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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 Diodeneinrichtung, wobei die Diodeneinrichtung mindestens eine LED aufweist, wobei die Diodeneinrichtung durch die gleichgerichtete Versorgungsspannung versorgt ist, mit einem Stromquellenmodul zur Stabilisierung eines Diodenstroms durch die Diodeneinrichtung, wobei das Stromquellenmodul wenigstens einen Verbraucher aufweist, wobei der Verbraucher mit einer Hilfsspannung versorgt ist, mit mindestens einer Hilfsspannungsversorgung zur Bereitstellung der Hilfsspannung, wobei die Hilfsspannungsversorgung auf Basis der gleichgerichteten Versorgungsspannung versorgt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Flugzeug mit dieser Beleuchtungsvorrichtung.
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Bei der Ausrüstung von Flugzeugen mit Komponenten wird darauf geachtet, sowohl den Gewichts-, den Bauraum- als auch den Energiebedarf der Ausrüstungskomponenten möglichst gering zu halten. Bei den Beleuchtungen hat sich vor diesem Hintergrund ein Übergang von klassischen Leuchtmitteln, insbesondere Glühlampen, zu LEDs vollzogen. LEDs zeichnen sich durch einen geringeren Bauraumbedarf, ein geringes Gewicht, eine geringere Wärmeentwicklung bei zugleich einem niedrigen Energiebedarf aus.
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In Flugzeugen werden jedoch meist Wechselspannungen zur Versorgung von Komponenten bereitgestellt, sodass diese Wechselspannungen zunächst für die LEDs konditioniert werden müssen. Diese Konditionierung erfolgt durch Schaltungen, wobei ausgehend von den Wechselspannungen eine Gleichspannung erzeugt wird und die LEDs mit der Gleichspannung versorgt werden. Derartige Schaltungen benötigen jedoch für die eigene Steuerung und Regelung ebenfalls eine oder mehrere Hilfsspannungen. Diese Hilfsspannungen werden üblicherweise aus der Gleichspannung abgezweigt.
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Eine derartige LED-Beleuchtungseinrichtung ist zum Beispiel in der Druckschrift
EP 210 7859 A1 offenbart, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Wechselspannungsversorgung vorzuschlagen, die energiesparend arbeitet. Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Flugzeug mit der Beleuchtungsvorrichtung 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 Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere 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 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 im Flugzeug können in den Kennwerten, Effektivspannung und Frequenz stark variierend ausgebildet sein.
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Die 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. Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung einen Brückengleichrichter zum Gleichrichten der Spannung der Wechselspannungsquelle, wobei die dabei geformte Versorgungsspannung für die Beleuchtungsvorrichtung als eine umgeklappte Wechselspannung ausgebildet ist.
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Die Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere als eine LED-Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet und umfasst eine Diodeneinrichtung, wobei die Diodeneinrichtung mindestens eine LED aufweist. Vorzugsweise weist die Diodeneinrichtung eine Vielzahl, z. B. mehr als 20, insbesondere mehr als 50 LEDs, auf. Die LEDs können in Reihen und/oder parallel zueinander angeordnet sein. Besonders bevorzugt weist die Diodeneinrichtung eine Mehrzahl von Diodenabschnitten auf, welche seriell zueinander angeordnet sind. Die Beleuchtungsvorrichtung kann optional eine oder mehrere Steuereinrichtungen aufweisen, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Diodenabschnitte in Abhängigkeit einer aktuell verfügbaren Versorgungsspannung zu aktivieren beziehungsweise zu aktivieren. So ist es möglich, dass bei einer geringen Höhe der Versorgungsspannung nur eine Teilmenge, zum Beispiel weniger als 50 Prozent, der LEDs aktiviert ist und erst mit steigender Höhe der Versorgungsspannung weitere LEDs oder Diodenabschnitte zugeschalten werden. Dieses Vorgehen wird umgesetzt, um bei stark variierender Spannungshöhe stets eine energieeffiziente Anzahl von LEDs aktiv und/oder um Verlustleistungen gering zu halten.
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Ferner weist die Beleuchtungsvorrichtung ein Stromquellenmodul zur Stabilisierung, insbesondere Einstellung, eines Diodenstroms, welcher durch die Diodeneinrichtung fließt, auf einen Soll-Wert auf. Insbesondere ist das Stromquellenmodul als ein geregeltes Stromquellenmodul ausgebildet, wobei der Diodenstrom oder eine dazu äquivalente Größe als Äquivalenzwert als eine Ist-Größe gemessen wird, mit dem Soll-Wert verglichen wird und in Abhängigkeit der Differenz zwischen Ist-Größe und Soll-Wert den Diodenstrom stabilisiert, insbesondere regelt oder einstellt.
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Das Stromquellenmodul umfasst wenigstens einen Verbraucher, insbesondere zur Steuerung und/oder Regelung des Stromquellenmoduls, wobei der Verbraucher mit einer Hilfsspannung versorgt ist.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst mindestens oder genau eine Hilfsspannungsversorgung, insbesondere eine Hilfsspannungsversorgungseinrichtung, zur Bereitstellung der Hilfsspannung für den Verbraucher in dem Stromquellenmodul, wobei die Hilfsspannungsversorgung auf Basis der gleichgerichteten Versorgungsspannung versorgt ist. Insbesondere bildet die Hilfsspannungsversorgung aus der gleichgerichteten Versorgungsspannung oder einer auf der gleichgerichteten Versorgungsspannung basierenden Spannung, insbesondere aus einer Restversorgungsspannung, die Hilfsspannung. Die Hilfsspannung wird dem Verbraucher zugeführt.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Hilfsspannungsversorgung eine erste Versorgungsstufe und eine zweite Versorgungsstufe aufweist. Die erste Versorgungsstufe ist ausgebildet, die Hilfsspannung bei einer niedrigen Spannungshöhe der Versorgungsspannung, insbesondere der gleichgerichteten Versorgungsspannung, und die zweite Versorgungsstufe ist ausgebildet, die Hilfsspannung bei einer im Vergleich zu der niedrigeren Spannungshöhe höheren Spannungshöhe der Versorgungsspannung, insbesondere der gleichgerichteten Versorgungsspannung, bereitzustellen. Somit wird für den Betriebszustand mit einer Spannungshöhe der gleichgerichteten Versorgungsspannung kleiner als eine Grenzspannung oder als ein Grenzspannungsbereich die Hilfsspannung über die erste Versorgungsstufe bereitgestellt und für den Betriebszustand mit einer Spannungshöhe der gleichgerichteten Versorgungsspannung größer als die Grenzspannung oder der Grenzspannungsbereich die Hilfsspannung über die zweite Versorgungsstufe bereitgestellt. Besonders bevorzugt arbeiten die erste Versorgungsstufe und die zweite Versorgungsstufe alternativ und im Speziellen alternativ gegenseitig ausschließend zur Bereitstellung der Hilfsspannung. Besonders bevorzugt ist die zweite versorgungsstufe ausgebildet, die erste Versorgungsstufe zu deaktivieren.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Bereitstellung der Hilfsspannung bei stark unterschiedlichen Randbedingungen, nämlich bei niedriger und bei hoher Versorgungsspannung nur unter Erzeugung einer vergleichsweise hohen Verlustleistung möglich ist. Entweder ist die Hilfsversorgung für geringe Versorgungsspannungen z. B. im Bereich von einem Minimum oder von einem Nulldurchgang ausgebildet oder diese ist für hohe Versorgungsspannungen, wie z. B. bei einem Maximum ausgebildet. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, die Hilfsspannungsversorgung zweistufig auszubilden, wobei in der ersten Versorgungsstufe die Hilfsspannung ausgehend von einer niedrigen Versorgungsspannung bereitgestellt wird und wobei in der zweiten Versorgungsstufe die Hilfsspannung vorzugsweise verlustarm oder sogar verlustfrei ausgehend von einer höheren Versorgungsspannung bereitgestellt wird.
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Betrachtet man bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, dass die gleichgerichtete Versorgungsspannung als eine pulsierende Gleichspannung und/oder als eine Gleichspannung mit einer Aneinanderreihung von Halbwellen, insbesondere sinusförmigen Halbwellen, ausgebildet ist, so wird die erste Versorgungsstufe am Anfang und am Ende der Halbwelle eingesetzt, wobei im Zwischenteil der Halbwelle die zweite Versorgungsstufe die Hilfsspannung bereitstellt. Dadurch werden Leistungsverluste durch die Hilfsspannungsversorgung auf den Anfang und das Ende der Halbwelle konzentriert, wohingegen die Hilfsspannungsversorgung im Mittelteil der Halbwelle weitgehend oder vollständig verlustfrei arbeiten kann. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird somit die verlustbehaftete Bereitstellung der Hilfsspannung auf den Anfang und das Ende der Halbwelle reduziert werden, wohingegen die Verluste in dem Mittelteil der Halbwelle weitgehend oder vollständig eliminiert werden.
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Schaltungstechnisch betrachtet ist es bevorzugt, dass die erste Versorgungsstufe die gleichgerichtete Versorgungsspannung entlang eines Hauptstrompfads vor der Diodeneinrichtung, insbesondere als die gleichgerichtete Versorgungsspannung, abgreift und die zweite Versorgungsstufe eine reduzierte Versorgungsspannung als eine Restversorgungsspannung entlang des Hauptstrompfads hinter der Diodeneinrichtung abgreift. Insbesondere ist die Spannungshöhe der Restversorgungsspannung durch den Spannungsabfall an der Diodeneinrichtung reduziert. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass – wieder beispielhaft bezogen auf das Beispiel mit einer Versorgungsspannung mit Halbwellen – bei einer geringen Spannungshöhe oder am Anfang einer Halbwelle die Spannung der gleichgerichteten Versorgungsspannung von einem Minimum oder sogar von 0 Volt startet und daher eine unverringerte Versorgungsspannung als Eingangsspannung für die erste Versorgungsstufe genutzt werden soll. Sobald die gleichgerichtete Versorgungsspannung in einem mittleren Bereich der Halbwelle größer geworden ist, ist es ausreichend, die zweite Versorgungsstufe mit einem Abgriffspunkt oder Eingang nach der Diodeneinrichtung anzukoppeln, um eine möglichst geringe Verlustleistung bei der zweiten Versorgungsstufe zu erreichen.
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Bei einer bevorzugten schaltungstechnischen Realisierung weist die erste Versorgungsstufe einen ersten Schaltungsbereich auf, welcher einen ersten Steuerabschnitt und einen ersten Versorgungsabschnitt umfasst. Ferner weist der Schaltungsbereich eine erste Schalteinrichtung mit einer ersten Steuerelektrode und mit zwei ersten Schaltanschlüssen auf. In dem ersten Steuerabschnitt sind in Reihe geschalten zunächst der erste Widerstand und nachfolgend die erste Steuerelektrode angeordnet. In dem ersten Versorgungsabschnitt sind ebenfalls in Reihe geschalten zunächst der zweite Widerstand und über die zwei Schaltanschlüsse ein Ausgang für die Hilfsspannung bereitgestellt. Der Eingang zu dem Schaltungsbereich ist vorzugsweise über eine Diode in Durchlassrichtung mit der Versorgungsspannung verbunden. Sobald eine ausreichende Spannung an der ersten Steuerelektrode anliegt, schaltet diese durch, sodass in dem Versorgungsabschnitt die gleichgerichtete Versorgungsspannung über den ersten Widerstand und die ersten Schaltanschlüsse gegebenenfalls in reduzierter Form an dem Ausgang für die Hilfsspannung anliegt.
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Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass in dem ersten Steuerabschnitt die Steuerelektrode über eine Zenerdiode, welche eine erste Grenzspannung aufweist, in Sperrrichtung mit einer Masse der Beleuchtungsvorrichtung verbunden ist. Somit ist die Maximalspannung, die an der Steuerelektrode anliegen kann, durch die erste Grenzspannung definiert. Es ist weiterhin bevorzugt, dass in dem ersten Versorgungsabschnitt der Ausgang der Hilfsspannung über einen Kondensator mit der Masse verbunden ist, um die Hilfsspannung zu glätten.
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Bei einer bevorzugten schaltungstechnischen Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Versorgungsstufe einen zweiten Schaltungsbereich mit einem zweiten Steuerabschnitt und einem zweiten Versorgungsabschnitt auf. Ferner umfasst die zweite Versorgungsstufe eine zweite Zenerdiode, welche eine zweite Grenzspannung aufweist, sowie eine zweite Schalteinrichtung mit einer weiteren Steuerelektrode und zwei weiteren Schaltanschlüssen. In dem Steuerabschnitt ausgehend von dem Eingang der zweiten Versorgungsstufe die zweite Zenerdiode und die zweite Steuerelektrode in Reihe angeordnet, wobei die Zenerdiode in Sperrrichtung orientiert ist. In dem zweiten Versorgungsabschnitt ist ausgehend von dem Eingang der zweiten Versorgungsstufe ein weiterer optionaler Widerstand und über die zwei weiteren Schaltanschlüsse ein weiterer Ausgang für die Hilfsspannung bereitgestellt. Der Eingang zu der zweiten Versorgungsstufe ist entlang des Hauptstrompfads in Reihe nach der Diodeneinrichtung angeordnet. Der Ausgang für die Hilfsspannung ist über eine Diode in Durchlassrichtung gesichert.
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Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Grenzspannung der zweiten Zenerdiode größer oder gleich zu der ersten Grenzspannung der ersten Zenerdiode ist. Steigt die gleichgerichtete Versorgungsspannung zum Beispiel während einer Halbwelle an, so wird zunächst die erste Versorgungsstufe dazu eingesetzt, die Hilfsspannung bereitzustellen. Dabei ist die Maximalspannung an der ersten Steuerelektrode gleich der Grenzspannung der ersten Zenerdiode. Steigt die Versorgungsspannung weiter an, so übersteigt diese die Grenzspannung der zweiten Zenerdiode, sodass die zweite Schalteinrichtung in Durchlass geschalten wird und die Hilfsspannung von der zweiten Versorgungsstufe bereitgestellt wird. Durch die Kopplung der Ausgänge der ersten und der zweiten Versorgungsstufe, insbesondere über die Diode, wird erreicht, dass an dem Ausgang der ersten Versorgungsstufe über den Ausgang der zweiten Versorgungsstufe die Hilfsspannung von der zweiten Versorgungsstufe anliegt, die größer ist als die Grenzspannung der ersten Zenerdiode und somit größer als die Steuerspannung, die an der ersten Steuerelektrode anliegt, ist. Dadurch wird die erste Schalteinrichtung auf sperrend geschaltet, so dass die die erste Versorgungsstufe deaktiviert ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Stromquellenmodul einen Komparator und ein Schaltelement auf, wobei der Komparator einen SOLL-Spannungswert als SOLL-Wert mit einem Äquivalenzwert für den Diodenstrom vergleicht und das Schaltelement in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ansteuert. Der Äquivalenzwert kann zum Beispiel als ein über einen Widerstand, insbesondere über einen Shunt-Widerstand, abgegriffene Spannung ausgebildet sein. Ist der Äquivalenzwert für den Diodenstrom 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 Diodeneinrichtung in der Gesamtheit abkoppeln und/oder den Hauptstrompfad unterbrechen kann. Insbesondere kann das Schaltelement vor der Diodeneinrichtung, in der Diodeneinrichtung oder nach der Diodeneinrichtung 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 ein 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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Es ist besonders bevorzugt, dass die erste Versorgungsstufe und/oder die zweite Versorgungsstufe 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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Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Eingang zu der zweiten Versorgungsstufe elektrisch leitend mit dem Eingang zu dem Stromquellenmodul und der Ausgang der zweiten Versorgungsstufe über einen Kondensator mit dem Abgriffspunkt für den Äquivalenzwert verbunden ist. Auf diese Weise wird die Hilfsspannung in der zweiten Versorgungsstufe aus der Spannungsdifferenz erzeugt, die über dem Stromquellenmodul abfällt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Flugzeug mit der Beleuchtungsvorrichtung, wie diese zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Die Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere in einem Passagierinnenraum zur Beleuchtung von Passagierplätzen und/oder von dem Passagierinnenraum in seiner Gesamtheit ausgebildet. Insbesondere weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Mehrzahl von Diodeneinrichtungen auf.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigt:
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1 eine stark schematisierte Schaltungsdarstellung einer Beleuchtungsvorrichtung in einem Flugzeug als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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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 eine Frequenz von 400 Hertz bereit. Sowohl die Effektivspannung als auch die Frequenz können schwanken, so kann die Effektivspannung zwischen 90 und 130 Volt und/oder die Frequenz zwischen 300 und 500 Hertz liegen. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 dient beispielsweise zur Beleuchtung eines Flugzeuginnenraums oder von einzelnen Passagierplätzen.
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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, welche die Wechselspannung in eine gleichgerichtete Versorgungsspannung wandeln. Bei der gleichgerichteten Versorgungsspannung handelt es sich insbesondere um ein gepulste Gleichspannung. Insbesondere weist das Gleichrichtermodul 5 einen Einweg- oder Zweiweg-Gleichrichter auf, sodass die gleichgerichtete Versorgungsspannung als eine Abfolge von Halbwellen, insbesondere von Sinushalbwellen, mit der doppelten Frequenz des Versorgungsnetzes 3 ausgebildet ist.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst eine Diodeneinrichtung 6, welche eine Mehrzahl von LEDs 7 aufweist. Die LEDs 7 können als weiße LEDs, farbige LEDs oder O-LEDs ausgebildet sein.
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Am Ende des Hauptstrompfades, insbesondere in Reihe nach der Diodeneinrichtung 6, ist ein Stromquellenmodul 9 angeordnet, welches die Funktion übernimmt, einen Diodenstrom IK durch die Diodeneinrichtung 6 zu stabilisieren und insbesondere 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 dem Hauptstrompfad vor einem Endwiderstand oder Shunt-Widerstand 11 belegt ist. Der rückgekoppelte Spannungswert ist als ein Äquivalenzwert zu dem Diodenstrom IK ausgebildet. 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. Für den Fall, dass der Äquivalenzwert größer als der Soll-Spannungswert VREF ist, wird das Schaltelement 12 durch den Komparator 10 angesteuert, so dass dieser durchschaltet, ansonsten wird durch das Schaltelement 12 der Hauptstrompfad unterbrochen. Damit setzt das Stromquellenmodul 9 eine Stabilisierung des Diodenstroms IK auf den durch den Soll-Spannungswert VREF vorgegebenen Soll-Wert um.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist eine Hilfsspannungsversorgung 13 auf, welche in eine erste Versorgungsstufe 14 und in eine zweite Versorgungsstufe 15 aufgeteilt werden kann. Die Hilfsspannungsversorgung 13 dient dazu, eine Hilfsspannung Vaux insbesondere für einen Verbraucher in dem Stromquellenmodul 9 bereitzustellen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient die Hilfsspannung Vaux zur Versorgung des Komparators 10, in diesem Fall des Operationsverstärkers, als der Verbraucher in dem Stromquellenmodul 9.
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Die erste Versorgungsstufe 14 wird mit der gleichgerichteten Versorgungsspannung VLED an einem Eingang E1 versorgt. Der Eingang E1 ist somit im Hauptstrompfad vor der Diodeneinrichtung 6 angeordnet. Ausgehend von dem Eingang E1 ist zunächst eine Diode 16 angeordnet. Danach teilt sich die Schaltung auf in einen ersten Steuerabschnitt 17 und in einen ersten Versorgungsabschnitt 18 auf. In dem ersten Steuerabschnitt 17 ist in Reihe nachfolgend ein erster Widerstand 19 und eine Kontaktierung zu einer Steuerelektrode 20 einer ersten Schalteinrichtung 21 geschalten. Nachfolgend ist eine erste Zenerdiode 22 angeordnet, welche in Sperrrichtung orientiert ist. Der erste Steuerabschnitt 17 wird nachfolgend auf eine Masse M geführt.
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Der erste Versorgungsabschnitt 18 weist einen zweiten Widerstand 23 auf und ist im Weiteren mit den zwei ersten Schaltanschlüssen 24a, b verschaltet. Nachfolgend kommt der Ausgang A für die Hilfsversorgungsspannung Vaux. Nach dem Ausgang A kommt ein Kondensator 25, der erste Versorgungsabschnitt 18 ist danach auf die Masse M gelegt. Die Schalteinrichtung 21 ist beispielsweise als ein Transistor ausgebildet.
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Im Betrieb liegt an dem Eingang E1 die gleichgerichtete Versorgungsspannung VLED an. Wenn diese beginnt anzusteigen, schaltet der erste Steuerabschnitt 17 über die Steuerelektrode 20 die erste Schalteinrichtung 21 durch, sodass der erste Versorgungsabschnitt 18 über den Widerstand 23 und die durchgeschalteten Schaltanschlüsse 24a, b mit dem Ausgang A für die Hilfsspannung Vaux kontaktiert ist. Die Spannungshöhe an der Steuerelektrode 20 ist durch die erste Zenerdiode 22 jedoch auf die erste Grenzspannung der Zenerdiode 22 beschränkt.
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Ein Eingang E2 der zweiten Versorgungsstufe 15 befindet sich beim Hauptstrompfad nach der Diodeneinrichtung 6 und ist mit einem Eingang E3 in das Stromquellenmodul 9 verbunden. Ausgehend von dem Eingang E2 teilt sich die Schaltung in einen zweiten Steuerabschnitt 30 und in einen zweiten Versorgungsabschnitt 31 auf. In dem zweiten Steuerabschnitt 30 ist in Sperrrichtung orientiert eine zweite Zenerdiode 32 angeordnet, nachfolgend kommt eine zweite Steuerelektrode 33 einer zweiten Schalteinrichtung 34. Die zweite Steuerelektrode 33 ist über einen weiteren Widerstand 35 mit der Masse M verbunden.
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In dem zweiten Versorgungsabschnitt 31 kommt zunächst ein Widerstand 36, zwei Schaltanschlüsse 37a, b der Schalteinrichtung 34. Nachfolgend ist der zweite Versorgungsabschnitt 31 über eine weitere Diode 38 mit dem Ausgang A für die Hilfsspannung Vaux gekoppelt.
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Ferner ist der zweite Versorgungsabschnitt 31 vor der weiteren Diode 38 über einen Kondensator 39 mit dem Abgriffspunkt für den Äquivalenzwert verbunden, sodass an der zweiten Versorgungsstufe 15 der Spannungsabfall des Stromquellenmoduls 9 vor dem Shunt-Widerstand 11 anliegt.
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Für niedrige Spannungshöhen der Restversorgungsspannung hinter der Diodeneinrichtung 6 und/oder an dem Eingang E2 oder E3 sperrt die zweite Zenerdiode 32, sodass an der Steuerelektrode 33 keine Spannung anliegt. Erhöht sich die Restversorgungsspannung jedoch, so wird die zweite Grenzspannung der zweiten Zenerdiode 32 überschritten und es liegt eine Schaltspannung an der Steuerelektrode 33 an, sodass die zweite Schalteinrichtung 34 durch geschalten wird und an dem Ausgang A für die Hilfsspannung Vaux der Spannungsabfall des Stromquellenmoduls 9 anliegt. Sobald der Spannungsabfall größer ist als die erste Grenzspannung der ersten Zenerdiode 22, sperrt die erste Schalteinrichtung 21, sodass die erste Versorgungsstufe 14 abgekoppelt und die zweite Versorgungsstufe 15 aktiviert ist.
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Die erste Versorgungsstufe 14 bildet einen linearen Regler, welcher jedoch bei einer Halbwelle der Versorgungsspannung VLED nur zum Anlaufen oder beim Abklingen der Halbwelle aktiviert ist. In der Anlaufphase mit einer niedrigen Versorgungsspannung VLED wird die Hilfsspannung Vaux zunächst von der Versorgungsspannung VLED über die als Transistor ausgebildete Schalteinrichtung 21 mit einem Strom 13 versorgt. Am Kondensator 25 baut sich die Hilfsspannung Vaux auf. Sie wird aber durch die Zenerdiode 22 begrenzt. In einer mittleren Phase der Halbwelle der Versorgungsspannung VLED beginnt ein Diodenstrom IK durch die Diodeneinrichtung 6 zu fließen. Das Schaltelement 12 und der Komparator 10 sowie der Shunt-Widerstand 11 sorgen dafür, dass der Diodenstrom IK konstant bleibt. Über die zweite Versorgungsstufe 15 wird ein Teil des Diodenstroms IK abgezweigt. Ein Teil davon fließt durch die zweite Schalteinrichtung 34 und lädt den Kondensator 39 auf. Die Strombegrenzung erfolgt durch die zweite Zenerdiode 32 und den Widerstand 35.
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Sobald die Spannung an dem Kondensator 39 die Grenzspannung der ersten Zenerdiode 22 übersteigt, sperrt die erste Schalteinrichtung 21, sodass kein Strom mehr durch die erste Versorgungsstufe 14 fließen kann. Die Versorgung des Stromquellenmoduls 9 mit der Hilfsspannung Vaux erfolgt dann nicht mehr durch die erste Versorgungsstufe 14, sondern durch die zweite Versorgungsstufe 15. Über das Schaltelement 12 fließt dann ein Strom, der sich aus der Differenz von dem Diodenstrom IK und dem Strom ergibt, der durch das zweite Schaltelement 33 fließt. Durch den Shunt-Widerstand 11 fließt der Diodenstrom IK, der für die Regelung des Diodenstroms IK zwingend erforderlich ist. An der zweiten Schalteinrichtung 34 entsteht zwar Verlust, jedoch reduziert sich der Verlust am Schaltelement 12 um den gleichen Betrag, was insgesamt zu einer verlustlosen Hilfsversorgung 13 führt. Die Einsparung der Hilfsversorgung 13 durch die zweite Versorgungsstufe 15 ist somit der eingesparte Verlust an der ersten Schalteinrichtung 21 im Mittelteil der Halbwelle der Versorgungsspannung VLED.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungsvorrichtung
- 2
- Flugzeug
- 3
- Versorgungsnetz
- 4
- Wechselspannungseingang
- 5
- Gleichrichtermodul
- 6
- Diodeneinrichtung
- 7
- LEDs
- 8
- leer
- 9
- Stromquellenmodul
- 10
- Komparator
- 11
- Endwiderstand/Shunt-Widerstand
- 12
- Schaltelement
- 13
- Hilfsspannungsversorgung
- 14
- erste Versorgungsstufe
- 15
- zweite Versorgungsstufe
- 16
- Diode
- 17
- erster Steuerabschnitt
- 18
- erster Versorgungsabschnitt
- 19
- Widerstand
- 20
- erste Steuerelektrode
- 21
- erste Schalteinrichtung
- 22
- erste Zenerdiode
- 23
- Widerstand
- 24a, b
- erste Schaltanschlüsse
- 25
- Kondensator
- 30
- zweiter Steuerabschnitt
- 31
- zweiter Versorgungsabschnitt
- 32
- zweite Zenerdiode
- 33
- zweite Steuerelektrode
- 34
- zweite Schalteinrichtung
- 35
- Widerstand
- 36
- Widerstand
- 37a, b
- Schaltanschlüsse
- 38
- Diode
- 39
- Kondensator
- E1, E2, E3
- Eingänge
- A
- Ausgang für Vaux
- Vaux
- Hilfsspannung
- VLED
- Versorgungsspannung
- ILED
- Diodenstrom
- IK
- Diodenstrom
- M
- Masse
- VREF
- Soll-Spannungswert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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