DE102012106272A1 - Arrangement of optoelectronic component e.g. LED, has coupling element whose electrical resistance is higher and lower than that of optoelectronic component, so that heat is applied to coupling element by heating resistor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein optoelektronisches Bauelement und eine solche Anordnung mit einem optoelektronischen Bauelement.The invention relates to an arrangement for an optoelectronic component and such an arrangement with an optoelectronic component.
Um mehrere Bauteile gleichzeitig mit elektrischem Strom gleicher Stärke zu betreiben, können die Bauteile beispielsweise in einer Reihenschaltung gekoppelt werden. Gegenüber einer Parallelschaltung spielt dann eine eventuell unterschiedliche Strom/Spannungscharakteristik der Bauteile keine Rolle und zudem kann die Reihenschaltung mit höherer Spannung betrieben werden. Somit können geringere Zuleitungsquerschnitte verwendet werden, da höhere Spannungen meist mit einem besseren Wirkungsgrad bereitgestellt werden können als niedrigere Spannungen, insbesondere wenn sie in den Bereich typischer Ventilschwellspannungen kommen, beispielsweise 0,7 Volt bei Siliziumgleichrichterdioden. Bei solchen Reihenschaltungen sind jedoch alle Bauteile stromlos, wenn auch nur ein Bauteil defekt wird und eine Stromunterbrechung aufweist.In order to operate several components simultaneously with electric current of the same strength, the components can be coupled, for example, in a series connection. Compared to a parallel circuit then plays a possibly different current / voltage characteristics of the components no role and also the series circuit can be operated with higher voltage. Thus, smaller lead cross sections can be used since higher voltages can usually be provided with better efficiency than lower voltages, especially if they come within the range of typical valve threshold voltages, for example 0.7 volts for silicon rectifier diodes. In such series circuits, however, all components are de-energized, even if only one component is defective and has a power interruption.
Es ist wünschenswert, eine Anordnung anzugeben, die eine zuverlässige Reihenschaltung auch bei einer Stromunterbrechung eines Bauteils ermöglicht.It is desirable to provide an arrangement which enables a reliable series connection even with a power interruption of a component.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Anordnung für ein optoelektronisches Bauelement einen ersten und einen zweiten Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements. Die Anordnung umfasst einen Ausfallkurzschließer. Der Ausfallkurzschließer ist elektrisch parallel zu dem ersten und dem zweiten Kontakt gekoppelt. Der Ausfallkurzschließer weist einen spannungsvariablen Heizwiderstand und ein Kopplungselement auf. Das Kopplungselement weist in einem ersten Betriebszustand einen höheren elektrischen Widerstand auf als der elektrische Widerstand des optoelektronischen Bauelements. Das Kopplungselement weist in einem zweiten Betriebszustand einen niedrigeren elektrischen Widerstand auf als in dem ersten Betriebszustand. Das Kopplungselement ist durch den Heizwiderstand mittels Einbringen von Wärme von dem ersten in den zweiten Betriebszustand versetzbar. According to one embodiment of the invention, an arrangement for an optoelectronic component comprises a first and a second contact for electrically contacting the optoelectronic component. The arrangement includes a failure short-circuiter. The fail short circuiter is electrically coupled in parallel with the first and second contacts. The short-circuit fault has a voltage-variable heating resistor and a coupling element. In a first operating state, the coupling element has a higher electrical resistance than the electrical resistance of the optoelectronic component. The coupling element has a lower electrical resistance in a second operating state than in the first operating state. The coupling element is displaceable by the heating resistor by introducing heat from the first to the second operating state.
Der Ausfallkurzschließer ist also parallel zu den Kontakten für das optoelektronische Bauelement geschaltet. Solange elektrischer Strom von dem ersten zu dem zweiten Kontakt fließen kann, beispielsweise durch das optoelektronische Bauelement, das mit dem ersten und dem zweiten Kontakt gekoppelt ist, befindet sich das Kopplungselement in seinem ersten Betriebszustand. Dadurch fließt durch den Ausfallkurzschließer kein Strom oder nahezu kein Strom, insbesondere im Vergleich zu dem Strom der durch das optoelektronische Bauelement fließt. The failure short circuiter is thus connected in parallel with the contacts for the optoelectronic component. As long as electrical current can flow from the first to the second contact, for example through the optoelectronic device coupled to the first and second contacts, the coupling element is in its first operating state. As a result, no current or virtually no current flows through the short-circuit short-circuiter, in particular in comparison to the current flowing through the optoelectronic component.
Sobald der Stromfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt unterbrochen ist, beispielsweise weil das optoelektronische Bauelement defekt ist, fließt eine höhere Spannung an dem spannungsvariablen Heizwiderstand an, so dass sich dieser erwärmt. Dadurch wird das Kopplungselement erwärmt und in seinen zweiten Betriebszustand versetzt. As soon as the current flow between the first and the second contact is interrupted, for example because the optoelectronic component is defective, a higher voltage flows to the voltage-variable heating resistor, so that it heats up. As a result, the coupling element is heated and placed in its second operating state.
Der zweite Betriebszustand ist von dem ersten Betriebszustand verschieden. In dem zweiten Betriebszustand ist der elektrische Widerstand des Kopplungselements reduziert, so dass ein Stromfluss durch den Ausfallkurzschließer ermöglicht ist. Somit ist im Betrieb bei einer Unterbrechung des Stromflusses durch das Bauteil zwischen den Kontakten trotzdem ein Stromfluss gesichert, so dass bei einer Reihenschaltung, in die der erste und der zweite Kontakt eingegliedert sind, ein Ausfall aller Bauteile vermeidbar ist.The second operating state is different from the first operating state. In the second operating state, the electrical resistance of the coupling element is reduced, so that a current flow through the short-circuited short-circuiting device is made possible. Thus, in the event of an interruption of the current flow through the component between the contacts, a current flow is nevertheless ensured in the operation, so that in the case of a series connection in which the first and the second contact are incorporated, a failure of all components can be avoided.
Gemäß Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Bauelement eine LED und/oder einen Halbleiterlaser.According to embodiments, the optoelectronic component comprises an LED and / or a semiconductor laser.
Gemäß Ausführungsformen weist der Heizwiderstand eine Strom-Spannungskennlinie auf, so dass bei einer vorgegebenen elektrischen Spannung kein elektrischer Strom durch den Heizwiderstand fließt und ab einer weiteren vorgegebenen elektrischen Spannung ein elektrischer Stromfluss mindestens eines vorgegebenen elektrischen Stroms durch den Heizwiderstand freigegeben ist. Die weitere vorgegebene elektrische Spannung ist größer als die vorgegebene elektrische Spannung. According to embodiments, the heating resistor has a current-voltage characteristic, so that at a predetermined electrical voltage no electric current flows through the heating resistor and is released from a further predetermined electrical voltage, an electric current flow at least a predetermined electric current through the heating resistor. The further predetermined electrical voltage is greater than the predetermined electrical voltage.
Somit wird es ermöglicht, dass im Betrieb bei einem intakten gekoppelten optoelektronischen Bauelement, wenn nur eine geringe Spannung an dem Heizwiderstand anliegt, ein Stromfluss durch den Heizwiderstand vermieden wird. Bei einer Unterbrechung des Stromflusses zwischen den Kontakten erhöht sich die Spannung an dem Heizwiderstand und der Stromfluss durch den Heizwiderstand wird ab einem vorgegebenen Schwellwert für die anliegende Spannung an dem Heizwiderstand freigegeben.Thus, it is possible that in operation with an intact coupled optoelectronic component, when only a small voltage is applied to the heating resistor, a current flow through the heating resistor is avoided. When the current flow between the contacts is interrupted, the voltage at the heating resistor increases and the current flow through the heating resistor is released from a predetermined threshold value for the applied voltage across the heating resistor.
Gemäß Ausführungsformen umfasst das Kopplungselement ein Kontaktmaterial, das in dem ersten Betriebszustand nicht elektrisch leitfähig ist und durch ein Erhitzen in den zweiten Betriebszustand versetzbar ist, in dem es elektrisch leitfähig ist. Das Kontaktmaterial ist jeweils mit dem ersten und dem zweiten Kontakt gekoppelt. According to embodiments, the coupling element comprises a contact material which is not electrically conductive in the first operating state and can be displaced by heating into the second operating state in which it is electrically conductive. The contact material is each with coupled to the first and second contacts.
Beispielsweise umfasst das Kontaktmaterial ein Gemisch aus einem Metall und einem Flussmittel oder einer Metalllegierung und einem Flussmittel. Das Metall oder die Metalllegierung und das Flussmittel sind in ihrem Ausgangszustand so gemischt oder geschichtet, dass das Kontaktmaterial nicht zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt durchgehend elektrisch leitfähig ist. Durch ein Erhitzen mittels Einbringen von Wärme durch den Heizwiderstand bildet das Metall Stromleitungspfade aus, so dass das Kontaktmaterial elektrisch zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt leitfähig ist. Somit ist das Kontaktmaterial kostengünstig und der Ausfallkurzschließer in einem kleinen Bauraum realisierbar.For example, the contact material comprises a mixture of a metal and a flux or a metal alloy and a flux. The metal or metal alloy and flux are so mixed or layered in their initial state that the contact material is not continuously electrically conductive between the first and second contacts. By heating by introducing heat through the heating resistor, the metal forms power line paths such that the contact material is electrically conductive between the first and second contacts. Thus, the contact material is inexpensive and the short-circuit shorts can be realized in a small space.
Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der Heizwiderstand porös ausgeführt und das Kopplungselement zumindest teilweise innerhalb des Heizwiderstands angeordnet. Beispielsweise weist der Heizwiderstand ein Flussmittel und Metallbedampfung auf. Durch das Erwärmen schmilzt das aufgedampfte Metall und bildet einen elektrisch leitfähigen Strompfad durch den Heizwiderstand. Dadurch ist es möglich den Bauraumbedarf weiter zu reduzieren.According to further embodiments, the heating resistor is made porous and the coupling element at least partially disposed within the heating resistor. For example, the heating resistor has a flux and Metallevampfung. By heating, the evaporated metal melts and forms an electrically conductive current path through the heating resistor. This makes it possible to further reduce the space requirement.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das Kopplungselement einen mechanisch vorgespannten elektrischen Leiter, der mit dem ersten Kontakt elektrisch gekoppelt ist. Das Kopplungselement umfasst weiterhin ein thermoplastisches Material, das jeweils mit dem Heizwiderstand und mit dem vorgespannten elektrischen Leiter gekoppelt ist, so dass der vorgespannte elektrische Leiter in dem ersten Betriebszustand elektrisch isoliert von dem zweiten Kontakt angeordnet ist und in dem zweiten Betriebszustand mit dem zweiten Kontakt elektrisch gekoppelt ist. Das thermoplastische Material ist so mit dem Heizwiderstand gekoppelt, dass es durch den Heizwiderstand verformbar ist. Der elektrische Leiter ist durch eine Verformung des thermoplastischen Materials von dem ersten in den zweiten Betriebszustand versetzbar.According to further embodiments, the coupling element comprises a mechanically biased electrical conductor, which is electrically coupled to the first contact. The coupling element further comprises a thermoplastic material coupled to each of the heating resistor and the biased electrical conductor so that the biased electrical conductor is electrically isolated from the second contact in the first operating state and electrically electrically connected to the second contact in the second operating state is coupled. The thermoplastic material is coupled to the heating resistor so that it is deformable by the heating resistor. The electrical conductor is displaceable by deformation of the thermoplastic material from the first to the second operating state.
Der mechanisch vorgespannte elektrische Leiter wird in dem ersten Betriebszustand durch das thermoplastische Material von dem zweiten Kontakt beabstandet gehalten. Nach einem Erwärmen ist das thermoplastische Material verformbar und der mechanisch vorgespannte Leiter tritt in Kontakt mit dem zweiten Kontakt. Der elektrische Leiter ist insbesondere durch die Federkraft der Vorspannung in Richtung des zweiten Kontaktes bewegbar. Sobald der elektrische Leiter mechanisch und elektrisch mit dem zweiten Kontakt gekoppelt ist, ist ein Stromfluss von dem ersten Kontakt über den elektrischen Leiter zu dem zweiten Kontakt ermöglicht. Das thermoplastische Material ist beispielsweise ein schmelzbares Metall, eine Metalllegierung oder ein Kunststoff.The mechanically biased electrical conductor is held in the first operating state by the thermoplastic material spaced from the second contact. After heating, the thermoplastic material is deformable and the mechanically biased conductor comes into contact with the second contact. The electrical conductor is in particular movable by the spring force of the bias in the direction of the second contact. As soon as the electrical conductor is mechanically and electrically coupled to the second contact, a current flow from the first contact via the electrical conductor to the second contact is made possible. The thermoplastic material is, for example, a fusible metal, a metal alloy or a plastic.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst die Anordnung mindestens zwei weitere Kontakte für ein weiteres optoelektronisches Bauelement, die elektrisch in Reihe zu dem ersten und dem zweiten Kontakt angeordnet sind und elektrisch parallel mit dem Ausfallkurzschließer gekoppelt sind. Dadurch ist es möglich, im Betrieb zwei optoelektronische Bauelemente mit einem einzigen Ausfallkurzschließer zu koppeln, so dass nicht je optoelektronischen Bauelemente genau ein Ausfallkurzschließer vorgesehen werden muss. Dadurch ist die Anordnung kostengünstig realisierbar.According to further embodiments, the arrangement comprises at least two further contacts for a further optoelectronic component, which are arranged electrically in series with the first and the second contact and are electrically coupled in parallel with the short-circuited short-circuiter. This makes it possible, during operation, to couple two optoelectronic components with a single short-circuit short-circuiter, so that it is not necessary to provide exactly one short-circuit short-circuiter for each optoelectronic component. As a result, the arrangement is inexpensive to implement.
Eine Anordnung mit einem optoelektronischen Bauelement umfasst eine solche Anordnung und ein optoelektronisches Bauelement, das mit dem ersten und dem zweiten Kontakt gekoppelt ist. Durch den Ausfallkurzschließer ist ein Stromfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt möglich, wenn das optoelektronische Bauelement defekt ist und keinen Stromfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt zulässt.An arrangement with an optoelectronic component comprises such an arrangement and an optoelectronic component which is coupled to the first and the second contact. Due to the short-circuit short-circuiting device, a current flow between the first and the second contact is possible if the optoelectronic component is defective and does not permit a current flow between the first and the second contact.
Gleiche, gleichartige und gleichwirkende Elemente können dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die Elemente und ihre Größenverhältnisse zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.The same, similar and equivalent elements can be provided with the same reference numerals. The elements and their proportions to each other are basically not to be considered as true to scale.
Es zeigen:Show it:
Zu jedem optoelektronischen Bauelement
Gemäß Ausführungsformen sind die Ausfallkurzschließer
Wie in
Die Anordnung
Die Anordnung
Das Kopplungselement
Der Heizwiderstand
Der Heizwiderstand
Beispielsweise umfasst der Heizwiderstand
Bei einem Ausfall des optoelektronischen Bauelements und einem Spannungsanstieg über den vorgegebenen Wert US erfolgt eine Stromübernahme durch den ohmschen Widerstand
Die Strom-Spannungskennlinien gemäß den dargestellten Ausführungsbeispielen der
Wie in
Beispielsweise soll unterhalb einer Spannung von US = 4 V durch den Ausfallkurzschließer
Bei Ausführungsformen gemäß
Auf einer den Kontakten
In Betrieb ist bei einem intakten gekoppelten optoelektronischen Bauelement
Gemäß weiteren Ausführungsformen ist die Anordnung des Heizwiderstands
Der Ausfallkurzschließer
Das thermoplastische Material
Durch die erhöhte anliegende Spannung US an dem Heizwiderstand
Der Ausfallkurzschließer
Dadurch, dass erfindungsgemäß auch das Kopplungselement
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