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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Wechselspannungsversorgung mit einem Gleichrichtermodul, wobei das Gleichrichtermodul eine Wechselspannung der Wechselspannungsversorgung in eine gleichgerichtete Versorgungsspannung wandelt, mit einer Diodenkette, wobei die Diodenkette eine Mehrzahl von Diodenkettenabschnitten aufweist, wobei in jedem der Diodenkettenabschnitte mindestens eine LED angeordnet ist und wobei die Diodenkettenabschnitte in der Diodenkette in Reihe geschalten sind, wobei die Diodenkettenabschnitte jeweils eine zuschaltbare Bypasseinrichtung zur Überbrückung des zugeordneten Diodenkettenabschnitts aufweisen, wobei die Bypasseinrichtung auf Basis der Spannungshöhe der gleichgerichteten Versorgungsspannung geschalten wird, wobei der Diodenkettenabschnitt in einem Leuchtzustand ist, wenn die Bypasseinrichtung deaktiviert ist und in einem Dunkelzustand ist, wenn die Bypasseinrichtung aktiviert ist, und mit einem Stromquellenmodul zur Stabilisierung des Kettenstroms durch die Diodenkette auf einen SOLL-Wert. Ferner betrifft die Erfindung ein Flugzeug mit der Beleuchtungsvorrichtung.
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In Flugzeugen werden aus Gründen der Energieeffizienz und des Leichtbaus vermehrt LEDs als Leuchtmittel statt den bisher gebräuchlichen Glühbirnen eingesetzt. Allerdings sind die Spannungsversorgungen in Flugzeugen üblicherweise Wechselspannungsversorgungen, sodass die Netzspannungen für die Verwendung von LEDs zunächst konditioniert werden müssen. Nachdem LEDs ein enges Arbeitsfenster für die Betriebsspannung aufweisen, müssen Versorgungsschaltungen für die LEDs so ausgebildet sein, dass die LEDs trotz der Wechselspannung als Netzspannungen und den sich damit ändernden Spannungshöhen stets im Arbeitspunkt betrieben werden. Dies wird z. B. dadurch erreicht, dass die Wechselspannung gleichgerichtet wird und die daraus resultierende gepulste Gleichspannung zur Versorgung der LEDs verwendet wird. Dabei wendet man eine Schaltstrategie an, wobei LEDs in einer LED-Reihe zu- bzw. abgeschaltet werden und zwar in Abhängigkeit der aktuell verfügbaren Spannungshöhe. Durch dieses Vorgehen wird erreicht, dass immer so viele LEDs in einer Reihe aktiviert sind, so dass die vorliegende Spannung vorteilhaft oder sogar optimal ausgenutzt wird.
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Die
US 2012/0056543 A1 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Diodenkette aus in Reihe geschalteter LEDs, wobei jedem Diodenkettenabschnitt eine zuschaltbare Bypasseinrichtung sowie eine Steuereinrichtung zur Detektion des Leuchtzustandes des Diodenkettenabschnitts zugeordnet ist. Eine weitere Beleuchtungsvorrichtung mit Stromquellenmodul und Steuereinrichtungen zur Detektion des Leuchtzustandes der Diodenketten zeigt
US 2009/0015172 A1 . Eine weitere Beleuchtungsvorrichtung mit in Reihe geschalteten Diodenkettenabschnitten sowie Detektionseinheiten und ein Stromquellenmodul geht aus der
DE 10 2007 003 575 B4 hervor.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Wechselspannungsversorgung, welche sich durch eine homogene Lichtabstrahlung auszeichnet sowie deren Verwendung vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung in einem Flugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß wird somit eine LED-Beleuchtungsvorrichtung offenbart, welche für eine Wechselspannungsversorgung geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei der Wechselspannungsversorgung handelt es sich insbesondere um eine alternierende und/oder sinusförmige Wechselspannungsversorgung. Im Speziellen ist die LED-Beleuchtungsvorrichtung für eine Wechselspannungsversorgung eines Flugzeugs ausgebildet. Eine derartige Wechselspannungsversorgung weist eine Effektivspannung zwischen 100 und 200 Volt, insbesondere eine Effektivspannung von 115 Volt, und eine Frequenz zwischen 200 und 600 Hertz, insbesondere von 400 Hertz, auf. Die Wechselspannungsversorgungen in Flugzeugen sind in den Kennwerten, Effektivspannung und Frequenz, stark variierend ausgebildet. Es ist jedoch ein grundliegendes Anliegen, trotz der schwankenden Wechselspannungsversorgung eine gleichmäßige Beleuchtung im Flugzeug sicherzustellen.
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Die LED-Beleuchtungsvorrichtung weist ein Gleichrichtermodul auf, wobei das Gleichrichtermodul eine Wechselspannung der Wechselspannungsversorgung in eine gleichgerichtete Versorgungsspannung wandelt. Beispielsweise kann das Gleichrichtermodul einen Einweggleichrichter oder einen Brückengleichrichter zur Gleichrichtung umfassen. Insbesondere wird die Wechselspannung in eine gepulste Gleichspannung gewandelt.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Beleuchtungsvorrichtungen einen Brückengleichrichter zum Gleichrichten der Spannung der Wechselspannungsquelle, wobei die dabei geformte Versorgungsspannung für die LED-Beleuchtungsvorrichtung als eine umgeklappte Wechselspannung ausgebildet ist.
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Die LED-Beleuchtungsvorrichtung umfasst mindestens eine Diodenkette, wobei die Diodenkette eine Mehrzahl von Diodenkettenabschnitten aufweist. In jedem der Diodenkettenabschnitte ist mindestens eine LED angeordnet. Besonders bevorzugt ist in den Diodenkettenabschnitten jeweils eine Mehrzahl von LEDs insbesondere in Reihe zueinander geschaltet angeordnet. Es ist prinzipiell möglich, dass innerhalb der Diodenkettenabschnitte auch mehrere LEDs parallel zueinander geschalten sind. Die Diodenkettenabschnitte sind in der Diodenkette zueinander in einer Reihen- oder Serienschaltung geschalten. Einige oder alle der Diodenkettenabschnitte weisen jeweils eine Bypasseinrichtung auf, wobei ein Eingang zu der Bypasseinrichtung vor dem Diodenkettenabschnitt und ein Ausgang der Bypasseinrichtung nach dem Diodenkettenabschnitt elektrisch mit der Diodenkette kontaktiert ist. Insbesondere sind durch die Bypasseinrichtung die LEDs des Diodenkettenabschnitts überbrückt.
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Die Bypasseinrichtung bzw. die Bypasseinrichtungen werden auf Basis der Spannungshöhe der gleichgerichteten Versorgungsspannung geschalten. Wenn die Bypasseinrichtung deaktiviert ist und somit der Bypass gesperrt ist, befindet sich der zugeordnete Diodenkettenabschnitt in einem Leuchtzustand. Für den Fall, dass die Bypasseinrichtung aktiviert ist und einen Bypass zu dem Diodenkettenabschnitt bildet, befindet sich dieser in einem Dunkelzustand. Insbesondere wird die Ansteuerung oder Schaltung der Bypasseinrichtungen so realisiert, dass stets passend zu der aktuellen Spannungshöhe der Versorgungsspannung eine entsprechende Anzahl von Diodenkettenabschnitten in der Diodenkette in dem Leuchtzustand ist, sodass die Spannungshöhe vorteilhaft oder sogar optimal ausgenutzt werden kann.
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Die Steuerung der Bypasseinrichtungen kann beispielsweise über eine digitale Verarbeitungseinrichtung erfolgen, welche die aktuelle Spannungshöhe der Versorgungsspannung als eine Eingangsgröße verwendet und in Abhängigkeit der Eingangsgröße die Bypasseinrichtungen aktiviert bzw. deaktiviert. Es ist jedoch besonders bevorzugt, dass die Bypasseinrichtungen analog angesteuert und/oder geschalten werden. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Bypasseinrichtungen jeweils eine Bypasssteuerschaltung aufweisen, die die an den Diodenkettenabschnitt lokal anliegende Spannung als Eingangsgröße für ein Steuern und/oder. Schalten der Bypasseinrichtung nutzt und damit auf Basis der gleichgerichteten Versorgungsspannung die Bypasseinrichtungen schaltet.
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Ferner weist die LED-Beleuchtungsvorrichtung ein Stromquellenmodul zur Stabilisierung, insbesondere Einstellung, des Kettenstroms, welcher durch die Diodenkette fließt, auf einen SOLL-Wert auf. Insbesondere ist das Stromquellenmodul als ein geregeltes Stromquellenmodul ausgebildet, wobei der Kettenstrom oder eine dazu äquivalente Größe als eine IST-Größe gemessen wird, mit einem SOLL-Wert verglichen wird und in Abhängigkeit der Differenz zwischen IST-Größe und SOLL-Wert den Kettenstrom stabilisiert, insbesondere regelt.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens eine der Diodenkettenabschnitte, einige oder sogar alle Diodenkettenabschnitte jeweils eine Steuereinrichtung aufweist bzw. aufweisen. Die Steuereinrichtung ist funktional ausgebildet, den Leuchtzustand des Diodenkettenabschnitts in Abgrenzung zu dem Dunkelzustand des Diodenkettenabschnitts zu detektieren und als Reaktion auf den detektierten Leuchtzustand des zugeordneten Diodenkettenabschnitts den SOLL-Wert für den Kettenstrom zu reduzieren.
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Somit wird bei einem Anstieg der Spannungshöhe der gleichgerichteten Versorgungsspannung zum einen einer oder mehrere Diodenkettenabschnitte von dem Dunkelzustand in den Leuchtzustand überführt. Bei gleichbleibendem Kettenstrom würde diese Änderung zu einer Erhöhung der Helligkeit der Diodenkette führen. Um eine daraus resultierende Schwankung in der Helligkeit zu vermeiden oder zumindest einzuschränken wird vorgeschlagen, dass – sobald ein zusätzlicher Diodenkettenabschnitt von dem Dunkelzustand in den Leuchtzustand überführt wird – der SOLL-Wert des Kettenstroms reduziert wird. Betrachtet man grundlegend die verfügbare Leistung für die LEDs als P = U·I, so führt ein Anstieg der gleichgerichteten Versorgungsspannung zu einer Erhöhung der Leistung P. Somit wird die Beleuchtungsvorrichtung heller. Um jedoch die Helligkeit der Beleuchtungsvorrichtung konstant zu halten, muss der Strom I – also der Kettenstrom – reduziert werden. Dies erfolgt durch die Steuereinrichtung, die den SOLL-Wert des Kettenstroms herabsetzt. Damit ist durch die Erfindung eine Möglichkeit umgesetzt, wie die Helligkeit der LED-Beleuchtungsvorrichtung über die Zeit homogener gehalten werden kann.
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Bei einer bevorzugten Umsetzung der Erfindung ist die Steuereinrichtung schaltungstechnisch so angeordnet, dass diese eine Betriebsspannung, insbesondere eine Betriebsteilspannung, des zugeordneten Diodenkettenabschnitts zur Detektion des Leuchtzustands des zugeordneten Diodenkettenabschnitts abgreift. Somit erfolgt die Detektion über die Prüfung auf das Vorliegen einer Betriebsspannung und somit auf einem elektrischem/elektronischem Wege und nicht über eine optische Sensorik. Diese Umsetzung hat den Vorteil, dass diese Detektionsmethode auch über längere Betriebszeiten sehr zuverlässig arbeitet und im Vergleich zu optischen Detektionsverfahren nicht verschmutzungskritisch ist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Betriebsspannung als die LED-Spannung über mindestens eine LED des zugeordneten Diodenkettenabschnitts ausgebildet. Somit greift die Steuereinrichtung die über mindestens oder genau eine LED anliegende Betriebsspannung zur Detektion des Leuchtzustands ab. Befindet sich der Diodenkettenabschnitt im Dunkelzustand, so ist die Betriebsspannung gleich null. Befindet sich dagegen der Diodenkettenabschnitt im Leuchtzustand, so fällt an der LED deren Betriebsspannung ab und die Steuereinrichtung kann über die abgegriffene Betriebsspannung auf den Leuchtzustand schließen.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Steuereinrichtung eine Schalteinrichtung zur Umsetzung des detektierten Leuchtzustands in ein Schaltsignal für die Reduktion des SOLL-Werts aufweist. Somit wird die Information des Zustands des Diodenkettenabschnitts in ein Schaltsignal, welches insbesondere zwei diskrete Schaltungszustände (ein/aus) aufweist, umgesetzt, um die weitere Signalverarbeitung zur Änderung des SOLL-Werts zu erleichtern.
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Besonders bevorzugt ist die Schalteinrichtung als ein Optokoppler ausgebildet. Der Optokoppler ist mit seiner Senderseite mit der Betriebsspannung verbunden, so dass diese aktiv wird, wenn eine ausreichend hohe Betriebsspannung vorliegt. Insbesondere ist die Senderseite als eine Leuchtdiode ausgebildet. Sofern die anliegende Betriebsspannung größer als die Durchlassspannung der Leuchtdiode der Senderseite des Optokopplers ist, leuchtet die Leuchtdiode des Optokopplers. Auf der Empfangsseite des Optokopplers wird insbesondere durch einen Fototransistor alternativ ein Leuchten der Leuchtdiode oder ein nicht-Leuchten der Leuchtdiode des Optokopplers empfangen, sodass das Schaltsignal gebildet ist. Der Optokoppler ist üblicherweise eingegossen, sodass trotz der optischen Signalübertragung keine Verschmutzungsprobleme zu erwarten sind. Ein weiterer Vorteil des Optokopplers ist es, dass dieser zu einer galvanischen Entkopplung zwischen der Steuereinrichtung und dem Diodenkettenabschnitt führt.
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Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass der SOLL-Wert auf Basis eines SOLL-Spannungswerts, insbesondere dem Stromquellenmodul vorgegeben wird, wobei die Schalteinrichtung durch das Schaltsignal den SOLL-Spannungswert verringert.
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In einer möglichen schaltungstechnischen Ausgestaltung wird der SOLL-Spannungswert durch Abgriff von einem Spannungsteiler, an dem ein konstanter Referenzspannungswert anliegt, gebildet. Durch die Schalteinrichtung wird ein Zusatzwiderstand parallel zu einem der Spannungsteilerabschnitte geschalten, sodass der SOLL-Spannungswert und damit der SOLL-Wert verringert werden. Sollten mehrere der Diodenkettenabschnitte eine derartige Steuereinrichtung aufweisen, so kann jeder der Steuereinrichtungen einen eigenen Zusatzwiderstand parallel zu dem Spannungsteilerabschnitt und/oder parallel zu den anderen Zusatzwiderständen hinzuschalten, sodass der SOLL-Spannungswert auch mehrfach oder mehrstufig verringert werden kann.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Stromquellenmodul einen Komparator und ein Schaltelement auf, wobei der Komparator den SOLL-Spannungswert mit einem Äquivalenzwert für den Kettenstrom vergleicht und das Schaltelement in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ansteuert. Der Äquivalenzwert kann z. B. als ein über einen Widerstand abgegriffene Spannung ausgebildet sein. Ist der Äquivalenzwert für den Kettenstrom kleiner als der SOLL-Spannungswert, so wird das Schaltelement geschlossen; ist der Äquivalenzwert größer als der SOLL-Spannungswert, wird das Schaltelement geöffnet. Insbesondere ist das Schaltelement so angeordnet, dass dieses die Diodenkette in der Gesamtheit unterbrechen kann. Insbesondere kann das Schaltelement vor der Diodenkette, nach der Diodenkette oder in der Diodenkette angeordnet sein.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist der Komparator als ein Operationsverstärker und das Schaltelement als ein Transistor, insbesondere als Schalttransistor ausgebildet, wobei der SOLL-Spannungswert und der Äquivalenzwert an den Eingängen des Operationsverstärkers anliegen und der Ausgang des Operationsverstärkers mit der Basis des Transistors gekoppelt ist.
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Insgesamt ist es bevorzugt, dass die Steuereinrichtung und/oder die Bypasseinrichtung gegebenenfalls jeweils als Analogschaltungen ausgebildet sind. Derartige Analogschaltungen sind besonders kostengünstig herzustellen, da die einzelnen elektronischen Bauteile sehr preiswert sind. Außerdem können Analogschaltungen robuster ausgebildet werden als Digitalschaltungen.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weisen die Bypasseinrichtungen jeweils einen Transistor auf. In einer möglichen, schaltungstechnischen Umsetzung der Erfindung umfasst die Bypasseinrichtung jeweils einen Transistor, insbesondere einen Metall-Oxyd-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), wobei der Bypass über die Quelle (Source) und den Abfluss (drain) des Transistors läuft, wobei an der Steuerelektrode (Gate) des Transistors eine Hilfsspannung anliegt, die eine Grenzspannung definiert. Es ist auch möglich, statt des MOSFET einen bipolaren Transistor oder einen anderen Schalter einzusetzen. Die schaltungstechnische Ausgestaltung stellt sicher, dass die Funktion des Zu- und Abschalten des Bypass der Bypasseinrichtung sicher, zuverlässig und kostengünstig umgesetzt ist. Insbesondere ist die Bypasseinrichtung ausgebildet, wie dies in der Druckschrift
DE 10 2012 000 605 A1 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt via Referenzierung in die vorliegende Offenbarung übernommen wird.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die gleichgerichtete Versorgungsspannung als eine umgeklappte Wechselspannung und/oder als eine pulsierende Versorgungsspannung ausgebildet ist. Im speziellen ist die gleichgerichtete Versorgungsspannung als eine Aneinanderreihung von Halbwellen, insbesondere Sinushalbwellen ausgebildet. Während einer Halbwelle werden die Diodenkettenabschnitte aufgrund der sich verändernden Spannungshöhe der Versorgungsspannung mittels der Bypasseinrichtungen zu- oder abgeschalten, so dass sich über die Halbwelle die Anzahl der LEDs im Leuchtzustand stark ändert. Unter diesen Randbedingungen kann die anpassung des SOLL-Werts für den Kettenstrom einen besonders starken Effekt bei der Homogenisierung der Helligkeit der Diodenkette über die Zeit erreichen.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung, wie diese zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Flugzeug. Die LED-Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere in einem Passagierinnenraum zur Beleuchtung von Passagierplätzen und/oder von dem Passagierinnenraum in seiner Gesamtheit ausgebildet. Insbesondere weist die LED-Beleuchtungsvorrichtung eine Mehrzahl der Diodenketten auf.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Blockdarstellung einer Beleuchtungsvorrichtung in einem Flugzeug als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 ebenfalls in schematischer Darstellung einen Diodenkettenabschnitt der Beleuchtungsvorrichtung in der 1 mit einer Steuereinrichtung sowie dem Stromquellenmodul.
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Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine Beleuchtungsvorrichtung 1 in einem Flugzeug 2 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 ist für den Anschluss an eine Wechselspannungsversorgung eines Versorgungsnetzes 3 des Flugzeugs 2 ausgebildet. Das Versorgungsnetz 3 stellt eine Wechselspannung mit einer Effektivspannung von 115 Volt und einer Frequenz von 400 Hertz bereit. Sowohl die Effektivspannung als auch die Frequenz können schwanken, so kann die Effektivspannung zwischen 90 und 130 V und/oder die Frequenz zwischen 300 Hz und 500 Hz schwanken.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist einen Wechselspannungseingang 4 auf, über den das Versorgungsnetz 3 angeschlossen ist. Ausgehend von dem Wechselspannungseingang 4 ist ein Gleichrichtermodul 5 vorgesehen, welches die Wechselspannung in eine gleichgerichtete Versorgungsspannung wandelt. Bei der gleichgerichteten Versorgungsspannung handelt es sich insbesondere um eine gepulste Gleichspannung. Insbesondere weist das Gleichrichtermodul 5 einen Einweg- oder Zweiweggleichrichter auf, sodass die gleichgerichtete Versorgungsspannung als eine Abfolge von Sinushalbwellen mit der doppelten Frequenz des Versorgungsnetzes 3 ausgebildet ist.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst eine Diodenkette 6, welche eine Mehrzahl – in diesem Beispiel drei – von Diodenkettenabschnitten 7 aufweist. Die Diodenkettenabschnitte 7 sind jeweils miteinander in Reihe geschalten, wobei die gestrichelten Linien auch andeuten, dass weitere Diodenkettenabschnitte 7 vorgesehen sein können.
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In den Diodenkettenabschnitten 7 sind jeweils LEDs 8 angeordnet, welche zwischen einem Abschnittseingang E und einem Abschnittsausgang A in Reihe geschalten sind. Es ist möglich, statt einer einzelnen der LEDs 8 auch eine Mehrzahl von parallel geschalteten LEDs zu verwenden. Die LEDs 8 der verschiedenen Diodenkettenabschnitte 7 sind in dem Flugzeug 2, insbesondere in einem Innenraum des Flugzeugs, so angeordnet, dass sie einen Passagierplatz oder den Flugzeuginnenraum in seiner Gesamtheit beleuchten können. Die LEDs können als weiße LEDs, farbige LEDs oder OLEDs ausgebildet sein.
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In diesem Beispiel ist am Ende der Diodenkette 6 ist ein Stromquellenmodul 9 angeordnet, welches die Funktion übernimmt, einen Kettenstrom IK durch die Diodenkette 6 zu stabilisieren und auf einen SOLL-Wert einzustellen, welcher durch einen SOLL-Spannungswert Vref vorgegeben ist. Das Stromquellenmodul 9 weist einen Komparator 10 in Form eines Operationsverstärkers auf, wobei der eine Eingang des Komparators 10 durch den SOLL-Spannungswert Vref und der andere Eingang durch eine Rückkopplung aus der Diodenkette 6 vor einem Endwiderstand 11 belegt ist, wobei der rückgekoppelte Spannungswert einen Äquivalenzwert für den Kettenstrom IK bildet. Der Ausgang des Komparators 10, insbesondere der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit einem Schaltelement 12 signaltechnisch gekoppelt, wobei das Schaltelement 12 als ein Transistor ausgebildet ist und der Ausgang des Komparators 10 an der Basis des Transistors anliegt, wobei das Schaltelement 12 für den Fall, dass der Äquivalenzwert größer als der SOLL-Spannungswert Vref ist, durchschaltet und ansonsten die Diodenkette 6 unterbricht. Damit bildet das Stromquellenmodul 9 eine Stabilisierung des Kettenstroms IK auf den durch den SOLL-Spannungswert Vref vorgegebenen SOLL-Wert.
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In jeder der Diodenkettenabschnitte 7 ist eine Bypasseinrichtung 13 angeordnet, welche alle LEDs 8 der jeweiligen Diodenkettenabschnitte 7 vollständig überbrückt. Insbesondere überrückt die Bypasseinrichtung 13 den Diodenkettenabschnitt 7 zwischen dem Abschnittseingang E und dem Abschnittsausgang A. Ferner ist ein Kondensator C parallel zu den LEDs 8 und/oder zu der Bypasseinrichtung 13 angeordnet. Die Bypasseinrichtung 13 ist ausgebildet, bei einer niedrigen oder fehlenden anliegenden Spannung die LEDs 8 zu überbrücken und bei einem Übersteigen eines durch die Schaltung festgelegten Grenzwerts die Bypasseinrichtung 13 zu deaktivieren und den Diodenkettenabschnitt 7 von einem Dunkelzustand in einen Leuchtzustand zu überführen. Die Zustände sind so benannt, da – solange die Bypasseinrichtung 13 als Überbrückung aktiviert ist – der Kettenstrom IK durch die Bypasseinrichtung 13 fließt, sodass die LEDs 8 keinen Strom bekommen und dunkel bleiben. Sobald die Bypasseinrichtung 13 deaktiviert ist und somit die Überbrückung deaktiviert ist, fließt der Kettenstrom IK durch die LEDs 8, sodass diese leuchten. Die Bypasseinrichtung 13 umfassen jeweils einen Transistor 22, insbesondere einen MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), wobei dessen Abfluss (drain) mit dem Abschnittseingang E und dessen Quelle (source) mit dem Abschnittsaugang A verbunden sind. An der Steuerelektrode des Transistors 22 liegt über einen Widerstand eine Hilfsspannung Vaux an. Über einen zweiten Widerstand) ist die Steuerelektrode des Transistors 11 mit der Quelle (source) des Transistors 22 gekoppelt. Zwischen dem ersten Widerstand und der Steuerelektrode und parallel zu dem zweiten Widerstand ist jeweils eine Diode angeordnet.
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Durch die Reihenschaltung der Diodenkettenabschnitte 7 wird erreicht, dass mit steigender Versorgungsspannung die Bypasseinrichtungen 13 der aufeinanderfolgenden Diodenkettenabschnitte nacheinander und in Abhängigkeit der Versorgungsspannung deaktiviert werden, sodass nacheinander die Diodenkettenabschnitte 7 von dem Dunkelzustand in den Leuchtzustand überführt werden. Bei einem Absinken der Versorgungsspannung nach Überschreiten eines Maximums der Halbwelle der Versorgungsspannung werden die Diodenkettenabschnitte 7 in umgekehrter Reihenfolge wieder deaktiviert.
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Durch das sukzessive Deaktivieren der Bypasseinrichtungen 13 und damit dem sukzessiven Zuschalten der LEDs 8 in der Diodenkette 6 in Abhängigkeit der Versorgungsspannung wird erreicht, dass der Spannungsabfall an dem Stromquellenmodul 9 minimal ist und sich die LED-Beleuchtungsvorrichtung in einem verlustarmen Betriebszustand befindet. Da sich jedoch bei gleicher Stromstärke die Helligkeit der Diodenkette 6 proportional mit der Anzahl der LEDs 8 im Leuchtzustand ändert, kann eine Homogenisierung der Helligkeit der Diodenkette 6 durch eine Anpassung des SOLL-Werts des Kettenstroms IK erreicht werden, wie dies in Zusammenhang mit 2 erläutert wird:
Die 2 zeigt eine der Diodenkettenabschnitte 7 in der 1, wobei diese durch eine Steuereinrichtung 14 ergänzt ist. Die Steuereinrichtung 14 ist schaltungstechnisch ausgebildet, den SOLL-Wert für das Stromquellenmodul 9 anzupassen. Als Eingangsgrößen werden durch die Steuereinrichtung 14 die Betriebsspannung über einer LED 8 des zugeordneten Diodenkettenabschnitts 7 abgegriffen. Diese Betriebsspannung wird einem Optokoppler 15, welcher als eine Schalteinrichtung ausgebildet ist, zugeführt. In dem Optokoppler 15 ist eine Leuchtdiode 16 angeordnet, welche durch den Abgriff der Betriebsspannung und gegebenenfalls über die Anpassung eines vorgeschalteten Widerstands 17 dann aktiviert ist, wenn auch die LED 8 in den Diodenkettenabschnitt 7 aktiviert ist. Ferner weist der Optokoppler 15 einen Fototransistor 18 auf, welcher bei einem Leuchten der Leuchtdiode 16 in dem Optokoppler 15 geschlossen wird.
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In der 2 ist der Aufbau des Stromquellenmoduls 9 nochmals zu erkennen, wobei zu sehen ist, dass der SOLL-Spannungswert Vref durch einen Spannungsteiler 19 generiert wird. Der Spannungsteiler 19 weist einen ersten und einen zweiten Widerstand 20a, b auf und wird mit einer Hilfsspannung Vaux versorgt. Der Abgriff des SOLL-Spannungswerts Vref erfolgt zwischen den Widerständen 20a, b. Durch den Fototransistor 18 wird ein Zusatzwiderstand 21 parallel zu dem zweiten Widerstand 20b gesetzt, sodass der Gesamtwiderstand der Widerstände 20b und 21 im Vergleich zu dem Einzelwiderstand des Widerstands 20b reduziert wird. Dadurch reduziert sich auch der SOLL-Spannungswert Vref, welcher dem Stromquellenmodul 9 und insbesondere dem Komparator 10 zugeführt wird.
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Durch die Reduktion des SOLL-Spannungswerts Vref als Reaktion auf die Überführung eines Diodenkettenabschnitts 7 von einem Dunkelzustand in einen Leuchtzustand wird somit erreicht, dass der SOLL-Wert für den Kettenstrom IK reduziert wird, sodass trotz einer Erhöhung der Anzahl der leuchtenden LEDs 8 die Gesamthelligkeit der Diodenkette 6 wahlweise konstant oder zumindest gleichmäßig gehalten wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass jeder der Diodenkettenabschnitte 7 eine derartige Steuereinrichtung 14 aufweist. Die Zusatzwiderstände 21 können jeweils so angepasst sein, dass eine homogene Helligkeit der Diodenkette 6 gegeben ist. Es ist jedoch auch möglich, dass gewisse Inhomogenitäten über die Zeit akzeptiert werden, sodass z. B. nur der SOLL-Wert korrigiert wird, wenn die letzten 30% der LEDs 8 bzw. der Diodenkettenabschnitte 7 zugeschaltet werden, um im Mittel eine homogenere Beleuchtung zu bekommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungsvorrichtung
- 2
- Flugzeug
- 3
- Versorgungsnetz
- 4
- Wechselspannungseingang
- 5
- Gleichrichtermodul
- 6
- Diodenkette
- 7
- Diodenkettenabschnitt
- 8
- LED
- 9
- Stromquellenmodul
- 10
- Komparator
- 11
- Endwiderstand
- 12
- Schaltelement
- 13
- Bypasseinrichtung
- 14
- Steuereinrichtung
- 15
- Optokoppler
- 16
- Leuchtdiode
- 17
- Widerstand
- 18
- Fototransistor
- 19
- Spannungsteiler
- 20
- Widerstand
- 21
- Zusatzwiderstand
- 22
- Transistor
- E
- Abschnittseingang
- A
- Abschnittsausgang
- C
- Kondensator
- IK
- Kettenstrom
- Vref
- SOLL-Spannungswert
- Vaux
- Hilfsspannung
