben.
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Die Schaltungseinrichtung ist bevorzugt so ausgebildet, dass bei einer ansteigenden Flanke in einem Wellenabschnitt zunächst und soweit vorhanden der nullte Schaltungszustand, dann der erste, der zweite und der dritte Schaltungszustand eingenommen wird. Bei einer absteigenden Flanke des gleichen Wellenabschnitts wird zunächst der dritte Schaltungszustand, dann der zweite, der erste und – soweit vorhanden – der nullte Schaltungszustand eingenommen. Diese Ausführungsform unterstreicht nochmals den Gedanken, dass die unterschiedlichen Schaltungszustände regelmäßig während eines Wellenabschnitts, insbesondere während einer Halbwelle eingenommen werden, um die Durchlassspannung der Gesamtkette dynamisch an die Amplitude der Versorgungsspannung anzugleichen.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die LED-Beleuchtungsvorrichtung eine Stromsenkeneinrichtung auf, welche in Serie (oder in Reihe) mit der Gesamtkette geschaltet ist. An der Stromsenkeneinrichtung liegen die Versorgungsspannung und ein Versorgungsstrom an. Die Stromsenkeneinrichtung ist ausgebildet, einen Kettenstrom für die Gesamtkette auszuregeln, sodass der zeitliche Verlauf des Versorgungsstroms mit dem zeitlichen Verlauf der Versorgungsspannung oder dem zeitlichen Verlauf einer Netzspannung der Wechselspannungsversorgung synchronisiert ist.
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Dieser Weiterbildung der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass durch die Änderung der Schaltungszustände und die wechselnde Amplitude der Versorgungsspannung ohne weitere Maßnahmen eine sehr ungleichmäßiger Strom durch die Gesamtkette fließen würde. Der Strom durch die Gesamtkette wird hier auch als Kettenstrom bezeichnet. Durch den ungleichmäßigen Kettenstrom würde zum einen ein in ähnlicher Weise ungleichmäßiger Netzstrom aus der Wechselspannungsversorgung gezogen werden und zum anderen eine sehr ungleichmäßige Helligkeit bei den mehreren LEDs ausgegeben werden. Um diese Effekte zu verkleinern, sorgt die Stromsenkeneinrichtung dafür, dass der Kettenstrom stets so gewählt ist, dass der Versorgungsstrom wahlweise mit dem zeitlichen Verlauf der Versorgungsspannung oder dem zeitlichen Verlauf der Netzspannung der Wechselspannungsversorgung synchronisiert ist. Die genannten zeitlichen Verläufe können in der Stromsenkeneinrichtung als Führungsgröße eingebracht werden. Die Stromsenkeneinrichtung weist z. B. einen steuerbaren Innenwiderstand auf, dessen Höhe durch den Quotienten der Differenzspannung zwischen Versorgungsspannung bzw. Netzspannung und der aktuellen Durchlassspannung der Gesamtkette geteilt durch den gewünschten Versorgungsstrom berechnet ist. Insbesondere wird die Stromsenkeneinrichtung so gesteuert oder geregelt, dass ein Leistungsfaktor der LED-Beleuchtungsvorrichtung hoch bleibt.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die LED-Beleuchtungsvorrichtung eine Kurzschlusseinrichtung, insbesondere eine Bypass-Einrichtung, zur Überbrückung der Gesamtkette, wobei eine oder die Schaltungseinrichtung ausgebildet ist, die Kurzschlusseinrichtung zu Beginn und am Ende eines Wellenabschnitts der Versorgungsspannung zu aktivieren. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Schaltungseinrichtung ausgebildet ist, die Kurzschlusseinrichtung zu aktivieren, wenn die Versorgungsspannung kleiner als die kleinste Durchlassspannung der unterschiedlichen Schaltungszustände ist. Durch diese Weiterbildung wird sichergestellt, dass zu Beginn und am Ende jedes Wellenabschnitts die Gesamtkette überbrückt ist, solange die Versorgungsspannung nicht ausreichend ist, um die LEDs in der Gesamtkette zum Leuchten zu bringen. Optional kann vorgesehen sein, dass der aufgrund der aktivierten Kurzschlusseinrichtung verfügbare Versorgungsstrom durch die Stromsenkeneinrichtung vernichtet wird, beziehungsweise in Wärme umgewandelt wird, um einen bzw. den Leistungsfaktor der LED-Beleuchtungvorrichtung hoch zu halten.
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Ein weiterer Gegenstand betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Blockdarstellung einer LED-Beleuchtungsvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2a, b, c eine schematische Darstellung einer Gesamtkette von LEDs in der 1 in verschiedenen Schaltzuständen;
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3 einen Graph zur Illustration der Funktionsweise der LED-Beleuchtungsvorrichtung in der 1;
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4 ein Detailausschnitt aus der LED-Beleuchtungsvorrichtung in der 1;
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5 ein Graph zur Illustration einer Möglichkeit eines verbesserten Schaltvorgangs der LED-Beleuchtungsvorrichtung in der 1.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung eine LED-Beleuchtungsvorrichtung 1, welche für einen Betrieb mit einer Wechselspannungsversorgung 2 ausgebildet ist. Die LED-Beleuchtungsvorrichtung 1 dient beispielsweise zur Beleuchtung des Innenraums eines Flugzeugs im Passagierbereich. Die LED-Beleuchtungsvorrichtung 1 ist an die Wechselspannungsversorgung 2 angeschlossen, von der sie eine Netzspannung und einen Netzstrom bezieht. Nach einem Eingang 3 in die LED-Beleuchtungsvorrichtung 1 folgt optional ein Netzfilter 4, welcher ausgebildet ist, Störungen, welche in die Wechselspannungsversorgung 2 zurückgekoppelt werden könnten, zu filtern. Insbesondere handelt es sich um einen Tiefpassfilter, welcher beispielsweise durch eine Verschaltung von Kondensatoren und Induktivitäten ausgebildet ist.
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Dem Netzfilter 4 ist ein Gleichrichter 5 nachgeschaltet, welcher ausgebildet ist, die anliegende Netzspannung beziehungsweise gefilterte Netzspannung in eine gleichgerichtete Versorgungsspannung zu überführen. Der Gleichrichter 5 ist beispielsweise als ein Brückengleichrichter ausgebildet. Die gleichgerichtete Versorgungsspannung sowie der gleichgerichtete Versorgungsstrom wird an ein. PFC-Modul 6 weitergeleitet, welches einen Oberschwingungsfilter beziehungsweise einen Leistungsfaktorkorrekturfilter sowie eine Glättungseinrichtung, wie zum Beispiel einen Kondensator, umfasst. In dem Leistungskorrekturfilter ist mindestens ein Schaltelement angeordnet, sodass der Leistungsfaktorkorrekturfilter als ein getaktetes System oder die Kombination aus Gleichrichter 5 und PFC-Modul 6 als ein Schaltnetzteil ausgebildet ist.
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Das PFC-Modul 6 stellt eine Versorgungsspannung und einen Versorgungsstrom bereit, welche nachfolgend an eine Stromsenkeneinrichtung 7 – auch elektronische Last genannt – übergeben werden. Die Stromsenkeneinrichtung 7 ist ausgebildet, geregelt oder gesteuert Strom und damit Leistung durch Umwandlung in Wärme zu vernichten.
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Ausgehend von der Stromsenkeneinrichtung 7 werden eine Kettenspannung und ein Kettenstrom über eine Kurzschlusseinrichtung 8 an eine LED-Gesamtkette 9 mit einer Mehrzahl von LEDs übergeben.
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Die LED-Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst zudem eine Schaltungseinrichtung 10, welche – wie hier gezeigt – einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein kann und welche zur Ansteuerung der LED-Gesamtkette 9 und der Kurzschlusseinrichtung 8 ausgebildet ist. Als ein Eingangssignal erhält die Schaltungseinrichtung 10 die Kettenspannung, welche auch der Versorgungsspannung entspricht. Alternativ hierzu erhält die Schaltungseinrichtung 10 die Versorgungsspannung als das Eingangssignal. Die Schaltungseinrichtung 10 kann z. B. als ein programmierbarer Mikrocontroller ausgebildet sein.
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Die LED-Gesamtkette 9 ist über die Schaltungseinrichtung 10 in unterschiedliche Schaltungszustände schaltbar, wie dies in Zusammenhang mit den 2a, b und c erläutert wird.
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Die 2a zeigt die LED-Gesamtkette 9 in einer ersten schematischen Darstellung. Die LED-Gesamtkette 9 umfasst einen Eingang E und einen Ausgang A (bzw. einen ersten und einen zweiten Pol), über die die LED-Gesamtkette 9 an die in der 1 dargestellte Spannungsversorgung angeschlossen wird.
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Die LED-Gesamtkette 9 umfasst in diesem Beispiel vier LED-Teilgruppen 11a, b, c, d, wobei jede LED-Teilgruppe 11a, b, c, d mindestens eine LED aufweist. Insbesondere weist jede LED-Teilgruppe 11a, b, c, d die gleiche Durchlassspannung (auch Vorwärtsspannung genannt) auf. Die LEDs in den LED-Teilgruppen 11a, b, c, d können – wie symbolisch in der 2a dargestellt – in jeder der LED-Teilgruppen 11a, b, c, d seriell (bzw. in Reihe) zueinander geschaltet sein. Bei abgewandelten Ausführungsbeispielen können die LEDs in den LED-Teilgruppen 11a, b, c, d auch parallel, seriell oder parallel und seriell gemischt zueinander verschaltet sein.
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Die vier LED-Teilgruppen 11a, b, c, d sind jedoch in dem in der 2a gezeigten ersten Schaltungszustand I der LED-Gesamtkette 9 elektrisch parallel zueinander angeordnet, sodass die Durchlassspannung der LED-Gesamtkette 9 der Durchlassspannung einer der LED-Teilgruppen entspricht.
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In der 2b ist ein zweiter Schaltungszustand II dargestellt, wobei die LED-Teilgruppen 11a, b, c, d in der LED-Gesamtkette 9 nun zum Teil elektrisch seriell (in Reihe) miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist vorgesehen, dass in der ersten Gruppe die LED-Teilgruppen 11a, b zueinander parallel angeordnet sind und in der zweiten Gruppe die LED-Teilgruppen 11c, d ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind, jedoch die beiden Gruppen zueinander seriell angeordnet sind. In dem Schaltungszustand II entspricht die Durchlassspannung der LED-Gesamtkette 9 nun der zweifachen Durchlassspannung einer der LED-Teilgruppen 11a, b, c, d.
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In der 2c ist ein dritter Schaltungszustand III dargestellt, wobei nun alle vier LED-Teilgruppen 11a, b, c, d zueinander elektrisch seriell (in Reihe) angeordnet sind. Die Durchlassspannung der LED-Gesamtkette 9 entspricht nun der vierfachen Durchlassspannung einer der LED-Teilgruppen 11a, b, c, d.
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Bei jedem Übergang von einem Schaltungszustand zu einem nächsten Schaltungszustand wird zugleich von einem niedrigeren Schaltungszustand in einen höheren Schaltungszustand gewechselt, in dem mindestens ein Paar von zuvor parallel geschalteten LED-Teilgruppen 11a, b, c, d seriell geschaltet wurden. So wird bei dem Übergang von dem Schaltungszustand I zu II die zuvor parallel zueinander angeordneten LED-Teilgruppen 11a und 11c sowie die zuvor parallel zueinander angeordneten LED-Teilgruppen 11b, 11d zueinander seriell geschalten. Bei dem Übergang von Schaltungszustand II zu Schaltungszustand III werden die im Schaltungszustand II parallel zueinander geschalteten LED-Teilgruppen 11a, b beziehungsweise die parallel zueinander geschalteten LED-Teilgruppen 11c, d jeweils seriell zueinander geschaltet.
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Die Schaltungseinrichtung 10 ist ausgebildet, die LED-Gesamtkette 9 in die unterschiedlichen Schaltungszustände I, II, III zu schalten. Eine entsprechende Steuerschaltung für diese Art der Umschaltung lässt sich zum Beispiel mit Hilfe von Dioden und Transistoren realisieren.
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Die 3 zeigt in einem schematischen Graph eine Halbwelle 12 der Kettenspannung, welche auch der Versorgungsspannung entspricht. In dem Graphen ist auf der X-Achse die Zeit t und auf der Y-Achse die Amplitude in beliebigen Einheiten aufgetragen. Die Schaltungseinrichtung 10 erhält als Eingangssignal die Kettenspannung oder ein dazu proportionales Signal. Zu Beginn der Halbwelle 12 wird die LED-Gesamtkette 9 auf dem Schaltungszustand I geschalten, sodass die LED-Gesamtkette 9 eine erste, niedrige Durchlassspannung aufweist. Dadurch können auch bei der vergleichsweise geringen Kettenspannung die LEDs der LED-Gesamtkette 9 zum Leuchten gebracht werden. Steigt die Kettenspannung weiter an und überschreitet diese insbesondere die zweite Durchlassspannung der LED-Gesamtkette 9 in dem Schaltungszustand II, so schaltet die Schaltungseinrichtung 10 die LED-Gesamtkette 9 in den zweiten Schaltungszustand II um. Sobald die Kettenspannung die dritte Durchlassspannung des dritten Schaltungszustands III der LED-Gesamtkette 9 überschritten hat, wird von der Schaltungseinrichtung 10 der Schaltungszustand III eingestellt. Auf der absteigenden Flanke der Halbwelle 12 wiederholt sich der Vorgang in umgekehrter Reihenfolge. Durch das Umschalten der LED-Gesamtkette 9 in der beschriebenen Weise ist es möglich, die Durchlassspannung der LED-Gesamtkette 9 wesentlich besser an die jeweils aktuelle Kettenspannung der Halbwelle 12 anzupassen und damit den Wirkungsgrad und die Leuchtdauer der LED-Gesamtkette 9 zu verbessern.
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Die 4 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt aus der LED-Beleuchtungsvorrichtung 1, und zwar die Stromsenkeneinrichtung 7, die Kurzschlusseinrichtung 8 sowie die LED-Gesamtkette 9. Die Stromsenkeneinrichtung 7 ist als eine steuerbare oder regelbare Stromsenke ausgebildet, die in diesem Ausführungsbeispiel mit einem zur Netzspannung oder zur gefilterten Netzspannung oder zur Versorgungsspannung synchronen Sinussignal angesteuert wird, sodass die Baugruppen umfassend die Stromsenkeneinrichtung 7, die Kurzschlusseinrichtung 8 und die LED-Gesamtkette 9 einen zu dem synchronen Sinussignal sinusförmigen Kettenstrom aufnimmt.
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Die Kurzschlusseinrichtung 8 dient – wie dies schematisch in der 5 gezeigt ist – dazu, zu Beginn und zum Ende der Halbwelle 12 während einer Aktivierungsdauer K die LED-Gesamtkette 9 zu überbrücken, während der die Kettenspannung niedriger als die niedrigste Durchlassspannung der Schaltungszustände I, II, III ist. Während diesen Zeitdauern kann die Stromsenkeneinrichtung 7 einen Kettenstrom fließen lassen, sodass die Leistungsfaktoranforderungen der LED-Beleuchtungsvorrichtung 1 weiterhin erfüllt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- LED-Beleuchtungsvorrichtung
- 2
- Wechselspannungsversorgung
- 3
- Eingang
- 4
- Netzfilter
- 5
- Gleichrichter
- 6
- PFC-Modul
- 7
- Stromsenkeneinrichtung
- 8
- Kurzschlusseinrichtung
- 9
- LED-Gesamtkette
- 10
- Schaltungseinrichtung
- 11a, b, c, d
- LED-Teilgruppen
- 12
- Halbwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011105404 U1 [0004]
