DE102014208190A1

DE102014208190A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben von LEDs

Info

Publication number: DE102014208190A1
Application number: DE102014208190.4A
Authority: DE
Inventors: Cristian Olariu
Original assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Current assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-11-05
Also published as: AT15510U1; EP3138368B1; WO2015165898A1; EP3138368A1

Abstract

Bei einer Schaltungsanordnung mit mindestens einer LED-Anordnung (15) sowie einem Betriebsgerät (50) zum Bereitstellen eines Versorgungsstroms (IBALLAST) für die LEDs (17) ist der LED-Anordnung (15) ein Identifizierungselement in Form einer Stromsenke (20) zugeordnet, welche über einen parallelen Feedback-Kreis (25) mit dem Betriebsgerät (50) verbunden ist, wobei das Betriebsgerät (50) dazu ausgebildet ist, auf Basis eines sich durch den Feedback-Kreis (25) ergebenden Stromflusses (IFEEDBACK) einen geeigneten Versorgungsstrom für die LEDs (17) zur Verfügung zu stellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betreiben einer Vielzahl von LEDs, welche in mit Konstantstrom zu betreibenden LED-Schaltungen angeordnet, vorzugsweise im Rahmen mehrerer so genannter seriell-paralleler Arrays verschaltet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben von LEDs.
LEDs verdrängen in der modernen Beleuchtungstechnologie mehr und mehr klassische Lichtquellen. Es sind unterschiedlichste LED-Typen verfügbar, welche sich hinsichtlich ihrer Leistung sowie hinsichtlich der Farbe oder Farbtemperatur des abgegebenen Lichts unterscheiden. Abhängig von dem Anwendungsgebiet einer Leuchte, bei der die LEDs zum Einsatz kommen, werden dabei entsprechend geeignete LEDs verwendet.
Aus verschiedenen Gründen werden dabei bevorzugt nicht einige wenige Hochleistungs-LEDs verwendet, sondern es kommen stattdessen LEDs mittlerer oder niedriger Leistung zum Einsatz, welche in größeren Schaltungsanordnungen miteinander verbunden sind. Zum einen sind derartige LEDs geringerer Leistung deutlich kostengünstiger herzustellen, zum anderen kann mit Hilfe derartiger Anordnungen besser eine großflächige Lichtabgabe erzielt werden, was im Hinblick auf die Tatsache, dass LEDs im Wesentlichen punktförmige Lichtquellen darstellen, einen nicht unbeträchtlicher Vorteil darstellt. In der Praxis hat sich dabei durchgesetzt, LEDs in den oben erwähnten seriell-parallelen Arrays anzuordnen, wie dies schematisch in 1 dargestellt ist.
1 zeigt also eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsvariante, bei der alle LEDs von einem gemeinsamen Betriebsgerät 200 versorgt werden. Ein einzelnes LED-Array 210 besteht dabei jeweils aus mehreren parallel geschalteten LED-Strängen 220, in denen wiederum jeweils mehrere LEDs 225 in Serie miteinander verschaltet sind. Entsprechend der Darstellung von 1 können dabei mehrere derartige LED-Arrays 210 auch in Serie zueinander und dann wiederum parallel verschaltet werden, wobei das Betriebsgerät 200 die sich insgesamt ergebende Anordnung dann mit einem entsprechend geeigneten Konstantstrom I_BALLAST versorgt. Wie bereits erwähnt zeichnet sich ein entsprechender Einsatz von LEDs in den dargestellten seriell-parallelen Arrays durch den verhältnismäßig einfachen Aufbau, die damit verbundenen geringen Kosten und der trotz allem damit erzielbaren hohen Effizienz aus.
Offensichtlich kann die in 1 dargestellte, aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung in verschiedenster Weise abgewandelt werden. Insbesondere kann die Anzahl der innerhalb eines einzelnen Arrays zum Einsatz kommenden LEDs sowie der Typ der LEDs verändert werden. Ferner kann die Anzahl der LED-Arrays verändert werden und es kann variiert werden, wie viele dieser Arrays in Serie geschaltet sind und wie viele sich hieraus ergebende LED-Array-Stränge wiederum parallel zueinander angeordnet werden. Abhängig von der Ausgestaltung der Schaltungsanordnung muss dann das Betriebsgerät 200 einen geeigneten Strom zur Verfügung stellen. Gleiches gilt auch für den Fall, dass lediglich ein einziges LED-Array von dem Betriebsgerät mit Strom versorgt wird. Auch hier ergibt sich abhängig von der Anzahl und Verschaltung der zum Einsatz kommenden LEDs ein benötigter Versorgungsstrom.
Die Schaltungsanordnung muss also derart ausgestaltet sein, dass sichergestellt ist, dass durch das Betriebsgerät tatsächlich ein geeigneter Strom für die LEDs zur Verfügung gestellt wird. Aus dem Stand der Technik sind bereits die nachfolgenden Vorgehensweisen zur Lösungen dieses Problems bekannt.
Zum einen kann das Betriebsgerät bereits bei Herstellung bzw. bei Inbetriebnahme entsprechend parametrisiert werden, so dass es dauerhaft den zu Beginn vorgegebenen, geeigneten Strom ausgibt. Dies bedeutet dann allerdings, dass eine Anpassung des Stroms an sich ändernde Verhältnisse während des späteren Betriebs nicht möglich ist. Eine Anpassung könnte allerdings beispielsweise erforderlich sein, wenn einzelne der LED-Arrays ausfallen und/oder defekte LED-Arrays durch neue, mit anderen LEDs bestückte Arrays ersetzt werden. Diese Situationen können sich auf den insgesamt von der LED-Anordnung benötigten Strom auswirken und sollten idealerweise von dem Betriebsgerät berücksichtigt bzw. erkannt werden, da andernfalls ein zuverlässiger Betrieb nicht gewährleistet ist.
Alternativ zu der oben beschriebenen Vorprogrammierung der Betriebsgeräte ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, LED-Module, welche die LEDs beinhalten, durch einen Widerstand zu charakterisieren, der von dem Betriebsgerät ausgewertet wird. Der Widerstand charakterisiert beispielsweise die Höhe des von dem LED-Modul benötigten Stroms und erlaubt es dem Betriebsgerät, nach Auswertung des Widerstands die Höhe des ausgegebenen Versorgungsstroms entsprechend anzupassen.
Problematisch ist in diesem Zusammenhang allerdings, dass das Bewerten des Widerstands nur mit einer verhältnismäßig geringen Genauigkeit erfolgen kann. Ferner kann in diesem Fall dann lediglich ein einziges LED-Array durch das Betriebsgerät identifiziert werden und dieses muss davon ausgehen, dass die Schaltungsanordnung insgesamt lauter identische Arrays aufweist. Insbesondere jedoch ist durch das Betriebsgerät nicht erkennbar, wie viele LED-Arrays insgesamt vorhanden sind und in welcher Weise diese miteinander verschaltet sind.
Schließlich ist aus dem Stand der Technik auch noch bekannt, jedes LED-Modul mit einem Speicherelement zu versehen, in dem eine Information bezüglich des benötigten Versorgungsstroms digital hinterlegt ist. Das Betriebsgerät muss dann diesen Speicher auslesen und darauf basierend den ausgegebenen Strom anpassen.
Bei diesem digitalen Auslesen der Informationen wird zwar im Vergleich zum Bewerten eines Identifizierungswiderstands eine höhere Genauigkeit erzielt, allerdings sind die entsprechenden Mittel hierfür deutlich komplexer und kostenintensiver. Ferner ergibt sich wiederum das bereits oben geschilderte Problem, dass nämlich das Betriebsgerät in der Regel nur ein einziges LED-Modul identifiziert und wiederum keine Kenntnis darüber vorliegt, in welcher Weise wie viele LED-Arrays miteinander verschaltet sind.
Die oben geschilderten Probleme ergeben sich im Übrigen auch denn, wenn die LEDs in anderer Weise als in den dargestellten parallel-seriellen Arrays verschaltet sind. Auch in diesem Fall muss sichergestellt sein, dass die LEDs mit einem geeigneten Strom versorgt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabenstellung zugrunde, ein Betriebsgerät, welches LED-Schaltungsanordnungen versorgt, in die Lage zu versetzen, in einfacher Weise den ausgegebenen Versorgungsstrom an die tatsächlichen Bedürfnisse der Schaltungsanordnung anzupassen.
Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, einer Anordnung von LEDs ein Identifizierungselement in Form einer sog. Stromsenke zuzuordnen. Diese ist getrennt von dem eigentlichen Stromversorgungskreis über einen parallelen so genannten Feedback-Kreis mit dem Betriebsgerät verbunden, so dass das Betriebsgerät den sich aufgrund der Stromsenke ergebenden Stromfluss in dem Feedback-Kreis ermitteln kann. Dieser Stromfluss wiederum charakterisiert die LED-Anordnung derart, dass das Betriebsgerät in die Lage versetzt wird, einen geeigneten Versorgungsstrom zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß wird deshalb eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von LEDs mit mindestens einer – vorzugsweise seriell-parallelen – LED-Anordnung sowie einem Betriebsgerät zum Bereitstellen eines Versorgungsstroms für die LEDs vorgeschlagen, wobei der LED-Anordnung ein Identifizierungselement in Form einer Stromsenke zugeordnet ist, welche über einen Feedback-Kreis mit dem Betriebsgerät verbunden ist, und wobei das Betriebsgerät dazu ausgebildet ist, auf Basis eines sich durch den Feedback-Kreis ergebenden Stromflusses einen geeigneten Versorgungsstrom für die LEDs zur Verfügung zu stellen.
Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer – vorzugsweise seriell-parallelen – LED-Anordnung vorgeschlagen, bei der der LED-Anordnung ein Identifizierungselement in Form einer Stromsenke zugeordnet und über einen Feedback-Kreis mit einem Betriebsgerät verbunden ist, wobei auf Basis eines sich durch den Feedback-Kreis ergebenden Stromflusses ein geeigneter Versorgungsstrom für die LEDs zur Verfügung gestellt wird.
Das erfindungsgemäße Konzept kann bereits bei Verwendung eines einzelnen seriell-parallelen LED-Arrays bzw. einer einzelnen LED-Anordnung zum Einsatz kommen, vorzugsweise weist die LED-Anordnung allerdings mehrere LED-Anordnungen auf. In diesem Fall ist dann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jeder LED-Anordnung ein entsprechendes Identifizierungselement in Form einer Stromsenke zugeordnet, wobei diese Stromsenken dann im Rahmen des Feedback-Kreises miteinander verbunden sind. Dieser ist zwar getrennt von dem Versorgungsstromkreis aber hinsichtlich seiner Struktur exakt in gleicher Weise ausgeführt. Das heißt, die Stromsenken sind je nach Anzahl der seriell oder parallel miteinander verschalteten LED-Anordnungen in gleicher Weise miteinander verbunden. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der sich insgesamt ergebende Stromfluss in dem Feedback-Kreis wiederum in einfacher Weise Rückschluss auf den von allen LEDs insgesamt benötigten Versorgungsstrom erlaubt. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass sich durch die Stromsenken insgesamt nur ein sehr geringer Stromfluss in dem Feedback-Kreis ergibt, der allerdings über einen bekannten Proportionalitätsfaktor mit dem tatsächlich benötigten Strom verbunden ist.
Letztendlich erlaubt also die erfindungsgemäße Lösung, unabhängig von der Verschaltung der LED-Anordnungen untereinander in einfacher Weise den insgesamt benötigten Strom zu ermitteln und dementsprechend die LED-Anordnung in geeigneter Weise zu betreiben.
Darüber hinaus kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch vorgesehen sein, dass die Stromsenken, also die Identifizierungselemente nicht nur Rückschluss auf den benötigten Strom sondern auch auf die benötigte Spannung zum Betreiben der LEDs ermöglichen.
Dabei kann gemäß einer ersten Variante vorgesehen sein, dass jede Stromsenke zusätzlich auch einen fest vorgegebenen Spannungsabfall in dem Feedback-Kreis bewirkt. Ist dieser von der Stromsenke hervorgerufene Spannungsabfall dem Betriebsgerät bekannt, so kann aus dem sich insgesamt über den gesamten Feedback-Kreis ergebenden Spannungsabfall ermittelt werden, wie viele LED-Anordnungen in Serie zueinander geschaltet sind.
Alternativ zu der oben beschriebenen Vorgehensweise könnte auch vorgesehen sein, dass der durch die Stromsenke bewirkte Spannungsabfall einem vorgegebenen ganzzahligen Bruchteil der benötigten Vorwärtsspannung der LED-Anordnung entspricht. Für den Fall, dass dieser Verstärkungsfaktor dem Betriebsgerät bekannt ist, kann dieses dann wiederum eine geeignete Versorgungsspannung zur Verfügung stellen. Allerdings kann hier dann nicht unmittelbar auf die Anzahl der in Serie verschalteten LED-Anordnungen rückgeschlossen werden.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung betrifft Schutz-Maßnahmen, durch welche Defekte einzelner LEDs in der Schaltungsanordnung berücksichtigt werden. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Varianten bekannt, auf entsprechende LED-Defekte zu reagieren. Dies ist deshalb erforderlich, da defekte LEDs zu einem starken Ungleichgewicht in der Verteilung des Stroms innerhalb der Schaltungsanordnung führen können, wobei sich dann das Ungleichgewicht derart fortpflanzen kann, dass weitere LEDs beschädigt werden. Es sind deshalb verschiedene Schutzmechanismen bekannt, die bei Erkennen entsprechender Defekte entweder den Stromfluss durch die zugehörige LED-Anordnung unterbrechen oder dieses überbrücken.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist nunmehr vorgesehen, dass für den Fall, dass derartige Schutzmechanismen vorgesehen sind, diese in gleicher Weise auch die zugehörigen Identifizierungs-Stromsenken betreffen. Das heißt, sollte ein Schutzmechanismus aufgrund eines erkannten LED-Defekts das zugehörige Array bzw. die zugehörige Anordnung überbrücken, erfolgt dies in gleicher Weise auch für die Stromsenke innerhalb des Feedback-Kreises. Wird hingegen der Stromfluss unterbrochen, so wird auch der zugehörige Zweig in dem Feedback-Kreis unterbrochen. Diese Maßnahmen haben zur Folge, dass sich der Strom in dem Feedback-Kreis automatisch an den geänderten benötigten Versorgungsstrom anpasst, falls Schutzmaßnahmen dies erfordern. Der Betrieb der LEDs insgesamt wird hierdurch nochmals zusätzlich optimiert.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung von mehreren miteinander verschalteten parallel-seriellen LED-Arrays;
2 die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines einzelnen LED-Arrays;
3 eine sich aus der Erfindung insgesamt ergebende Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Vielzahl von LEDs;
4 eine erste vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Konzepts;
5 eine zweite vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Konzepts;
6 eine erste Möglichkeit zur Ausgestaltung einer erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Stromsenke;
7 eine zweite Möglichkeit zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stromsenke und
8 eine Möglichkeit zur weiteren Verbesserung der Stromsenke, bei der Temperatureffekte berücksichtigt werden.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehenen LED-Moduls, welches in erfindungsgemäßer Weise ausgestaltet ist. Das LED-Modul 10 beinhaltet dabei zunächst ein seriell-paralleles LED-Array 15, welches aus mehreren parallel zueinander verschalteten LED-Strängen 16 gebildet ist. Innerhalb eines jeden LED-Strangs 16 sind mehrere LEDs 17 in Serie zueinander geschaltet, wobei idealerweise die Anzahl von LEDs 17 in den Strängen 16 identisch ist. Das LED-Modul 10 weist dabei am Eingang und am Ausgang des LED-Arrays 15 Anschlüsse LED+ und LED– auf, welche das Verbinden mit einem Versorgungsstromkreis, der zu einem Betriebsgerät zur Stromversorgung der LEDs führt, ermöglichen.
Anzumerken ist, dass im dargestellten Fall die Erfindung anhand von seriell-parallelen LED-Arrays beschrieben wird, welche – wie erwähnt – eine besonders vorteilhafte Schaltungsvariante zum Betreiben von LEDs darstellen. Das erfindungsgemäße Konzept kann allerdings deutlich allgemeiner eingesetzt werden und auch bei LED-Anordnungen zum Einsatz kommen, bei denen die LEDs anderweitig verschaltet sind.
Abhängig von dem Typ der verwendeten LEDs 17, der Anzahl von LEDs sowie der Anzahl der parallel miteinander verschalteten LED-Stränge 16 benötigt das Modul 10 einen bestimmten konstanten Versorgungsstrom I_MODULE sowie eine geeignete Versorgungsspannung. In einem ersten Schritt ist dabei gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass das LED-Modul 10 selbst es dem Betriebsgerät ermöglicht, die Höhe des erforderlichen Stroms festzustellen.
Hierzu weist erfindungsgemäß das LED-Modul 10 ein Identifizierungselement in Form einer sog. Stromsenke 20 auf, die über einen so genannten Feedback-Kreis mit dem Betriebsgerät verbunden wird. Hierzu weist das LED-Modul 10 zwei weitere Anschlüsse FB+ und FB–, die getrennt von den Anschlüssen für den Stromversorgungskreis LED+ und LED– ausgebildet sind, auf. Das heißt, der Feedback-Kreis ist grundsätzlich getrennt aber – wie nachfolgend näher beschrieben – parallel zu dem Stromversorgungskreis ausgeführt.
Die Stromsenke 20 ist nunmehr derart ausgeführt, dass sie gezielt einen definierten Stromfluss I_SET in dem Feedback-Kreis hervorruft, wobei idealerweise der folgende Zusammenhang besteht: I_MODULE = FC·ISET
I_MODULE bezeichnet hierbei den von dem LED-Array 15 benötigten Strom während I_SET den durch die Stromsenke 20 hervorgerufenen Stromfluss bezeichnet. Der Proportionalitätsfaktor F_C muss in diesem Fall also dem Betriebsgerät bekannt sein, so dass dieses nach Bewerten des sich durch den Feedback-Kreis ergebenden Stromflusses weiß, welche Höhe der über den Versorgungskreis ausgegebene Strom aufweisen muss. Beispielsweise könnte der Verstärkungsfaktor F_C 100 betragen, so dass dann bei einer durch die Stromsenke hervorgerufenen Stromhöhe von 3mA das Betriebsgerät einen Versorgungsstrom für die LEDs in Höhe von 300mA zur Verfügung stellt.
Das erfindungsgemäße Konzept bringt insbesondere dann Vorteile mit sich, wenn die Gesamtanordnung nicht nur ein LED-Array wie in 2 dargestellt aufweist, sondern aus mehreren LED-Arrays besteht, wie dies beispielhaft in 3 gezeigt ist.
In diesem Fall sind also insgesamt n·m LED-Module 10, die jeweils ein LED-Array 15 beinhalten, miteinander verschaltet, wobei dies in n parallelen Strängen erfolgt, die jeweils m in Serie verschaltete LED-Module 10 aufweisen.
Wie 3 zeigt, weist dabei jedes LED-Modul 10 erfindungsgemäß die identifizierende Stromsenke 20 auf, welche nunmehr in einem Feedback-Kreis 25 miteinander verbunden sind, der ebenfalls zu dem Betriebsgerät 50 führt und hier mit einer internen Steuereinheit 51 verbunden ist. Wie hierbei erkennbar ist, ist der Feedback-Kreis 25 zwar getrennt von dem Stromversorgungskreis 5 ausgebildet, allerdings im Hinblick auf seine Struktur parallel bzw. in identischer Weise hierzu ausgeführt. Das heißt, die einzelnen Stromsenken 20 der LED-Module 10 sind in gleicher Weise miteinander verbunden, wie dies auch für die LED-Arrays 15 der Fall ist. Hierdurch ergibt sich automatisch ein entsprechender Gesamtstrom I_FEEDBACK in dem Feedback-Kreis 25, der wiederum über den bekannten Proportionalitätsfaktor F_C dem insgesamt von der LED-Anordnung benötigten Strom entspricht und dann in entsprechender Weise von dem Betriebsgerät 50 ausgegeben wird.
Dies stellt einen besonders vorteilhaften Effekt der erfindungsgemäßen Lösung dar, da sich das Betriebsgerät 50 unmittelbar an die entsprechende Schaltungsanordnung anpassen kann und keine weiteren Informationen benötigt. Insbesondere muß die Topologie der Anordnung der LED-Module, also die Art und Weise, wie die Module miteinander verbunden sind, dem Betriebsgerät nicht bekannt sein.
Dabei könnten die LED-Arrays 15 der einzelnen LED-Module 10 sogar unterschiedlich gestaltet sein. Das heißt, die Module selbst könnten sogar jeweils verschiedene Versorgungsströme benötigen, da dieser Effekt automatisch dann auch – sofern der obige Zusammenhang gilt, gemäß dem der durch die Stromsenke hervorgerufene Stromfluss einen vorgegebenen Bruchteil des benötigten Stroms darstellt – sich auf den in dem Feedback-Kreis resultierenden Stromfluß auswirkt. Idealerweise sind jedoch die Module möglichst gleichartig bzw. sogar identisch ausgeführt, da sich hierdurch in der Regel Vorteile hinsichtlich einer gleichmäßigen Lichtabgabe ergeben.
Die bisherigen Betrachtungen bezogen sich auf die Höhe des Stroms, der von dem Betriebsgerät 50 für die LED-Module 10 zur Verfügung gestellt wird. Ergänzend kann allerdings das Konzept auch dazu genutzt werden, die von dem Betriebsgerät ausgegebene Spannung in entsprechender Weise anzupassen bzw. die Anzahl der in Serie verschalteten LED-Module 10 zu identifizieren.
Gemäß einer ersten Option kann hierbei vorgesehen sein, dass die Stromsenke 20 einen bestimmten Spannungsabfall V_SINK (siehe 2) bewirkt, der fest vorgegeben und dem Betriebsgerät 50 bekannt ist. Aus dem sich insgesamt ergebenden Spannungsabfall V_FEEDBACK über den Feedback-Kreis kann dann die Information abgeleitet werden, wie viele – im dargestellten Ausführungsbeispiel von 3 also m – LED-Module 10 in Serie verschaltet sind.
Gemäß einer zweiten Option könnte allerdings der Spannungsabfall V_SINK auch einen Bruchteil der über das LED-Array abfallenden Spannung V_LED (siehe 2) darstellen. Das heißt, es gilt V_SINK = f_V·V_LED
In diesem Fall kann das Betriebsgerät 50 automatisch die insgesamt benötigte Spannung für die LED-Anordnung feststellen, allerdings nun nicht mehr ermitteln, wie viele Module in Serie verschaltet sind. Der Proportionalitätsfaktor f_V muss in diesem Fall selbstverständlich dem Betriebsgerät 50 bekannt sein.
Die minimale benötigte Spannung V_SINK der Stromsenke kann sehr gering, insbesondere kleiner als 1 Volt gehalten werden. Kombiniert mit einem hohen Verstärkungsfaktor F_C und damit einem geringen Stromfluss, der durch die Stromsenke hervorgerufen wird, ergibt sich, dass der Leistungsverlust, der durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen hervorgerufen wird, äußerst gering ist. Gleichzeitig werden allerdings wie oben beschrieben deutliche Vorteile hinsichtlich der automatischen Anpassung bezüglich des Versorgungsstroms erzielt.
Wie bereits erwähnt sind aus dem Stand der Technik Schutzmechanismen bekannt, die im Falle eines LED-Defekts das zugehörige Array unterbrechen oder überbrücken. 4 zeigt hierbei einen ersten Schutzmechanismus 30 der ein Schaltelement 31 aufweist, das in gewissen Situationen den Stromfluss durch das gesamte Array 15 unterbricht. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn sich aufgrund einzelner defekter LEDs ein zu hoher Stromfluss ergibt, der gegebenenfalls zu einer weiteren Beschädigung aller LEDs führen kann. Wie bereits erwähnt sind derartige Schutzmechanismen aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
Die Unterbrechung des Stromflusses durch das Array 15 wirkt sich selbstverständlich dann auch auf die Höhe des insgesamt von der LED-Anordnung benötigten Stroms aus. Um dies bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise berücksichtigen zu können, ist vorgesehen, dass in gleicher Weise auch die Stromsenke 20 des LED-Moduls 10 durch den Schutzmechanismus 30 behandelt wird. Das heißt, auch in dem Feedback-Kreis wird der Stromsenke 20 ein Schalter 32 zugeordnet, der von dem Schutzmechanismus 30 in identischer Weise angesteuert wird. Wird also der Stromfluss durch das LED-Array 15 unterbrochen, so gilt dies in gleicher Weise auch für den Zweig mit der Stromsenke 20.
5 zeigt einen alternativen Schutzmechanismus 40, der im Falle des Feststellens eines Problems mit Hilfe eines Schalters 41 das LED-Array 15 kurzschließt bzw. überbrückt. Auch in diesem Fall ist eine identische Behandlung der Stromsenke 20 vorgesehen. Das heißt, der Feedback-Kreis weist nunmehr parallel zur Stromsenke 20 einen Schalter 42 auf, der identisch wie der Schalter 41 von dem Schutzmechanismus 40 angesteuert wird.
Bei beiden Varianten, die im Übrigen auch miteinander kombiniert werden könnten, wird also das Unterbrechen bzw. Überbrücken eines LED-Moduls automatisch auch in dem Feedback-Kreis berücksichtigt und die Ausgabe des Versorgungsstroms kann durch das Betriebsgerät in entsprechender Weise angepasst werden. Hierdurch wird eine nochmals bessere Anpassung der Stromversorgung für die LEDs erzielt.
Die 6 bis 8 zeigen schließlich drei Möglichkeiten, die Stromsenke, die erfindungsgemäß zum Identifizieren des LED-Arrays zum Einsatz kommt, auszugestalten. In diesem Zusammenhang ist allerdings zu bemerken, dass Stromsenken aus dem Stand der Technik bereits bekannt sind und in vielfacher Weise realisiert werden könnten. Die nachfolgenden Varianten stellen lediglich einige denkbare Beispiele dar.
So ist bei der Variante gemäß 6 eine sehr einfache Ausführungsform gebildet durch zwei Transistoren Q₁ und Q₂ und zwei Widerstände R₁ und R₂ vorgesehen, bei der aufgrund der dargestellten Verschaltung der Transistor Q1 einen vorgegebenen Stromfluss hervorruft. Zum Betreiben dieser Stromsenke wird eine geeignete Vorspannung V_BIAS benötigt, die beispielsweise dadurch erhalten werden kann, dass der entsprechende Anschluss mit dem positiven Eingang des Versorgungsstromkreises für das LED-Modul verbunden wird. In diesem Fall funktioniert die Stromsenke also nur dann, wenn die LEDs des zugehörigen LED-Arrays auch tatsächlich mit Strom versorgt werden. Mit Hilfe einer optionalen Zener-Diode D_Z kann der sich insgesamt ergebende Spannungsabfall V_SINK angehoben werden, um beispielsweise die Genauigkeit bei der Detektierung der Anzahl der in Serie verschalteten LED-Module zu verbessern oder die Genauigkeit der insgesamt erforderlichen Vorwärtsspannung für die LEDs zu optimieren. Dies bringt Vorteile mit sich, da aufgrund einer verhältnismäßig starken Temperaturabhängig der Basis-Emitter-Spannung V_BE des zweiten Transistors Q₂ die Gefahr besteht, dass die Vorwärtsspannung über die Stromsenke zu stark variiert und dementsprechend keine genaue Erkennung mehr ermöglicht wird.
Eine alternative Möglichkeit zur Ausgestaltung einer Stromsenke ist in 7 dargestellt. Wiederum basiert diese auf der Realisierung bzw. Verschaltung zweier Transistoren Q₁ und Q₂ und zweier Widerstände R₁ und R₂, wobei nunmehr allerdings mit Hilfe ergänzender Komponenten, insbesondere der weiteren Transistoren Q₃ und Q₄ sowie des Widerstands R₃ die Stromsenke in die Lage versetzt wird, selbstständig eine entsprechende Vorspannung zu kreieren. In diesem Fall muss also die Stromsenke tatsächlich ausschließlich mit den Anschlüssen des Feedback-Kreises FB+ und FB– verbunden werden und eine Kopplung mit dem Stromversorgungskreis für die LEDs ist nicht erforderlich. In diesem Fall ist allerdings eine höhere Spannung V_SINK erforderlich, die gegebenenfalls wieder mit Hilfe der Zener-Diode D_Z erhalten werden kann.
Wie bereits erwähnt besteht das Problem, dass Temperaturschwankungen zu einer starken Abhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung V_BE des Transistors Q₂ führen können. Dies könnte möglicherweise dazu führen, dass der über die Stromsenke hervorgerufene Stromfluss mit steigender Temperatur abfällt, was letztendlich bedeutet, dass die den LEDs zugeführte Leistung reduziert wird, wenn die Module wärmer werden. Ein derartiger Effekt könnte sogar einen entsprechenden Schutzmechanismus darstellen, durch den die LED-Leistung bei zu hohen Temperaturen automatisch reduziert wird.
Ist dies jedoch nicht gewünscht, so kann die Temperaturabhängigkeit durch die in 8 dargestellte Ergänzung kompensiert werden. Ein temperaturabhängiger Widerstand R_TH, der Bestandteil eines entsprechenden Widerstandnetzwerks mit den Widerständen R_BASE, R_P und R_S ist, dient hierbei dazu, thermische Schwankungen der Basis-Emitter-Spannung zu kompensieren. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch bei höheren Temperaturen der Versorgungsstrom konstant bleibt.
Wie bereits erwähnt stellen die 6 bis 8 lediglich denkbare Varianten zur Realisierung einer Stromsenke dar. Selbstverständlich könnte diese auch anderweitig gebildet werden.
Insgesamt gesehen ergibt sich also mit Hilfe der vorliegenden Erfindung der Vorteil, dass für die Stromversorgung komplexerer LED-Schaltungen das entsprechende Betriebsgerät in die Lage versetzt wird, automatisch den Versorgungsstrom an die entsprechenden Bedürfnisse der Schaltung anzupassen. Hierbei werden nicht nur automatisch Ausfälle oder Überbrückungen einzelner LED-Anordnungen aufgrund von Defekten berücksichtigt, sondern auch der Wechsel bzw. Ersatz eines LED-Moduls durch ein neues, welches andere Anforderungen an den Versorgungsstrom stellt, wird automatisch berücksichtigt.

Claims

Schaltungsanordnung mit mindestens einer LED-Anordnung (15) sowie einem Betriebsgerät (50) zum Bereitstellen eines Versorgungsstroms (I_BALLAST) für die LEDs (17), wobei der LED-Anordnung (15) ein Identifizierungselement in Form einer Stromsenke (20) zugeordnet ist, welche über einen parallelen Feedback-Kreis (25) mit dem Betriebsgerät (50) verbunden ist, und wobei das Betriebsgerät (50) dazu ausgebildet ist, auf Basis eines sich durch den Feedback-Kreis (25) ergebenden Stromflusses (I_FEEDBACK) einen geeigneten Versorgungsstrom für die LEDs (17) zur Verfügung zu stellen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese mehrere LED-Anordnungen (15) aufweist, welche über einen Versorgungsstromkreis (5) mit dem Betriebsgerät (50) verbunden sind, wobei jeder LED-Anordnung (15) jeweils eine Stromsenke (20) zugeordnet ist und die Struktur des Feedback-Kreis (5) identisch zu der des Versorgungsstromkreises (25) ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Stromsenke (20) hervorgerufener Stromfluss proportional zu dem von der zugehörigen LED-Anordnung (15) benötigten Strom ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät (50) ferner dazu ausgebildet ist, abhängig von einem Spannungsabfall in dem Feedback-Kreis (5) eine Versorgungsspannung für die LEDs auszugeben.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (20) einen fest vorgegebenen Spannungsabfall (V_SINK) bewirkt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Stromsenke (20) hervorgerufener Spannungsabfall (V_SINK) proportional zur benötigten Vorwärtsspannung der zugehörigen LED-Anordnung (15) ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Anordnung (15) ein Schutzmechanismus (30, 40) zugeordnet ist, der im Falle eines erkannten Fehlerzustands die LED-Anordnung (15) überbrückt oder einen Stromfluss durch die LED-Anordnung (15) unterbricht, wobei der Schutzmechanismus in gleicher Weise Einfluss auf die zugehörige Stromsenke (20) nimmt.
Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs der LED-Anordnung (15) bzw. LED-Anordnungen (15) jeweils in Form eines seriell-parallelen Arrays angeordnet sind.
LED-Modul (10) mit einer LED-Anordnung (15) sowie Anschlüssen (LED+, LED–) zum Verbinden des Moduls mit einem Betriebsgerät (50) zum Bereitstellen eines Versorgungsstroms (I_BALLAST) für die LEDs (17), wobei das LED-Modul ferner ein Identifizierungselement in Form einer Stromsenke (20) aufweist, welches über zusätzliche Anschlüsse mit dem Betriebsgerät (50) verbindbar ist, um diesen zu ermöglichen, einen geeigneten Versorgungsstrom für die LEDs (17) zur Verfügung zu stellen.
Verfahren zum Betreiben mindestens einer LED-Anordnung (15) sowie einem Betriebsgerät (50) zum Bereitstellen eines Versorgungsstroms (I_BALLAST) für die LEDs (17), wobei der LED-Anordnung (15) ein Identifizierungselement in Form einer Stromsenke (20) zugeordnet ist, welche über einen parallelen Feedback-Kreis (25) mit dem Betriebsgerät (50) verbunden ist, und auf Basis eines sich durch den Feedback-Kreis (25) ergebenden Stromflusses (I_FEEDBACK) einen geeigneter Versorgungsstrom für die LEDs (17) zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mehrere einzelne LED-Anordnungen (15) aufweist, welche über einen Versorgungsstromkreis (5) mit dem Betriebsgerät (50) verbunden sind, wobei jeder LED-Anordnung (15) jeweils eine Stromsenke (20) zugeordnet ist und die Struktur des Feedback-Kreis (5) identisch zu der des Versorgungsstromkreises (25) ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Stromsenke (20) hervorgerufener Stromfluss proportional zu dem von der zugehörigen LED-Anordnung (15) benötigten Strom ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einem Spannungsabfall in dem Feedback-Kreis (5) eine Versorgungsspannung für die LEDs ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsenke (20) einen fest vorgegebenen Spannungsabfall (V_SINK) bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Stromsenke (20) hervorgerufener Spannungsabfall (V_SINK) proportional zur benötigten Vorwärtsspannung der zugehörigen LED-Anordnung (15) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Anordnung (15) ein Schutzmechanismus (30, 40) zugeordnet ist, der im Falle eines erkannten Fehlerzustands die LED-Anordnung (15) überbrückt oder einen Stromfluss durch die LED-Anordnung (15) unterbricht, wobei der Schutzmechanismus in gleicher Weise Einfluss auf die zugehörige Stromsenke (20) nimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs der LED-Anordnung (15) bzw. LED-Anordnungen (15) jeweils in Form eines seriell-parallelen Arrays angeordnet sind.