DE102012207457A1 - Circuit for controlling e.g. LEDs of lamp or lamp system, has driver controlling LED-segments, including electronic switches, and coupled with rectified power supply voltage by separate voltage source - Google Patents

Circuit for controlling e.g. LEDs of lamp or lamp system, has driver controlling LED-segments, including electronic switches, and coupled with rectified power supply voltage by separate voltage source Download PDF

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    • H05B45/40Details of LED load circuits
    • H05B45/44Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/48Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices

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Abstract

The circuit has LED-segments (101-103) connected in series, and including multiple semiconductor luminous elements connected in series. The luminous elements in two of the LED-segments are different. A driver controls the LED-segments, and includes electronic switches (SW1-SW3) e.g. MOSFETs, where one of the LED-segments is bridgeable based on the switches. The driver is coupled with a rectified power supply voltage by a separate voltage source. The source is formed by a voltage divider, an auxiliary voltage source, and a zener diode, and controlled based on an average value of the voltage. The rectified power supply voltage is a pulsed direct voltage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Ansteuerung von Halbleiterleuchtelementen sowie eine Lampe, eine Leuchte oder ein Leuchtsystem mit einer solchen Schaltung. The invention relates to a circuit for driving semiconductor light elements and a lamp, a light or a lighting system with such a circuit.

Es ist bekannt, ein LED-Modul umfassend mehrere Leuchtdioden mittels eines einstufigen oder eines mehrstufigen Schaltnetzteils, das dem LED-Modul vorgeschaltet ist, zu betreiben. Weist das LED-Modul einen Leistungsbereich größer 25W auf, wird zusätzlich eine Powerfaktorkorrektur (PFC) benötigt. Bei geringen elektrischen Leistungen wird üblicherweise ein Linearregler eingesetzt.It is known to operate an LED module comprising a plurality of light-emitting diodes by means of a single-stage or multi-stage switching power supply which is connected upstream of the LED module. If the LED module has a power range greater than 25W, an additional power factor correction (PFC) is required. At low electrical power usually a linear regulator is used.

Oberhalb bestimmter Licht- bzw. Leistungsklassen, bei denen z.B. eine Vielzahl von LEDs in einem Modul oder in mehreren LED-Modulen betrieben werden sollen, sind Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen viele LED-Chips in Serie geschaltet sind. Die Vorwärtsspannung dieser Serienschaltung kann dabei in der Größenordnung der Netzspannung liegen. Above certain light or power classes where e.g. a plurality of LEDs are to be operated in one module or in a plurality of LED modules, circuit arrangements are known in which many LED chips are connected in series. The forward voltage of this series circuit can be of the order of the mains voltage.

In einer einfachen Ausführungsform werden in Reihe geschaltete LEDs direkt an dem Wechselspannungsnetz betrieben. Dies führt zu einer starken Lichtmodulation, einem sogenannten "Flickern", und einer energieineffizienten Nutzung der LEDs. Für höhere Leistungsklassen führt dieser Ansatz weiterhin zu Problemen mit normativen Vorgaben in Bezug auf Powerfaktor und Oberwellen.In a simple embodiment, LEDs connected in series are operated directly on the AC voltage network. This leads to a strong light modulation, a so-called "flicker", and an energy-inefficient use of LEDs. For higher power classes, this approach continues to cause problems with normative power factor and harmonic specifications.

Weiterhin ist bekannt, der Serienschaltung aus LEDs einen Gleichrichter vorzuschalten. Auch hier kommt es zu den vorstehend genannten Problemen. Furthermore, it is known to connect the series circuit of LEDs a rectifier. Again, there are the above problems.

Ferner ist bekannt, die Verschaltung der LED-Serienschaltung zeitsynchron mit der Netzspannungsmodulation zu verändern.Furthermore, it is known to change the interconnection of the LED series circuit in time synchronization with the mains voltage modulation.

So zeigt DE 10 2010 040 266 A1 eine LED-Leuchte mit einer integrierten Schaltung, einem Gleichrichter und einer Reihe von in Reihe geschalteten LEDs, die über ein gleichgerichtetes AC-Signal betrieben werden. Die integrierte Schaltung weist Leistungsschalter auf, die eine entsprechende Gruppe von verschiedenen Gruppen von LEDs in einer LED-Reihe, über welcher das gleichgerichtete AC-Signal anliegt, einzeln und gezielt kurzschließen können. Wenn die Spannung über der Reihe zunimmt, steuert die integrierte Schaltung die Leistungsschalter, um die Anzahl von LEDs, durch die Strom fließt, zu erhöhen, während die integrierte Schaltung die Leistungsschalter dann, wenn die Spannung über der Folge abnimmt, steuert, um die Anzahl von LEDs, durch die Strom fließt, zu verringern. So shows DE 10 2010 040 266 A1 an LED luminaire with an integrated circuit, a rectifier and a series of series-connected LEDs operated by a rectified AC signal. The integrated circuit has power switches that can individually and selectively short a corresponding group of different groups of LEDs in an LED array over which the rectified AC signal is applied. As the voltage across the row increases, the integrated circuit controls the power switches to increase the number of LEDs through which current flows, while the integrated circuit controls the power switches by the number as the voltage across the train decreases of LEDs, through which electricity flows, decrease.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannte Lösung zu verbessern und eine effiziente Möglichkeit zur Ansteuerung von Halbleiterleuchtelementen anzugeben. The object of the invention is to improve the known solution and to provide an efficient way of controlling semiconductor light elements.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved according to the features of the independent claims. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltung zur Ansteuerung von Halbleiterleuchtelementen vorgeschlagen,

  • – mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Segmenten, die jeweils mehrere in Reihe geschaltete Halbleiterleuchtelemente aufweisen,
  • – wobei die Halbleiterleuchtelemente in zumindest zwei der Segmente unterschiedlich sind,
  • – mit je einem Treiber zur Ansteuerung eines Segments, wobei der Treiber mindestens einen elektronischen Schalter aufweist, anhand dessen das Segment überbrückbar ist,
  • – bei der die Treiber über mindestens eine Spannungsquelle mit der gleichgerichteten Netzspannung gekoppelt sind.
To solve the problem, a circuit for driving semiconductor light elements is proposed,
  • With at least two segments connected in series, each having a plurality of semiconductor light elements connected in series,
  • Wherein the semiconductor light elements are different in at least two of the segments,
  • Each having a driver for driving a segment, wherein the driver has at least one electronic switch, by means of which the segment can be bridged,
  • - In which the drivers are coupled via at least one voltage source with the rectified mains voltage.

Bei dem Treiber kann es sich um eine Schaltungsanordnung handeln, die zur Ansteuerung eines Segments einsetzbar ist. The driver may be a circuit arrangement that can be used to drive a segment.

Die Treiber werden somit von einer gleichgerichteten Netzspannung in Form einer pulsierenden Gleichspannung betrieben. Hierbei ist es von Vorteil, dass die Gleichrichtung der Netzwechselspannung keine Speicher (Kondensator) vorsehen muss. Insbesondere muss kein (glättender) Elektrolytkondensator vorgesehen sein, der für die gesamte Höhe der Netzspannung ausgelegt ist. Dies reduziert die Fehleranfälligkeit und ermöglicht eine kompaktere Bauweise der Schaltung. The drivers are thus operated by a rectified mains voltage in the form of a pulsating DC voltage. It is advantageous that the rectification of the mains AC voltage must provide no memory (capacitor). In particular, no (smoothing) electrolytic capacitor must be provided, which is designed for the entire height of the mains voltage. This reduces the susceptibility to errors and allows a more compact design of the circuit.

Mittels des elektronischen Schalters ist eine Schaltfunktion elektronisch ansteuerbar. Der elektronische Schalter kann einen Transistor, einen Mosfet einen Operationsverstärker, einen Komparator oder ein mit einer Schaltfunktion beaufschlagbares Bauteil umfassen. By means of the electronic switch, a switching function is electronically controlled. The electronic switch may comprise a transistor, a MOSFET, an operational amplifier, a comparator or a component which can be acted upon by a switching function.

Bei den Halbleiterleuchtelementen handelt es sich beispielsweise um LEDs, LED-Chips oder LED-Module. Auch kann ein Halbleiterleuchtelement mindestens eine OLED (organische Leuchtdiode) oder ein Modul mit mindestens einer OLED umfassen. The semiconductor light elements are, for example, LEDs, LED chips or LED modules. A semiconductor light-emitting element can also comprise at least one OLED (organic light-emitting diode) or a module with at least one OLED.

Durch die mindestens eine Spannungsquelle kann eine Offset-Spannung für die Treiber eingestellt werden. Auch ist es möglich, dass durch die mehreren Spannungsquellen die Ströme für die Halbleiterleuchtelemente der Segmente eingestellt, z.B. symmetrisiert. By means of the at least one voltage source, an offset voltage can be set for the drivers. It is also possible that the currents for the semiconductor light elements of the segments are adjusted by the multiple voltage sources, e.g. symmetrized.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Treiber über mindestens eine Spannungsquelle mit der gleichgerichteten Netzspannung gekoppelt sind. A further development consists in that the drivers are coupled to the rectified mains voltage via at least one voltage source.

Eine zusätzliche Ausgestaltung ist es, dass jeder Treiber über eine separate Spannungsquelle mit der gleichgerichteten Netzspannung gekoppelt ist. An additional embodiment is that each driver is coupled to the rectified mains voltage via a separate voltage source.

Eine Weiterbildung ist es, dass die mindestens eine Spannungsquelle realisierbar ist mittels:

  • – eines Spannungsteilers;
  • – einer Hilfsspannungsquelle;
  • – einer Zenerdiode.
A development is that the at least one voltage source can be realized by means of:
  • - a voltage divider;
  • An auxiliary power source;
  • - a zener diode.

Auch ist es eine Möglichkeit, dass die Spannungsquelle ansteuerbar ist abhängig von einem Mittelwert der gleichgerichteten Netzspannung. It is also a possibility that the voltage source can be controlled depending on an average value of the rectified mains voltage.

So kann anhand der (steuerbaren) Spannungsquelle eine Beziehung zu der mittleren Netzspannung hergestellt werden. Anhand der Spannungsquellen für die mehreren Treiber ist es möglich, die Ströme für die Halbleiterleuchtelemente der Segmente zu symmetrisieren. Thus, based on the (controllable) voltage source, a relationship to the average mains voltage can be established. Based on the voltage sources for the multiple drivers, it is possible to symmetrize the currents for the semiconductor light elements of the segments.

Beispielsweise kann eine längerfristige Mittelung über eine Netzperiode oder über mehrere Netzperioden der Netzspannung erfolgen. Die (längerfristige) Mittelung kann abhängig von einem Spitzenwert, einem Mittelwert o.ä. erfolgen. Dabei kann die Netzspannung bereits gleichgerichtet sein oder es kann sich um eine Netzwechselspannung handeln. For example, a longer-term averaging can take place over a network period or over several network periods of the network voltage. The (longer term) averaging can depend on a peak, a mean, or the like. respectively. In this case, the mains voltage may already be rectified or it may be an AC mains voltage.

Eine zusätzliche Weiterbildung ist es, dass die Treiber mit einer gleichgerichteten Netzspannung versorgbar sind. An additional development is that the drivers can be supplied with a rectified mains voltage.

Eine Weiterbildung ist es, dass mindestens zwei der Segmente Halbleiterleuchtelemente aufweisen, die zumindest teilweise in ihren Vorwärtsspannungen, ihren Farben, ihren Größen, ihren Bauformen und/oder ihren Anzahlen unterschiedlich sind. A development is that at least two of the segments have semiconductor light elements which are at least partially different in their forward voltages, their colors, their sizes, their designs and / or their numbers.

Eine andere Weiterbildung ist es, dass der Treiber ein Vergleichselement umfasst. Another development is that the driver comprises a predicate.

Das Vergleichselement kann z.B. ein Komparator sein oder einen solchen umfassen. Das Vergleichselement kann als (mindestens) ein Operationsverstärker oder als mindestens ein Transistor ausgeführt sein. The predicate may e.g. be a comparator or include such. The comparison element can be designed as (at least) one operational amplifier or as at least one transistor.

Das Vergleichselement vergleicht ein erstes Bezugspotential, z.B. eine Seite der gleichgerichteten Netzspannung, mit einem zweiten Bezugspotential, z.B. einem Potential am Ende oder in dem jeweiligen Segment. The comparison element compares a first reference potential, e.g. one side of the rectified mains voltage, with a second reference potential, e.g. a potential at the end or in the respective segment.

Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die Segmente mit einem Stromregler in Reihe geschaltet sind. In particular, it is a development that the segments are connected in series with a current regulator.

Anhand des Stromreglers kann der Strom in den Segmenten vorgegeben sein. An dem Stromregler kann eine vorgegebene Spannung abfallen, z.B. diejenige Spannung, die nicht an den in Reihe geschalteten Halbleiterleuchtelementen abfällt.Based on the current controller, the current in the segments can be specified. At the current regulator, a predetermined voltage may drop, e.g. the voltage that does not drop across the serially connected semiconductor light elements.

Der Stromregler kann selbst einen Strom einstellen oder er kann genutzt werden, damit ein Strom eingestellt wird. The current regulator can self-adjust a current or it can be used to set a current.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass der Stromregler mittels einer Dimmung steuerbar ist. It is also a development that the current regulator can be controlled by means of dimming.

Eine Option besteht darin, dass der Stromregler gesteuert wird und damit eine Helligkeitsregelung (Dimmung) der Halbleiterleuchtelemente erreicht werden kann. Die Ansteuerung kann auf unterschiedliche Arten erfolgen, z.B. über ein Potentiometer, eine DALI-System, einen Mikrocontroller oder eine 1–10V-Schnittstelle. One option is that the current controller is controlled and thus a brightness control (dimming) of the semiconductor light elements can be achieved. The driving can be done in different ways, e.g. via a potentiometer, a DALI system, a microcontroller or a 1-10V interface.

Ferner ist es eine Weiterbildung, dass der Stromregler ein resistives Element oder einen Linearregler aufweist. Furthermore, it is a development that the current controller has a resistive element or a linear regulator.

Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung weist das Segment mit der größten Vorwärtsspannung eine mindestens doppelt so große Vorwärtsspannung auf wie das Segment mit der geringsten Vorwärtsspannung. In the context of an additional development, the segment with the greatest forward voltage has at least twice as much forward voltage as the segment with the lowest forward voltage.

Beispielsweise kann das Segment mit der größten Vorwärtsspannung eine um mindestens 60% größere Vorwärtsspannung aufweisen wie das Segment mit der zweitgrößten Vorwärtsspannung. For example, the segment with the greatest forward voltage may have at least 60% greater forward voltage than the segment with the second largest forward voltage.

Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass der elektronische Schalter des Treibers mit einer Schaltfrequenz aktiv ist, die mindestens die doppelte Netzfrequenz oder ein Vielfaches der Netzfrequenz aufweist. A next development is that the electronic switch of the driver is active with a switching frequency which has at least twice the network frequency or a multiple of the network frequency.

Insbesondere kann der Schalter desjenigen Treibers, der das Segment mit der größten Vorwärtsspannung ansteuert, mit einer Schaltfrequenz von mindestens 100Hz betrieben werden. In particular, the switch of the driver which drives the segment with the greatest forward voltage can be operated with a switching frequency of at least 100 Hz.

Eine Ausgestaltung ist es, dass mindestens einer der Treiber einen Kondensator aufweist, der parallel zu Halbleiterleuchtelementen des Segments angeordnet ist, dem der Treiber zugeordnet ist. An embodiment is that at least one of the drivers has a capacitor which is arranged parallel to semiconductor light elements of the segment to which the driver is assigned.

Insbesondere kann der Kondensator nur zu einem Teil der Halbleiterleuchtelemente des Segments parallel angeordnet sein.In particular, the capacitor may be arranged in parallel only to a part of the semiconductor light elements of the segment.

Eine Ausführungsform besteht darin, dass der Kondensator in oder zusammen mit demjenigen Treiber angeordnet ist, der das Segment mit der größten Vorwärtsspannung ansteuert. One embodiment is that the capacitor is arranged in or together with the driver which drives the segment with the greatest forward voltage.

Auch kann in mehreren Treibern je ein solcher (Puffer-)Kondensator angeordnet sein, wobei es sich vorzugsweise um diejenigen Treiber handelt, die die Segmente aus den mehreren Segmenten ansteuern, deren Halbleiterleuchtelemente die größten Vorwärtsspannungen aufweisen.Also, one such (buffer) capacitor can be arranged in each of several drivers, which are preferably those drivers which drive the segments from the several segments whose semiconductor light-emitting elements have the greatest forward voltages.

Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass der Kondensator über eine lösbare Verbindung austauschbar ausgeführt ist. A next embodiment is that the capacitor is designed to be interchangeable via a detachable connection.

Insbesondere kann dieser (Puffer-)Kondensator über die lösbare Verbindung an einem anderen Ort als die Schaltung angeordnet sein. So kann der Kondensator über die lösbare Verbindung einfach ausgetauscht werden. In particular, this (buffer) capacitor can be arranged over the detachable connection at a location other than the circuit. Thus, the capacitor can be easily replaced via the detachable connection.

Auch ist es eine Ausgestaltung, dass mindestens einer der Treiber eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einer Diode aufweist, wobei diese Reihenschaltung parallel zu den Halbleiterleuchtelementen des Segments angeordnet ist, das der Treiber ansteuert. It is also an embodiment that at least one of the drivers has a series circuit of a capacitor and a diode, wherein this series circuit is arranged parallel to the semiconductor light elements of the segment, which drives the driver.

Bei der Serienschaltung aus Kondensator und Diode handelt es sich um einen Spitzenwertdetektor für das jeweilige Segment.The series connection of capacitor and diode is a peak detector for the respective segment.

Eine andere Weiterbildung ist es, dass mindestens eine Entkoppeldiode zwischen je zwei Segmenten angeordnet ist. Another development is that at least one decoupling diode is arranged between each two segments.

Auch ist es eine weitere Ausgestaltung, dass eine Einrichtung zur Mischung des von mehreren Segmenten bereitgestellten Lichts vorgesehen ist. It is also a further embodiment that a device for mixing the light provided by a plurality of segments is provided.

Beispielsweise kann eine Optik vorgesehen sein, anhand derer emittiertes Licht mehrere Halbleiterleuchtelemente gemischt wird. For example, it is possible to provide an optical system by means of which emitted light a plurality of semiconductor light-emitting elements is mixed.

Eine zusätzliche Ausgestaltung ist es, dass

  • – der Treiber einen elektronischen Kurschluss-Schalter umfasst, anhand dessen das dem Treiber zugeordnete Segment kurzschließbar ist,
  • – wobei der Basis-Anschluss des Kurzschluss-Schalters über ein erstes strombegrenzendes Element mit dem Kollektor-Anschluss eines elektronischen Vergleichs-Schalters verbunden ist,
  • – wobei der Emitter-Anschluss des Vergleichs-Schalters mit einem Anschluss des Segments, dem der Treiber zugeordnet ist, verbunden ist,
  • – wobei der Basis-Anschluss des Vergleichs-Schalters mit einem Pol der gleichgerichteten Netzwechselspannung verbunden ist.
An additional embodiment is that
  • The driver comprises an electronic short-circuit switch, by means of which the segment assigned to the driver can be short-circuited,
  • Wherein the base terminal of the short-circuiting switch is connected via a first current-limiting element to the collector terminal of an electronic comparison switch,
  • Wherein the emitter terminal of the comparison switch is connected to a terminal of the segment to which the driver is assigned,
  • - Wherein the base terminal of the comparison switch is connected to a pole of the rectified AC line voltage.

Beispielsweise handelt es sich bei dem Kurzschluss-Schalter um einen pnp-Transistor und bei dem Vergleichs-Schalter um einen npn-Transistor. Entsprechend können in einer dazu dualen Ausführungsform auch pnp- und npn-Transistoren vertauscht ausgeführt sein mit entsprechender Potentialanpassung. Als Schalter können auch andere elektronische Schalter, z.B. Transistoren, Mosfets, o.ä. vorgesehen sein. For example, the short-circuit switch is a pnp transistor and the comparison switch is an npn transistor. Accordingly, in a dual embodiment, pnp and npn transistors can also be reversed with appropriate potential matching. As switches, other electronic switches, e.g. Transistors, Mosfets, or similar be provided.

An der Basis-Emitter-Strecke des Vergleichs-Schalters erfolgt ein Vergleich des Potentials an dem jeweiligen Segment (z.B. einem Vergleichspunkt innerhalb der LED-Kette) mit dem Potential der aktuellen gleichgerichteten Netzhalbwelle. Entsprechend kann eine Ansteuerung des jeweiligen Segments durch den Treiber abhängig von der Höhe der gleichgerichteten Netzwechselspannung erfolgen. At the base-emitter junction of the comparison switch, the potential at the respective segment (e.g., a comparison point within the LED string) is compared with the potential of the current rectified half-wave. Accordingly, an activation of the respective segment by the driver can take place as a function of the magnitude of the rectified mains alternating voltage.

Optional kann der Basis-Anschluss des Vergleichs-Schalters mit einem Pol einer Spannungsquelle verbunden sein, die eine Offset-Spannung gegenüber dem Potential der gleichgerichteten Netzwechselspannung darstellt. Optionally, the base terminal of the comparison switch may be connected to a pole of a voltage source which represents an offset voltage with respect to the potential of the rectified AC line voltage.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Lampe, eine Leuchte oder ein Leuchtsystem mit einer Schaltung wie hierin beschrieben. The above object is also achieved by a lamp, a luminaire or a lighting system with a circuit as described herein.

Bei der Lampe, Leuchte oder bei dem Leuchtsystem kann es sich um eine LED-Lichtquelle handeln. The lamp, light or the lighting system may be an LED light source.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein. The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they will be achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following schematic description of exemplary embodiments which will be described in detail in conjunction with the drawings. In this case, the same or equivalent elements may be provided with the same reference numerals for clarity.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematischen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung dreier LED-Segmente, wobei die einzelnen LED-Segmente unterschiedliche Anzahl von LEDs aufweisen und die LED-Segmente jeweils mittels eines parallel angeordneten elektronischen Schalters überbrückt bzw. kurzgeschlossen werden können; 1 a schematic circuit arrangement for driving three LED segments, wherein the individual LED segments have different numbers of LEDs and the LED segments can each be bridged or short-circuited by means of a parallel electronic switch;

2 eine schematische Schaltung zur Ansteuerung dreier LED-Segmente, wobei die LED-Segmente unterschiedlich viele LEDs aufweisen, wobei zwischen einzelnen LEDs teilweise eine Entkoppeldiode und parallel zu einer Auswahl der LED-Segmente ein Kondensator angeordnet ist; 2 a schematic circuit for driving three LED segments, wherein the LED segments have different numbers of LEDs, wherein between individual LEDs partially a decoupling diode and parallel to a selection of the LED segments a capacitor is arranged;

3 eine schematische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer elektronischer Schalter mittels Komparatoren; 3 a schematic circuit arrangement for controlling a plurality of electronic switches by means of comparators;

4 basierend auf der Darstellung von 3 mehrere Spannungsquellen zur Symmetrisierung der Ströme zwischen einzelnen LED-Segmenten; 4 based on the representation of 3 a plurality of voltage sources for symmetrizing the currents between individual LED segments;

5 eine alternative schematische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer elektronischer Schalter mittels diskreter Bauelemente; 5 an alternative schematic circuit arrangement for driving a plurality of electronic switches by means of discrete components;

6 eine detaillierte Darstellung der in 5 gezeigten Module 522a bis 522d; 6 a detailed presentation of in 5 shown modules 522a to 522d ;

7 eine alternative Schaltungsanordnung zu 5; 7 an alternative circuit arrangement to 5 ;

8 eine alternative Schaltungsanordnung, die im Wesentlichen auf der Schaltung gemäß 7 basiert und mehrere Spannungsquellen vorsieht, die zur Ansteuerung bzw. Symmetrisierung der einzelnen LED-Segmente einsetzbar sind. 8th an alternative circuit arrangement, substantially on the circuit according to 7 based and provides several voltage sources that can be used to control or symmetrize the individual LED segments.

Betrieb einer LED-Kette an einer NetzspannungOperation of an LED chain at a mains voltage

Eine LED-Kette umfasst mehrere Segmente (LED-Segmente), die miteinander in Reihe geschaltet sind. Zwischen den LED-Segmenten können ggf. weitere Bauteile angeordnet sein. Jedes LED-Segment kann eine Vielzahl von LEDs aufweisen, die miteinander in Reihe geschaltet sind. An LED chain comprises several segments (LED segments) connected in series with each other. If necessary, further components can be arranged between the LED segments. Each LED segment may have a plurality of LEDs connected in series with each other.

Eine Netzspannung bezeichnet eine Wechselspannung wie sie z.B. von einem elektrischen Versorgungsnetz bereitgestellt wird. Die Netzspannung kann über einen Gleichrichter in gleichgerichtete Netzspannungshalbwellen (auch bezeichnet als "Halbwellen" oder "pulsierende Netzspannung") umgewandelt werden. Der Gleichrichter kann als ein Einweg- oder ein Zweiweg-Gleichrichter ausgeführt sein. A mains voltage refers to an alternating voltage as e.g. provided by an electrical supply network. The mains voltage can be converted via a rectifier into rectified mains half-waves (also referred to as "half-waves" or "pulsating mains voltage"). The rectifier may be implemented as a one-way or a two-way rectifier.

Zur Ansteuerung der in Reihe geschalteten LED-Segmente werden kombinatorische Möglichkeiten der den LED-Segmenten entsprechende Vorwärtsspannungen ausgenutzt. Entsprechend der Anzahl der in einem Segment in Reihe geschalteten LEDs ergibt sich eine Vorwärtsspannung. Durch unterschiedliche Anzahlen von in Reihe geschalteten LEDs ergeben sich unterschiedliche Vorwärtsspannungen für unterschiedliche LED-Segmente. Die Anzahl der LED-Segmente wird nachfolgend mit M bezeichnet.To control the series-connected LED segments combinatorial possibilities of the LED segments corresponding forward voltages are exploited. According to the number of LEDs connected in series in a segment, a forward voltage results. Different numbers of LEDs connected in series result in different forward voltages for different LED segments. The number of LED segments is denoted by M below.

Hierbei sei angemerkt, dass unterschiedliche LEDs gleichen oder unterschiedlichen Typs (z.B. unterschiedliche LED-Module und/oder LEDs mit unterschiedlichen Farben) in Reihe geschaltet sein können. Es ist auch möglich, dass einzelne LEDs eine Parallelschaltung mindestens eines Halbleiterleuchtelements umfassen. It should be noted that different LEDs of the same or different type (e.g., different LED modules and / or LEDs of different colors) may be connected in series. It is also possible for individual LEDs to comprise a parallel connection of at least one semiconductor light-emitting element.

Parallel zu mindestens einem LED-Segment, insbesondere parallel zu mehreren LED-Segmenten, können elektronische Schalter vorgesehen sein, die einzelne oder mehrere LED-Segmente kurzschließen. Durch Ansteuerung der elektronischen Schalter kann erreicht werden, dass die Spannung an den LED-Segmenten ULED(t) der gleichgerichteten Netzspannung Uin(t) (d.h. den oben genannten Halbwellen) folgt (bzw. nachgeführt wird): ULED(t) = ULED(ti, I) = Ui(I), wobei Ui(I) eine Gesamtspannung der nicht überbrückten LEDs für den Schaltzustand i bei einem Strom I ist. Parallel to at least one LED segment, in particular parallel to a plurality of LED segments, electronic switches can be provided which short-circuit individual or multiple LED segments. By controlling the electronic switches can be achieved that the voltage at the LED segments U LED (t) of the rectified mains voltage U in (t) (ie the above half-waves) follows (or is tracked): U LED (t) = U LED (t i , I) = U i (I), where U i (I) is a total voltage of the non-bridged LEDs for the switching state i at a current I.

Hierbei sind vorzugsweise die LED-Segmente unterschiedlich ausgeführt, d.h. weisen zumindest teilweise zueinander unterschiedliche Vorwärtsspannungen auf. Insbesondere weisen zumindest zwei der LED-Segmente unterschiedliche Anzahlen und/oder Typen von LEDs auf. Mit anderen Worten sind nicht alle LED-Segmente mit gleicher Anzahl LEDs gleichen Typs in gleicher Verschaltung bestückt. Damit werden die einzelnen LED-Segmente zu unterschiedlichen Zeitpunkten (während des Verlaufs der gleichgerichteten Netzspannung) und ggf. auch unterschiedlich häufig pro Netzperiode aktiviert bzw. deaktiviert, d.h. mit einer unterschiedlichen Frequenz betrieben. In this case, the LED segments are preferably designed differently, i. have at least partially mutually different forward voltages. In particular, at least two of the LED segments have different numbers and / or types of LEDs. In other words, not all LED segments with the same number of LEDs of the same type are equipped in the same interconnection. In this way, the individual LED segments are activated or deactivated at different times (during the course of the rectified mains voltage) and possibly also at different times per network period, ie. operated at a different frequency.

Es können zur Ansteuerung der Schalter (zur Überbrückung der LED-Segmente) auch Frequenzen verwendet werden, die höher als die Netzfrequenz sind. Dadurch gibt es eine Vielzahl kombinierbarer Schaltzustände, um die unterschiedlichen Schalter anzusteuern. Die Anzahl der möglichen Schaltzustände N ist damit wesentlich größer (2M) als die Anzahl der LED-Segmente M.It can be used to control the switch (to bridge the LED segments) and frequencies that are higher than the mains frequency. As a result, there are a large number of switchable states that can be combined in order to control the different switches. The number of possible switching states N is thus considerably larger (2 M ) than the number of LED segments M.

Die nachfolgende tabellarische Aufstellung zeigt beispielhaft Kombinationsmöglichkeiten bei einer Anordnung mit drei LED-Segmenten, wobei

i
den Schaltzustand,
SWm
mit m = 1 bis 3 den Schalter,
0
einen offenen Schalter,
1
einen geschlossenen Schalter
Uf1(I) bis Uf3(I)
eine Vorwärtsspannung der nicht überbrückten LEDs bei dem Strom I für das LED-Segment 1 bis 3.
bezeichnen. i SW1 SW2 SW3 Ui(I) 1 1 1 1 2 0 1 1 Uf1(I) 3 1 0 1 Uf2(I) 4 0 0 1 Uf1(I) + Uf2(I) 5 1 1 0 Uf3(I) 6 0 1 0 Uf1(I) + Uf3(I) 7 1 0 0 Uf2(I) + Uf3(I) 8 0 0 0 Uf1(I) + Uf2(I) + Uf3(I) The following tabular list shows examples of possible combinations in an arrangement with three LED segments, where
i
the switching state,
SW m
with m = 1 to 3 the switch,
0
an open switch,
1
a closed switch
U f1 (I) to U f3 (I)
a forward voltage of the non-bridged LEDs in the current I for the LED segment 1 to 3.
describe. i SW 1 SW 2 SW 3 U i (I) 1 1 1 1 2 0 1 1 U f1 (I) 3 1 0 1 U f2 (I) 4 0 0 1 U f1 (I) + U f2 (I) 5 1 1 0 U f3 (I) 6 0 1 0 U f1 (I) + U f3 (I) 7 1 0 0 U f2 (I) + U f3 (I) 8th 0 0 0 U f1 (I) + U f2 (I) + U f3 (I)

Die Restspannung Uin(t) – ULED(t) fällt an einem Stromregler ab. Mit einer Mehrzahl von LED-Segmenten mit unterschiedlich (vielen) in Reihe geschalteten LEDs lassen sich ein Vielzahl verschiedener Gesamt-Vorwärtsspannungen für die LED-Kette realisieren, so dass diese Gesamtspannung der aktuellen Netzspannung sehr nahe kommt. Die Restspannung ist damit im Vergleich zur Netzspannung klein.The residual stress U in (t) - U LED (t) falls off on a current regulator. With a plurality of LED segments with different (many) LEDs connected in series, a variety of different total forward voltages for the LED chain can be realized, so that this total voltage is very close to the current mains voltage. The residual voltage is thus small compared to the mains voltage.

Aufgrund dieser geringen Restspannung kann der Stromregler beispielsweise als ein einfacher und kostengünstig zu realisierender Linearregler ausgeführt sein. Der Stromregler kann auch so ausgelegt sein, dass der Strom (nahezu) ideal der Netzspannung folgt, so dass ein Powerfaktor der Schaltung nahe 1,0 ist und keine (nennenswerten) Oberwellen auftreten. Because of this low residual voltage, the current regulator can be designed, for example, as a simple and cost-effective linear regulator. The current regulator may also be designed so that the current follows (almost) ideally the mains voltage, so that a power factor of the circuit is close to 1.0 and no (significant) harmonics occur.

Im Extremfall kann der Stromregler sogar entfallen, z.B. wenn die Dynamik der LED Kennlinie bei einer begrenzen Strommodulation ausreicht um die Abstände zwischen den Schaltstufen zu füllen. In extreme cases, the current regulator can even be omitted, e.g. if the dynamics of the LED characteristic with a limited current modulation is sufficient to fill the intervals between the switching stages.

Ein mögliche Dimensionierung der LED-Segmente besteht darin, dass ein erstes LED-Segment eine Anzahl A in Reihe geschalteter LEDs aufweist, ein anderes (nächstes) LED-Segment eine Anzahl A/2, ein weiteres LED-Segment eine Anzahl A/4, etc. Kennzeichnet z.B. ein Index m ein LED-Segment, so kann diese Beziehung dargestellt werden mit Am = Am+1/2 wobei m = 1...M die unterschiedlichen M LED-Segmente kennzeichnet.A possible dimensioning of the LED segments is that a first LED segment has a number A of LEDs connected in series, another (next) LED segment has a number A / 2, another LED segment has a number A / 4, etc. If, for example, an index m identifies an LED segment, this relationship can be represented by A m = A m + 1/2 where m = 1 ... M identifies the different M LED segments.

Wird vereinfachend angenommen, dass die LED-Spannung Ui(I) stromunabhängig ist, d.h. Ui(I) ~ Ui(INenn), dann führt diese Auslegung zu äquidistanten Spannungswerten. Diese Anordnung ist günstig, aber nicht zwingend optimal, da die Dichte der Schaltzustände im Strommaximum für die Verlustleistung eine größere Rolle spielt als im Bereich der Stromnulldurchgänge. For the sake of simplification, it is assumed that the LED voltage U i (I) is current-independent, ie U i (I) ~ U i (I nominal ), then this design leads to equidistant voltage values. This arrangement is favorable, but not necessarily optimal, since the density of the switching states in the current maximum for the power loss plays a greater role than in the field of current zero crossings.

1 veranschaulicht den vorstehend beschriebenen Zusammenhang anhand einer schematischen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung dreier LED-Segmente 101, 102 und 103, wobei das LED-Segment 101 eine Reihenschaltung aus vier LEDs, das LED-Segment 102 eine Reihenschaltung aus zwei LEDs und das LED-Segment 103 eine einzelne LED aufweist. Das LED-Segment 101 ist mit einem parallel dazu angeordneten Schalter SW3 überbrückbar, das LED-Segment 102 ist mit einem parallel dazu angeordneten Schalter SW2 überbrückbar und das LED-Segment 103 ist mit einem parallel dazu angeordneten Schalter SW1 überbrückbar. Die Schalter SW1 bis SW3 sind als elektronische Schalter, z.B. Transistoren oder Feldeffekttransistoren ausgeführt, die von einer Steuereinheit (nicht in 1 dargestellt) angesteuert werden. 1 illustrates the relationship described above with reference to a schematic circuit arrangement for driving three LED segments 101 . 102 and 103 , where the LED segment 101 a series connection of four LEDs, the LED segment 102 a series connection of two LEDs and the LED segment 103 has a single LED. The LED segment 101 is bridged with a switch SW 3 arranged parallel thereto, the LED segment 102 is bridged with a switch SW 2 arranged in parallel and the LED segment 103 is bridged with a switch SW 1 arranged parallel thereto. The switches SW 1 to SW 3 are designed as electronic switches, for example transistors or field-effect transistors, which are controlled by a control unit (not in FIG 1 shown).

Die LED-Segmente 101 bis 103 sind miteinander und mit einem Stromregler 104 in Reihe geschaltet. Bei dem Stromregler 104 kann es sich um ein resistives Element, insbesondere um einen Linearregler, handeln. Alternativ ist es auch möglich, dass der Stromregler 104 ein aktiver Stromregler ist.The LED segments 101 to 103 are with each other and with a current regulator 104 connected in series. At the current regulator 104 it can be a resistive element, in particular a linear regulator. Alternatively, it is also possible that the current regulator 104 is an active current regulator.

Eine Option besteht darin, dass der Stromregler gesteuert wird und damit eine Helligkeitsregelung (Dimmung) der Leuchtdioden erreicht werden kann. Die Ansteuerung kann auf unterschiedliche Arten, z.B. ein Potentiometer, eine DALI-System oder eine 1–10V-Schnittstelle erfolgen. One option is that the current controller is controlled and thus a brightness control (dimming) of the LEDs can be achieved. The drive can be implemented in different ways, e.g. a potentiometer, a DALI system or a 1-10V interface.

Eine Netzwechselspannung 105, z.B. 230VAC, wird über einen Gleichrichter 106 in eine pulsierende Netzspannung umgewandelt und mit der Serienschaltung, umfassend die LED-Segmente 101 bis 103 sowie den Stromregler 104, verbunden. In der Serienschaltung fließt ein zeitlich variierender Strom I(t). An dem LED-Segment 101 fällt die Vorwärtsspannung Uf3, an dem Segment 102 die Vorwärtsspannung Uf2 und an dem LED-Segment 103 die Vorwärtsspannung Uf1 ab, falls das jeweilige LED-Segment nicht mittels des zugeordneten parallelen Schalters SW1 bis SW3 überbrückt wird. An AC mains voltage 105 , eg 230VAC, is connected via a rectifier 106 converted into a pulsating mains voltage and with the series circuit comprising the LED segments 101 to 103 as well as the current regulator 104 , connected. In the series circuit, a time varying current I (t) flows. At the LED segment 101 falls forward voltage U f3 , on the segment 102 the forward voltage U f2 and at the LED segment 103 the forward voltage U f1 , if the respective LED segment is not bridged by means of the associated parallel switch SW 1 to SW 3 .

Nebenbedingungen zur Optimierung der SchaltvorgängeAdditional conditions for optimizing the switching processes

Beispielweise kann die Anzahl der LEDs pro Segment als eine erste Größe und die Schaltfrequenz der elektronischen Schalter zur Überbrückung der LED-Segmente als eine zweite Größe bestimmt werden bzw. vorgegeben sein. Diese beiden Größen können mittels zwei oder drei der nachfolgend erläuterten Nebenbedingungen optimiert werden. Vorzugsweise sind die Nebenbedingungen für den ganzen Betriebsspannungsbereich oder zumindest für einen großen Teil des Betriebsspannungsbereichs erfüllt. For example, the number of LEDs per segment may be determined as a first quantity and the switching frequency of the electronic switches for bridging the LED segments may be determined as a second quantity. These two quantities can be optimized by means of two or three of the secondary conditions explained below. Preferably, the secondary conditions for the entire operating voltage range or at least for a large part of the operating voltage range are met.

Die ersten beiden Nebenbedingungen (A) und (B) lauten:

  • (A) Ein unterbrechungsfreier Stromfluss (ohne Oberwellen) wird erreicht, wenn Uin(t) – ULED(t) >= UP(t) (1) erfüllt ist, wobei UP die Summe parasitärer Spannungsabfälle in Gleichrichterdioden, Schaltern, etc. bezeichnet.
  • (B) Eine Minimierung der Verlustleistung wird erreicht, wenn INT(0..T)[(Uin(t) – ULED(t))·I(t)] => minimal (2) erfüllt ist, wobei
    INT(0...T)[...]
    einem Integral über eine Netzperiode
    entspricht.
The first two constraints (A) and (B) are:
  • (A) An uninterrupted flow of current (without harmonics) is achieved when U in (t) - U LED (t)> = U P (t) (1) is satisfied, where U P denotes the sum of parasitic voltage drops in rectifier diodes, switches, etc.
  • (B) Minimization of power dissipation is achieved when INT (0..T) [(U in (t) -U LED (t)) * I (t)] => minimum (2) is satisfied, where
    INT (0 ... T) [...]
    an integral over a network period
    equivalent.

Eine weitere Optimierungsbedingung (C) kommt hinzu, wenn das Verhältnis der mittleren Ströme in den verschiedenen LED-Segmenten von Bedeutung ist, also z.B. die Stromdichte in allen LEDs gleich sein soll. Dies gilt insbesondere, wenn dieses Verhältnis der mittleren Ströme über den gesamten Betriebsspannungsbereich eingehalten werden soll.

  • (C) Ein gewünschtes Verhältnis zwischen den Strömen in den LED-Segmenten wird erreicht, wenn INT(0..T)[I(t)·SWm(t)]/(ISoll,m·T) = 1 für alle m (3) erfüllt ist, wobei
    SWm(t)
    einen Schaltrhythmus (0: Schalter ist geschlossen, 1: Schalter ist offen) für das Segment m zur Zeit t und
    ISoll,m
    einen gewünschte Strom für das LED-Segment m
    bezeichnen.
Another optimization condition (C) is added if the ratio of the average currents in the different LED segments is important, eg the current density in all LEDs should be the same. This applies in particular if this ratio of the average currents over the entire operating voltage range is to be maintained.
  • (C) A desired ratio between the currents in the LED segments is achieved when INT (0..T) [I (t) * SW m (t)] / (I ref, m * T) = 1 for all m (3) is satisfied, where
    SW m (t)
    a switching rhythm (0: switch is closed, 1: switch is open) for the segment m at time t and
    I Soll, m
    a desired current for the LED segment m
    describe.

Eine Alternative zu der Nebenbedingung (C) wäre es, wenn das Licht aller LED-Segmente so gemischt würde, dass Helligkeitsunterschiede keine (deutliche bzw. wahrnehmbare) Rolle spielen. In diesem Fall kann die Nebenbedingung (C) entfallen.An alternative to the constraint (C) would be if the light of all LED segments were mixed so that differences in brightness did not play a (significant) role. In this case, the constraint (C) can be omitted.

Auch ist es möglich, die LED-Chipgrößen und die Abstände zwischen den Chips in den LED-Segmenten unterschiedlich auszulegen, so dass die Stromdichten in den LED-Segmenten dem mittleren Strom des jeweiligen LED-Segments angepasst sind.It is also possible to design the LED chip sizes and the distances between the chips in the LED segments differently, so that the current densities in the LED segments are adapted to the average current of the respective LED segment.

Die Nebenbedingung (C) ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in den LED-Segmenten verschiedene Typen bzw. Sorten (z.B. Farben) von LEDs enthalten sind und die Ansteuerung der Schalter (Schaltrhythmus pro Segment i) verwendet wird, die Leistung bedarfsgerecht zu verteilen. Mögliche Anwendungen stellen eine elektronische Kalibrierung des Farbortes, ein Nachführen eines Weißpunktes über die Lebensdauer und Module mit einem einstellbaren Weißpunkt dar.The secondary condition (C) is particularly advantageous if the LED segments contain different types or types (for example colors) of LEDs and the activation of the switches (switching rhythm per segment i) is used to distribute the power as needed. Possible applications include an electronic calibration of the color locus, a tracking of a white point over the lifetime and modules with an adjustable white point.

Beispielhaft wird nachfolgend zur übersichtlichen Darstellung davon ausgegangen, dass die Schaltstufen i für einen bestimmten Strom I nach der LED Spannung Ui(I) aufsteigend sortiert sind. By way of example, it is assumed below for a clear representation that the switching stages i for a particular current I are sorted in ascending order according to the LED voltage U i (I).

Lösungsstrategie für die Nebenbedingungen (A) und (B)Solution strategy for the constraints (A) and (B)

Die Nebenbedingungen (A) und (B) werden dann optimal erfüllt, wenn

  • – im 1. und 3. Quadranten der Netzspannung, also bei steigender Netzspannung, der Wechsel vom Schaltzustand i zum nächsten Schaltzustand i + 1 dann erfolgt, wenn die Nebenbedingung (A) für den Schaltzustand i + 1 gerade erfüllt wird und
  • – im 2. und 4. Quadranten der Netzspannung, also bei sinkender Netzspannung, der Wechsel vom Schaltzustand i zum nächsten Schaltzustand i – 1 genau dann erfolgt wenn die Nebenbedingung (A) für den Schaltzustand i gerade nicht mehr erfüllt wird.
The constraints (A) and (B) are then optimally fulfilled when
  • - In the 1st and 3rd quadrant of the mains voltage, ie with increasing mains voltage, the change from the switching state i to the next switching state i + 1 then takes place when the secondary condition (A) for the switching state i + 1 is just fulfilled and
  • - In the 2nd and 4th quadrant of the mains voltage, ie with decreasing mains voltage, the change from the switching state i to the next switching state i - 1 occurs exactly when the secondary condition (A) for the switching state i just is no longer met.

Dieses Schaltschema kann beispielsweise durch einen Mikrocontroller mit einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) erreicht werden. Alternativ können Schaltungen (siehe weiter unten) vorgesehen sein, die ohne Mikrocontroller auskommen und besonders kostengünstig realisierbar sind. This circuit diagram can be achieved for example by a microcontroller with an analog-to-digital converter (A / D converter). Alternatively, circuits (see below) may be provided, which manage without a microcontroller and are particularly cost-effective to implement.

Für eine ideale sinusförmige Netzspannung U(t) = U0·sin(wt) wäre der Schaltzeitpunkt ti = arcsin(Ui(I(t))/U0)/w, (4) wobei

w = 2·pi·f
die Netzfrequenz (wird auch mit dem kleinen griechischen Buchstaben Omega abgekürzt) und
I(t)
den eingeprägten Strom des Stromreglers
bezeichnen.For an ideal sinusoidal mains voltage U (t) = U 0 × sin (wt) would be the switching time t i = arcsin (U i (I (t)) / U 0 ) / w, (4) in which
w = 2 · pi · f
the mains frequency (also abbreviated to the small Greek letter Omega) and
I (t)
the impressed current of the current controller
describe.

Mit der vereinfachenden Annahme Ui(I) ~ Ui(INenn) = Ui gilt ti = arcsin(Ui/U0)/w (5). Die Werte ti aus der Gleichung (5) sind z.B. in Form einer Wertetabelle für eine Zeitsteuerung beispielsweise in einem kostengünstigen Mikrocontroller oder einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC: application-specific integrated circuit) hinterlegbar. With the simplistic assumption U i (I) ~ U i (I nom ) = U i applies t i = arcsin (U i / U 0 ) / w (5). The values t i from equation (5) can be stored, for example, in the form of a value table for a time control, for example in a low-cost microcontroller or an application-specific integrated circuit (ASIC).

Lösungsstrategie für die Nebenbedingung (C) Die Nebenbedingung (C) kann z.B. mittels der nachfolgend dargestellten Maßnahmen erfüllt bzw. verbessert werden:

  • (i) Bei ansteigender Netzspannung (im 1. und 3. Quadranten) werden Schaltzeitpunkte ti’ = ti + dti gezielt verzögert, so dass die Ströme wunschgemäß verteilt werden. Im Fall der fallenden Netzspannung (im 2. und 4. Quadranten) werden die Schaltzeitpunkte vorverlegt, so dass die Nebenbedingung (C) besser erfüllt wird.
  • (ii) Die Kurvenform des eingeprägten Stromes I(t) des Stromreglers wird so modifiziert, dass die Nebenbedingung (C) besser erfüllt wird.
  • (iii) Die Anzahlen der LEDs pro LED-Segment werden so bestimmt, dass die Nebenbedingung (C) besser erfüllt wird.
Solution strategy for the constraint (C) The constraint (C) can be fulfilled or improved, for example, by means of the following measures:
  • (i) With increasing mains voltage (in the 1st and 3rd quadrant) switching times t i '= t i + dt i deliberately delayed, so that the streams are distributed as desired. In the case of falling line voltage (in the 2nd and 4th quadrant), the switching times are advanced, so that the secondary condition (C) is better met.
  • (ii) The waveform of the impressed current I (t) of the current controller is modified so as to better satisfy the constraint condition (C).
  • (iii) The numbers of LEDs per LED segment are determined so that the constraint condition (C) is better satisfied.

Die Maßnahme (i) kann in der Regel die Nebenbedingung (C) vollständig erfüllen, hat jedoch den Nachteil, dass die Nebenbedingung (B) dadurch (leicht) verletzt wird. Insgesamt kann dies zu einer geringfügig erhöhten Verlustleistung führen. The measure (i) can generally fully satisfy the constraint (C), but has the disadvantage that the constraint (B) is thereby (slightly) violated. Overall, this can lead to a slightly increased power loss.

Die Werte dti sind vorzugsweise Gegenstand einer numerischen Optimierung als Funktion der mittleren Eingangsspannung Uin. Die Werte ti’ können beispielsweise in einem Speicher eines Mikrocontrollers für alle Eingangsspannungen Uin abgelegt sein. The values dt i are preferably the subject of a numerical optimization as a function of the mean input voltage U in . The values t i 'may, for example, be stored in a memory of a microcontroller for all input voltages U in .

Die Maßnahme (ii) ist beispielsweise durch Vorgaben an den Powerfaktor und die Oberwellen begrenzt. Diese Beschränkung hängt gemäß den einschlägigen Normen von der Leistungsklasse (z.B. größer oder kleiner als 25W) ab. Eine Stromkomponente mit der Frequenz der dritten Netzoberwelle ist in gewissen Grenzen in den Normen erlaubt und wirkt sich gegebenenfalls auch positiv auf die Nebenbedingung (C) aus.The measure (ii) is limited for example by specifications of the power factor and harmonics. This limitation depends on the performance class (e.g., greater or less than 25W) as required by applicable standards. A current component with the frequency of the third mains harmonic is allowed within certain limits in the standards and possibly has a positive effect on the secondary condition (C).

Die Maßnahme (ii) kann z.B. erreicht werden durch Modifikation der Ansteuerung des Stromreglers 104. Beispielsweise könnte die dritte Oberwelle des Stroms als eine Funktion der mittleren Netzspannung eingeführt bzw. verändert werden. Die Auslegung der Steuerung kann z.B. über eine numerische Optimierung erfolgen. The measure (ii) can be achieved, for example, by modifying the control of the current controller 104 , For example, the third harmonic of the current could be introduced as a function of the average mains voltage. The design of the controller can be done eg via a numerical optimization.

Die Maßnahme (iii) kann für nur einen Betriebsspannungspunkt optimiert werden.The measure (iii) can be optimized for only one operating voltage point.

Beispielsweise können die Maßnahmen (iii) und ggf. auch (ii) für die Nennspannung optimiert werden. Mit der Maßnahme (i) kann dann eine Korrektur über den gesamten Betriebsspannungsbereich erfolgen. For example, the measures (iii) and possibly also (ii) can be optimized for the rated voltage. The measure (i) can then be corrected over the entire operating voltage range.

Beispielhafte Konkretisierung Exemplary concretization

Eine ideale Verzögerung der Schaltzeit dti kann ggf. nicht rein analytisch bestimmt werden und ist womöglich auch nicht eindeutig.An ideal delay of the switching time dt i may possibly not be determined purely analytically and may also not be unique.

Es gibt mehr Schaltzeiten dti als LED-Segmente vorhanden sind. Damit gibt es mehr Stellgrößen als für die Erfüllung der Nebenbedingungen erforderlich sind. Das Optimierungsproblem kann numerisch als nichtlineares Optimierungsproblem gemäß der Nebenbedingung (C) unter Berücksichtigung (Einhaltung) der Nebenbedingung (A) gelöst werden. Hierbei kann die Nebenbedingung (B), wie vorstehend erläutert, in gewissem Maße verletzt werden. There are more switching times dt i as LED segments are present. Thus, there are more manipulated variables than are required for the fulfillment of the secondary conditions. The optimization problem can be solved numerically as a nonlinear optimization problem according to the constraint (C) taking into account (compliance) the constraint (A). Here, the constraint (B), as explained above, can be violated to some extent.

Als eine Optimierungsgröße Eerr(Uin, ti’) kann z.B. die Summe der Fehlerquadrate, also Abweichungen der Segment Ströme vom jeweiligen Sollstrom des LED-Segments verwendet werden. For example, the sum of the error squares, that is to say deviations of the segment currents from the respective nominal current of the LED segment, can be used as an optimization quantity E err (U in , t i ').

Nachfolgend wird ein konkretes Beispiel für eine solche Optimierungsaufgabe betrachtet. Es wird von einer vierstufigen Anordnung (vier LED-Segmente) mit folgenden Parametern ausgegangen: Das erste LED-Segment weist 6 in Reihe geschaltete LEDs, das zweite LED-Segment weist 12 in Reihe geschaltete LEDs, das dritte LED-Segment weist 24 in Reihe geschaltete LEDs und das vierte LED-Segment weist 51 in Reihe geschaltete LEDs auf. Weiterhin gelten die folgenden Beziehungen: Vorwärtsspannung je LED: Uf = 3,2V (bei dem Nennstrom INenn) Parasitäre Spannung: Up = 6,2 V Powerfaktor: PF = 1,00 (ideal sinusförmige Spannungs- und Stromkurve) The following is a concrete example of such an optimization task. It assumes a four-stage arrangement (four LED segments) with the following parameters: the first LED segment has 6 LEDs connected in series, the second LED segment has 12 LEDs connected in series, the third LED segment has 24 in series switched LEDs and the fourth LED segment has 51 series connected LEDs. Furthermore, the following relationships apply: Forward voltage per LED: Uf = 3.2V (at rated current I rated ) Parasitic tension: Up = 6.2V Power factor: PF = 1.00 (ideal sinusoidal voltage and current curve)

Eine theoretische Effizienz ist eine Funktion der Eingangsspannung und ein Maß für die Asymmetrie der mittleren Stromverteilung zwischen den Segmenten. Die theoretische Effizienz effth berechnet sich dabei aus dem Verhältnis der LED Spannung Ui zu allen anderen Spannungsabfällen. Mögliche dynamische Schalverluste werden hierbei zur vereinfachten Darstellbarkeit nicht berücksichtigt. effth = INT(0..T)[ULED(t)·I(t)]/INT(0..T)[ Uin(t)·I(t)] A theoretical efficiency is a function of the input voltage and a measure of the asymmetry of the average current distribution between the segments. The theoretical efficiency eff th is calculated from the ratio of the LED voltage U i to all other voltage drops. Possible dynamic switching losses are not taken into account here for the sake of simplified representation. eff th = INT (0..T) [U LED (t) * I (t)] / INT (0..T) [U in (t) * I (t)]

Hierbei kann fast über den gesamten Betriebsspannungsbereich eine elektrische Effizienz von mehr als 90% erreicht werden. Die Schaltspannungen der einzelnen elektronischen Schalter, die jeweils einem der vier LED-Segmente parallel geschaltet sind, sind beispielsweise fest eingestellt und folgen den Nebenbedingungen (A) und (B), wodurch sich eine optimierte Effizienz ergibt. In this case, almost over the entire operating voltage range, an electrical efficiency of more than 90% can be achieved. The switching voltages of the individual electronic switches, which are each connected in parallel to one of the four LED segments, are for example fixed and follow the secondary conditions (A) and (B), resulting in an optimized efficiency.

Beispielhafte Optimierung der LED EffizienzExemplary optimization of LED efficiency

Zusätzlich kann eine Strommodulation durch die Stromvorgabe I(t) in dem Stromregler sowie der Schaltrhythmus bei der Ansteuerung der elektronischen Schalter zu einer unerwünschten Lichtmodulation und zu einer suboptimalen Effizienz des LED-Betriebs führen. In addition, a current modulation by the current setting I (t) in the current regulator as well as the switching rhythm in the control of the electronic switches can lead to an undesired light modulation and to a suboptimal efficiency of the LED operation.

Die Verringerung der LED Effizienz ist eine Folge des sogenannten Droop Effektes. Der höhere Strom in den zeitlich begrenzten Einschaltphasen der LED-Segmente führt im Vergleich zu einem kontinuierlichen Konstantstrombetrieb mit gleichem Strommittelwert zu einer reduzierten Effizienz. Für die gleiche Effizienz wie im kontinuierlichen Konstantstrombetrieb müsste eine größere Chipfläche verwendet werden, um die Stromdichte in den LED-Chips zu senken. Anders ausgedrückt ist die Chipflächennutzung im getakteten Betrieb schlechter als im Konstantstrombetrieb.The reduction in LED efficiency is a consequence of the so-called droop effect. The higher current in the time-limited switch-on phases of the LED segments leads to a reduced efficiency compared to a continuous constant current operation with the same average current. For the same efficiency as in continuous constant current operation, a larger chip area would have to be used to lower the current density in the LED chips. In other words, chip area utilization is worse in clocked mode than in constant current mode.

2 zeigt eine schematische Schaltung zur Ansteuerung dreier LED-Segmente, wobei die LED-Segmente unterschiedlich viele LEDs aufweisen, wobei zwischen einzelnen LEDs teilweise eine Entkoppeldiode und parallel zu einer Auswahl der LED-Segmente ein Kondensator angeordnet ist. 2 shows a schematic circuit for driving three LED segments, wherein the LED segments have different numbers of LEDs, between individual LEDs partially a decoupling diode and parallel to a selection of the LED segments a capacitor is arranged.

Die in 2 dargestellte Schaltung bezieht sich in Teilen auf die Schaltung gemäß 1. Im Unterschied zu 1 umfasst die Serienschaltung eine Diode D1, das LED-Segment 101, eine Diode D2, das LED-Segment 102, das LED-Segment 103 und den Stromregler 104. Bei den Dioden D1 und D2 handelt es sich um Entkoppeldioden. Die Dioden D1 und D2 sind wie die LEDs gepolt, d.h. alle Kathoden der Dioden weisen in Richtung des negativen Pols. In the 2 shown circuit refers in parts to the circuit according to 1 , In contrast to 1 the series circuit comprises a diode D1, the LED segment 101 , a diode D2, the LED segment 102 , the LED segment 103 and the current regulator 104 , The diodes D1 and D2 are decoupling diodes. The diodes D1 and D2 are poled as the LEDs, ie all the cathodes of the diodes point in the direction of the negative pole.

Der Schalter SW3 ist parallel zu der Serienschaltung aus Diode D1 und LED-Segment 101 angeordnet. Der Schalter SW2 ist parallel zu der Serienschaltung aus Diode D2 und LED-Segment 102 angeordnet. Der Schalter SW1 ist parallel zu dem LED-Segment 103 angeordnet. The switch SW 3 is parallel to the series circuit of diode D1 and LED segment 101 arranged. The switch SW 2 is parallel to the series circuit of diode D2 and LED segment 102 arranged. The switch SW 1 is parallel to the LED segment 103 arranged.

Zusätzlich ist in 2 parallel zu dem LED-Segment 101 ein Kondensator C3 und parallel zu dem LED-Segment 102 ein Kondensator C2 angeordnet. Additionally is in 2 parallel to the LED segment 101 a capacitor C3 and parallel to the LED segment 102 a capacitor C2 is arranged.

Die Schaltung gemäß 2 vermeidet den vorstehend beschriebenen Nachteil der unerwünschten Lichtmodulation. Durch die Kondensatoren C2 und C3 (die z.B. als Elektrolytkondensatoren ausgeführt sind) wird ein kontinuierlicher Betrieb der LEDs ermöglicht. Die Strommodulation hängt von der Kapazität des Kondensators und der Steilheit der LED-Kennlinie ab. Je größer der Kondensator, desto geringer ist die Modulation. The circuit according to 2 avoids the disadvantage of unwanted light modulation described above. By the capacitors C2 and C3 (which are designed for example as electrolytic capacitors), a continuous operation of the LEDs is possible. The current modulation depends on the capacitance of the capacitor and the slope of the LED characteristic. The larger the capacitor, the lower the modulation.

Die Entkoppeldioden D1 und D2 zwischen den LED-Segmenten verhindern die Entladung der Kondensatoren C2 und C3 über die Schalter.The decoupling diodes D1 and D2 between the LED segments prevent the discharge of the capacitors C2 and C3 via the switches.

Um ein unerwünschtes Flickern mit der doppelten Netzfrequenz zu verhindern, kann das LED-Segment mit der höchsten Vorwärtsspannung (im Beispiel gemäß 2 das LED-Segment 101) z.B. mit einem entsprechend groß dimensionierten parallel geschalteten Kondensator C3 gepuffert werden.To prevent unwanted flicker at twice the line frequency, the LED segment with the highest forward voltage (in the example of FIG 2 the LED segment 101 ) are buffered, for example, with a correspondingly large-sized capacitor C3 connected in parallel.

Die verbleibenden LED-Segmente können z.B. mit einer höheren Frequenz als der doppelten Netzfrequenz betrieben werden und tragen daher kaum oder gar nicht zu einem wahrnehmbaren Flickern bei. The remaining LED segments may be e.g. be operated with a frequency higher than twice the mains frequency and therefore contribute little or no noticeable flicker.

Hierbei ist es von Vorteil, dass der Pufferkondensator (im Beispiel der 2 der Kondensator C3) nur für eine geringere als die maximale Netzspannung ausgelegt werden muss. In 2 ist diese reduzierte Spannung bestimmt durch die Vorwärtsspannung Uf3 der LEDs des LED-Segments 101. It is advantageous that the buffer capacitor (in the example of the 2 the capacitor C3) only needs to be designed for a lower than the maximum mains voltage. In 2 This reduced voltage is determined by the forward voltage U f3 of the LEDs of the LED segment 101 ,

Vorzugsweise können alle LED-Segmente (insbesondere solche LED-Segmente mit einer Vorwärtsspannung, die höher als ein vorgegebener Schwellwert ist) mit parallelgeschalteten Kondensatoren gepuffert werden. Umfasst ein LED-Segment jedoch wenige LEDs oder nur eine einzelne LED, kann der Pufferkondensator entfallen (siehe diesbezüglich beispielhaft LED-Segment 103 in 2). Preferably, all LED segments (in particular those LED segments with a forward voltage which is higher than a predetermined threshold value) can be buffered with capacitors connected in parallel. However, if an LED segment includes only a few LEDs or only a single LED, the buffer capacitor can be dispensed with (see in this regard, for example, the LED segment 103 in 2 ).

Eine vorteilhafte Ausführung besteht darin, nur diejenigen LED-Segmente mit parallelgeschalteten Kondensatoren zu versehen ("zu puffern"), die die meisten in Reihe geschalteten LEDs bzw. die größten Vorwärtsspannungen aufweisen. Beispielsweise kann nur dasjenige LED-Segment mit der größten Vorwärtsspannung oder aber die beiden LED-Segmente mit den größten Vorwärtsspannungen entsprechend gepuffert werden. An advantageous embodiment consists in providing ("buffering") only those LED segments with capacitors connected in parallel, which have the most series-connected LEDs or the greatest forward voltages. For example, only the LED segment with the greatest forward voltage or the two LED segments with the largest forward voltages can be buffered accordingly.

Die für die Kondensatoren erforderliche Kapazität ist für alle LED-Segmente beispielsweise in etwa gleich, da der verfügbare Spannungshub bei den kürzeren Ketten zwar abnimmt, aber gleichzeitig die Frequenz bei den kürzeren Ketten höher ist.For example, the capacitance required for the capacitors is approximately the same for all LED segments because the available voltage swing decreases with the shorter chains, but at the same time the frequency is higher for the shorter chains.

Am Beispiel der vorstehend gezeigten tabellarischen Aufstellung ist zu erkennen, dass sich für jeweils die halbe Spannung, und damit verbunden den halben Spannungshub dUm, die Frequenz im Schaltrhythmus verdoppelt. Die zu überbrückenden stromlosen Phasen der Dauer dtm sind also nur halb so lang. Für den gleichen Sollstrom ISoll,m (symmetrisch) sind bspw. alle Kondensatoren Cm gleich dimensioniert. Die Spannungsbelastungen sind dabei unterschiedlich: Q = ISoll,m·dtm = Cm·dUm (6). Using the example of the tabulated list shown above, it can be seen that for each half the voltage, and thus half the voltage swing dU m , the frequency doubles in the switching rhythm. The to be bridged currentless phases of duration dt m are therefore only half as long. For the same desired current I Soll, m (symmetrical), for example, all capacitors C m are the same size. The stresses are different: Q = I target, m · dt m = C m · dU m (6).

Automatische Erzeugung des SchaltrhythmusAutomatic generation of the switching rhythm

Die Ansteuerung der Schalter in 1 und 2 beispielhaft dargestellten elektronischen Schalter SW1 bis SW3 kann mittels einer Steuereinheit, z.B. eines Mikrocontrollers, erfolgen. Aufgrund der veränderlichen ("floatenden") Potentiale kann dies anhand einer potentialfreien (galvanisch getrennten) Ansteuerung erfolgen. Eine solche Realisierung ist aber verhältnismäßig aufwändig und damit teuer. The control of the switch in 1 and 2 exemplified electronic switch SW 1 to SW 3 can be done by means of a control unit, such as a microcontroller. Due to the variable ("floating") potentials, this can be done using a potential-free (galvanically isolated) control. Such a realization is relatively expensive and therefore expensive.

3 zeigt eine schematische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung mehrerer elektronischer Schalter mittels Komparatoren. 3 shows a schematic circuit arrangement for controlling a plurality of electronic switches by means of comparators.

Wie bereits im Hinblick auf 1 erläutert, wird die Netzwechselspannung 105 über einen Gleichrichter 106 gleichgerichtet und die gleichgerichtete "pulsierende" Netzspannung zwischen zwei Knoten 301 und 302 angelegt. As already with regard to 1 explains, the AC line voltage 105 via a rectifier 106 rectified and the rectified "pulsating" line voltage between two nodes 301 and 302 created.

Eine Serienschaltung aus dem LED-Segment 101, einer Diode D3, dem LED-Segment 102, der Diode D2, dem LED-Segment 103, der Diode D1 und dem Stromregler 104 verbindet die Knoten 301 und 302. Parallel zu dem LED-Segment 101 ist der Kondensator C3, parallel zu dem LED-Segment 102 ist der Kondensator C2 und parallel zu dem LED-Segment 103 ist ein Kondensator C1 angeordnet. A series connection from the LED segment 101 , a diode D3, the LED segment 102 , the diode D2, the LED segment 103 , the diode D1 and the current regulator 104 connects the knots 301 and 302 , Parallel to the LED segment 101 is the capacitor C3, parallel to the LED segment 102 is the capacitor C2 and parallel to the LED segment 103 a capacitor C1 is arranged.

Der Schalter SW3 ist parallel zu der Serienschaltung aus LED-Segment 101 und Diode D3 angeordnet. Der Schalter SW2 ist parallel zu der Serienschaltung aus LED-Segment 102 und Diode D2 angeordnet. Der Schalter SW1 ist parallel zu der Serienschaltung aus LED-Segment 103 und Diode D1 angeordnet.The switch SW 3 is parallel to the series circuit of LED segment 101 and diode D3 arranged. The switch SW 2 is parallel to the series circuit of LED segment 102 and diode D2 arranged. The switch SW 1 is parallel to the series circuit of LED segment 103 and diode D1.

Der Schalter SW3 wird über den Ausgang eines Komparators 303 angesteuert. Parallel zu dem LED-Segment 101 ist ein Spannungsteiler umfassend eine Serienschaltung aus Widerständen 304 und 305 angeordnet, wobei der Mittenabgriff dieses Spannungsteilers mit dem invertierenden Eingang des Komparators 303 verbunden ist. Die Knoten 301 und 302 sind über einen Spannungsteiler umfassend eine Serienschaltung aus Widerständen 306 und 307 verbunden, wobei der Mittenabgriff dieses Spannungsteilers mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 303 verbunden ist. The switch SW 3 is via the output of a comparator 303 driven. Parallel to the LED segment 101 is a voltage divider comprising a series circuit of resistors 304 and 305 arranged, wherein the center tap of this voltage divider with the inverting input of the comparator 303 connected is. The knots 301 and 302 are a voltage divider comprising a series circuit of resistors 306 and 307 connected, wherein the center tap of this voltage divider with the non-inverting input of the comparator 303 connected is.

Der Schalter SW2 wird über den Ausgang eines Komparators 308 angesteuert. Parallel zu dem LED-Segment 102 ist ein Spannungsteiler umfassend eine Serienschaltung aus Widerständen 309 und 310 angeordnet, wobei der Mittenabgriff dieses Spannungsteilers mit dem invertierenden Eingang des Komparators 308 verbunden ist. Der Knoten oberhalb des LED-Segments 102 und der Knoten 302 sind über einen Spannungsteiler umfassend eine Serienschaltung aus Widerständen 311 und 312 verbunden, wobei der Mittenabgriff dieses Spannungsteilers mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 308 verbunden ist.The switch SW 2 is via the output of a comparator 308 driven. Parallel to the LED segment 102 is a voltage divider comprising a series circuit of resistors 309 and 310 arranged, wherein the center tap of this voltage divider with the inverting input of the comparator 308 connected is. The node above the LED segment 102 and the node 302 are a voltage divider comprising a series circuit of resistors 311 and 312 connected, wherein the center tap of this voltage divider with the non-inverting input of the comparator 308 connected is.

Der Schalter SW1 wird über den Ausgang eines Komparators 313 angesteuert. Parallel zu dem LED-Segment 103 ist ein Spannungsteiler umfassend eine Serienschaltung aus Widerständen 314 und 315 angeordnet, wobei der Mittenabgriff dieses Spannungsteilers mit dem invertierenden Eingang des Komparators 313 verbunden ist. Der Knoten oberhalb des LED-Segments 103 und der Knoten 302 sind über einen Spannungsteiler umfassend eine Serienschaltung aus Widerständen 316 und 317 verbunden, wobei der Mittenabgriff dieses Spannungsteilers mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 313 verbunden ist.The switch SW 1 is via the output of a comparator 313 driven. Parallel to the LED segment 103 is a voltage divider comprising a series circuit of resistors 314 and 315 arranged, wherein the center tap of this voltage divider with the inverting input of the comparator 313 connected is. The node above the LED segment 103 and the node 302 are a voltage divider comprising a series circuit of resistors 316 and 317 connected, wherein the center tap of this voltage divider with the non-inverting input of the comparator 313 connected is.

Die Ansteuerung der elektronischen Schalter SW1 bis SW3 erfolgt gemäß 3 anhand der Komparatoren 303, 308 und 313. Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung derart, dass die Schalter SW1 bis SW3 dann geöffnet werden, wenn die Spannung zwischen dem Bezugspotential der LED-Segmente (im Beispiel gemäß 3 am oben Ende des jeweiligen LED-Segments) und dem Knoten 302 größer ist als die Vorwärtsspannung des jeweiligen LED-Segments. The control of the electronic switches SW 1 to SW 3 is carried out according to 3 based on the comparators 303 . 308 and 313 , The control is preferably carried out in such a way that the switches SW 1 to SW 3 are opened when the voltage between the reference potential of the LED segments (in the example according to FIGS 3 at the top of the respective LED segment) and the node 302 is greater than the forward voltage of the respective LED segment.

Die Spannungsdifferenz zwischen dem Bezugspotential des LED-Segments m (am oberen Ende des jeweiligen LED-Segments) und dem Knoten 302 wird nachfolgend auch als Spannungsdifferenz (oder Steuerspannung) USm für das LED-Segment m bezeichnet. The voltage difference between the reference potential of the LED segment m (at the top of each LED segment) and the node 302 is also referred to below as the voltage difference (or control voltage) US m for the LED segment m.

Diese Spannungsdifferenz USm umfasst auch den Spannungsabfall aller zwischen dem LED-Segment m und dem Knoten 302 liegenden anderen LED-Segmente. Wenn das LED-Segment m aktiv geschaltet wird, werden auch die Spannungen an den anderen LED-Segmenten USj für all j < m beeinflusst, wodurch auch diese LED-Segmente nahezu gleichzeitig schalten. Daraus ergibt sich der gewünschte Schaltrhythmus.This voltage difference US m also includes the voltage drop of all between the LED segment m and the node 302 lying other LED segments. If the LED segment m is switched active, the voltages at the other LED segments US j are also affected for all j <m, whereby these LED segments also switch almost simultaneously. This results in the desired switching rhythm.

Die Spannung des LED-Segments m kann vom Komparator direkt gemessen werden, wenn die Kette über einen Puffer Kondensator Cm verfügt. Andernfalls kann die Spannung an dem LED-Segment über eine analoge Referenzspannung oder über eine Abtast-Halte-Schaltung ("Sample and Hold"-Schaltung) nachgebildet werden.The voltage of the LED segment m can be measured directly by the comparator if the chain has a buffer capacitor C m . Otherwise, the voltage on the LED segment may be replicated via an analog reference voltage or via a sample-and-hold circuit.

5 und 6 zeigen eine Schaltungsanordnung mit einer solchen Abtast-Halte-Schaltung und vier LED-Segmenten. Die vorstehend erläuterten Komparatoren sind in 5 und 6 kostengünstig mittels diskreter Bauelemente realisiert. 5 and 6 show a circuit arrangement with such a sample-and-hold circuit and four LED segments. The comparators explained above are in 5 and 6 implemented cost-effectively by means of discrete components.

Eine Netzwechselspannung 501 ist über einen Gleichrichter 502 mit zwei Knoten 503 und 504 verbunden. Der Knoten 503 ist über einen Widerstand 531 und eine Diode 505 mit einem Knoten 530 verbunden, wobei die Kathode der Diode 505 in Richtung des Knotens 530 zeigt. Der Knoten 530 ist über einen Widerstand 506 mit dem Knoten 504 verbunden. Der Knoten 530 ist mit der Basis eines pnp-Transistors 508 verbunden, der Emitter des Transistors 508 ist über einen Widerstand 507 mit dem Knoten 503 und der Kollektor des Transistors 508 ist mit einem Anschluss 523 eines Moduls 522a verbunden.An AC mains voltage 501 is over a rectifier 502 with two nodes 503 and 504 connected. The knot 503 is about a resistance 531 and a diode 505 with a knot 530 connected, wherein the cathode of the diode 505 in the direction of the knot 530 shows. The knot 530 is about a resistance 506 with the node 504 connected. The knot 530 is at the base of a pnp transistor 508 connected, the emitter of the transistor 508 is about a resistance 507 with the node 503 and the collector of the transistor 508 is with a connection 523 a module 522a connected.

5 zeigt mehrere Module 522a bis 522d, die jeweils über Anschlüsse 523 bis 528 verfügen und jeweils vergleichbar ausgeführt sind. Eine beispielhafte Realisierung der Module 522a bis 522d ist in 6 dargestellt. 5 shows several modules 522a to 522d , each with connections 523 to 528 and are each made comparable. An exemplary realization of the modules 522a to 522d is in 6 shown.

Ein Modul 518 umfasst eine Reihenschaltung von fünf LEDs, ein Modul 519 umfasst eine Reihenschaltung von 12 LEDs, ein Modul 520 umfasst eine Reihenschaltung von 24 LEDs und ein Modul 521 umfasst eine Reihenschaltung von 54 LEDs. Die Anschlüsse 524 und 525 des Moduls 522a sind mit dem Modul 518, die Anschlüsse 524 und 525 des Moduls 522b sind mit dem Modul 519, die Anschlüsse 524 und 525 des Moduls 522c sind mit dem Modul 520 und die Anschlüsse 524 und 525 des Moduls 522d sind mit dem Modul 521 verbunden. Die Kathoden der LEDs der Module 518 bis 521 sind hierbei in Richtung des Knotens 504 ausgerichtet. A module 518 includes a series connection of five LEDs, one module 519 includes a series connection of 12 LEDs, one module 520 includes a series of 24 LEDs and a module 521 includes a series connection of 54 LEDs. The connections 524 and 525 of the module 522a are with the module 518 , the connections 524 and 525 of the module 522b are with the module 519 , the connections 524 and 525 of the module 522c are with the module 520 and the connections 524 and 525 of the module 522d are with the module 521 connected. The cathodes of the LEDs of the modules 518 to 521 are here in the direction of the node 504 aligned.

Der Anschluss 526 des Moduls 522a ist mit dem Anschluss 523 des Moduls 522b, der Anschluss 526 des Moduls 522b ist mit dem Anschluss 523 des Moduls 522c und der Anschluss 526 des Moduls 522c ist mit dem Anschluss 523 des Moduls 522d verbunden. Der Anschluss 526 des Moduls 522d ist mit dem Knoten 504 verbunden. The connection 526 of the module 522a is with the connection 523 of the module 522b , the connection 526 of the module 522b is with the connection 523 of the module 522c and the connection 526 of the module 522c is with the connection 523 of the module 522d connected. The connection 526 of the module 522d is with the node 504 connected.

Der Knoten 503 ist über eine Spannungsquelle 509 (optional über vier unterschiedlich ansteuerbare Spannungsquellen) mit einem Knoten 529 verbunden.The knot 503 is via a voltage source 509 (optionally via four different controllable voltage sources) with one node 529 connected.

Der Knoten 529 ist über einen Widerstand 510 mit dem Anschluss 527 des Moduls 522a und über eine Serienschaltung aus dem Widerstand 510 und einem Widerstand 511 mit dem Anschluss 528 des Moduls 522a verbunden. Der Knoten 529 ist über einen Widerstand 512 mit dem Anschluss 527 des Moduls 522b und über eine Serienschaltung aus dem Widerstand 512 und einem Widerstand 513 mit dem Anschluss 528 des Moduls 522b verbunden. Der Knoten 529 ist über einen Widerstand 514 mit dem Anschluss 527 des Moduls 522c und über eine Serienschaltung aus dem Widerstand 514 und einem Widerstand 515 mit dem Anschluss 528 des Moduls 522c verbunden. Der Knoten 529 ist über einen Widerstand 516 mit dem Anschluss 527 des Moduls 522d und über eine Serienschaltung aus dem Widerstand 516 und einem Widerstand 517 mit dem Anschluss 528 des Moduls 522d verbunden. The knot 529 is about a resistance 510 with the connection 527 of the module 522a and via a series circuit of the resistor 510 and a resistance 511 with the connection 528 of the module 522a connected. The knot 529 is about a resistance 512 with the connection 527 of the module 522b and via a series circuit of the resistor 512 and a resistance 513 with the connection 528 of the module 522b connected. The knot 529 is about a resistance 514 with the connection 527 of the module 522c and via a series circuit of the resistor 514 and a resistance 515 with the connection 528 of the module 522c connected. The knot 529 is about a resistance 516 with the connection 527 of the module 522d and via a series circuit of the resistor 516 and a resistance 517 with the connection 528 of the module 522d connected.

6 zeigt den inneren Aufbau der Module 522a bis 522d sowie deren Anschlüsse 523 bis 528. 6 shows the internal structure of the modules 522a to 522d as well as their connections 523 to 528 ,

Der Anschluss 523 ist über eine Diode 601 mit dem Anschluss 524 verbunden, wobei die Kathode der Diode 601 in Richtung des Anschlusses 524 zeigt. Der Anschluss 524 ist weiterhin über eine Diode 602 mit einem Knoten 606 verbunden, wobei die Kathode der Diode 602 in Richtung des Knotens 606 zeigt. Der Anschluss 523 ist außerdem mit dem Drain-Anschluss eines n-Kanal Mosfets 607 verbunden. Der Source-Anschluss des Mosfets 607 ist mit dem Anschluss 526 verbunden. Der Knoten 606 ist über einen Kondensator 610 mit dem Anschluss 526 verbunden. Der Knoten 606 ist zudem über einen Widerstand 615 mit der Basis eines npn-Transistors 617 verbunden. Die Basis des Transistors 617 ist über einen Widerstand 616 mit dem Anschluss 526 verbunden.The connection 523 is over a diode 601 with the connection 524 connected, wherein the cathode of the diode 601 in the direction of the connection 524 shows. The connection 524 is still on a diode 602 with a knot 606 connected, wherein the cathode of the diode 602 in the direction of the knot 606 shows. The connection 523 is also connected to the drain of an n-channel mosfet 607 connected. The source connection of the mosfet 607 is with the connection 526 connected. The knot 606 is over a capacitor 610 with the connection 526 connected. The knot 606 is also about a resistance 615 with the base of an npn transistor 617 connected. The base of the transistor 617 is about a resistance 616 with the connection 526 connected.

Der Anschluss 525 ist über eine Diode 603 mit einem Knoten 621 verbunden, wobei die Kathode der Diode 603 in Richtung des Knotens 621 zeigt. Der Knoten 621 ist über einen Kondensator 609 mit dem Anschluss 526 verbunden. Der Anschluss 525 ist über eine Reihenschaltung aus zwei LEDs 604 und 605 mit dem Anschluss 526 verbunden, wobei die Kathoden der LEDs 604 und 605 in Richtung des Anschlusses 526 zeigen. The connection 525 is over a diode 603 with a knot 621 connected, wherein the cathode of the diode 603 in the direction of the knot 621 shows. The knot 621 is over a capacitor 609 with the connection 526 connected. The connection 525 is via a series connection of two LEDs 604 and 605 with the connection 526 connected, the cathodes of the LEDs 604 and 605 in the direction of the connection 526 demonstrate.

Der Knoten 621 ist mit dem Kollektor eines npn-Transistors 611 verbunden. Der Emitter des Transistors 611 ist über einen Widerstand 608 mit dem Gate-Anschluss des Mosfets 607 verbunden. Weiterhin ist der Emitter des Transistors 611 mit dem Emitter eines pnp-Transistors 612 verbunden. Der Kollektor des Transistors 612 ist mit dem Anschluss 526 verbunden.The knot 621 is with the collector of an npn transistor 611 connected. The emitter of the transistor 611 is about a resistance 608 with the gate terminal of the mosfet 607 connected. Furthermore, the emitter of the transistor 611 with the emitter of a pnp transistor 612 connected. The collector of the transistor 612 is with the connection 526 connected.

Der Knoten 621 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 613 verbunden. Der Kollektor des Transistors 613 ist mit der Basis des Transistors 611, mit der Basis des Transistors 612 und über einen Widerstand 614 mit dem Anschluss 526 verbunden. The knot 621 is with the emitter of a pnp transistor 613 connected. The collector of the transistor 613 is with the base of the transistor 611 , with the base of the transistor 612 and about a resistance 614 with the connection 526 connected.

Der Knoten 621 ist über eine Diode 620 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 619 verbunden, wobei die Kathode der Diode 620 in Richtung des Kollektors zeigt. Der Emitter des Transistors 619 ist mit dem Emitter des Transistors 617 und über einen Widerstand 618 mit dem Anschluss 526 verbunden. Der Kollektor des Transistors 617 ist mit der Basis des Transistors 613 verbunden. Die Basis des Transistors 619 ist mit dem Anschluss 527 verbunden und der Anschluss 526 ist mit dem Anschluss 528 verbunden. The knot 621 is over a diode 620 with the collector of an npn transistor 619 connected, wherein the cathode of the diode 620 pointing in the direction of the collector. The emitter of the transistor 619 is with the emitter of the transistor 617 and about a resistance 618 with the connection 526 connected. The collector of the transistor 617 is with the base of the transistor 613 connected. The base of the transistor 619 is with the connection 527 connected and the connection 526 is with the connection 528 connected.

Beispielhaft weist die in 5 und 6 dargestellte Schaltung die folgenden Bauteile bzw. Dimensionierungen auf (Widerstände in Ohm, Kondensatoren in Farad): R_531 = 3,3k; R_506 = 200k, R_507 = 100; R_510 = 27k; R_512 = 47k; R_514 = 100k; R_516 = 200k; R_511 = R_513 = R_515 = R_517 = 3,3k; R_608 = 10; R_614 = 22k; R_616 = 3,3k; R_618 = 22k; C_609 = C_610 = 1µ. Der Widerstand 615 hat abhängig von dem Modul 522a bis 522d unterschiedliche Werte, z.B. in Modul 522a 27k, in Modul 522b 47k, in Modul 522c 100k und in Modul 522d 200k. By way of example, the in 5 and 6 The circuit shown the following components or dimensions (resistors in ohms, capacitors in Farad): R_531 = 3.3k; R_506 = 200k, R_507 = 100; R_510 = 27k; R_512 = 47k; R_514 = 100k; R_516 = 200k; R_511 = R_513 = R_515 = R_517 = 3.3k; R_608 = 10; R_614 = 22k; R_616 = 3.3k; R_618 = 22k; C_609 = C_610 = 1μ. The resistance 615 depends on the module 522a to 522d different values, eg in module 522a 27k, in module 522b 47k, in module 522c 100k and in module 522d 200k.

Um die vorstehend erläuterte Nebenbedingung (A) zu erfüllen, ist es ggf. von Vorteil, die Spannungsdifferenz USm als Vergleichswert zur jeweiligen LED Kettenspannung Ui geringfügig zu verringern. So können parasitäre Spannungsabfälle Up an den Entkoppeldioden 601 und an dem Stromregler 508 ausgeglichen werden. Diese Reduzierung der Spannungsdifferenzen USm kann durch eine oder mehrere Spannungsquellen UOm erreicht werden. In order to fulfill the above-described secondary condition (A), it may be advantageous to slightly reduce the voltage difference US m as a comparison value to the respective LED chain voltage U i . Thus, parasitic voltage drops Up at the decoupling diodes 601 and on the current regulator 508 be compensated. This reduction of the voltage differences US m can be achieved by one or more voltage sources UO m .

Die Spannungsquelle 509 kann z.B. einen minimalen Spannungsabfall an dem Stromregler 104 steuern. Dafür ist die Spannungsquelle 509 beispielsweise derart ausgelegt, dass der Stromregler 104 in jedem Betriebsfall bestimmungsgemäß (also ohne Stromunterbrechungen) arbeiten kann. Weiterhin soll der mittlere Spannungsabfall an dem Stromregler 104 zur Optimierung von Verlusten vorzugsweise so gering wie möglich sein. The voltage source 509 may, for example, a minimum voltage drop across the current regulator 104 Taxes. That's what the voltage source is for 509 For example, designed such that the current regulator 104 in each case of operation as intended (ie without power interruptions) can work. Furthermore, the mean voltage drop across the current regulator 104 preferably to minimize losses as much as possible.

Nebenbedingung (C) & SymmetrisierungSecondary condition (C) & symmetrization

4 zeigt basierend auf der Darstellung von 3 mehrere Spannungsquellen zur Symmetrisierung der Ströme zwischen den einzelnen LED-Segmenten. 4 shows based on the representation of 3 several voltage sources for symmetrizing the currents between the individual LED segments.

Im Unterschied zu 3 sind in 4 die Widerstände 317, 312 und 307 nicht direkt mit dem Knoten 302 verbunden. Stattdessen ist der Widerstand 317 über eine Spannungsquelle 401, der Widerstand 312 über eine Spannungsquelle 402 und der Widerstand 307 über eine Spannungsquelle 403 mit dem Knoten 302 verbunden. In contrast to 3 are in 4 the resistances 317 . 312 and 307 not directly with the node 302 connected. Instead, the resistance 317 via a voltage source 401 , the resistance 312 via a voltage source 402 and the resistance 307 via a voltage source 403 with the node 302 connected.

Die Spannungsquellen 401 bis 403 werden angesteuert in Abhängigkeit von einem Mittelwert der Eingangsspannung. Ein solcher Mittelwert steht insbesondere in einer Beziehung zu der mittleren (gleichgerichteten) Netzspannung. Die Spannungsquellen 401 bis 403 werden somit unter Berücksichtigung der Nebenbedingung (C) angesteuert und bewirken eine kontrollierte Schaltverzögerung für das LED-Segment m.The voltage sources 401 to 403 are driven in response to an average of the input voltage. Such a mean value is in particular in relation to the mean (rectified) mains voltage. The voltage sources 401 to 403 are thus controlled taking into account the secondary condition (C) and cause a controlled switching delay for the LED segment m.

Die Spannungsquellen 401 bis 403 können genutzt werden, um den Strom durch den Stromregler 104 zu steuern; beispielsweise kann der Stromregler 104 als ein Widerstand ausgeführt sein, wobei der Strom durch diesen Widerstand mittels der Spannungsquellen 401 bis 403 einstellbar ist. The voltage sources 401 to 403 can be used to control the current through the current regulator 104 to control; For example, the current regulator 104 be designed as a resistor, wherein the current through this resistor by means of the voltage sources 401 to 403 is adjustable.

Analog zur numerischen Lösung des nichtlinearen Optimierungsproblems für die Nebenbedingung (C) für den Fall der zeitgesteuerten Schaltungsanordnung gemäß den obigen Ausführungen, können auch die optimalen Werte für die Spannungsquellen UOi(Uin) als Funktion der effektiven Eingangsspannung Uin,eff bestimmt werden.Analogous to the numerical solution of the nonlinear optimization problem for the constraint condition (C) in the case of the timed circuit arrangement according to the above statements, the optimum values for the voltage sources UO i (U in ) can also be determined as a function of the effective input voltage U in, eff .

Dies kann z.B. erreicht werden durch eine numerische Optimierung, wobei eine Fehlerfunktion Err als Funktion der Spannungen an den Spannungsquelle UOm anstatt der Zeiten ti ausgedrückt wird. This can be achieved, for example, by a numerical optimization, wherein an error function E rr is expressed as a function of the voltages at the voltage source UO m instead of the times t i .

Somit kann die Asymmetrie beispielhaft durch die Fehlerfunktion Err erfasst werden. Die Fehlerfunktion Err wird z.B. abhängig von den Spannungen UOm(Uin) ermittelt. Thus, the asymmetry can be detected by the error function E rr , for example. The error function E rr is determined, for example, as a function of the voltages UO m (U in ).

Die Spannungen UOm(Uin) können im Rahmen einer Optimierung für alle Eingangsspannungen Uin so angepasst werden, dass die Fehlerfunktion minimal wird. The voltages UO m (U in ) can be adjusted as part of an optimization for all input voltages U in such a way that the error function is minimal.

Alternativ oder zusätzlich kann die Fehlerfunktion Err als eine Funktion der Länge der Halbleiterleuchtelemente (z.B. die Anzahl der (jeweiligen) Halbleiterleuchtelemente) und/oder als eine Funktion über die Spannungsquellen ausgedrückt werden. Im Rahmen der numerischen Optimierung kann demnach eine günstige Auslegung bestimmt werden unter Berücksichtigung z.B. der Freiheitsgrade: Anzahl der Halbleiterleuchtelemente, Anzahl der Segmente, Einstellung der Spannungsquellen (pro Segment), Stromform (Oberwellen). Alternatively or additionally, the error function E rr may be expressed as a function of the length of the semiconductor light elements (eg, the number of (respective) semiconductor light elements) and / or as a function of the voltage sources. In the context of numerical optimization, therefore, a favorable design can be determined taking into account, for example, the degrees of freedom: number of semiconductor light elements, number of segments, adjustment of voltage sources (per segment), current waveform (harmonics).

Beispielsweise können in einer Anordnung mit M LED-Segmenten M frei wählbare Parameter UOm(Uin) zu Optimierung der Nebenbedingung (C) zur Verfügung stehen. For example, in an arrangement with M LED segments M freely selectable parameters UO m (U in ) to optimize the constraint (C) are available.

Zusätzliche beispielhafte ImplementierungenAdditional exemplary implementations

7 zeigt eine alternative Schaltungsanordnung zu 5. Eine Netzwechselspannung 701 ist über einen Gleichrichter 702 mit zwei Knoten 703 und 704 verbunden. Der Knoten 703 ist über einen Widerstand 705 mit einem Knoten 759 verbunden. Der Knoten 759 ist über eine Diode 706 und einen Widerstand 711 mit dem Knoten 704 verbunden, wobei die Kathode der Diode 706 in Richtung des Knotens 704 zeigt. Der Knoten 759 ist mit der Basis eines npn Transistors 752 verbunden. Der Emitter des Transistors 752 ist über einen Widerstand 753 mit dem Knoten 704 verbunden. 7 shows an alternative circuit arrangement 5 , An AC mains voltage 701 is over a rectifier 702 with two nodes 703 and 704 connected. The knot 703 is about a resistance 705 with a knot 759 connected. The knot 759 is over a diode 706 and a resistance 711 with the node 704 connected, wherein the cathode of the diode 706 in the direction of the knot 704 shows. The knot 759 is with the base of an npn transistor 752 connected. The emitter of the transistor 752 is about a resistance 753 with the node 704 connected.

Der Knoten 703 ist über eine Reihenschaltung umfassend eine LED 712, ein Modul 707 und eine LED 713 mit einem Knoten 760 verbunden. Das Modul 707 umfasst eine Reihenschaltung aus mehreren LEDs, beispielsweise 54 LEDs. Der Knoten 703 ist über einen Kondensator 714 mit dem Knoten 760 verbunden. Der Knoten 703 ist über einen Kondensator 716 mit einem Knoten 755 verbunden. Der Knoten 760 ist über eine Diode 715 mit dem Knoten 755 verbunden, wobei die Kathode der Diode 715 in Richtung des Knotens 755 zeigt. Der Knoten 703 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 717 verbunden. Der Kollektor des Transistors 717 ist mit dem Knoten 755 verbunden. Die Basis des Transistors 717 ist über einen Widerstand 718 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 719 verbunden. Der Emitter des Transistors 719 ist mit dem Knoten 760 verbunden. Die Basis des Transistors 719 ist über eine Serienschaltung aus einem Widerstand 720 und einer Diode 721 mit einem Knoten 761 verbunden, wobei die Kathode der Diode 721 in Richtung der Basis des Transistors 719 zeigt.The knot 703 is via a series circuit comprising an LED 712 , a module 707 and an LED 713 with a knot 760 connected. The module 707 includes a series connection of several LEDs, for example 54 LEDs. The knot 703 is over a capacitor 714 with the node 760 connected. The knot 703 is over a capacitor 716 with a knot 755 connected. The knot 760 is over a diode 715 with the node 755 connected, wherein the cathode of the diode 715 in the direction of the knot 755 shows. The knot 703 is with the emitter of a pnp transistor 717 connected. The collector of the transistor 717 is with the node 755 connected. The base of the transistor 717 is about a resistance 718 with the collector of an npn transistor 719 connected. The emitter of the transistor 719 is with the node 760 connected. The base of the transistor 719 is via a series connection of a resistor 720 and a diode 721 with a knot 761 connected, wherein the cathode of the diode 721 towards the base of the transistor 719 shows.

Der Knoten 755 ist über eine Reihenschaltung aus einer LED 722, einem Modul 708 und einer LED 723 mit einem Knoten 756 verbunden. Das Modul 708 umfasst 24 in Reihe geschaltete LEDs. Der Knoten 755 ist über einen Kondensator 724 mit einem Knoten 762 verbunden. Der Knoten 762 ist über eine Diode 725 mit dem Knoten 756 verbunden, wobei die Kathode der Diode 725 in Richtung des Knotens 756 zeigt. Der Knoten 755 ist über einen Kondensator 726 mit dem Knoten 756 verbunden. Der Knoten 755 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 727 verbunden. Der Kollektor des Transistors 727 ist mit dem Knoten 756 verbunden. Die Basis des Transistors 727 ist über einen Widerstand 728 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 729 verbunden. Der Emitter des Transistors 729 ist mit dem Knoten 762 verbunden. Die Basis des Transistors 729 ist über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 730 und einer Diode 731 mit dem Knoten 761 verbunden, wobei die Kathode der Diode 731 in Richtung der Basis des Transistors 729 zeigt. The knot 755 is via a series connection of an LED 722 , a module 708 and an LED 723 with a knot 756 connected. The module 708 includes 24 LEDs in series. The knot 755 is over a capacitor 724 with a knot 762 connected. The knot 762 is over a diode 725 with the node 756 connected, wherein the cathode of the diode 725 in the direction of the knot 756 shows. The knot 755 is over a capacitor 726 with the node 756 connected. The knot 755 is with the emitter of a pnp transistor 727 connected. The collector of the transistor 727 is with the node 756 connected. The base of the transistor 727 is about a resistance 728 with the collector of an npn transistor 729 connected. The emitter of the transistor 729 is with the node 762 connected. The base of the transistor 729 is via a series connection of a resistor 730 and a diode 731 with the node 761 connected, wherein the cathode of the diode 731 towards the base of the transistor 729 shows.

Der Knoten 756 ist über eine Reihenschaltung umfassend eine LED 732, ein Modul 709 und eine LED 733 mit einem Knoten 757 verbunden. Das Modul 709 umfasst dabei eine Reihenschaltung aus zwölf LEDs. Der Knoten 756 ist über einen Kondensator 734 mit einem Knoten 763 verbunden. Der Knoten 756 ist über einen Kondensator 736 mit dem Knoten 757 verbunden. Der Knoten 756 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 737 verbunden. Der Kollektor des Transistors 737 ist mit dem Knoten 757 verbunden. Die Basis des Transistors 737 ist über einen Widerstand 738 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 739 verbunden. Der Emitter des Transistors 739 ist mit dem Knoten 763 verbunden. Der Knoten 763 ist mit einer Diode 735 mit dem Knoten 757 verbunden, wobei die Kathode der Diode 735 in Richtung des Knoten 757 zeigt. Die Basis des Transistors 739 ist über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 740 und einer Diode 741 mit dem Knoten 761 verbunden, wobei die Kathode der Diode 741 in Richtung der Basis des Transistors 739 zeigt.The knot 756 is via a series circuit comprising an LED 732 , a module 709 and an LED 733 with a knot 757 connected. The module 709 includes a series connection of twelve LEDs. The knot 756 is over a capacitor 734 with a knot 763 connected. The knot 756 is over a capacitor 736 with the node 757 connected. The knot 756 is with the emitter of a pnp transistor 737 connected. The collector of the transistor 737 is with the node 757 connected. The base of the transistor 737 is about a resistance 738 with the collector of an npn transistor 739 connected. The emitter of the transistor 739 is with the node 763 connected. The knot 763 is with a diode 735 with the node 757 connected, wherein the cathode of the diode 735 in the direction of the knot 757 shows. The base of the transistor 739 is via a series connection of a resistor 740 and a diode 741 with the node 761 connected, wherein the cathode of the diode 741 towards the base of the transistor 739 shows.

Der Knoten 757 ist über eine Reihenschaltung aus einer LED 742, einem Modul 710 und einer LED 743 mit einem Knoten 758 verbunden. Das Modul 710 umfasst eine Reihenschaltung aus fünf LEDs. Der Knoten 757 ist über einen Kondensator 744 mit einem Knoten 764 verbunden. Der Knoten 764 ist über eine Diode 745 mit dem Knoten 758 verbunden, wobei die Kathode der Diode 745 in Richtung des Knotens 758 zeigt. Der Knoten 758 ist ferner mit dem Kollektor des Transistors 752 verbunden. Der Knoten 757 ist über einen Kondensator 746 mit dem Knoten 758 verbunden. Der Knoten 757 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 747 verbunden. Der Kollektor des Transistors 747 ist mit dem Knoten 758 verbunden. Die Basis des Transistors 747 ist über einen Widerstand 748 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 749 verbunden. Der Emitter des Transistors 749 ist mit dem Knoten 764 verbunden. Die Basis des Transistors 749 ist über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 750 und einer Diode 751 mit dem Knoten 761 verbunden, wobei die Kathode der Diode 751 in Richtung der Basis des Transistors 749 zeigt. The knot 757 is via a series connection of an LED 742 , a module 710 and an LED 743 with a knot 758 connected. The module 710 includes a series connection of five LEDs. The knot 757 is over a capacitor 744 with a knot 764 connected. The knot 764 is over a diode 745 with the node 758 connected, wherein the cathode of the diode 745 in the direction of the knot 758 shows. The knot 758 is also connected to the collector of the transistor 752 connected. The knot 757 is over a capacitor 746 with the node 758 connected. The knot 757 is with the emitter of a pnp transistor 747 connected. The collector of the transistor 747 is with the node 758 connected. The base of the transistor 747 is about a resistance 748 with the collector of an npn transistor 749 connected. The emitter of the transistor 749 is with the node 764 connected. The base of the transistor 749 is via a series connection of a resistor 750 and a diode 751 with the node 761 connected, wherein the cathode of the diode 751 towards the base of the transistor 749 shows.

Der Knoten 761 ist über eine Spannungsquelle 754 mit dem Knoten 704 verbunden. The knot 761 is via a voltage source 754 with the node 704 connected.

Im Hinblick auf 7 sei angemerkt, dass die Kathoden der LEDs jeweils in Richtung des Knotens 704 ausgerichtet sind. With regard 7 It should be noted that the cathodes of the LEDs are each in the direction of the node 704 are aligned.

Beispielhaft weist die in 7 dargestellte Schaltung die folgenden Bauteile bzw. Dimensionierungen auf (Widerstände in Ohm, Kondensatoren in Farad): R_705 = 200k; R_711 = 3,3k; R_753 = 100; R_720 = R_730 = R_740 = R_750 = 220k; R_718 = 220k; R_728 = 1 10k; R_738 = 56k; R_748 = 27k; C_716 = C_726 = C_736 = C_746 = 1p; C_714 = 47µ; C_724 = C_734 = C_744 = 1µ.By way of example, the in 7 1, the following components or dimensions (resistors in ohms, capacitors in Farad) are shown: R_705 = 200k; R_711 = 3.3k; R_753 = 100; R_720 = R_730 = R_740 = R_750 = 220k; R_718 = 220k; R_728 = 1 10k; R_738 = 56k; R_748 = 27k; C_716 = C_726 = C_736 = C_746 = 1p; C_714 = 47μ; C_724 = C_734 = C_744 = 1μ.

Der Kondensator 714 ist vergleichsweise groß dimensioniert und funktioniert als Puffer-Kondensator für die LEDs des Moduls 707 sowie die LEDs 712 und 713. Hierbei ist es von Vorteil, dass der Kondensator 714 lediglich für die an diesen LEDs abfallende Spannung und nicht für die volle Höhe der Netzspannung ausgelegt werden muss. Entsprechend kann der Kondensator 714 kleiner und damit platzsparender ausgeführt sein. Eine Option besteht darin, dass der Kondensator 714 ein Elektrolytkondensator ist; insbesondere kann der Kondensator 714 der einzige Elektrolytkondensator in der in 7 gezeigten Schaltung sein. Der Kondensator 714 kann über entsprechende Leitungen separat von der kompakten restlichen Schaltung ausgeführt sein. Insbesondere ist es möglich, den Kondensator 714 als austauschbares (z.B. steckbares) Bauteil vorzusehen. So kann sichergestellt werden, dass bei Ausfall des Elektrolytkondensators 714 dieser einfach und schnell ausgetauscht werden kann und damit die Schaltung nach kurzer Zeit wieder funktionsfähig ist. The capacitor 714 is comparatively large and works as a buffer capacitor for the LEDs of the module 707 as well as the LEDs 712 and 713 , It is advantageous that the capacitor 714 must be designed only for the voltage dropping at these LEDs and not for the full height of the mains voltage. Accordingly, the capacitor 714 be smaller and thus designed to save space. One option is that the capacitor 714 an electrolytic capacitor; In particular, the capacitor 714 the only electrolytic capacitor in the 7 be shown circuit. The capacitor 714 can be carried out via corresponding lines separately from the compact remaining circuit. In particular, it is possible to use the capacitor 714 as exchangeable (eg pluggable) component to provide. This ensures that if the electrolytic capacitor fails 714 This can be easily and quickly replaced and thus the circuit is functional again after a short time.

Die Kondensatoren 716, 726, 736 und 746 stellen kleine parasitäre Kapazitäten dar, die ggf. in einer realen Schaltung auch entfallen können, weil sich derartig geringe Kapazitäten aufgrund des Schaltungsaufbaus selbst ergeben. The capacitors 716 . 726 . 736 and 746 represent small parasitic capacitances, which may also be omitted in a real circuit, because such small capacity results due to the circuit structure itself.

Auch die Dioden 721, 731, 741 und 751 sind optional und können ggf. eingespart werden, wenn die Transistoren 719, 729, 739 und 749 entsprechend spannungsfest ausgelegt sind bzw. ausgelegt werden können. Also the diodes 721 . 731 . 741 and 751 are optional and can be saved if necessary, if the transistors 719 . 729 . 739 and 749 are designed according to voltage or can be interpreted.

Durch die Dimensionierung der in 7 gezeigten Schaltung kann erreicht werden, dass der Transistor 717 mit einer Schaltfrequenz von ca. 100Hz betrieben wird; ein aufgrund dieser Schaltfrequenz unter Umständen wahrnehmbares Flickern wird durch den (Puffer-)Kondensator 714 verhindert. Der Transistor 727 arbeitet mit einer Schaltfrequenz von ca. 200Hz, der Transistor 737 mit einer Schaltfrequenz von ca. 400Hz und der Transistor 747 mit einer Schaltfrequenz von ca. 800Hz. By sizing the in 7 shown circuit can be achieved that the transistor 717 operated at a switching frequency of about 100Hz; a possibly due to this switching frequency perceptible flicker is by the (buffer) capacitor 714 prevented. The transistor 727 works with a switching frequency of about 200Hz, the transistor 737 with a switching frequency of about 400Hz and the transistor 747 with a switching frequency of approx. 800Hz.

Die Kombination aus Kondensator 714 und Diode 715 stellt einen Spitzenwertdetektor (Peak-Detektor) für das LED-Segment umfassend das Modul 707 sowie die LEDs 712 und 713 dar. Entsprechend stellen der Kondensator 724 und die Diode 725 einen Spitzenwertdetektor für das LED-Segment umfassend das Modul 708 sowie die LEDs 722 und 723, der Kondensator 734 und die Diode 735 einen Spitzenwertdetektor für das LED-Segment umfassend das Modul 709 sowie die LEDs 732 und 733 und der Kondensator 744 und die Diode 745 einen Spitzenwertdetektor für das LED-Segment umfassend das Modul 710 sowie die LEDs 742 und 743 dar. The combination of capacitor 714 and diode 715 represents a peak detector (peak detector) for the LED segment comprising the module 707 as well as the LEDs 712 and 713 Accordingly, set the capacitor 724 and the diode 725 a peak detector for the LED segment comprising the module 708 as well as the LEDs 722 and 723 , the capacitor 734 and the diode 735 a peak detector for the LED segment comprising the module 709 as well as the LEDs 732 and 733 and the capacitor 744 and the diode 745 a peak detector for the LED segment comprising the module 710 as well as the LEDs 742 and 743 represents.

Die Transistoren 719, 729, 739 und 749 agieren als Komparatoren. Die Funktionsweise wird nachfolgend beispielhaft anhand der untersten Stufe für das LED-Segment umfassend das Modul 710 sowie die LEDs 742 und 743 beschrieben.The transistors 719 . 729 . 739 and 749 act as comparators. The mode of operation will be described below by way of example with reference to the lowest level for the LED segment comprising the module 710 as well as the LEDs 742 and 743 described.

Der Widerstand 750 ist in Kombination mit dem Kondensator 744 so ausgelegt, dass der Kondensator 744 auch während der längsten zu erwartenden Einschaltphase des Transistors 747 nicht vollständig entladen wird. Die Spannungsquelle 754 gibt einen Spannungsoffset als minimale Spannung, z.B. in Höhe von 6V, vor, die bei dem Transistor 752 nicht unterschritten werden soll. Der Transistor 749 vergleicht die Spannung 6V minus der Spannung an dem Knoten 758. Schaltet der Transistor 747 durch, so werden das Modul 710 und die LEDs 742 und 743 überbrückt ("kurzgeschlossen"). Die verschiebt auch die Arbeitspunkte der verbleibenden Ansteuereinheiten für die anderen LEDs. The resistance 750 is in combination with the capacitor 744 designed so that the capacitor 744 even during the longest expected switch-on of the transistor 747 not completely discharged. The voltage source 754 indicates a voltage offset as a minimum voltage, eg equal to 6V, which is present at the transistor 752 should not fall below. The transistor 749 compares the voltage 6V minus the voltage at the node 758 , Turns the transistor 747 through, so will the module 710 and the LEDs 742 and 743 bridged ("shorted"). It also shifts the operating points of the remaining drive units for the other LEDs.

Hierbei sei angemerkt, dass die in Reihe geschalteten LEDs pro Stufe ein LED-Segment darstellen. Jedes LED-Segment wird über einen separaten Treiber angesteuert, der im Beispiel von 7 insbesondere die beiden Transistoren sowie den beschriebenen Spitzenwertdetektor aufweist. Die Ansteuerung der Treiber erfolgt anhand der gleichgerichteten Netzspannung (abzüglich des durch die Spannungsquelle 754 bereitgestellten Spannungsoffsets). It should be noted that the LEDs connected in series represent one LED segment per stage. Each LED segment is controlled by a separate driver, which in the example of 7 In particular, the two transistors and the described peak detector has. The drivers are controlled by the rectified mains voltage (less by the voltage source 754 provided voltage offsets).

In 7 wird die Spannungsquelle 754 als gemeinsame Spannungsquelle für die mehreren Ansteuereinheiten der LED-Segmente verwendet. Optional können auch mehrere Spannungsquellen vorgesehen sein, z.B. eine Spannungsquelle für jede Ansteuereinheit des LED-Segments. In 7 becomes the voltage source 754 used as a common voltage source for the multiple drive units of the LED segments. Optionally, a plurality of voltage sources may be provided, for example a voltage source for each drive unit of the LED segment.

8 zeigt eine alternative Schaltungsanordnung, die im Wesentlichen auf der Schaltung gemäß 7 basiert und mehrere Spannungsquellen vorsieht, die zur Ansteuerung der einzelnen LED-Segmente einsetzbar sind. 8th shows an alternative circuit arrangement, substantially on the circuit according to 7 based and provides several voltage sources that can be used to control the individual LED segments.

Eine Netzwechselspannung 801 ist über einen Gleichrichter 802 mit zwei Knoten 803 und 805 verbunden. Der Knoten 803 ist über einen Widerstand 808 mit einem Knoten 859 verbunden. Der Knoten 859 ist über einen Widerstand 809 mit dem Knoten 805 verbunden. Der Knoten 859 ist mit der Basis eines npn-Transistors 811 verbunden. Der Emitter des Transistors 811 ist über einen Widerstand 810 mit dem Knoten 805 verbunden. Der Knoten 803 ist über eine Serienschaltung aus einer LED 817 und einer LED 818 mit einem Knoten 860 verbunden. Der Knoten 860 ist über eine Serienschaltung aus einem Modul 813 und einer Diode 825 mit einem Knoten 856 verbunden, wobei die Kathode der Diode 825 in Richtung des Knotens 856 zeigt. Der Knoten 803 ist über einen Kondensator 819 mit dem Knoten 860 verbunden. Der Knoten 803 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 820 verbunden. Der Kollektor des Transistors 820 ist mit dem Knoten 856 verbunden. Die Basis des Transistors 820 ist über einen Widerstand 821 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 822 verbunden. Der Emitter des Transistors 822 ist mit dem Knoten 860 verbunden. Die Basis des Transistors 822 ist über eine Serienschaltung aus einem Widerstand 823 und einer Diode 824 sowie einer Spannungsquelle 855 mit dem Knoten 805 verbunden, wobei die Kathode der Diode 824 in Richtung der Basis des Transistors 822 zeigt. An AC mains voltage 801 is over a rectifier 802 with two nodes 803 and 805 connected. The knot 803 is about a resistance 808 with a knot 859 connected. The knot 859 is about a resistance 809 with the node 805 connected. The knot 859 is at the base of an npn transistor 811 connected. The emitter of the transistor 811 is about a resistance 810 with the node 805 connected. The knot 803 is via a series connection of an LED 817 and an LED 818 with a knot 860 connected. The knot 860 is via a series connection of a module 813 and a diode 825 with a knot 856 connected, wherein the cathode of the diode 825 in the direction of the knot 856 shows. The knot 803 is over a capacitor 819 with the node 860 connected. The knot 803 is with the emitter of a pnp transistor 820 connected. The collector of the transistor 820 is with the node 856 connected. The base of the transistor 820 is about a resistance 821 with the collector of an npn transistor 822 connected. The emitter of the transistor 822 is with the node 860 connected. The base of the transistor 822 is via a series connection of a resistor 823 and a diode 824 as well as a voltage source 855 with the node 805 connected, wherein the cathode of the diode 824 towards the base of the transistor 822 shows.

Der Knoten 856 ist über eine Reihenschaltung aus einer LED 826 und einer LED 827 mit einem Knoten 861 verbunden. Der Knoten 861 ist über eine Reihenschaltung aus einem Modul 814 und einer Diode 834 mit einem Knoten 857 verbunden, wobei die Kathode der Diode 834 in Richtung des Knotens 857 zeigt. Der Knoten 856 ist über einen Kondensator 828 mit dem Knoten 861 verbunden. Der Knoten 856 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 829 verbunden. Der Kollektor des Transistors 829 ist mit dem Knoten 857 verbunden. Die Basis des Transistors 829 ist über einen Widerstand 830 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 831 verbunden. Der Emitter des Transistors 831 ist mit dem Knoten 861 verbunden. Die Basis des Transistors 831 ist über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 832, einer Diode 833 und einer Spannungsquelle 854 mit dem Knoten 805 verbunden, wobei die Kathode der Diode 833 in Richtung der Basis des Transistors 831 zeigt. The knot 856 is via a series connection of an LED 826 and an LED 827 with a knot 861 connected. The knot 861 is via a series connection of a module 814 and a diode 834 with a knot 857 connected, wherein the cathode of the diode 834 in the direction of the knot 857 shows. The knot 856 is over a capacitor 828 with the node 861 connected. The knot 856 is with the emitter of a pnp transistor 829 connected. The collector of the transistor 829 is with the node 857 connected. The base of the transistor 829 is about a resistance 830 with the collector of an npn transistor 831 connected. The emitter of the transistor 831 is with the node 861 connected. The base of the transistor 831 is via a series connection of a resistor 832 , a diode 833 and a voltage source 854 with the node 805 connected, wherein the cathode of the diode 833 towards the base of the transistor 831 shows.

Der Knoten 857 ist über eine Reihenschaltung aus einer LED 835 und einer LED 836 mit einem Knoten 862 verbunden. Der Knoten 862 ist über ein Modul 815, das mit einer Diode 843 in Reihe geschaltet ist, mit einem Knoten 858 verbunden, wobei die Kathode der Diode 843 in Richtung des Knotens 858 zeigt. Der Knoten 857 ist über einen Kondensator 837 mit dem Knoten 862 verbunden. Der Knoten 857 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 838 verbunden. Der Kollektor des Transistors 838 ist mit dem Knoten 858 verbunden. Die Basis des Transistors 838 ist über einen Widerstand 839 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 840 verbunden. Der Emitter des Transistors 840 ist mit dem Knoten 862 verbunden. Die Basis des Transistors 840 ist über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 841, einer Diode 842 und einer Spannungsquelle 853 mit dem Knoten 805 verbunden, wobei die Kathode der Diode 842 in Richtung der Basis des Transistors 840 zeigt.The knot 857 is via a series connection of an LED 835 and an LED 836 with a knot 862 connected. The knot 862 is about a module 815 that with a diode 843 connected in series, with a node 858 connected, wherein the cathode of the diode 843 in the direction of the knot 858 shows. The knot 857 is over a capacitor 837 with the node 862 connected. The knot 857 is with the emitter of a pnp transistor 838 connected. The collector of the transistor 838 is with the node 858 connected. The base of the transistor 838 is about a resistance 839 with the collector of an npn transistor 840 connected. The emitter of the transistor 840 is with the node 862 connected. The base of the transistor 840 is via a series connection of a resistor 841 , a diode 842 and a voltage source 853 with the node 805 connected, wherein the cathode of the diode 842 towards the base of the transistor 840 shows.

Hierbei sei angemerkt, dass die Anzahl der Dioden 817, 818, die parallel zu dem Kondensator 819 (entsprechend in den anderen Segmenten) angeordnet sind, nur beispielhaft zwei beträgt. Es sind auch andere (z.B. auch unterschiedliche) Anzahlen von Dioden pro Segment möglich. It should be noted that the number of diodes 817 . 818 , which are parallel to the capacitor 819 (Correspondingly in the other segments) are arranged, for example only two. There are also other (eg different) numbers of diodes per segment possible.

Der Knoten 858 ist über eine Reihenschaltung aus einer LED 844 und einer LED 845 mit einem Knoten 863 verbunden. Der Knoten 863 ist über ein Modul 816, das mit einer Diode 812 in Reihe geschaltet ist, mit einem Knoten 864 verbunden, wobei die Kathode der Diode 812 in Richtung des Knotens 864 zeigt. Der Knoten 858 ist über einen Kondensator 846 mit dem Knoten 863 verbunden. Der Knoten 858 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 847 verbunden. Der Kollektor des Transistors 847 ist mit dem Knoten 864 verbunden. Die Basis des Transistors 847 ist über einen Widerstand 848 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 849 verbunden. Der Emitter des Transistors 849 ist mit dem Knoten 863 verbunden. Die Basis des Transistors 849 ist über eine Serienschaltung aus einem Widerstand 850, einer Diode 851 und einer Spannungsquelle 852 mit dem Knoten 805 verbunden, wobei die Kathode der Diode 851 in Richtung der Basis des Transistors 849 zeigt.The knot 858 is via a series connection of an LED 844 and an LED 845 with a knot 863 connected. The knot 863 is about a module 816 that with a diode 812 connected in series, with a node 864 connected, wherein the cathode of the diode 812 in the direction of the knot 864 shows. The knot 858 is over a capacitor 846 with the node 863 connected. The knot 858 is with the emitter of a pnp transistor 847 connected. The collector of the transistor 847 is with the node 864 connected. The base of the transistor 847 is about a resistance 848 with the collector of an npn transistor 849 connected. The emitter of the transistor 849 is with the node 863 connected. The base of the transistor 849 is via a series connection of a resistor 850 , a diode 851 and a voltage source 852 with the node 805 connected, wherein the cathode of the diode 851 towards the base of the transistor 849 shows.

Der Knoten 864 ist mit dem Kollektor des Transistors 811 verbunden.The knot 864 is with the collector of the transistor 811 connected.

Die Module 813, 814, 815 und 816 weisen jeweils eine Reihenschaltung aus LEDs auf. Die Reihenschaltungen aus LEDs sind pro Modul insbesondere unterschiedlich ausgeführt, so dass an jedem der Module 813 bis 816 unterschiedliche Spannungen abfallen. Beispielsweise können die Module 813 bis 816 derart ausgeführt sein, dass die folgenden Spannungen abfallen:

  • – an dem Modul 813: 150V,
  • – an dem Modul 814: 70V,
  • – an dem Modul 815: 30V und
  • – an dem Modul 816: 10V.
The modules 813 . 814 . 815 and 816 each have a series connection of LEDs. The series circuits of LEDs are in particular designed differently per module, so that at each of the modules 813 to 816 different voltages fall off. For example, the modules 813 to 816 be designed so that the following voltages drop:
  • - on the module 813 : 150V,
  • - on the module 814 : 70V,
  • - on the module 815 : 30V and
  • - on the module 816 : 10V.

Im Hinblick auf 8 sei angemerkt, dass die Kathoden der LEDs jeweils in Richtung des Knotens 705 ausgerichtet sind. With regard 8th It should be noted that the cathodes of the LEDs are each in the direction of the node 705 are aligned.

Beispielhaft weist die in 8 dargestellte Schaltung die folgenden Bauteile bzw. Dimensionierungen auf (Widerstände in Ohm, Kondensatoren in Farad): R_808 = 200k; R_809 = 3,3k; R_810 = 100; R_821 = R_830 = R_839 = R_848 = 10k; R_823 = R_832 = R_841 = R_850 = 1M; C_819 = C_828 = C_837 = C_846 = 1µ. By way of example, the in 8th illustrated circuit on the following components or dimensions (resistors in ohms, capacitors in Farad): R_808 = 200k; R_809 = 3.3k; R_810 = 100; R_821 = R_830 = R_839 = R_848 = 10k; R_823 = R_832 = R_841 = R_850 = 1M; C_819 = C_828 = C_837 = C_846 = 1μ.

Weitere Vorteile:Other advantages:

Die vorliegende Betriebsschaltung für LEDs weist eine hohe Effizienz auf und kann mit geringen Kosten hergestellt werden. Vorteilhaft ist es möglich, die elektrische Leistung gleichmäßig bzw. mit einer hohen Gleichmäßigkeit über die LED-Segmente zu verteilen. Optional kann die Leistungsverteilung entlang der LED-Kette gesteuert werden. Die vorgestellte Lösung erlaubt weiterhin einen Powerfaktor nahe 1,0 und damit geringe bzw. gut kontrollierbare Oberwellen. Die Schaltung ist zentral dimmbar, z.B. über einen einstellbaren Linearregler. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Bauraum, da keine magnetischen Komponenten (Drosseln o.ä.) benötigt werden. Auch hieraus folgt eine gute elektromagnetische Verträglichkeit. The present operating circuit for LEDs has a high efficiency and can be manufactured at a low cost. Advantageously, it is possible to distribute the electrical power evenly or with a high degree of uniformity over the LED segments. Optionally, the power distribution can be controlled along the LED chain. The proposed solution also allows a power factor close to 1.0 and thus low or easily controllable harmonics. The circuit is centrally dimmable, e.g. via an adjustable linear regulator. Another advantage is the small installation space, since no magnetic components (throttles or similar) are required. Also from this follows a good electromagnetic compatibility.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101–103 101-103
LED-Segment LED segment
104 104
Stromregler current regulator
105 105
Netzwechselspannung AC line voltage
106 106
Gleichrichter rectifier
SW1 bis SW3 SW 1 to SW 3
(elektronischer) Schalter (electronic) switch
C1 bis C3 C1 to C3
Kondensator capacitor
D1 bis D3 D1 to D3
(Entkoppel-)Diode (Decoupling) diode
301–302 301-302
Knoten node
303 303
Komparator comparator
304–307 304-307
Widerstand resistance
308 308
Komparator comparator
309–312 309-312
Widerstand resistance
313 313
Komparator comparator
314–317 314-317
Widerstand resistance
401–403 401-403
Spannungsquelle voltage source
501 501
Netzwechselspannung AC line voltage
502 502
Gleichrichter rectifier
503–504 503-504
Knoten node
505 505
Diode diode
506–507 506-507
Widerstand resistance
508 508
pnp-Transistor PNP transistor
509 509
Spannungsquelle voltage source
510–517 510-517
Widerstand resistance
518–521 518-521
Modul (LED-Segment oder Teil eines LED-Segments)Module (LED segment or part of an LED segment)
522a–522d 522a-522d
Modul (siehe 6) Module (see 6 )
523–528 523-528
Anschlüsse des Moduls 522a522d Connections of the module 522a - 522d
529–530 529-530
Knoten node
531 531
Widerstand resistance
601–603 601-603
Diode diode
604–605 604-605
LED LED
606 606
Knoten node
607 607
Mosfet Mosfet
608 608
Widerstand resistance
609–610 609-610
Kondensator capacitor
611 611
npn-Transistor npn transistor
612–613 612-613
pnp-Transistor PNP transistor
614–616 614-616
Widerstand resistance
617 617
npn-Transistor npn transistor
618 618
Widerstand resistance
619 619
npn-Transistor npn transistor
620 620
Diode diode
621 621
Knoten node
701 701
Netzwechselspannung AC line voltage
702 702
Gleichrichter rectifier
703–704 703-704
Knoten node
705 705
Widerstand resistance
706 706
Diode diode
707–710 707-710
Modul module
711 711
Widerstand resistance
712–713 712-713
LED LED
714 714
Kondensator capacitor
715 715
Diode diode
716 716
Kondensator capacitor
717 717
pnp-Transistor PNP transistor
718 718
Widerstand resistance
719 719
npn-Transistor npn transistor
720 720
Widerstand resistance
721 721
Diode diode
722–723 722-723
LED LED
724 724
Kondensator capacitor
725 725
Diode diode
726 726
Kondensator capacitor
727 727
pnp-Transistor PNP transistor
728 728
Widerstand resistance
729 729
npn-Transistor npn transistor
730 730
Widerstand resistance
731 731
Diode diode
732–733 732-733
LED LED
734 734
Kondensator capacitor
735 735
Diode diode
736 736
Kondensator capacitor
737 737
pnp-Transistor PNP transistor
738 738
Widerstand resistance
739 739
npn-Transistor npn transistor
740 740
Widerstand resistance
741 741
Diode diode
742–743 742-743
LED LED
744 744
Kondensator capacitor
745 745
Diode diode
746 746
Kondensator capacitor
747 747
pnp-Transistor PNP transistor
748 748
Widerstand resistance
749 749
npn-Transistor npn transistor
750 750
Widerstand resistance
751 751
Diode diode
752 752
npn-Transistor npn transistor
753 753
Widerstand resistance
754 754
Spannungsquelle voltage source
755–764 755-764
Knoten node
801 801
Netzwechselspannung AC line voltage
802 802
Gleichrichter rectifier
803 803
Knoten node
805 805
Knoten node
808–810 808-810
Widerstand resistance
811 811
npn-Transistor npn transistor
812 812
Diode diode
813–816 813-816
Modul module
817–818 817-818
LED LED
819 819
Kondensator capacitor
820 820
pnp-Transistor PNP transistor
821 821
Widerstand resistance
822 822
npn-Transistor npn transistor
823 823
Widerstand resistance
824–825 824-825
Diode diode
826–827 826-827
LED LED
828 828
Kondensator capacitor
829 829
pnp-Transistor PNP transistor
830 830
Widerstand resistance
831 831
npn-Transistor npn transistor
832 832
Widerstand resistance
833–834 833-834
Diode diode
835–836 835-836
LED LED
837 837
Kondensator capacitor
838 838
pnp-Transistor PNP transistor
839 839
Widerstand resistance
840 840
npn-Transistor npn transistor
841 841
Widerstand resistance
842–843 842-843
Diode diode
844–845 844-845
LED LED
846 846
Kondensator capacitor
847 847
pnp-Transistor PNP transistor
848 848
Widerstand resistance
849 849
npn-Transistor npn transistor
850 850
Widerstand resistance
851 851
Diode diode
852–855 852-855
Spannungsquelle voltage source
856–864 856-864
Knoten node

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010040266 A1 [0007] DE 102010040266 A1 [0007]

Claims (20)

Schaltung zur Ansteuerung von Halbleiterleuchtelementen, – mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Segmenten, die jeweils mehrere in Reihe geschaltete Halbleiterleuchtelemente aufweisen, – wobei die Halbleiterleuchtelemente in zumindest zwei der Segmente unterschiedlich sind, – mit je einem Treiber zur Ansteuerung eines Segments, wobei der Treiber mindestens einen elektronischen Schalter aufweist, anhand dessen das Segment überbrückbar ist, – bei der die Treiber über mindestens eine Spannungsquelle mit der gleichgerichteten Netzspannung gekoppelt sind. Circuit for driving semiconductor light elements, With at least two segments connected in series, each having a plurality of semiconductor light elements connected in series, Wherein the semiconductor light elements are different in at least two of the segments, Each having a driver for driving a segment, wherein the driver has at least one electronic switch, by means of which the segment can be bridged, - In which the drivers are coupled via at least one voltage source with the rectified mains voltage. Schaltung nach Anspruch 1, bei der jeder Treiber über eine separate Spannungsquelle mit der gleichgerichteten Netzspannung gekoppelt ist. The circuit of claim 1, wherein each driver is coupled to the rectified mains voltage via a separate voltage source. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die mindestens eine Spannungsquelle realisierbar ist mittels: – eines Spannungsteilers; – einer Hilfsspannungsquelle; – einer Zenerdiode. Circuit according to one of the preceding claims, in which the at least one voltage source can be realized by means of: - a voltage divider; An auxiliary power source; - a zener diode. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Spannungsquelle ansteuerbar ist abhängig von einem Mittelwert der gleichgerichteten Netzspannung. Circuit according to one of the preceding claims, in which the voltage source can be controlled as a function of an average value of the rectified mains voltage. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Treiber mit einer gleichgerichteten Netzspannung versorgbar sind. Circuit according to one of the preceding claims, wherein the drivers are supplied with a rectified mains voltage. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens zwei der Segmente Halbleiterleuchtelemente aufweisen, die zumindest teilweise in ihren Vorwärtsspannungen, ihren Farben, ihren Größen, ihren Bauformen und/oder ihren Anzahlen unterschiedlich sind. A circuit as claimed in any one of the preceding claims, wherein at least two of the segments comprise semiconductor light elements which are at least partially different in their forward voltages, colors, sizes, shapes and / or numbers. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Treiber ein Vergleichselement umfasst. A circuit according to any one of the preceding claims, wherein the driver comprises a comparison element. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Segmente mit einem Stromregler in Reihe geschaltet sind. Circuit according to one of the preceding claims, in which the segments are connected in series with a current regulator. Schaltung nach Anspruch 8, bei der der Stromregler mittels einer Dimmung steuerbar ist. A circuit according to claim 8, wherein the current regulator is controllable by means of dimming. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der der Stromregler ein resistives Element oder einen Linearregler aufweist. Circuit according to one of claims 8 or 9, wherein the current regulator comprises a resistive element or a linear regulator. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Segment mit der größten Vorwärtsspannung eine mindestens doppelt so große Vorwärtsspannung aufweist wie das Segment mit der geringsten Vorwärtsspannung. A circuit as claimed in any one of the preceding claims, wherein the segment having the largest forward voltage has at least twice as much forward voltage as the segment having the lowest forward voltage. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der elektronische Schalter des Treibers mit einer Schaltfrequenz aktiv ist, die mindestens die doppelte Netzfrequenz oder ein Vielfaches der Netzfrequenz aufweist.Circuit according to one of the preceding claims, in which the electronic switch of the driver is active at a switching frequency which has at least twice the mains frequency or a multiple of the mains frequency. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens einer der Treiber einen Kondensator aufweist, der parallel zu Halbleiterleuchtelementen des Segments angeordnet ist, dem der Treiber zugeordnet ist. A circuit as claimed in any one of the preceding claims, wherein at least one of the drivers comprises a capacitor arranged in parallel with semiconductor light elements of the segment to which the driver is associated. Schaltung nach Anspruch 13, bei der der Kondensator in oder zusammen mit demjenigen Treiber angeordnet ist, der das Segment mit der größten Vorwärtsspannung ansteuert.The circuit of claim 13, wherein the capacitor is disposed in or together with the driver driving the segment with the largest forward voltage. Schaltung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei der der Kondensator über eine lösbare Verbindung austauschbar ausgeführt ist. Circuit according to one of claims 13 or 14, wherein the capacitor is designed to be interchangeable via a detachable connection. Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der mindestens einer der Treiber eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einer Diode aufweist, wobei diese Reihenschaltung parallel zu den Halbleiterleuchtelementen des Segments angeordnet ist, das der Treiber ansteuert. A circuit according to any one of claims 13 to 15, wherein at least one of the drivers comprises a series connection of a capacitor and a diode, said series connection being arranged parallel to the semiconductor light elements of the segment which the driver drives. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eine Entkoppeldiode zwischen je zwei Segmenten angeordnet ist. Circuit according to one of the preceding claims, wherein at least one decoupling diode is arranged between each two segments. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Einrichtung zur Mischung des von mehreren Segmenten bereitgestellten Lichts vorgesehen ist. A circuit according to any one of the preceding claims, wherein means is provided for mixing the light provided by a plurality of segments. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der der Treiber einen elektronischen Kurschluss-Schalter (717) umfasst, anhand dessen das dem Treiber zugeordnete Segment kurzschließbar ist, – wobei der Basis-Anschluss des Kurzschluss-Schalters (717) über ein erstes strombegrenzendes Element (718) mit dem Kollektor-Anschluss eines elektronischen Vergleichs-Schalters (719) verbunden ist, – wobei der Emitter-Anschluss des Vergleichs-Schalters (719) mit einem Anschluss des Segments, dem der Treiber zugeordnet ist, verbunden ist, – wobei der Basis-Anschluss des Vergleichs-Schalters (719) mit einem Pol der gleichgerichteten Netzwechselspannung (701) verbunden ist.Circuit according to one of the preceding claims, - in which the driver has an electronic short-circuit switch ( 717 ), by means of which the segment assigned to the driver can be short-circuited, - the base terminal of the short-circuiting switch ( 717 ) via a first current-limiting element ( 718 ) with the collector terminal of an electronic comparison switch ( 719 ), the emitter terminal of the comparison switch ( 719 ) is connected to a terminal of the segment to which the driver is assigned, - the base terminal of the comparison switch ( 719 ) with one pole of the rectified AC line voltage ( 701 ) connected is. Lampe, Leuchte oder Leuchtsystem mit einer Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19. Lamp, luminaire or lighting system with a circuit according to one of claims 1 to 19.
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