DE102014114853A1

DE102014114853A1 - Schaltung zum flackerarmen Betreiben von Leuchtdioden, sowie Leuchtmittel und Leuchte

Info

Publication number: DE102014114853A1
Application number: DE102014114853.3A
Authority: DE
Inventors: Uwe Wiesner; Norbert Wittschief
Original assignee: Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2016-04-14
Also published as: WO2016058585A1; EP3207767B1; EP3207767A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum flackerarmen Betreiben von Leuchtdioden, wobei die Schaltung n LED-Ketten mit einer jeweiligen Ordnungszahl N, wobei das n ganzzahlig und größer 1 und das N ganzzahlig und größer 0 ist, einen Gesamtversorgungsspannungsanschluss, an welchem eine zeitabhängige Versorgungsspannung, insbesondere gleichgerichtete Wechselspannung, anlegbar ist, und eine LED-Ketten-Beschaltung aufweist und die LED-Ketten-Beschaltung derart eingerichtet ist, dass die einzelnen LED Ketten mit steigender Versorgungsspannung mit steigender Ordnungszahl N beschaltet und mit fallender Versorgungsspannung mit fallender Ordnungszahl abgeschaltet werden, wobei dem Gesamtversorgungsspannungsanschluss eine Stromspeicherquelle zugeordnet ist, welche derart eingerichtet ist, dass bei einer Versorgungsstartspannung die Stromspeicherquelle geladen wird und bei einer Versorgungseinsatzspannung die Stromspeicherquelle einer der LED-Ketten einen Versorgungsstrom aufprägt, sodass diese LED Kette beschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum flackerarmen Betreiben von Leuchtdioden, wobei die Schaltung n LED-Ketten mit einer jeweiligen Ordnungszahl N, wobei das n ganzzahlig und größer 1 und das N ganzzahlig und größer 0 ist, einen Gesamtversorgungsspannungsanschluss, an welchem eine zeitabhängige Versorgungsspannung, insbesondere gleichgerichtete Wechselspannung, anlegbar ist, und eine LED-Ketten-Beschaltung aufweist und die LED-Ketten-Beschaltung derart eingerichtet ist, dass die einzelnen LED Ketten mit steigender Versorgungsspannung mit steigender Ordnungszahl N beschaltet und mit fallender Versorgungsspannung mit fallender Ordnungszahl abgeschaltet werden, sowie ein Leuchtmittel und eine Leuchte.
Wechselspannungsbetriebene LED-Leuchten (LED = light emitting diode/Leuchtdiode) werden vermehrt aufgrund ihrer günstigen Eigenschaften in Bezug auf Lichtausbeute, Lebensdauer und Energieeinsatz verwendet. Dazu wird im Allgemeinen die netzseitige Wechselspannung gleichgerichtet und es werden einzelne LED-Ketten angesteuert.
Über eine gerichtete Halbwelle (180°) einer sinusförmigen Wechselspannung hinweg sind über ca. 50° die LED-Ketten nicht beschaltet. Lediglich über den Phasenwinkel von ca. 130° hinweg ist zumindest eine oder sind mehrere LED-Ketten beschaltet, sodass während dieser Zeit die beschalteten Leuchtdioden ein Lichtsignal abgeben. Das bedeutet, dass ca. 28% der Zeit die Leuchtdioden kein Licht abgegeben.
Dies führt zu einem sogenannten Flackern. Insbesondere in Räumen oder Orten die gut beleuchtet sein müssen, ist ein derartiges Flackern unerwünscht, da dieses die Augen leicht ermüdet und beispielsweise ein effektives Arbeiten über einen Arbeitstag hinweg nicht gewährleistet werden kann. Insbesondere wenn eine derartige Lichtquelle aus dem Augenwinkel betrachtet wird, empfinden einige Betrachter dieses Flackern zudem als unangenehm.
Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Schaltung zum flackerarmen Betreiben von Leuchtdioden, wobei die Schaltung n LED-Ketten mit einer jeweiligen Ordnungszahl N, wobei das n ganzzahlig und größer 1 und das N ganzzahlig und größer 0 ist, einen Gesamtversorgungsspannungsanschluss, an welchem eine zeitabhängige Versorgungsspannung, insbesondere gleichgerichtete Wechselspannung, anlegbar ist, und eine LED-Ketten-Beschaltung aufweist und die LED-Ketten-Beschaltung derart eingerichtet ist, dass die einzelnen LED Ketten mit steigender Versorgungsspannung mit steigender Ordnungszahl N beschaltet und mit fallender Versorgungsspannung mit fallender Ordnungszahl abgeschaltet werden, wobei dem Gesamtversorgungsspannungsanschluss eine Stromspeicherquelle zugeordnet ist, welche derart eingerichtet ist, dass bei einer Versorgungsstartspannung die Stromspeicherquelle geladen wird und bei einer Versorgungseinsatzspannung die Stromspeicherquelle mindestens einer der LED-Ketten, insbesondere der gesamten LED-Kette mit der Ordnungszahl 1 und somit mit den meisten LEDs, einen Versorgungsstrom aufprägt, sodass diese LED Kette beschaltet ist.
Somit kann auch über die Dunkelphasen hinweg zumindest eine LED-Kette oder einem Teil einer LED-Kette so beschaltet werden, dass diese während dieser Zeit ein Lichtsignal durch die einzelnen Leuchtdioden aussendet. Insbesondere aufgrund dessen, dass das Sehen nicht linear sondern eher logarithmisch erfolgt empfindet ein Betrachter die sich vielleicht noch ergebenen Helligkeitsunterschiede als äußerst gering und kann diese zumindest mit seinem Auge optisch nicht oder nur kaum wahrnehmen. Dies führt dazu, dass eine Beleuchtung, welche mit vorliegender Schaltung umgesetzt wird, durch Personen als sehr angenehm empfunden wird und dazu, dass auch ein Arbeiten über einen gesamten Arbeitstag hinweg gut möglich ist. Somit kann zumindest ausgeschlossen werden, dass aufgrund der Beleuchtung es zu einem übermäßigen Ermüden der Augen kommt.
Folgendes Begriffliche sei erläutert.
Bei der „Schaltung” handelt es sich insbesondere um eine elektronische Schaltung, welche auf einer entsprechenden Platine mit entsprechenden Bauteilen ausgestaltet ist. Aber auch freiverdrahtete Leitungen und Bauteile können die Schaltung umsetzen.
Unter einem „flackerarmen Betreiben” wird insbesondere verstanden, dass eine vollständige Dunkelheit sämtlicher LEDs ausgeschlossen oder für eine entsprechende Zeit reduziert ist. Insbesondere umfasst der Begriff flackerarm auch den Begriff flackerfrei, wobei zwar weiterhin Helligkeitsunterschiede vorhanden sein können, jedoch im Wesentlichen eine durchgehende Beleuchtung gegeben ist.
Unter „Leuchtdioden” im Folgenden auch LED (light emitting diode) abgekürzt, sind insbesondere Halbleiterbauelemente zu verstehen, welche bei einer angelegten Spannung oder bei einem fließenden Strom Licht, insbesondere im optischen Spektrum von 400–800 nm, aussenden.
Die „LED-Ketten” umfassen im Allgemeinen mehrere Leuchtdioden. Wenn zuvor bereits LED-Ketten mit mehreren Leuchtdioden verwendet werden, werden auch Einzeldioden, welche entsprechend angesteuert werden, als LED-Kette bezeichnet. So kann beispielsweise eine der LED-Ketten durch eine oder mehrere Z-Dioden (Zenerdioden) gebildet werden.
Insbesondere gibt das „n” die Anzahl der LED-Ketten an. Üblicherweise werden zwischen 2 und 10 LED-Ketten und besonders bevorzugt zwischen 4 und 6 LED-Ketten verwendet. Die Ordnungszahl „N” nummeriert die einzelnen Ketten. Somit kann jede einzelne LED-Kette mit Angabe der Ordnungszahl N eindeutig bestimmt werden.
Der „Gesamtversorgungsspannungsanschluss” wird insbesondere durch eine Anschlussleitung gebildet, welche sowohl die einzelne LED-Kette als auch die Stromspeicherquelle (direkt oder indirekt) versorgt. Insbesondere kann in diesem Gesamtspannungsversorgungsanschluss eine gleichgerichtete Wechselspannung mit 230 V_eff aufgeprägt werden. Dies bedeutet vorliegend, dass sich an dem Gesamtversorgungsspannungsanschluss im Allgemeinen gleichgerichtete sinusförmige Halbwellen mit Spannungswerten zwischen 0 und ca. 325 V anliegen.
Unter der „zeitabhängigen Versorgungsspannung” werden insbesondere Spannungen verstanden, bei denen sich der Spannungswert abhängig von der Zeit oder entsprechend einem Phasenwinkel ändert. Dadurch, dass insbesondere bei einer Wechselspannung diese gleichgerichtet wird, liegt anschließend insbesondere eine zeitabhängige Gleichspannung vor.
Mittels der „LED-Ketten-Beschaltung” können einzelne oder mehrere LED-Ketten insbesondere abhängig von der an den Gesamtversorgungsanschluss anliegenden Spannung beschaltet werden. So kann zum Beispiel die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 1 bei einer ansteigenden Spannung bis 142 V allein betrieben werden. Anschließend kann durch entsprechendes Umschalten die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 2 bis zu einer Spannung von 218 V zugeschaltet werden. Bis zu einer Spannung von 257 V kann dann noch zusätzlich die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 3 und bis zu einer Spannung von 283 V die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 4 und ab 320 V die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 5 hinzugeschaltet werden.
Bei fallender Spannung werden nun in umgekehrter Reihenfolge die einzelnen LED-Ketten wieder abgeschaltet, sodass ab einer Spannung von 320 V die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 5, ab 283 V die LED-Kette mit der Ordnungszahl 4 und so weiter abgeschaltet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die LED-Ketten-Beschaltung das Beschalten der einzelnen LED-Ketten mittels schaltbarer Stromquellen realisiert. Diese schaltbaren Stromquellen sind dabei insbesondere derart eingerichtet, dass ein LED-Kettenstrom und somit auch eine LED-Kettenspannung (Spannungsabfall an der LED-Kette oder an den LED-Ketten) während des Betreibens die LED-Kette oder die LED-Ketten im Wesentlichen konstant bleibt. Dies erhöht die Lebensdauer der einzelnen LEDs.
Die „Stromspeicherquelle” ist insbesondere eine Schaltung oder ein Schaltungsteil, welche oder welches insbesondere bei einer „Versorgungsstartspannung” geladen wird und welche ab einer „Versorgungseinsatzspannung” einen Strom zumindest einer der LED-Ketten aufprägt. Somit umfasst eine Stromspeicherquelle sowohl einen Ladungsspeicher als auch einen Ladungsspender, welche entsprechend jeweils aktiviert oder deaktiviert werden. Diese Stromspeicherquelle ist insbesondere „vor” den LED-Ketten angeordnet, sodass – je nach Beschaltung der LED-Ketten – auch mehrere oder auch sämtliche LEDs durch die Stromspeicherquelle versorgbar sind.
In einer weiteren Ausprägungsform weist die LED-Kette mit der Ordnungszahl N mehr Leuchtdioden auf, als die LED-Kette mit der Ordnungszahl N + 1. So kann beispielsweise die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 1 44 LEDs, die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 2 24 LEDs, die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 3 12 LEDs, die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 4 8 LEDs aufweisen. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 1 die meisten LEDs aufweist, da diese insbesondere vorrangig beschaltet wird und durch das Beschalten eine Grundhelligkeit ausstrahlt, welche durch die weiteren LED-Ketten im Wesentlichen nur leicht erhöht wird.
Um sowohl der Stromspeicherquelle als auch einer LED-Kette oder mehreren LED-Ketten eine zeitabhängige Gleichspannung aufprägen zu können, kann der Gesamtversorgungsspannungsanschluss eine Gleichrichterschaltung, insbesondere eine Graetz-Brückenschaltung aufweisen, welche eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt.
Vorliegend wird insbesondere unter einer Gleichspannung eine Spannung verstanden, welche ihre Polarität nicht ändert. Weiterhin handelt es sich bei einer Wechselspannung insbesondere um eine Spannung, bei welcher sich die Polarität ändert. Sowohl Wechselspannung als auch Gleichspannung weisen insbesondere zu unterschiedlichen Zeiten (Phasenwinkeln) unterschiedliche Spannungswerte auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Stromspeicherquelle einen Eingangszweig mit einer Eingangsdiode und einer Eingangsstromquelle und einen Ausgangszweig mit einer Ausgangsdiode und einer Ausgangsstromquelle auf. Dabei sind insbesondere die Dioden entgegengesetzt angeordnet, sodass im Wesentlichen entweder die Eingangsstromquelle einem Speicherbauteil einen Strom aufprägen oder die Ausgangsstromquelle einer der LED-Ketten einen Strom aufprägen kann.
Sowohl die Eingangsstromquelle als auch die Ausgangsstromquelle kann einen ohm'schen Widerstand aufweisen, an welchem eine Spannung angelegt wird, sodass sich bei angelegter Spannung ein entsprechender Stromfluss ergibt.
In einer diesbezüglichen Ausführungsform kann die Eingangsstromquelle oder die Ausgangsstromquelle oder sind die Eingangsstromquelle und die Ausgangsstromquelle eine (zeitlich- und/oder phasenwinkelabhängig-)steuerbare Konstantstromquelle.
Steuerbar in diesem Zusammenhang heißt insbesondere, dass der Zeitpunkt an dem die Eingangsstromquelle oder die Ausgangsstromquelle ihre Funktion als Stromquelle übernimmt durch die angelegte Versorgungsspannung und deren Phasenwinkel bestimmt wird.
Unter einer „Konstantstromquelle” ist insbesondere ein Bauteil zu verstehen, welches zumindest über einen gewissen Zeitraum einen sich im Wesentlichen nicht ändernden Strom bereitstellt.
Insbesondere können die beiden steuerbaren Konstantstromquellen dadurch erreicht werden, dass zwei (einer pro Konstantstromquelle) selbstleitende N-Kanal-FETs (FET = Feldeffekttransistor) mit einem zugehörigen Widerstand verwendet werden. Die selbstleitenden N-Kanal-FETs bewirken in dieser Ausgestaltung, dass die Spannung an dem zugehörigen Widerstand konstant ist, wodurch der Widerstand im Wesentlichen einen konstanten Stromfluss bewirkt. Steuerbar in diesem Zusammenhang soll insbesondere als ein zeitliches oder entsprechend spannungsabhängiges/phasenabhängiges Steuern und somit als ein An- und/oder Abschalten der Konstantstromquelle verstanden werden.
Um ein schnelles und einfaches Bauteil bereitstellen zu können, welches als Stromspeicherquelle dient, kann die Stromspeicherquelle einen Kondensator aufweisen, welcher sowohl als Speichermedium als auch als Quellmedium dienen kann.
Für den Fall, dass die Eingangsstromquelle einen Stromfluss bewirkt, wird insbesondere die Stromspeicherquelle und somit der Kondensator als Speichermedium geladen. Für den Fall, dass die Ausgangsstromquelle einen Strom bereitstellen soll, dient der Kondensator insbesondere als Quellmedium und gibt Ladungsträger pro Zeit ab.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Stromspeicherquelle eine modifizierte Valley-Fill-Schaltung auf.
Dies führt insbesondere dazu, dass der Stromverlauf der LED-Ketten sich einem Sinusverlauf annähert. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da dadurch die Netzbetreiber entsprechende Transformatoren geringer auslegen können und somit können sich diesbezüglich Kosteneinsparungen bei den Netzbetreibern ergeben. Zudem kann die Wärmeentwicklung der Schaltung minimiert werden.
Dies liegt unter anderem daran, dass während des Ladens, die (gleichgroßen) Kondensatoren der modifizierten Valley-Fill-Schaltung in Reihe geschaltet werden. Beispielsweise werden also die Kondensatoren auf 320 V geladen. Sobald die modifizierte Valley-Fill-Schaltung die Spannungsversorgung der Ausgangsstromquelle übernimmt, sind die Kondensatoren parallel geschaltet. Dies hat zur Folge, dass sich die Spannung entsprechend halbiert (bei gleichgroßen Kondensatoren) und somit für das obere Beispiel eine Spannung von 160 V anliegt. Für den Fall, dass die erste LED-Kette zum Betreiben 140 V benötigt, müssen durch die Schaltung lediglich 20 V und nicht 180 V in Wärme umgewandelt werden.
Im Normalfall werden Valley-Fill-Schaltungen als passive Leistungsfaktorkorrekturfilter zur Filterung von unerwünschten Oberschwingungen in elektrischen Netzteilen verwendet. Dazu weisen diese insbesondere einen Gleichrichter auf. Die vorliegende modifizierte Valley-Fill-Schaltung, entspricht im Wesentlichen der üblichen Valley-Fill-Schaltung ohne Gleichrichter.
Damit die Schaltung Licht zum Beleuchten aussendet, weist die Schaltung eine angelegte Spannungsversorgung auf, welche die zeitabhängige Versorgungsspannung der Schaltung aufprägt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Leuchtmittel, welches eine zuvor beschriebene Schaltung aufweist.
Zusätzlich wird die Aufgabe gelöst durch eine Leuchte, insbesondere Straßenbeleuchtungsanlage, Indoor-Beleuchtungsanlage, Parkhausbeleuchtung oder Beleuchtungsanlagen für Gänge, Hotels, Flugzeuge und Schiffe, welche ein zuvor beschriebenes Leuchtmittel oder eine entsprechende zuvor beschriebene Schaltung aufweist.
Insbesondere für gut auszuleuchtende Gehwege bieten sich derartige Schaltungen und Leuchten an, da das Flackern reduziert wird und etwaige Fußgänger eine gut ausgeleuchtete Umgebung erhalten.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltung mit 5 LED-Ketten und einem Ersatzschaltbild einer Stromspeicherquelle,
2 einen Spannungsverlauf einer Halbperiode von 0° bis 180° für die einzelnen Spannungen und Ströme der Schaltung aus 1,
3a eine schematische Darstellung einer einfachen Umsetzung der Stromspeicherquelle,
3b eine schematische Darstellung einer Umsetzung der Stromspeicherquelle mit Konstantstromquellen und
3c eine schematische Darstellung einer Stromspeicherquelle mit nachgelagerter Valley-Fill-Schaltung.
Eine LED-Schaltung 101 umfasst eine Graetz-Brückenschaltung 103 an deren Ausgang eine Versorgungsleitung 107 angeordnet ist. Die Versorgungsleitung 107 leitet eine Spannung beziehungsweise setzt ein Potential gegenüber der Masse so, dass die LED-Ketten 121, 123, 125, 127, 129 betreibbar sind. Weiterhin ist an der Versorgungsleitung 107 eine Stromspeicherquelle, welche als Ersatzschaltbild 111 dargestellt ist, angeordnet.
An dem Graetz-Brückengleichrichter 103 liegt die Versorgungsspannung 105 als eine Wechselspannung mit 230 V_eff an. Die Stromspeicherquelle 111 umfasst zwei parallele Zweige, die zum einen jeweils mit der Versorgungsleitung 107 verbunden sind und zum anderen über den Kondensator 119 auf Masse geschaltet sind. Jeder der Zweige weist eine Sperrdiode 113 auf. Im ersten Zweig ist eine erste Stromquelle 115 und zweiten Zweig eine zweite Stromquelle 117 angeordnet. Die beiden Sperrdioden 113 sind entgegengesetzt geschaltet.
Die erste LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 1 weist 44 LEDs, die zweite LED-Kette 123 mit der Ordnungszahl N = 2 weist 24 LEDs, die dritte LED-Kette 125 mit der Ordnungszahl N = 3 weist 12 LEDs, die vierte LED-Kette 127 mit der Ordnungszahl N = 4 weist 8 LEDs und die fünfte LED-Kette 129 mit der Ordnungszahl N = 5 weist eine Z-Diode auf.
Der ersten LED-Kette 121 ist die schaltbare Stromquelle 131, der zweiten LED-Kette 123 die schaltbare Stromquelle 133, der dritten LED-Kette 125 die schaltbare Stromquelle 137, der vierten LED-Kette 127 die schaltbare Stromquelle 139 und der Z-Diode 129 die schaltbare Stromquelle 141 zugeordnet. Je nach Höhe einer auf der Versorgungsleitung 107 anliegenden Spannung in Bezug zur Masse werden die einzelnen schaltbaren Stromquellen 131, 133, 137, 139, 141 geschaltet. Alternativ werden die einzelnen schaltbaren Stromquellen 131, 133, 137, 139, 141 abhängig vom Phasenwinkel geschaltet. Diese Schaltung wird beispielsweise mit einem Baustein CL8800 (Sequential Linear LED Driver) der Firma Supertex^® Inc. realisiert.
Im Weiteren wird die LED-Schaltung 101 ohne die Funktion der Stromspeicherquelle in ihrer Funktionsweise erläutert. Diese Funktionsweise entspricht dem Betreiben der LEDs gemäß dem Stand der Technik.
An dem Graetz-Brückengleichrichter 103 wird die Netzwechselspannung in Höhe von 230 V_eff angelegt. Dies führt dazu, dass am Ausgang des Graetz-Brückengleichrichters 103 und somit auf der Versorgungsleitung 107 sich eine Gleichspannung ausbildet. Die erste (teilsinusförmige) Halbwelle dieser Gleichspannung ist in 2 in einem Diagramm dargestellt und als Versorgungsspannungsverlauf 203 gekennzeichnet.
Vorliegend sind anfänglich (Phasenwinkel = 0°) sämtliche schaltbaren Stromquellen 131, 133, 137, 139, 141 auf Masse geschaltet. Mit steigender Spannung und ansteigendem Phasenwinkel wird zuerst die schaltbare Stromquelle 131, dann die schaltbare Stromquelle 133, dann die schaltbare Stromquelle 137 und abschließend die schaltbare Stromquelle 139 abgeschaltet, sodass um den Phasenwinkel von 90° lediglich die schaltbare Stromquelle 141 auf Masse geschaltet wird.
Nun werden mit weiter steigendem Phasenwinkel und abfallender Spannung die einzelnen schaltbaren Stromquellen 131, 133, 137, 139 in umgekehrter Reihenfolge auf Masse geschaltet. Dies führt dazu, dass sukzessive die LED-Ketten 121, 123, 125, 127, 129 an- und abschließend ausgeschaltet werden.
Alternativ wird bei der sich an der Versorgungsleitung 107 ausbildende Versorgungsspannung bis zu einer Spannung von 142 V die schaltbare Stromquelle 131 als einzige schaltbare Stromquelle auf Masse geschaltet. Ab einer Spannung von 125 V auf der Versorgungsleitung 107 beginnen die Leuchtdioden der ersten LED-Kette 121 mit der Ordnungszahl N = 1 ein Licht auszusenden. Zudem erzeugt die schaltbare Stromquelle 131 einen Strom, welcher die Spannung an der ersten LED-Kette 121 konstant hält. Mit weiter ansteigender Versorgungsspannung wird die schaltbare Stromquelle 131 unterbrochen und die schaltbare Stromquelle 133 als einzige schaltbare Stromquelle durchgeschaltet, sodass sowohl an der ersten LED-Kette 121 als auch an der zweiten LED-Kette 123 eine ausreichende Spannung anliegt und mithin zusätzlich die zweite LED-Kette 123 erleuchtet ist. Wiederum erzeugt die schaltbare Stromquelle 133 einen Strom, sodass die Spannung über die erste LED-Kette 121 und der zweiten LED-Kette 123 konstant ist. Dies wird mit weiter ansteigender Versorgungsspannung für die weiteren LED-Ketten entsprechend fortgeführt, sodass nacheinander jeweils ausschließlich eine der schaltbaren Stromquellen 131, 133, 135, 137, 139, 141 mit Masse verbunden ist und die entsprechenden LED-Ketten beschaltet sind.
Sobald die Versorgungsspannung den Scheitelwert oder entsprechenden Spitzenwert bei ca. 325 V erreicht hat (ca. bei 90°) fallen die Spannungswerte entsprechend ab. Dies führt dazu, dass die schaltbare Stromquelle 141 unterbrochen und die vierte schaltbare Stromquelle 139 durchgeschaltet und anschließend wieder mit weiter fallender Spannung wieder unterbrochen und die dritte schaltbare Stromquelle 137 durchgeschaltet wird. Dies erfolgt solange bis am Ende wiederrum die schaltbare Stromquelle 131 durchgeschaltet ist.
Die durch die LED fließenden Ströme sind ebenfalls in dem Diagramm der 2 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 205 versehen. Die Stufenform des Stromverlaufs 205 wird insbesondere durch die Auslegung der schaltbaren Stromquellen 131, 133, 135, 137, 139, 141 erreicht.
Im Weiteren wird die Funktion der Stromspeicherquelle näher erläutert.
Mit ansteigender Spannung an der Versorgungsleitung 107 wird die der ersten Stromquelle 115 zugeordnete Sperrdiode in Durchlassrichtung betrieben. Die anliegende Spannung führt bei der ersten Stromquelle 115 zum Fließen eines Stroms, welcher den Kondensator 119 auflädt. Sobald die an dem Kondensator 119 anliegende Spannung einen höheren Wert aufweist, als die Gleichspannung an der Versorgungsleitung 107 (dies ist insbesondere der Fall, wenn die Spannung wieder abfällt) sperrt die der ersten Stromquelle 115 zugeordneten Diode, sodass die erste Stromquelle 115 quasi ausgeschaltet ist.
Umgekehrt ist nun die der zweiten Stromquelle 117 zugeordneten Sperrdiode in Durchlassrichtung geschaltet, sodass die an dem Kondensator 119 anliegende Spannung an der zweiten Stromquelle 117 einen Strom (209) erzeugt, welcher durch die der zweiten Stromquelle 117 zugeordneten Diode durchgeleitet wird. Dieser Strom (209) wird insbesondere der ersten LED-Kette 121 aufgeprägt und über die dann in diesem Fall geschlossene schaltbare Stromquelle 131 zur Masse geführt. Dies führt dazu, dass die Leuchtdioden der ersten LED-Kette 121 leuchten, obwohl gegebenenfalls die eigentlich auf der Versorgungsleitung 107 anliegende Spannung für das Betreiben der ersten LED-Kette nicht ausreichend ist (siehe Spannungsverlauf 203).
In einer einfachen Ausgestaltung sind die erste Stromquelle 115 und/oder die zweite Stromquelle 117 als ohm'scher Widerstand 301 ausgebildet. Auch jeder andere ohm'sche Widerstand oder jedes Bauteil, welches einen ohm'schen Widerstand ausbildet, wie beispielsweise ein bipolarer Transistor, kann vorliegend diese Funktion übernehmen.
Alternativ können die erste Stromquelle 115 und zweite Stromquelle 117 als Konstantstromquellen ausgebildet sein. Hierzu umfassen die erste Stromquelle 115 und die zweite Stromquelle 117 einen selbstleitenden N-Kanal-FET. Diese FETs leiten im unbeschalteten Zustand zwischen Drain und Source. Durch die nach dem Widerstand angeordnete Rückkopplung auf das Gate kann an dem zugehörigen Widerstand über einen weiten Spannungsbereich hinweg eine konstante Spannung erzeugt werden, dies führt wiederrum zu einem konstanten Stromfluss. Dieser Stromfluss wird zum einen dazu benutzt den Kondensator 119 zu laden oder der Kondensator versorgt mit seiner Spannung die zweite Stromquelle 117. Die zum jeweiligen Widerstand parallel geschalteten Kondensatoren 305 dienen insbesondere dazu, ein sich einstellendes Schwingen aufgrund der Rückkopplung zu unterdrücken oder zu vermeiden.
Somit sind die erste Stromquelle 115 und die zweite Stromquelle 117 quasi als Konstantstromquellen ausgebildet.
In einer weiteren Alternative wird statt des Kondensators 119 eine modifizierte Valley-Fill-Schaltung 311 der ersten Stromquelle 115 und der zweiten Stromquelle 117 zugeordnet. Die erste Stromquelle 115 und die zweite Stromquelle 117 können wie zuvor beschrieben ausgestaltet sein.
Während der ansteigenden Versorgungsspannung lädt die erste Stromquelle 115 den ersten Kondensator 313 und den Kondensator 315. Die Kondensatoren 313, 315 sind dabei in Reihe geschaltet. Sobald die Versorgungsspannung entsprechend abgefallen ist, wird die erste Stromquelle 115 ausgeschaltet und die zweite Stromquelle 117 über die nun parallel geschalteten Kondensatoren 313, 315 versorgt, sodass diese wiederrum einen Strom den LED-Ketten aufprägt.
Dies führt zu dem zusätzlichen Stromverlauf, welcher in der 2 mit den Bezugszeichen 211 versehen ist. Wie dort deutlich zu erkennen ist, nähert sich die Form des Stromverlaufs der LED-Ketten der Form (Sinushalbwelle) der Versorgungsspannung an.
Bezugszeichenliste

101: LED-Schaltung
103: Graetz-Brückengleichrichter
105: Wechselspannung
107: Versorgungsleitung
111: Ersatzschaltbild der Stromspeicherquelle
113: Sperrdiode
115: erste Stromquelle
117: zweite Stromquelle
119: Kondensator
121: erste LED-Kette
123: zweite LED-Kette
125: dritte LED-Kette
127: vierte LED-Kette
129: Z-Diode
131: erste schaltbare Stromquelle
133: zweite schaltbare Stromquelle
137: dritte schaltbare Stromquelle
139: vierte schaltbare Stromquelle
141: Stromquelle
201: Spannungs/Strom-Phase-Diagramm
203: Versorgungsspannungsverlauf
205: LED-Kettenstromverlauf
207: Kondensatorspannungsverlauf
209: Stromverlauf durch die Zusatzbeschaltung
211: Einfluss der Valley-Fill-Schaltung
301: Widerstand
303: selbstleitender N-Kanal-FET
305: Zusatzkondensator
311: modifizierte Valley-Fill-Schaltung
313: erster Kondensator
315: zweiter Kondensator
317: erste Valley-Fill-Sperrdiode
319: zweite Valley-Fill-Sperrdiode
321: dritte Valley-Fill-Sperrdiode

Claims

Schaltung (101) zum flackerarmen Betreiben von Leuchtdioden, wobei die Schaltung n LED-Ketten (121, 123, 125, 127, 129) mit einer jeweiligen Ordnungszahl N, wobei das n ganzzahlig und größer 1 und das N ganzzahlig und größer 0 ist, einen Gesamtversorgungsspannungsanschluss (107), an welchem eine zeitabhängige Versorgungsspannung (105), insbesondere gleichgerichtete Wechselspannung, anlegbar ist, und eine LED-Ketten-Beschaltung aufweist und die LED-Ketten-Beschaltung derart eingerichtet ist, dass die einzelnen LED-Ketten mit steigender Versorgungsspannung mit steigender Ordnungszahl N beschaltet und mit fallender Versorgungsspannung mit fallender Ordnungszahl abgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gesamtversorgungsspannungsanschluss eine Stromspeicherquelle (111) zugeordnet ist, welche derart eingerichtet ist, dass bei einer Versorgungsstartspannung die Stromspeicherquelle geladen wird und bei einer Versorgungseinsatzspannung die Stromspeicherquelle einer der LED-Ketten einen Versorgungsstrom aufprägt, sodass diese LED Kette beschaltet ist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Kette mit der Ordnungszahl N mehr Leuchtdioden aufweist als die LED-Kette mit der Ordnungszahl N + 1.
Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtversorgungsspannungsanschluss eine Gleichrichterschaltung (103), insbesondere eine Graetz-Brückenschaltung, aufweist, welche eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt.
Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromspeicherquelle einen Eingangszweig mit einer Eingangsdiode und einer Eingangsstromquelle (115) und einen Ausgangszweig mit einer Ausgangsdiode und einer Ausgangstromquelle (117) aufweist.
Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstromquelle und/oder die Ausgangsstromquelle eine steuerbare Konstantstromquelle ist oder sind.
Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromspeicherquelle einen Kondensator (119) aufweist, welcher als ein Speichermedium und als ein Quellenmedium dient.
Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromspeicherquelle eine modifizierte Valley-Fill-Schaltung aufweist.
Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche gekennzeichnet durch eine angelegte Spannungsversorgung (105), welche die zeitabhängige Versorgungsspannung der Schaltung aufprägt.
Leuchtmittel, welche eine Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.
Leuchte, insbesondere Straßenbeleuchtungsanlage, Indoor-Beleuchtungsanlage, Parkhausbeleuchtungsanlage oder Beleuchtungsanlagen für Gänge, Hotels, Flugzeuge und Schiffe, welche ein Leuchtmittel nach Anspruch 9 aufweist.