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Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Anordnung, mit mindestens einem LED-Array, welches mindestens zwei parallel angeordnete LED-Stränge aufweist, wobei in jedem LED-Strang mindestens eine LED angeordnet ist.
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LEDs werden mittlerweile in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt. So werden beispielsweise in der Beleuchtungstechnik immer mehr herkömmliche Leuchtmittel durch entsprechende LEDs ersetzt. Je nach Beleuchtungsaufgabe können dann einige Hochleistungs-LEDs oder aber eine Vielzahl von kleineren bzw. schwächeren LEDs verwendet werden. Zusätzlich ist hierbei auch noch anzumerken, dass die LEDs zumeist nur mit bestimmten Ausgangsleistungen und für bestimmte Ströme verfügbar sind, weshalb insbesondere bei kleinen und schwachen LEDs die Anordnung der LEDs in einer LED-Anordnung mit einem oder mehreren LED-Arrays vorgesehen ist. Derartige LED-Anordnungen mit einem oder mehreren LED-Arrays werden beispielsweise in Flächenleuchten verwendet.
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Eine derartige LED-Anordnung mit einem LED-Array kann beispielhaft der 1 entnommen werden, wobei das LED-Array drei parallel angeordnete und verschaltete LED-Stränge aufweist, die alle gemeinsam an einer Konstantstromquelle 2 angeschlossen sind. Zusätzlich sind in jedem LED-Strang mehrere in Serie bzw. Reihe angeordnete bzw. verschaltete LEDs 1 vorgesehen, weshalb das LED-Array im Gesamten eine kombinierte Serien- und Parallelschaltung der LEDs 1 aufweist. Bei derartigen LED-Arrays ist dann zumeist vorgesehen, dass die LEDs 1 alle in gleicher Weise betrieben werden, weshalb in der Regel für alle LEDs 1 auch derselbe Typ zum Einsatz kommt. Entsprechend ergibt sich bei der in 1 gezeigten LED-Anordnung ein nahezu gleicher Strom durch alle LED-Stränge, wodurch alle LEDs 1 im Wesentlichen gleich hell leuchten. Somit wird der durch die Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellte Strom gleichmäßig auf die einzelnen LED-Stränge aufgeteilt.
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2 zeigt demgegenüber eine LED-Anordnung, die mehrere LED-Arrays aufweist, die jeweils in Serie bzw. Reihe angeordnet bzw. verschaltet sind. Jedes dieser LED-Arrays ist hierbei identisch zu dem in 1 dargestellten LED-Array aufgebaut. Dementsprechend weist jedes LED-Array drei parallel angeordnet bzw. verschaltete LED-Stränge auf, bei denen jeweils mehrere in Reihe bzw. Serie angeordnete bzw. verschaltete LEDs 1 vorgesehen sind. Da innerhalb eines LED-Arrays zumeist für die LEDs 1 auch derselbe Typ zum Einsatz kommt, verteilt sich auch hier jeweils der durch die Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellte Strom gleichmäßig auf die LED-Stränge. Durch die Anordnung der LED-Arrays in einer Reihen- bzw. Serienschaltung ist es hierbei aufgrund der Eigenschaften einer Reihenschaltung bzgl. der Stromverteilung unerheblich, ob in allen LED-Arrays für die LEDs 1 dieselben Typen verwendet werden oder ob in einem ersten LED-Array ein erster Typ und in einem zweiten LED-Array ein zweiter Typ verwendet wird.
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Im Nachfolgenden wird insbesondere auf die Stromverteilung innerhalb eines LED-Arrays Bezug genommen, weshalb im weiteren Verlauf wieder die in 1 gezeigte LED-Anordnung herangezogen werden soll. Wie bereits erläutert, verteilt sich der durch die Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellte Strom bei der Verwendung eines Typs für alle LEDs 1 im Wesentlichen gleichmäßig über alle LED-Stränge. Dies gilt allerdings nur solange, bis eine der LEDs 1 einen Defekt aufweist. Zwar ist die Ausfallwahrscheinlichkeit einer einzelnen LED 1 relativ gering, durch die Vielzahl der bei einer entsprechenden LED-Anordnung zum Einsatz kommenden LEDs 1 erhöht sich dann allerdings die Wahrscheinlichkeit, dass eine der LEDs 1 einen Defekt aufweist, soweit, dass möglicherweise die Ausfallwahrscheinlichkeit einer gesamten LED-Anordnung höher als erwünscht ist.
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Bei der in 1 gezeigten LED-Anordnung besteht nunmehr das Problem, dass bei einem Defekt einer LED 1 die Verteilung des von der Konstantstromquelle 2 abgegebenen Stroms nicht mehr gleichmäßig auf alle LED-Stränge erfolgt. So besteht bei einem Kurzschluss, dem mit Abstand am häufigsten auftretenden Defekt bei LEDs, das Problem, dass der LED-Strang mit der defekten LED durch den Kurzschluss bei der Aufteilung des Stroms als ein LED-Strang zu betrachten ist, der im Vergleich zu den anderen LED-Strängen eine LED weniger aufweist. Entsprechend der Parallelschaltung der LED-Stränge wird dann der von der Konstantstromquelle zur Verfügung gestellte Strom so auf die LED-Stränge aufgeteilt, dass durch den LED-Strang mit der defekten LED ein deutlich höherer Strom als durch die anderen beiden LED-Stränge fließt. Somit werden die LEDs in diesem LED-Strang von einem höheren Strom als vor dem Defekt durchflossen und gleichzeitig die LEDs in den beiden anderen LED-Strängen von einem niedrigeren Strom, wobei die Höhe der Veränderung der Ströme hierbei von der Anzahl der LED-Stränge abhängt. Diese veränderten Stromflüsse führen somit auch zu einer Veränderung der Lichtabgabe aller funktionierenden LEDs. Zusätzlich ergibt sich dann aber auch noch das Problem, dass der höhere Stromfluss in dem LED-Strang mit der defekten LED zu weiteren Beschädigungen bei den noch funktionstüchtigen LEDs führen kann, insbesondere dann, wenn der Strom durch diesen LED-Strang den maximal zulässigen LED-Strom übersteigt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zu Grunde, die oben skizzierten LED-Anordnungen derart weiterzuentwickeln, dass bei einem Defekt einer LED keine weiteren LEDs beschädigt werden und die LED-Anordnung weiterhin betrieben werden kann.
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Die Aufgabe wird durch eine LED-Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird eine LED-Anordnung mit mindestens einem LED-Array, welches mindestens zwei parallel angeordnete LED-Stränge aufweist, vorgeschlagen, wobei in jedem LED-Strang mindestens eine LED angeordnet ist. Zusätzlich ist nunmehr noch vorgesehen, dass in jedem LED-Strang ein Strombegrenzer zur Begrenzung des in dem LED-Strang fließenden Stroms angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise kann hierbei vorgesehen sein, dass der Strombegrenzer dazu ausgebildet ist, den in dem LED-Strang fließenden Strom bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwerts auf den Grenzwert zu beschränken, wobei bei einem Strom unterhalb dieses Grenzwerts der Strombegrenzer im Wesentlichen keinen Einfluss auf den in dem LED-Strang fließenden Strom hat.
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Dementsprechend ist vorgesehen, dass in jedem LED-Strang zusätzlich zu den LEDs noch ein Strombegrenzer angeordnet ist, der im normalen Betrieb, d.h. wenn keine der LEDs defekt ist, nahezu keinen Einfluss auf den jeweiligen LED-Strang hat und somit sozusagen inaktiv bzw. unsichtbar ist. Für den Fall jedoch, dass ein Defekt einer LED, insbesondere ein Kurzschluss, auftritt, ist der Strombegrenzer dann in der Lage den Kurzschluss der LED zu kompensieren, wobei der Strombegrenzer den durch den entsprechenden LED-Strang fließenden Strom auf einen entsprechenden Grenzwert beschränkt.
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Dementsprechend wird auch ein Verfahren zur Vermeidung von Beschädigungen bei einem Defekt einer LED in der erfindungsgemäßen LED-Anordnung vorgeschlagen, bei dem bei einem Kurzschluss der in dem LED-Strang fließende Strom durch den Strombegrenzer auf den Grenzwert beschränkt wird, wobei der Grenzwert knapp oberhalb des Stromwertes liegt, der bei nicht-defekter LED durch den LED-Strang fließt.
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Hierdurch wird erreicht, dass trotz des Kurzschlusses in dem entsprechenden LED-Strang lediglich ein unwesentlich höherer Strom fließt, wodurch eine Beschädigung der anderen, noch funktionierenden LEDs, verhindert werden kann. Zugleich wird dadurch aber auch erreicht, dass der jeweils durch die anderen LED-Stränge fließende Strom, aufgrund des nur gering ansteigenden Stroms der durch den LED-Strang mit der defekten LED fließt, kaum absinkt, wodurch in allen LED-Strängen eine starke Veränderung der Lichtabgabe vermieden werden kann.
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Gleichzeitig wird für den Fall, dass alle LEDs im normalen Betrieb und somit voll funktionsfähig sind, aber auch erreicht, dass die zur Verfügung stehende Leistung im Wesentlichen nur von den LEDs genutzt werden kann und der Strombegrenzer in diesem Fall keinen Einfluss auf die LED-Stränge ausübt.
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Vorteilhafterweise wird der Strom dabei von einer Konstantstromquelle zur Verfügung gestellt. Außerdem kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der LED-Stränge mindestens zwei in Reihe angeordnete LEDs aufweist und dass die LED-Anordnung mehrere in Reihe angeordnete LED-Arrays aufweist.
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Der in den LED-Strängen angeordnete Strombegrenzer kann vorzugsweise zwei Transistoren und einen Widerstand aufweisen, wobei es sich bei den Transistoren um einen Feldeffekttransistor und Bipolartransistor handelt und die Beschränkung des Stroms in dem LED-Strang auf den Grenzwert durch den Feldeffekttransistor erfolgt. Die Steuerung des Bipolartransistors erfolgt hierbei durch den Widerstand. Zusätzlich kann der Strombegrenzer einen weiteren Widerstand aufweisen, wobei der weitere Widerstand und der Bipolartransistor dann zur Steuerung des Feldeffekttransistors vorgesehen sind.
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Außerdem kann auch noch vorgesehen sein, dass der Strombegrenzer eine zusätzliche Schutzschaltung, beispielsweise in Form einer Z-Diode, aufweist.
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Bei dem zuvor erwähnten Verfahren kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass bei einer durch einen Defekt einer LED in einem LED-Strang auftretenden Unterbrechung die zusätzliche Schutzschaltung der Strombegrenzer in den anderen LED-Strängen die anderen Komponenten der Strombegrenzer überbrücken und vor einer Beschädigung schützen.
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Alternativ könnte auch vorgesehen sein, dass bei einer durch einen Defekt einer LED in einem LED-Strang auftretenden Unterbrechung der Gesamte sich auf die anderen LED-Stränge verteilende Strom reduziert oder abgeschaltet wird.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine aus dem Stand der Technik bekannte LED-Anordnung mit einem LED-Array;
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2 eine aus dem Stand der Technik bekannte LED-Anordnung mit mehreren LED-Arrays;
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3 erfindungsgemäße LED-Anordnung mit einem LED-Array;
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4 eine Ausführungsform eines Strombegrenzers.
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In den 1 und 2 sind jeweils LED-Anordnungen gezeigt, die, wie bereits zuvor erläutert, bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die LED-Anordnung in 1 weist hierbei ein LED-Array auf, wohingegen bei der in 2 gezeigten LED-Anordnung drei in Reihe bzw. Serie geschaltete LED-Arrays vorgesehen sind. Die LED-Arrays bestehen wiederum aus drei parallel angeordneten bzw. verschalteten LED-Strängen, in denen jeweils mehrere in Reihe bzw. Serie angeordnete bzw. verschaltete LEDs 1 vorgesehen sind. Bei beiden LED-Anordnungen ist zusätzlich noch eine Konstantstromquelle 2 vorhanden, wobei der Strom auf die einzelnen LED-Stränge gleichmäßig verteilt wird.
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Bei einem Kurzschluss, dem mit Abstand am häufigsten auftretenden Defekt bei LEDs, besteht dann allerdings das Problem, dass über diesen LED-Strang mehr Strom fließt und gleichzeitig auf den anderen LED-Strängen der Strom absinkt. Dies führt zum einen zu einer Veränderung der Lichtabgabe und kann zusätzlich auch dazu führen, dass in dem LED-Strang mit dem erhöhten Strom weitere Beschädigungen an den noch funktionierenden LEDs auftreten können.
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Erfindungsgemäß ist daher nunmehr vorgesehen, dass in jedem LED-Strang zusätzlich ein Strombegrenzer zur Begrenzung des in dem LED-Strang fließenden Stroms vorgesehen ist. In 3 ist eine erfindungsgemäße LED-Anordnung gezeigt, die im Wesentlichen der LED-Anordnung in 1 entspricht. Zusätzlich weist allerdings jeder LED-Strang noch einen Strombegrenzer 3 auf. Diese dienen dazu, den durch den jeweiligen LED-Strang fließenden Strom auf einen gewünschten Grenzwert zu beschränken, wobei bei einem Strom unterhalb dieses Grenzwerts der Strombegrenzer 3 im Wesentlichen keinen Einfluss auf den in dem LED-Strang fließenden Strom hat. Der Grenzwert wird hierbei so gewählt, dass dieser knapp oberhalb des Stromwerts liegt, der durch den LED-Strang fließt, wenn keine der LEDs 1 defekt ist. D.h. dass die Strombegrenzer 3 im normalen Betrieb, solange kein Defekt einer LED 1 auftritt, keine Leistung aufnehmen und dementsprechend kein Spannungsabfall an dem Strombegrenzer 3 erfolgt, wodurch dieser ohne Defekt einer LED 1 inaktiv bzw. unsichtbar ist.
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Im Fall eines Kurzschlusses einer LED 1 wird dann der in dem entsprechenden LED-Strang ansteigende Strom durch den jeweiligen Strombegrenzer 3 auf den Grenzwert begrenzt bzw. beschränkt. Dadurch übersteigt der in diesem LED-Strang fließende Strom nicht den vorgegebenen Grenzwert. Durch diese Begrenzung wird dann zusätzlich auch erreicht, dass der durch die anderen LED-Stränge fließende Strom kaum absinkt, da der durch die Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellte Strom konstant bleibt und nach wie vor relativ gleichmäßig auf die einzelnen LED-Stränge verteilt wird. Diese wird dadurch erreicht, dass in dem LED-Strang mit dem Kurzschluss der Strom aufgrund des Strombegrenzers 3 nur bis zu dem Grenzwert ansteigen kann.
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Beispielhaft könnte vorgesehen sein, dass im normalen bzw. regulären Betrieb ein Stromfluss von 1 Ampere durch jeden der LED-Stränge vorliegt. Der Grenzwert des Strombegrenzers würde in diesem Fall auf 1,1 Ampere vorgegeben werden. Tritt nun ein Kurzschluss einer der LEDs in einem der LED-Stränge auf, würde ohne den Strombegrenzer in dem entsprechenden LED-Strang der Stromfluss auf einen Wert deutlich oberhalb von 1,1 Ampere ansteigen. Bei der vorliegenden Erfindung ist es dann jedoch vorgesehen, dass der Strombegrenzer derart korrigierend in dem jeweiligen LED-Strang eingreift, dass der Stromfluss in diesem LED-Strang tatsächlich auf 1,1 Ampere beschränkt wird, wodurch dementsprechend ein übermäßiges Ansteigen des Stroms in diesem LED-Strang und ein übermäßiges Absinken des Stroms in den anderen LED-Strängen verhindert wird.
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Bei einem Kurzschluss einer LED wird somit der entsprechende Strombegrenzer aktiv und weist dabei einen entsprechenden Spannungsabfall an dem Strombegrenzer auf, wodurch eine Kompensierung der defekten LED durch den Strombegrenzer möglich wird.
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In 4 ist eine mögliche Ausführungsform eines derartigen Strombegrenzers genauer gezeigt. Der Strombegrenzer weist dabei zwei Transistoren 4 und 5, zwei Widerstände 6 und 7 und eine Z-Diode 8 auf. Bei dem mit dem Bezugszeichen 4 versehenen Transistor handelt es sich um einen Feldeffekttransistor, der in Serie bzw. Reihe zu den LEDs 1 angeordnet ist, ebenso wie der Widerstand mit dem Bezugszeichen 6. Dieser Widerstand mit dem Bezugszeichen 6 steuert dann den Transistor mit dem Bezugszeichen 5, der als Bipolartransistor ausgebildet ist. Zusammen mit dem Widerstand mit dem Bezugszeichen 7 steuert dann wiederum der Bipolartransistor 5 den Feldeffekttransistor 4. Die Transistoren 4 und 5 und die Widerstände 6 und 7 sind hierbei dann derart ausgelegt, dass im normalen Betrieb, wenn also alle LEDs 1 funktionsfähig sind, der sich ergebene Stromfluss und damit der Spannungsabfall über den Widerstand 6 derart bemessen ist, dass der Feldeffekttransistor 4 frei durchgängig ist, also keinen Widerstand für den Stromfluss darstellt.
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Bei einem Kurschluss einer der LEDs 1 steigt dann der Strom durch die LEDs 1 an und somit ebenso auch der durch den Widerstand 6 fließende Strom. Ab dem gewünschten bzw. vorgegebenen Grenzwert greift dann der Bipolartransistor 5 korrigierend ein und steuert den Feldeffekttransistor 4 derart an, dass der Stromfluss auf den Grenzwert beschränkt wird, wobei der Grenzwert knapp oberhalb des normalen Stromflusses liegt.
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Die beiden Transistoren 4 und 5 und die beiden Widerstände 6 und 7 dienen zur Strombegrenzung in einem LED-Strang, in dem ein Kurzschluss einer LED 1 auftritt. Wie bereits zuvor erläutert, ist ein Kurzschluss der mit Abstand am häufigsten auftretende Defekt bei LEDs. Allerdings kann auch der Fall auftreten, dass durch einen Defekt einer LED in einem LED-Strang eine Unterbrechung verursacht wird. In diesem Fall sinkt der Strom in dem LED-Strang mit der defekten LED auf null. Da jedoch eine Konstantstromquelle 2 vorgesehen ist, verteilt sich der von der Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellte Strom nun nicht mehr auf drei LED-Stränge sondern lediglich nur noch auf zwei LED-Stränge, wodurch der Strom über diese beiden LED-Stränge erheblich ansteigt. Wenn dann der Stromanstieg den Grenzwert der Strombegrenzer übersteigen würde, würde auch die gesamte Spannung des LED-Arrays ansteigen.
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Durch den erheblichen Anstieg des Stroms bzw. der gesamten Spannung könnten die Komponenten der Strombegrenzer 3 beschädigt werden. Um eine derartige Beschädigung möglichst zu verhindern, ist bei der in 4 gezeigten Ausführungsform des Strombegrenzers noch eine zusätzliche Schutzschaltung in Form einer Z-Diode 8 vorgesehen, die im Wesentlichen die Funktion der anderen Komponenten des Strombegrenzers 3 unterdrückt bzw. diese Komponenten überbrückt und so vor einer Beschädigung schützt. Die Z-Diode 8 ist hierbei parallel zu dem Feldeffekttransistor 4 und dem Widerstand 6 angeordnet und schützt so die anderen Komponenten des Strombegrenzers 3 vor Überlastung. Die Z-Diode 8 ist dementsprechend in den LED-Strängen von Bedeutung, die keine Unterbrechung durch einen Defekt einer LED aufweisen.
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Alternativ zu der Z-Diode könnte aber auch vorgesehen sein, dass bei einer Unterbrechung in einem LED-Strang durch einen Defekt einer LED 1 der Gesamte sich auf die anderen LED-Stränge verteilende Strom reduziert oder abgeschaltet wird, wodurch nicht nur ein Schutz der Komponenten des Strombegrenzers 3 sondern ebenso ein Schutz der LEDs 1 der anderen LED-Stränge gewährleistet ist.
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Zu der in 4 gezeigten möglichen Ausführungsform der Strombegrenzer 3 ist anzumerken, dass es sich hier um ein mögliches Ausführungsbeispiel für einen Strombegrenzer handelt. Der Strombegrenzer könnte jedoch auch in einer völlig anderen Art und Weise aufgebaut sein und aus anderen Komponenten bestehen.
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Erfindungswesentlich ist, dass der Strombegrenzer im normalen Betrieb, also wenn keine der LEDs defekt ist, keinen Einfluss auf die LED-Stränge hat und somit inaktiv bzw. unsichtbar ist und lediglich bei einem Defekt einer der LEDs zum Einsatz kommt und entsprechend korrigierend bzw. begrenzend eingreift.
