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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Mischlicht mit einer vorgegebenen Farbe durch Mischen von Licht mit einer längeren Wellenlänge, das von wenigstens einer LED oder lichtemittierenden Diode emittiert wird, mit Licht mit einer kürzeren Wellenlänge, das von wenigstens einer anderen LED emittiert wird.
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Es ist bekannt, Mischlicht mit einer vorgegebenen Farbe zu erzeugen, indem Licht, das von wenigstens zwei LEDs emittiert wird, gemischt wird, wobei das von der einen LED emittierte Licht und das von der anderen LED emittierte Licht verschiedene Wellenlängen haben. Weißes Licht kann zum Beispiel erzeugt werden, indem das von einer roten Licht-LED emittierte Licht und das von einer farbkonvertierten blauen Licht-LED gemischt wird.
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Es ist ferner bekannt, dass der Farbort des gemischten Lichts in dem CIE-Diagramm sich mit der Temperatur ändern kann. Dies liegt an der Tatsache, dass die Intensität des von der LED emittierten Lichts umso niedriger ist, je höher die Temperatur in einem LED-Modul steigt, vorausgesetzt, es fließt ein konstanter Strom durch die LED. Die Lichtintensitätskurve in Abhängigkeit von der Temperatur ist fallend oder mit anderen Worten, der Gradient ist negativ. Der negative Gradient von Licht mit längeren Wellenlängen ist im Allgemeinen größer als der negative Gradient von LED-Licht mit kürzeren Wellenlängen.
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Die Temperaturänderung führt somit zu einer Änderung in dem Spektrum des Mischlichts, d. h. führt zu Farbortänderungen des Mischlichts, die mit dem menschlichen Auge wahrnehmbar sein können. Es ist dabei bekannt, den Strom durch die LED, die längere Wellenlängen erzeugt, oder durch die LED, die kürzere Wellenlängen erzeugt, abhängig von der Temperatur zu ändern. Dieser Strom wird abhängig von der Temperatur geändert, und die temperaturabhängigen Farbortänderungen können verringert werden.
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Ein Grund für eine derartige Temperaturänderung können Schwankungen der Umgebungstemperatur sein, aber auch, dass sich das LED-Modul aufgrund des Betriebsstroms mit dem Verlauf der Zeit aufwärmt. In dem letzteren Fall wird nur, nachdem eine gewisse Aufwärmzeit vergangen ist, ein stationärer Zustand erreicht. Im Allgemeinen ist dies abhängig von der betroffenen thermischen Masse etwa 10 Minuten, kann aber beträchtlich länger oder in besonderen Fällen auch kürzer sein, wenn die thermische Masse bei einer fortgeschrittenen Kühlerkonstruktion verringert ist.
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Andererseits ist es bekannt, LEDs in einer LED-Lampe insbesondere für weißes Licht zu verwenden. Eine derartige LED-Lampe kann eine Retrofit-LED-Lampe sein, die als ein Ersatz für z. B. Birnen, kompakte Gasentladungslampen oder Halogenlampen konstruiert ist und entsprechende mechanische und elektrische Anschlüsse aufweist.
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Nun ist es die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, das beim Mischen von LEDs verschiedener Typen erzeugte Licht zu verbessern. Eine Aufgabe kann es insbesondere sein, das von einer LED-Lampe, wie z. B. einer Retrofit-LED-Lampe, erzeugte Licht zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte weitere Entwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt schlägt die Erfindung eine Steuereinheit für mehrere LEDs vor, die vorzugsweise mit einem konstanten Strom gespeist werden. Diese mehreren LEDs weisen wenigstens zwei LED-Typen mit unterschiedlichem Spektrum zum Erzeugen eines Mischlichts auf. Ein erster LED-Typ erzeugt ein erstes Licht mit einer ersten Wellenlänge, und ein zweiter LED-Typ erzeugt ein zweites Licht mit einer zweiten Wellenlänge, die kürzer als die erste Wellenlänge ist.
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Die Steuerschaltung weist eine Verschiebungs- oder Umleitungsschaltung auf, die mit wenigstens einer LED des zweiten Typs verbindbar ist, um beim Dimmen das Verhältnis des Stroms durch die wenigstens eine LED des zweiten Typs geteilt durch den Speisestrom zu verringern.
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Mit anderen Worten weist die Steuerschaltung eine Verschiebungsschaltung oder eine Umleitungsschaltung auf, die mit wenigstens einer LED des zweiten Typs verbindbar ist. Die Verschiebungsschaltung leitet einen Teil des Stroms um. Beim Dimmen mit verringertem Speisestrom bleibt der Strom durch die LEDs ohne die Verschiebungs- oder Umleitungsschaltung auf dem gleichen Pegel wie der Speisestrom. Andererseits wird der durch die LED fließende Strom mit der Verschiebungs- oder Umleitungsschaltung niedriger als der Speisestrom, und der Strom durch die Verschiebungsschaltung wird unabhängig von dem Speisestromwert auf einem fast konstanten Pegel bleiben.
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Dies bewirkt eine Verschiebung des Mischlichts in Richtung des Farbpunkts des ersten LED-Typs.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schlägt die Erfindung eine Steuerschaltung für mehrere LEDs vor, die vorzugsweise mit einem konstanten Strom gespeist werden. Die mehreren LEDs weisen wenigstens zwei LED-Typen auf, um ein Mischlicht zu erzeugen. Ein erster LED-Typ erzeugt ein erstes Licht mit einer ersten Farbtemperatur, und ein zweiter LED-Typ erzeugt ein zweites Licht mit einer zweiten Farbtemperatur, die höher als die erste Farbtemperatur ist. Mit anderen Worten ist das von dem zweiten LED-Typ erzeugte Licht kälter als das von dem ersten LED-Typ erzeugte Licht.
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Die Steuerschaltung weist eine Verschiebungsschaltung auf, die mit wenigstens einer LED des zweiten Typs verbindbar ist, um beim Dimmen das Verhältnis des Stroms durch die wenigstens eine LED des zweiten Typs, geteilt durch den Speisestrom, zu verringern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schlägt die Erfindung eine Steuerschaltung für mehrere LEDs vor, die vorzugsweise mit konstantem Strom gespeist werden. Die mehreren LEDs weisen wenigstens zwei LED-Typen zum Erzeugen eines Mischlichts auf. Ein erster LED-Typ erzeugt ein erstes Licht mit einer ersten Wellenlänge, und ein zweiter LED-Typ erzeugt ein zweites Licht mit einer zweiten Wellenlänge, die kleiner als die erste Wellenlänge ist, oder alternativ erzeugt ein erster LED-Typ ein erstes Licht mit einer ersten Farbtemperatur, und ein zweiter LED-Typ erzeugt ein zweites Licht mit einer zweiten Farbtemperatur, die höher als die erste Farbtemperatur ist. Eine Verschiebungsschaltung ist mit wenigstens einer LED des zweiten Typs in einer derartigen Weise verbindbar, dass die wenigstens eine LED des zweiten Typs stärker umgangen wird, wenn der Speisestrom verringert wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schlägt die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben mehrerer LEDs vor, die vorzugsweise mit einem konstanten Strom gespeist werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schlägt die Erfindung ein LED-Modul vor, das eine derartige Betriebsschaltung und LEDs, die von der Betriebsschaltung gespeist werden, aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schlägt die Erfindung eine LED-Lampe, insbesondere für weißes Licht, insbesondere eine Retrofit-LED-Lampe, vor, die wenigstens ein derartiges LED-Modul aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben mehrerer LEDs vor, die vorzugsweise mit konstantem Strom gespeist werden. Diese mehreren LEDs weisen wenigstens zwei LED-Typen mit verschiedenem Spektrum auf, um ein Mischlicht zu erzeugen. Ein erster LED-Typ erzeugt ein erstes Licht mit einer ersten Wellenlänge, und ein zweiter LED-Typ erzeugt ein zweites Licht mit einer zweiten Wellenlänge, die kürzer als die erste Wellenlänge ist. Beim Dimmen wird das Verhältnis des Stroms durch die wenigstens eine LED des zweiten Typs, geteilt durch den Speisestrom, verringert.
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Vorteilhafterweise ist die Verschiebungsschaltung mit der wenigstens einen LED des zweiten Typs in einer derartigen Weise verbunden, dass die wenigstens eine LED des zweiten Typs stärker umgangen wird, wenn der Speisestrom verringert wird.
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Vorteilhafterweise wird die Verschiebungsschaltung ausgeschaltet, falls der Speisestrom über einem gegebenen Schwellwert ist oder falls der Vorwärtsstrom der umgangenen LED über einem gegebenen Schwellwert ist. Dies stellt eine höhere Leistung, d. h. insbesondere eine höhere Intensität, in einem nicht gedimmten Zustand sicher.
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Es können Einrichtungen zum Steuern der Verschiebungsschaltung, d. h. zum Steuern des Stroms durch die Verschiebungsschaltung, bereitgestellt werden. Derartige Einrichtungen können als ein Transistor oder ein Vergleicher aufgebaut sein, der die Verschiebungsschaltung über dem gegebenen Schwellwert ausschaltet. In diesem Fall fließt kein Strom durch die Verschiebungsschaltung. Eine derartige Einrichtung schaltet die Verschiebungsschaltung unter einem gegebenen niedrigeren Schwellwert ein. In diesem Fall fließt ein Strom durch die Verschiebungsschaltung.
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Die Einrichtungen zum Steuern der Verschiebungsschaltung können an eine Messeinheit zum Messen des Speisestroms ankoppeln. Die Steuerung der Verschiebungsschaltung wird dann von dem gemessenen Speisestrom abhängen.
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Die Messeinheit kann ferner mit einer Mittelungsschaltung zum Mitteln des gemessenen Speisestroms kombiniert werden. Eine derartige Mittelungseinheit kann z. B. ein elektronisches Tiefpassfilter sein. Eine derartige Mittelungseinheit kann in der Hinsicht vorteilhaft sein, dass der Speisestrom ein PWM-Strom, d. h. ein impulsbreitenmodulierter Strom, sein kann.
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Vorteilhafterweise ist die Verschiebungsschaltung ein ohmscher Widerstand.
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Die Verschiebungsschaltung kann eine temperaturempfindliche Komponente mit positivem oder negativem Temperaturverhalten sein.
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Neben einem ohmschen Widerstand kann die Verschiebungsschaltung ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten oder ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten sein.
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Vorzugsweise sind die mehreren LEDs in Reihe geschaltet.
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Vorteilhafterweise entspricht der erste LED-Typ einer roten LED oder einer farbkonvertierten roten, bernsteinfarbeigen, orangen oder infra-orangen LED.
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Vorteilhafterweise entspricht der zweite LED-Typ einer blauen LED, vorzugsweise durch Phosphor umgewandelten blauen LED, oder einer UV-Licht-LED.
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Der erste LED-Typ kann einer roten LED mit einer Farbtemperatur von etwa 1000 K entsprechen, und der zweite LED-Typ kann einer durch Phosphor umgewandelten blauen LED mit einer Farbtemperatur von etwa 4000 K entsprechen. Alternativ können die ersten und zweiten LED-Typen blauen LEDs mit verschiedenen Farbtemperaturen, 2200 K für den ersten Typ und 3200 K für den zweiten Typ, entsprechen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Charakteristiken der Erfindung sollen nun unter Bezug auf die Figuren und begleitenden Zeichnungen erklärt werden.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung.
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3 zeigt Änderungen des Farborts in dem CIE-Farbwertdiagramm gemäß dem Stand der Technik.
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4 zeigt Änderungen des Farborts in dem CIE-Farbidagramm gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung.
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8 ist eine graphische Darstellung des Stroms durch LEDs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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9 ist eine graphische Darstellung des Stroms durch LEDs gemäß der Ausführungsform von 7.
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1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die Schaltungsanordnung 1 kann vorzugsweise mit einem geregelten konstanten Strom I gespeist werden. Wie in der Technik bekannt, kann die Amplitude dieses Stroms z. B. gemäß einem Dimmbefehl zum Dimmen von LEDs auf einen gewünschten Pegel einstellbar sein. Der vorzugsweise geregelte konstante Strom fließt zwischen zwei Anschlussstiften 2, 3 der Schaltungsanordnung 1.
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Die Schaltungsanordnung 1 kann zum Beispiel in einem Gehäuse einer Retrofit-LED-Lampe (nicht gezeigt) aufgenommen sein. Eine derartige Retrofit-Lampe kann insbesondere als ein Ersatz z. B. von Birnen, kompakten Gasentladungslampen oder Halogenlampen konstruiert sein. Wie in der Technik bereits bekannt, weist eine derartige Retrofit-LED-Lampe entsprechende mechanische und elektrische Anschlüsse, die für LEDs angepasst sind, auf. Insbesondere sind die elektrischen Komponenten der Retrofit-LED-Lampe geeignet, den vorstehend erwähnten geregelten konstanten Strom für LEDs zu erzeugen.
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Die Schaltungsanordnung 1 umfasst mehrere blaue LEDs D1, D2, D3, D4 und mehrere rote LEDs D5, D6, D7. Die blauen LEDs und die roten LEDs sind in Reihe zwischen die Anschlussstifte 2, 3 geschaltet. Die bestimmte Ausführungsform von 1 weist vier blaue LEDs und drei rote LEDs auf. Alternativ kann die Schaltungsanordnung 1 nur eine blaue LED oder mehr als eine blaue LED aufweisen. Die Schaltungsanordnung 1 kann nur eine rote LED oder mehr als eine rote LED aufweisen.
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In bestimmten Ausführungsformen können die LEDs OLEDs oder organische lichtemittierende Dioden sein.
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Die LEDs D1, D2, D3, D4, die blaues Licht emittieren, können z. B. farbumgewandelte blaue LEDs, d. h. LED-Chips, die blaues Licht oder UV-Licht erzeugen, sein, die von einem Phosphorfilm bedeckt sind, der das blaue Licht oder das UV-Licht in Licht mit einer längeren Wellenlänge, das eine entsprechende andere Farbe hat, umwandelt.
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Die Kombination der blauen LEDs D1, D2, D3, D4 und der roten LEDs D5, D6, D7 lässt zu, dass die Schaltungsanordnung 1 z. B. ein weißes Mischlicht erzeugt.
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Alternativ können die blauen LEDs mit anderen monochromatischen LEDs wie gelben LEDs, die ein Licht in dem gelben Wellenlängenspektrum erzeugen, kombiniert werden, um z. B. ein weißes Mischlicht zu erzeugen.
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Alternativ können die roten oder gelben LEDs der Schaltungsanordnung 1 durch erste monochromatische LEDs eines ersten Typs, die ein erstes Licht mit einer ersten Wellenlänge erzeugen oder durch monochromatische LEDs mit einer ersten Farbtemperatur ersetzt werden. Dieses erste Licht kann z. B. rot oder gelb oder eine warme Farbe oder ein warmes Weiß sein.
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Ebenso können die blauen LEDs D1, D2, D3, D4 der Schaltungsanordnung 1 durch zweite monochromatische LEDs eines zweiten Typs, der ein zweites Licht mit einer zweiten Länge erzeugt, oder durch monochromatische LEDs mit einer zweiten Farbtemperatur ersetzt werden. Dieses zweite Licht kann z. B. blau oder grün oder eine kalte Farbe oder ein kaltes Weiß sein.
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Die ersten und zweiten LEDs werden derart gewählt, dass die zweite Wellenlänge des zweiten Lichts kürzer als die erste Wellenläge des ersten Lichts ist, oder so dass die zweite Farbtemperatur höher als die erste Farbtemperatur ist. Die Wellenlänge eines erzeugten Lichts kann sich auf die Wellenlänge bei dem Intensitätsmaximum des erzeugten Lichts beziehen.
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Die Erfindung betrifft somit allgemein eine Schaltungsanordnung, die eine Reihenschaltung aus einer oder mehreren LEDs eines ersten Typs und einer oder mehreren LEDs eines zweiten Typs aufweist, um ein Mischlicht zu erzeugen. Das Mischlicht ist vorzugsweise ein weißes Licht.
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Zurück zu der spezifischen Ausführungsform von 1 kommend, weist die Schaltungsanordnung 1 eine Reihenschaltung aus blauen LEDs D1, D2, D3, D4 und roten LEDs D5, D6, D7 auf. Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist ein Widerstand R1 parallel zu einer ersten blauen LED D2 und einer zweiten blauen LED D3 geschaltet. Die Schaltungsanordnung 1 kann vorzugsweise wenigstens eine blaue LED D1, D4 ohne Umleitungsschaltung, d. h. z. B. ohne parallel geschalteten Widerstand, und wenigstens eine blaue LED D2, D3 mit Umleitungsschaltung, d. h. z. B. mit parallel geschaltetem Widerstand R1, aufweisen.
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Der an die Schaltungsanordnung 1 gelieferte Strom I wird somit in einen Strom IR1 durch die Umleitung oder den parallelen Widerstand R1 und einen Strom ID2 durch die erste blaue LED D2 unterteilt. Ein Verhältnis kann als R = ID2/I = ID2/(ID2 + IR1) definiert werden.
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Bei einem hohen Dimmpegel oder Dimmwert wird der Gesamtstrom I durch die LEDs auf einen hohen oder vergleichsweise hohen Wert Ihoch eingestellt. Aufgrund der Strom-/Spannungscharakteristik einer LED erhöht die Vergrößerung des Gesamtstroms I hauptsächlich den Strom ID2 durch die erste blaue LED D2. Das Verhältnis R ist daher für einen hohen Gesamtstrom Ihoch vergleichsweise hoch.
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Bei einem niedrigeren Dimmpegel oder Wert, d. h. für einen niedrigeren Gesamtstrom Iniedrig, wird das Verhältnis R des Stroms ID2 durch die blaue LED D2, geteilt durch den Gesamtstrom I vergleichsweise niedriger.
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Diese Anordnung hat die Wirkung, dass, wenn der an die Schaltungsanordnung 1 angelegte Gesamtstrom I verringert wird, die Lichtintensität, die von den umgangenen blauen LEDs D2, D3 erzeugt wird, schneller sinkt als die Lichtintensität, die von den roten LEDs D5, D6, D7 oder durch die anderen nicht umgangenen blauen LEDs D1, D4 erzeugt wird.
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Die LEDs und insbesondere die blauen LEDs haben eine steile Strom-Spannungskurve. Wenn z. B. blaue LEDs bei einem Dimmpegel von 100%, d. h. bei 100% eines Betriebsstroms oder Nennstroms, betrieben werden, zeigen die blauen LEDs eine Vorwärtsspannung, die zwischen 2,9 V und 3,3 V liegen kann. Bei einem Dimmpegel von 5% des Betriebsstroms nimmt die Vorwärtsspannung nur ein wenig z. B. innerhalb der Werte von 2,5 V und 2,8 V ab.
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Gemäß der Erfindung wird der Strom I zwischen den zwei Anschlussstiften 2, 3 in den Strom IR1 durch den Widerstand R1 und einen Strom ID2 durch die umgangenen blauen LEDs D2, D3 unterteilt. Bei einem hohen Strom Ihoch, der zwischen den zwei Anschlussstiften 2, 3 fließt, können 90% des Stroms z. B. durch die LEDs D2, D3 und 10% durch den Widerstand R1 fließen. Bei einem niedrigen Strom Iniedrig, der zwischen den zwei Anschlussstiften 2, 3 fließt, ändert sich die Stromverteilung im Gegenteil auf etwa 10% Strom durch die LEDs D2, D3 und 90% Strom durch den Widerstand R1.
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Beim Dimmen nimmt die Intensität der umgangenen LEDs D2, D3 somit schneller ab als die Intensität der nicht umgangenen LEDs D1, D4, D5, D6, D7.
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Dies bedeutet, dass beim Dimmen die von den blauen oder kalten LEDs D1, D2, D3, D4 erzeugte Lichtintensität in Bezug auf die von den roten oder warmen LEDs D5, D6, D7 erzeugte Lichtintensität verringert wird.
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In einem gedimmten Zustand ist die Schaltungsanordnung 1 somit fähig, ein wärmeres Licht zu erzeugen. Dieses Verhalten ist ähnlich dem Verhalten von Glühlampen. Andererseits erzeugt die Schaltungsanordnung 1 in einem nicht gedimmten Zustand gemäß dem Verhalten von Glühlampen ein kälteres Licht.
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Mit anderen Worten kompensiert die vergleichsweise stärkere Abnahme der Lichtintensität der umgangenen blauen LEDs D2, D3 das Problem, dass bei niedrigen Dimmpegeln der Farbort des Mischlichts gemäß dem Stand der Technik sich auf einem CIE-Farbwertdiagramm in die Richtung des Spektrums des farbkonvertierten blauen Lichts bewegt. Dieses Ergebnis wird zusammen mit 3 erklärt.
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2 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Die Schaltungsanordnung 20 unterscheidet sich von der Anordnung 1 von 1 darin, dass der Umleitungsschaltungszweig nur zu einer blauen LED D2 parallel geschaltet ist. Eine, oder in der Ausführungsform von 2 zwei, Widerstände R1', R2' sind parallel zu der umgangenen blauen LED D2' geschaltet. Vorzugsweise ist der Widerstandswert der Reihenschaltung dieser zwei Widerstände R1', R2' ähnlich oder gleich der Summe der Widerstandswerte des in 1 bereitgestellten Widerstands R1.
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In dieser Schaltungsanordnung 20 ist ein Widerstand oder ein Widerstandspaar R1', R2' parallel zu der blauen oder mit Phosphor umgewandelten LED D2' geschaltet.
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Bei niedrigen Strömen I ist diese blaue LED D2' fast vollständig ausgeschaltet, weil, wie vorstehend erklärt, das meiste des Stroms durch die Widerstände R1', R2' fließt. Andererseits erzeugen die anderen blauen LEDs D1', D3', D4' und roten LEDs D5', D6', D7' eine vergleichsweise höhere Lichtintensität. Dies führt zu einer Situation, in der das Verhältnis von blauen LEDs D1', D2', D3', D4' zu roten LEDs D5', D6', D7' sich von 4:3 bei einem höheren Strom Ihoch auf 3:3 bei einem niedrigeren Strom Iniedrig ändern kann.
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Gemäß der Erfindung wird der Anteil von rotem oder warmer Licht bei niedrigeren Dimmpegeln höher. Dies führt zu einem wärmeren Mischlicht oder zu einer Rotverschiebung für das Mischlicht. Die Erfindung stellt somit eine Lösung für das Problem der Erzeugung einer Rotverschiebung beim Dimmen wie für herkömmliche Birnen bereit.
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Gemäß alternativen Ausführungsformen kann ein Widerstand parallel zu mehr als einer in Reihe geschalteten blauen LED verbunden sein.
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In den vorstehend diskutierten Ausführungsformen ist der Widerstand von 1 oder 2 ein ohmscher Widerstand. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann der Widerstand eine temperaturempfindliche Komponente mit positiven oder negativem Temperaturverhalten sein. Vorzugsweise hat diese Komponente keine oder fast keine Temperaturabhängigkeit.
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5 zeigt eine Modifikation der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnungen. Die Modifikation besteht in der Verbindung einer temperaturempfindlichen Komponente mit positivem Temperaturverhalten, d. h. mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, mit wenigstens einer roten LED D5. Insbesondere kann ein Widerstand 50 mit positivem Temperaturkoeffizient parallel zu wenigstens einer roten LED D5 geschaltet werden.
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6 zeigt eine weitere mögliche Modifikation der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnungen, wobei die Modifikation in der Verbindung einer temperaturempfindlichen Komponente mit negativem Temperaturverhalten, d. h. mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, mit der wenigstens einen blauen LED D4' besteht. Insbesondere kann ein Widerstand 60 mit negativem Temperaturkoeffizient parallel zu der wenigstens einen blauen LED D4' verbunden werden. Alternativ kann eine Anordnung gemäß der Erfindung den Widerstand 50 von 5 ebenso wie den Widerstand 60 von 6 aufweisen. In den Ausführungsformen von 5 und 6 ist eine Temperaturkompensation der Farbe aufgrund der Verwendung entsprechender temperaturempfindlicher Komponenten möglich.
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Vorzugsweise ist der parallel zu der blauen LED D2, D3, D2' geschaltete Widerstand ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizient. Wenn die Temperatur steigt, sinkt folglich der Widerstandswert des Widerstands mit negativem Temperaturkoeffizienten. Daher werden die blauen LEDs D2, D3, D2' sogar noch stärker umgangen, und die Intensität des von der blauen LED D2, D3, D2' emittierten Lichts wird eine weiter verringerte Intensität zeigen.
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Der parallel zu der blauen LED D2, D3, D2' geschaltete Widerstand kann auch ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten sein. Wenn die Temperatur sinkt, nimmt der Widerstandswert des Widerstands mit positivem Temperaturkoeffizient folglich ab. Daher wird die blaue LED D2, D3, D2' sogar noch mehr umgangen, und das von der blauen LED 4, 5, 22 emittierte Licht wird eine weiter verringerte Intensität zeigen.
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Alternativ kann ein dritter LED-Typ in Reihe zu den blauen und roten LEDs geschaltet werden. Zum Beispiel können grüne LEDs verbunden werden, um ein weißes Mischlicht gemäß der RGB-(rot, grün, blau)Mischung zu erzeugen.
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In einer derartigen Ausführungsform können auch eine oder mehrere grüne LEDS ähnlich den blauen LEDs D2, D3, D2' umgangen werden. Dies ist vorteilhaft, weil dies das grüne Licht im Fall des Dimmens verringern kann, so dass der Farbort des Mischlichts sogar in Richtung des roten Spektrums geschoben werden kann.
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3 zeigt die Farbwertkoordinaten des CIE-Farbwertdiagramms einer LED-Lampe des Stands der Technik, die zum Beispiel vier blaue LEDs und drei rote LEDs der Ausführungsformen von 1 oder 2 aufweist.
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Die Farbwertkoordinaten ändern sich abhängig von dem konstanten Strom I für die in Reihe geschalteten LEDs. Der erste Farbort 31 entspricht einer Umgebungstemperatur von 20°C und einem Strom I von 350 mA. 2 zeigt dann eine typische Temperaturkurve in Schritten von 10 Grad, wobei die Kurve von diesem ersten Farbort 31 startet und sich im Verlauf des Aufwärmens mit einem zweiten Farbort 31 bei einer Temperatur von 70° vereinigt, wobei der Strom I bei 350 mA unverändert bleibt.
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Dieser zweite Farbort 32 befindet sich innerhalb einer gewünschten MacAdam-Ellipse 35 mit einer definierten Farbtemperatur. Die MacAdam-Ellipse 35 zeigt den Toleranzbereich des menschlichen Auges für einen vorgegebenen Punkt in dem CIE-Diagramm. Wenn der Farbort innerhalb einer MacAdam-Ellipse gehalten wird, nimmt das menschliche Auge folglich keine Farbänderung wahr. Die Ellipse 35 ist insbesondere eine 5-Schritt-MAC-Adam-Ellipse.
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Während nun die Temperatur konstant bei 70° gehalten wird, werden die LEDs derart gedimmt, dass der konstante Strom I durch die LEDs von 350 mA auf 50 mA verringert wird. Der Farbort, d. h. die Farbwertkoordinaten, bewegt sich zu einem dritten Farbort 33, der in der MacAdam-Ellipse 35 bleibt. Als nächstes bewegt sich der Farbort zu einem vierten Punkt 34 in dem CIE-Diagramm und verlässt die Ellipse 35, wenn die Temperatur zurück zu 20°C kehrt.
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Es ist aus 3 zu sehen, dass eine Verringerung der Stromamplitude, eine Verringerung der Farbtemperatur der erzeugtem Mischfarbe bewirkt. Der Farbort 33 spiegelt in der Tat ein kälteres Licht als der Farbort 32 wieder. Mit anderen Worten verschiebt sich das durch die Schaltungsanordnung erzeugte Mischlicht zu dem grünen/blauen Spektrum oder zu dem gelben/grünen Spektrum.
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Dieses kalte Licht ist jedoch insbesondere bei niedrigen Dimmpegeln nicht erwünscht.
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4 zeigt das CIE-Farbwertdiagramm mit Farbwertkoordinaten gemäß der vorliegenden Erfindung und insbesondere gemäß der Ausführungsform von 1 oder 2.
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Die Kurve von einem ersten Farbort 41 – bei einer Umgebungstemperatur von 20°C und einem Strom I von 350 mA – zu einem zweiten Farbort 42 – bei einer erhöhten Temperatur von 70°C und einem identischen Strom I von 350 mA – ist ähnlich der entsprechenden Kurve des Stands der Technik, die in 3 beobachtet wird.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung wird durch den Übergang von dem zweiten Farbort 42 zu einem dritten Farbort 43 nach dem Dimmen, d. h. nach der Verringerung des Stroms I von 350 auf 50 mA dargestellt.
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Aufgrund der Schaltung der Widerstände R1, R1', R2' parallel zu blauen LEDs D2, D2, D2' sinkt der Strom durch diese umgangenen blauen LEDs D2, D3, D2' stärker als der Strom durch die restlichen LEDs. Als eine Folge wird das von allen blauen LEDs erzeugte Licht bei niedrigen Dimmpegeln vergleichsweise verringert.
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Anstatt sich in Richtung des blauen/grünen Spektrums zu dem Farbort 33 zu verschieben, wird sich das Mischlicht gemäß der Erfindung in Richtung des roten oder gelb/roten Spektrums des Farborts 43 verschieben.
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Diese Rotverschiebung ist ein vorteilhaftes Ergebnis, da es erwünscht ist, dass das beim Dimmen erzeugte Licht für gegebene Anwendungen warm bleibt.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 70 gemäß der Erfindung.
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Der Speisestrom I wird an die Schaltungsanordnung 70, die blaue LEDs D1, D2, D3, D4 und rote LEDs D5, D6, D7 aufweist, geliefert.
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Im Vergleich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist die Schaltungsanordnung 70 gemäß 7 einen Widerstand R2'' auf, der in Reihe mit den LEDs geschaltet ist. Insbesondere ist der Widerstand R2'' zwischen zwei blaue LEDs D2, D3 geschaltet. Der Widerstand R2'' ist auch parallel zu der Basis B und dem Emitter E eines Transistors Q1, der z. B. ein npn-Bipolartransistor ist, geschaltet. Die Spannung des Widerstands R2'' wird somit an die Basis-Emitter-Anschlüsse des Transistors Q1 angelegt.
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Die Basis B des Transistors Q1 wird mit der Kathode der blauen LED D2 verbunden. Ein Widerstand R3'' wird zwischen die Anode der blauen LED D2 und den Kollektor C des Transistors Q1 geschaltet.
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Ein Transistor Q2, vorzugsweise in der Form eines npn-Bipolartransistors ist in einer derartigen Weise bereitgestellt, dass seine Basis und sein Emitter jeweils mit dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Q1 verbunden sind. Ein Widerstand R1'' ist zwischen die Anode der blauen LED D2 und den Kollektor des Transistors Q2 geschaltet.
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Falls der Speisestrom I erhöht wird, steigt die Spannung des Widerstands R2'' ebenfalls. Bei einem gegebenen Speisestrom wird die Spannung des Widerstands R2'' dann ausreichen, um den Transistor Q1 zu aktivieren. Als eine Folge wird der Transistor Q2 nicht aktiviert und durch den Widerstand R1'' fließt kein Strom. Die LED D2 wird nicht umgangen.
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Wenn der Speisestrom I dann verringert wird, wird die Spannung des Widerstands R2'' sinken, und der Transistor Q1 wird geöffnet oder ausgeschaltet. In diesem Fall fließt Strom durch den Widerstand R1'', so dass die blaue LED D2 durch den Widerstand R1'' umgangen wird.
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Diese Betriebszustände sind in 9 abgebildet. In dieser Figur sind der Strom durch die blaue LED D2 ID2 und der Strom durch die blaue LED ID3 als eine Funktion des Speisestroms I gezeigt. Da der gesamte Speisestrom durch die blaue LED D3 fließt, die nicht umgangen wird, ist klar, dass ID3 dem Speisestrom I entspricht.
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Es ist in 9 zu sehen, dass die blaue LED D2 für einen Speisestrom I über etwa 470 mA nicht umgangen wird, und der Strom ID2 dem Speisestrom I entspricht. Für einen Speisestrom I unter etwa 460 mA wird die Umleitungsschaltung aktiviert: ein Teil des Speisestroms fließt durch den Umleitungswiderstand R1'', so dass der Strom ID2 durch die umgangene LED D2 niedriger als der Speisestrom I ist.
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8 ist eine graphische Darstellung des Stroms durch LEDs in dem Fall, in dem die Umleitungsschaltung immer aktiviert wird, wie z. B. in der Ausführungsform von 1, 2, 5 und 6. Der Strom ID2' von 8 entspricht z. B. dem Strom durch die umgangene LED LD2' von 2. Da die LED D2' unabhängig von dem Speisestrom immer durch den Widerstand umgangen wird, ist der Strom ID2' immer niedriger als der Speisestrom I.
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In der Ausführungsform von 7 wird die Verschiebungsschaltung in dem Fall, dass der Speisestrom über einem vorgegebenen Schwellwert ist oder in dem Fall, in dem der Vorwärtsstrom der umgangenen LED über einem gegebenen Schwellwert ist, ausgeschaltet. Dies stellt eine höhere Leistung, d. h. insbesondere eine höhere Intensität in einem nicht gedimmten Zustand und für hohe Speiseströme sicher.
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Andererseits kann der durch den Widerstand R2'' bewirkte Spannungsabfall zu Verlusten führen. Dieser Nachteil kann abgeschwächt werden, indem der Transistor Q1 durch einen Vergleicher ersetzt wird. Im Vergleich zu der Schaltspannung des Transistors Q1, z. B. 800 mV, kann die Schaltspannung eines derartigen Vergleichers kleiner, z. B. 100 mV, gemacht werden, so dass die durch den Widerstand R2'' verursachten Verluste verringert werden können.
