DE102017105115A1

DE102017105115A1 - Consumer array with temperature self-regulation and method

Info

Publication number: DE102017105115A1
Application number: DE102017105115.5A
Authority: DE
Inventors: Hans Layer
Original assignee: Conda Technik & Form GmbH
Current assignee: Conda Technik & Form GmbH
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2018-09-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches System, welches eine Mehrzahl räumlich verteilter elektrischer Verbraucher (1) sowie mehrere PTC-Vorwiderstände (2,9) umfasst, welche mit mindestens einem Teil der elektrischen Verbraucher (1) in Reihe geschaltet sind. Dabei ist mindestens ein Teil der mehreren PTC-Widerstände (2,9) jeweils in thermischem Kontakt mit mindestens einem Teil der Verbraucher (1) angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung, insbesondere zum Drucken eines derartigen Systems.The invention relates to an electrical system which comprises a plurality of spatially distributed electrical consumers (1) and a plurality of PTC series resistors (2,9), which are connected in series with at least a portion of the electrical loads (1). In this case, at least a part of the plurality of PTC resistors (2, 9) is in each case arranged in thermal contact with at least one part of the consumers (1). Furthermore, the invention relates to a method for producing, in particular for printing such a system.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur selbsttätigen Regelung einer Mehrzahl räumlich verteilter elektrischer Verbraucher hinsichtlich deren maximal zulässiger Leistung. Dabei kann es sich bei den Verbrauchern insbesondere um LED-Lichtquellen, sogenannte Light Engines, handeln. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung, insbesondere zum Drucken eines derartigen Systems.The invention relates to a system for the automatic control of a plurality of spatially distributed electrical consumers with regard to their maximum allowable power. In this case, consumers may be, in particular, LED light sources, so-called light engines. Furthermore, the invention relates to a method for producing, in particular for printing such a system.

Bekannt sind Licht erzeugende flächige oder streifenförmige Anordnungen, die mittels auf deren Oberfläche montierter LED's zur Beleuchtung dienen. LED's haben bekannte Vorzüge in Bezug auf Wirkungsgrad, Größe, Lebensdauer und BetriebsTemperatur gegenüber beispielsweise Glühlampen- oder Gasentladungsleuchtmitteln. LED'S zeichnen sich auch durch eine sehr lange Lebensdauer aus, die jedoch unvorteilhafterweise bei einer nur gering überschrittenen Maximal-Chip-Temperatur deutlich reduziert wird.Light-generating planar or strip-shaped arrangements are known which serve for illumination by means of LEDs mounted on their surface. LEDs have known advantages in terms of efficiency, size, life and operating temperature over, for example, incandescent or gas discharge lamps. LED's are also characterized by a very long life, which is disadvantageously reduced significantly at a little exceeded maximum chip temperature.

Um die zwangsläufig entstehende Wärmeleistung des LED Chips abzuleiten, werden die LED's deshalb üblicherweise thermisch gut leitend auf eine Leiterplatte, die ansonsten zur Stromversorgung der LED's und als mechanischer Träger dient, aufgebracht. Die Wärme wird dann dort über Kühloberflächen an die Umgebung je nach Einbausituation mehr oder weniger gut abgeleitet.In order to derive the inevitably resulting heat output of the LED chip, the LEDs are therefore usually thermally well conductive on a circuit board, which otherwise serves to power the LED's and as a mechanical support applied. The heat is then dissipated there via cooling surfaces to the environment depending on the installation situation more or less well.

Wenn eine typische Chiptemperatur über längere Zeit dauerhaft nur wenig überschritten wird, sinkt die Lebensdauer der LED stark ab, bei 10K beispielsweise um typischerweise 50 %.If a typical chip temperature is only slightly exceeded permanently over a longer period of time, the lifetime of the LED drops sharply, for example by typically 50% at 10K.

Aus diesem Grund muss die maximale Chiptemperatur streng eingehalten werden, was bedeutet, dass diese bei einer maximalen, zu definierenden Umgebungstemperatur für die eingebaute Leiterplatte im Dauerbetrieb bei einer definierten Leistung keinesfalls überschritten werden darf. An dieser Maximaltemperatur bei gleichzeitig angenommen schlechtesten Rahmenbedingungen zur Kühlung muss sich die maximal zulässige Leistung der LED und damit des Lichtmoduls insgesamt zwangsläufig ausrichten.For this reason, the maximum chip temperature must be strictly adhered to, which means that it must not be exceeded at a maximum, defined ambient temperature for the built-in PCB in continuous operation at a defined performance under any circumstances. At this maximum temperature, assuming at the same time the worst possible cooling conditions, the maximum permissible power of the LED and thus of the light module as a whole inevitably has to be aligned.

Der Wärmetransport ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen LED Chip und der jeweiligen lokalen Umgebungstemperatur des Light Engine, wobei sich die jeweiligen Wärmeleitwiderstände der dazwischen liegenden Medien addieren.The heat transfer is proportional to the temperature difference between the LED chip and the respective local ambient temperature of the light engine, whereby the respective thermal resistances of the intermediate media add up.

Daraus ergibt sich, dass die maximale Leistung von beispielsweise 30 Watt von gegebenen LED bei einem gegebenem Wärmeleitwiderstand der Anordnung durch eine angenommene maximale Umgebungstemperatur von zum Beispiel dauerhaft 60°C begrenzt bleibt. Diese maximale Umgebungstemperatur ist ein wichtiges Kriterium bei der Anwendung, führt aber nicht selten zu anwendungstechnischen Fehlern, teilweise durch nur lokal zu hohen Temperaturen und dadurch zu vorzeitigen Teil- oder Totalausfällen.It follows that the maximum power of, for example, 30 watts of given LED at a given Wärmeleitwiderstand the arrangement remains limited by an assumed maximum ambient temperature, for example, permanently 60 ° C. This maximum ambient temperature is an important criterion in the application, but not infrequently leads to application-technical errors, partly due to only locally high temperatures and thus premature partial or total failure.

Wenn die Umgebungstemperatur jedoch entsprechend niedriger ist, wie zum Beispiels 25°C, könnte die LED-Anordnung mit entsprechend höherer Leistung, beispielsweise 40 Watt, betrieben werden und dabei würde die maximale Chiptemperatur trotzdem nicht überstiegen. Es kann also ein entsprechend höherer Strom, auf Grund der typischen Kennlinie der LED bei einer dabei ansonsten kaum erhöhten Spannung, beaufschlagt werden, die abgegebene Lichtleistung steigt dabei annähernd proportional dem beaufschlagten Strom.However, if the ambient temperature is correspondingly lower, such as 25 ° C, the LED array could be operated at a correspondingly higher power, for example 40 watts, and still the maximum chip temperature would not be exceeded. It can therefore be a correspondingly higher current, due to the typical characteristic of the LED at a case otherwise hardly increased voltage, are applied, the emitted light power thereby increases approximately proportional to the applied current.

Um diese Reserve zu nutzen wird nach dem Stand der Technik dort, wo sich dieser Aufwand wirtschaftlich lohnt, entsprechend der Umgebungstemperatur der LED-Strom derart geregelt, dass die Chiptemperatur innerhalb der maximalen Werte bleibt. Dies erfolgt üblicherweise mit Hilfe eines lokalen thermischen Sensors und einer Regelelektronik, die aktive Komponenten wie beispielsweise Feldeffekttransistoren benötigt. Ein Problem dabei ist die nur lokal begrenzte Erfassung der Temperatur unter der Annahme, dass dies auf die gesamte Anordnung zutreffe. Das angesprochene Problem kann auch relativ einfach über das Vorschaltgerät adressiert werden, das allerdings oft relativ weit entfernt von den zu überwachenden LED's angeordnet und deshalb noch stärker fehlerbehaftet ist.In order to make use of this reserve, according to the state of the art, where this expense is economically worthwhile, the LED current is regulated in accordance with the ambient temperature such that the chip temperature remains within the maximum values. This is usually done with the aid of a local thermal sensor and control electronics, which requires active components such as field effect transistors. A problem with this is the only localized detection of the temperature, assuming that this applies to the entire arrangement. The mentioned problem can also be addressed relatively easily via the ballast, which, however, often arranged relatively far away from the LED's to be monitored and therefore is even more error-prone.

Deutlich einfacher und preiswerter ist eine Anordnung, bei welcher ein einzelner Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient (PTC) in Form eines Bauelementes der LED Reihenschaltung direkt auf der Leiterplatte angeordnet vorgeschaltet wird. Bei Versorgung mit konstanter Spannung steigt bei steigender Temperatur des PTC dessen Widerstand im Bereich seiner typischen Sprungtemperatur stark an, damit steigt der Spannungsabfall am - niederohmig ausgelegten - PTC, damit sinkt die Spannung an der LED-Kette entsprechend leicht, in der Folge der typischen Spannungs-Strom-Kennlinie einer Diode sinkt damit der Strom durch die LED überproportional stark, was in der Folge zu einer entsprechend geringeren Leistung in den LED mit entsprechend deutlich sinkender Chiptemperatur führt. Da der PTC lokal nahe einer LED angeordnet ist, wirkt diese Anordnung selbstregelnd. Dies jedoch nur eingeschränkt, da der PTC nur die Temperatur der lokal nahe liegenden LED der gesamten Kette abbildet. Das ist jedoch auf Grund der räumlich weit verteilten Anordnung offensichtlich nicht zufriedenstellend, ein lokal aus welchem Grund auch immer auftretender Hitzespot wird damit nicht erkannt, die entsprechende LED wird vorzeitig ausfallen und damit in Folge die Reihenschaltung der gesamten LED-Kette.Significantly simpler and cheaper is an arrangement in which a single resistor with a positive temperature coefficient (PTC) in the form of a component of the LED series circuit is arranged directly on the circuit board. With constant voltage supply, as the temperature of the PTC rises, its resistance increases sharply in the region of its typical transition temperature, thus increasing the voltage drop across the low-resistance PTC, thus reducing the voltage on the LED chain accordingly, as a result of the typical voltage Current characteristic of a diode thus decreases the current through the LED disproportionately strong, resulting in the result in a correspondingly lower performance in the LED with correspondingly significantly decreasing chip temperature. Since the PTC is located locally near an LED, this arrangement is self-regulating. However, this is only limited because the PTC only reflects the temperature of the locally close LED of the entire chain. However, this is due to the spatially widely distributed arrangement, obviously not satisfactory, a local for whatever reason occurring heat spot is not recognized, the corresponding LED will fail prematurely, and consequently the series connection of the entire LED chain.

Die Kennlinie einer solchen automatischen passiven PTC-Steuerung lässt sich durch eine Reihenschaltung eines Vorwiderstandes zur Begrenzung des Maximalstromes und eine Parallelschaltung zum PTC zur Erhöhung des Minimalstromes in Grenzen gut weiter anpassen.The characteristic curve of such an automatic passive PTC control can be well adjusted by a series connection of a series resistor for limiting the maximum current and a parallel connection to the PTC for increasing the minimum current within limits.

Nachteile dieser Lösung sind der zusätzlich notwendige PTC mit entsprechender Baugröße, damit die Regelung nicht durch die relativ hohen Ströme und die dadurch auftretende Selbsterwärmung selbst beeinflusst wird - dazu muss der PTC entsprechend großvolumig ausgelegt sein, was wiederum mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist.Disadvantages of this solution are the additional necessary PTC with the appropriate size, so that the control is not affected by the relatively high currents and the resulting self-heating itself - to the PTC must be designed correspondingly large volume, which in turn is associated with considerable effort.

Weiterhin reagiert der PTC ausschließlich auf die lokal in seiner unmittelbaren Umgebung herrschende Temperatur und kann dazu jedoch mit höchstens einer von beispielsweise 12 in Reihe geschalteten LED thermisch gekoppelt werden, welche dann exemplarisch überwacht wird, unter der vereinfachenden und üblicherweise unzutreffenden Annahme, dass alle LED die gleiche Kühlung erfahren.Furthermore, the PTC responds exclusively to the temperature prevailing locally in its immediate surroundings and can however be thermally coupled to at most one of, for example, 12 LEDs connected in series, which is then monitored by way of example under the simplifying and usually erroneous assumption that all the LEDs experience the same cooling.

Tritt an nicht überwachter Stelle jedoch lokal eine Übertemperatur auf, wird diese nicht erfasst, die entsprechende LED Chiptemperatur wird dauerhaft überschritten und die LED fällt entsprechend vorzeitig aus, was auf Grund der Reihenschaltung zu einem optisch negativ auffallenden Ausfall der gesamten Kette von LED's führt.However, if an overtemperature occurs locally at an unmonitored point, it is not detected, the corresponding LED chip temperature is permanently exceeded and the LED correspondingly prematurely fails, which due to the series connection leads to a visually negative failure of the entire chain of LEDs.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System anzugeben, mittels welchem eine zuverlässige, einfache und ortsaufgelöste Leistungsregelung räumlich verteilter Verbraucher insbesondere innerhalb derselben Reihenschaltung erreicht werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Systems anzugeben.It is therefore an object of the present invention to provide a system by means of which a reliable, simple and spatially resolved power control spatially distributed consumers can be achieved, in particular within the same series connection. It is a further object of the present invention to provide a method of making such a system.

Diese Aufgaben werden durch das System und das Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Varianten und Ausführungsformen der Erfindung.These objects are achieved by the system and method having the features set forth in the independent claims. The subclaims relate to advantageous variants and embodiments of the invention.

Das erfindungsgemäße elektrische System, umfassend eine Mehrzahl räumlich verteilter elektrischer Verbraucher wie beispielsweise Lichtquellen, insbesondere Halbleiterlichtquellen wie LED's sowie mehrere PTC-Vorwiderstände, welche mit mindestens einem Teil der elektrischen Verbraucher in Reihe geschaltet sind. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Teil der mehreren PTC-Vorwiderstände jeweils in thermischem Kontakt mit mindestens einem Teil der Verbraucher angeordnet. Unter der Anordnung der Vorwiderstände in thermischem Kontakt mit mindestens einem Teil der Verbraucher ist dabei insbesondere zu verstehen, dass sich Änderungen der Absoluttemperatur im Bereich eines Verbrauchers innerhalb kurzer Zeit, typischerweise innerhalb weniger Sekunden, im Bereich des jeweiligen Vorwiderstandes ebenfalls als Temperaturänderung bemerkbar machen. Dies kann beispielsweise durch eine Anordnung der Vorwiderstände jeweils in räumlicher Nähe der jeweiligen Verbraucher, insbesondere in einem Abstand von weniger als 10mm, vorzugsweise in einem Abstand von weniger als 5mm erreicht werden. Der thermische Kontakt kann aber auch durch die Verwendung von Wärmeleitelementen, beispielsweise von Wärmeleitrohren, auch als Heat Pipes bekannt, erreicht werden. In diesem Fall ist eine unmittelbare Nachbarschaft von Vorwiderstand und Verbraucher nicht zwingend erforderlich.The electrical system according to the invention, comprising a plurality of spatially distributed electrical consumers such as light sources, in particular semiconductor light sources such as LED's and a plurality of PTC series resistors, which are connected in series with at least a portion of the electrical loads. According to the invention, at least a part of the plurality of PTC series resistors is arranged in each case in thermal contact with at least one part of the consumers. The arrangement of the series resistors in thermal contact with at least one part of the consumers is to be understood in particular as meaning that changes in the absolute temperature in the region of a consumer within a short time, typically within a few seconds, also manifest themselves as a temperature change in the region of the respective series resistor. This can be achieved, for example, by arranging the series resistors in each case in close proximity to the respective consumer, in particular at a distance of less than 10 mm, preferably at a distance of less than 5 mm. However, the thermal contact can also be achieved by the use of heat-conducting elements, for example of heat pipes, also known as heat pipes. In this case, an immediate neighborhood of series resistor and consumer is not mandatory.

Vorzugsweise ist für jede LED einer Reihenschaltung ein mit ihr thermisch gekoppelter PTC-Vorwiderstand vorhanden.Preferably, a thermally coupled PTC resistor is present for each LED of a series circuit.

Dabei können vorteilhafterweise die PTC-Vorwiderstände jeweils auf einer Trägerschicht als Schichten realisiert sein, die elektrisch leitende Druckfarbe mit PTC-Eigenschaften, im Folgenden auch als PTC-Druckfarbe bezeichnet, enthalten.In this case, advantageously, the PTC series resistors can each be realized on a carrier layer as layers containing electrically conductive ink with PTC properties, also referred to below as PTC ink.

Bei der genannten PTC-Druckfarbe kann es sich beispielsweise um eine elektrisch leitende Druckfarbe, wie sie ursprünglich für selbstregelnde Heizstrukturen entwickelt wurde, handeln. Dort nimmt die Heizleistung, welche der gedruckte PTC, der als Heizwiderstand eingesetzt wird, bei konstanter Versorgungsspannung abgibt, mit steigender Temperatur im Bereich einer typischen Sprungtemperatur wegen der Widerstandserhöhung der leitenden Druckfarbe deutlich ab. Es stellt sich dadurch eine weitgehend konstante Temperatur von beispielsweise 60°C auch bei sehr unterschiedlicher Wärmeableitung oder unterschiedlicher Umgebungstemperatur ein, solange die Wärmeableitung ein Mindestmaß nicht unterschreitet. Eine derartige Druckfarbe wird beispielsweise unter dem Handelsnamen LOCTITE ECI 8001 von der Henkel AG & Co. KGaA angeboten.For example, the PTC printing ink may be an electrically conductive printing ink originally developed for self-regulating heating structures. There, the heating power, which gives the printed PTC, which is used as a heating resistor, at a constant supply voltage decreases significantly with increasing temperature in the range of a typical transition temperature because of the increase in resistance of the conductive ink. As a result, a largely constant temperature of, for example, 60.degree. C. is established, even with very different heat dissipation or different ambient temperature, as long as the heat dissipation does not fall below a minimum level. Such an ink is available, for example, under the trade name LOCTITE ECI 8001 from Henkel AG & Co. KGaA.

Mit anderen Worten wird die beschriebene PTC-Druckfarbe in vorteilhafter Weise zur Regelung der elektrischen Verbraucher, insbesondere einer LED-Kette in Abhängigkeit der Chiptemperatur eingesetzt. Bei Überschreitung einer Sprungtemperatur von beispielsweise 60°C steigt der spezifische Widerstand der PTC-Druckfarbe um den Faktor 7, entsprechend steigt damit der Spannungsabfall am PTC-Vorwiderstand. Hierdurch sinkt bei konstanter Versorgungsspannung die Differenz-Spannung an den Verbrauchern im Verhältnis geringfügig, aufgrund der typischen LED-Kennlinie der Strom jedoch stark.In other words, the described PTC printing ink is advantageously used for regulating the electrical load, in particular an LED chain as a function of the chip temperature. When a transition temperature of, for example, 60 ° C. is exceeded, the specific resistance of the PTC printing ink increases by a factor of 7, correspondingly increasing the voltage drop across the PTC series resistor. As a result, at a constant supply voltage, the difference voltage at the consumers drops slightly in the ratio, but due to the typical LED characteristic of the current strong.

Durch die damit verbundene Leistungsreduzierung an den LED's sinkt auch die Temperatur der LED-Chips und damit auch die der entsprechenden lokal thermisch gekoppelten Bereiche der PTC-Druckfarbe. As a result of the associated power reduction at the LED's, the temperature of the LED chips and thus also of the corresponding locally thermally coupled regions of the PTC printing ink are also reduced.

Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass mit gedruckter PTC-Druckfarbe versehenen Bereich durch ihre verhältnismäßig große Oberfläche bei gleichzeitig niedrigem Widerstand trotz des LED-Stromes keine relevante Eigenerwärmung erzeugen, welche die Regelung ansonsten verfälschen würde. Hierzu wird vorteilshafterweise die PTC-Druckfarbe großflächig aufgebracht. Diese flächige Anordnung lässt gleichzeitig vorteilhafterweise eine Erfassung der Temperatur aller LED's einer zu regelnden Kette gleichzeitig zu. Durch diese Anordnung ergibt sich ein Ersatzschaltbild, bei welchem jeweils an jeder LED benachbart ein mit weiteren PTC-Vorwiderständen parallel geschalteter PTC-Vorwiderstand thermisch gekoppelt ist. Dazu können die PTC-Vorwiderstände insbesondere in einem Abstand von weniger als 5 mm von den jeweiligen Verbrauchern -beispielsweise den LED's - angeordnet sein.It has been found to be particularly advantageous that provided with printed PTC ink area due to their relatively large surface area at the same time low resistance despite the LED current produce no relevant self-heating, which would otherwise distort the scheme. For this purpose, the PTC printing ink is advantageously applied over a large area. At the same time, this planar arrangement advantageously allows a detection of the temperature of all LEDs of a chain to be controlled simultaneously. This arrangement results in an equivalent circuit diagram, in which a respective PTC series resistor connected in parallel with other PTC series resistors is thermally coupled adjacent to each LED. For this purpose, the PTC series resistors in particular at a distance of less than 5 mm from the respective consumers - for example, the LED's - be arranged.

Durch die oben bereits angesprochene parallele Schaltung der PTC-Vorwiderstände kann der notwendige niedrige Widerstand von typisch beispielsweise 1 Ohm mit der an sich relativ hochohmigen PTC-Druckfarbe mit typisch beispielsweise 1700Ohm/Quadrat @ 25 µm Schichtdicke erreicht werden.The above-mentioned parallel circuit of the PTC series resistors, the necessary low resistance of typically 1 ohms can be achieved with the per se relatively high-resistance PTC ink with typically 1700Ohm / square @ 25 micron layer thickness.

So führt auch nur eine lokale Erhöhung der Temperatur an einer LED zu einer teilweisen Erhöhung des Gesamtwiderstandes der parallel geschalteten PTC-Vorwiderstände und somit zu einer relevanten Temperatursenkung der Kette. Dieser Effekt reduziert sich jedoch mit zunehmender Anzahl der LED in einer Kette.Thus, only a local increase in the temperature at an LED leads to a partial increase in the total resistance of the parallel-connected PTC series resistors and thus to a relevant lowering of the temperature of the chain. However, this effect is reduced as the number of LEDs in a chain increases.

Wird die gesamte Anordnung gleichmäßig zu warm, wird der Strom entsprechend deutlich reduziert, es stellt sich ein stabiles Temperatur-Gleichgewicht ein, das sich nicht unmittelbar an der absoluten Umgebungstemperatur oder der absoluten Kühlung, sondern richtigerweise an der Temperatur nahe der LED und damit des LED-Chip ausrichtet. Damit wird eine deutlich bessere Überwachung der Temperatur jedes einzelnen LED-Chips der Anordnung erreicht als nach dem Stand der Technik bisher möglich.If the whole arrangement becomes evenly warm, the current is correspondingly reduced significantly, it establishes a stable temperature balance, which is not directly related to the absolute ambient temperature or the absolute cooling, but right at the temperature near the LED and thus the LED Aligning the chip. For a much better monitoring of the temperature of each LED chip of the arrangement is achieved as previously possible according to the prior art.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind die PTC-Vorwiderstände zwischen den Zähnen einer räumlich ausgedehnten kammförmigen Leiterstruktur angeordnet und können insbesondere als rechteckige, insbesondere quadratische Bereiche von aufgebrachter Druckfarbe realisiert sein. Mit anderen Worten wird der gewünschte relativ geringe Parallelwiderstand dadurch geschaffen, dass der elektrische Strom über die in einander greifenden Zähne zweier als Kupferschichten realisierter, einander gegenüberliegenden Kämme geführt wird. Die Zähne der gegenüberliegenden Kämme sind dabei ausschließlich durch die PTC-Druckfarbe elektrisch verbunden, was mit einem einfachen Druckvorgang gleichzeitig realisiert werden kann.In an advantageous variant of the invention, the PTC series resistors are arranged between the teeth of a spatially extended comb-shaped conductor structure and can in particular be realized as rectangular, in particular square, areas of applied printing ink. In other words, the desired relatively low parallel resistance is created by passing the electrical current across the mutually engaging teeth of two opposed combs realized as copper layers. The teeth of the opposite combs are electrically connected exclusively by the PTC ink, which can be realized simultaneously with a simple printing process.

Unter „mehreren PTC-Vorwiderständen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere auch unterschiedliche Bereiche einer zusammenhängenden Schicht einer PTC-Druckfarbe zu verstehen. Die Differenzierung in mehrere unterschiedliche Bereiche ergibt sich dann durch die räumliche Nähe oder die thermische Kopplung zu beziehungsweise mit einem Verbraucher.In the context of the present invention, "multiple PTC series resistors" are to be understood in particular as meaning different regions of a contiguous layer of a PTC printing ink. The differentiation into several different areas then results from the spatial proximity or the thermal coupling to or with a consumer.

Die Schichtdicke der Druckfarbe kann insbesondere in einem Bereich von 15µm bis 30µm, insbesondere in einem Bereich von 25µm liegen.The layer thickness of the printing ink may in particular be in a range of 15 μm to 30 μm, in particular in a range of 25 μm.

Da die PTC-Druckfarbe bei den üblichen im Druck erreichbaren Schichtdicken von beispielsweis 25µm einen relativ hohen spezifischen Widerstand von typisch 1,7 kOhm für jeweils ein Quadrat hat, werden zur Erreichung des oben ausgeführten notwendigerweise niedrigen Widerstandes von beispielsweise 1,7 Ohm in diesem Falle 1.000 Quadrate benötigt. Vorteilhafterweise wird dies durch die oben angesprochene kammartige Verzahnung im Layout erreicht. Diese Struktur wird vorteilhafterweise parallel und möglichst nahe zu den LED's der entsprechenden Reihe angelegt, um eine möglichst gute thermische Kopplung zwischen den entsprechenden Bereichen der PTC-Druckfarbe und den entsprechenden LED'S zu erreichen.Since the PTC ink has a relatively high resistivity of typically 1.7 kohms for each square at the usual printable layer thicknesses of, for example, 25 microns, in this case, to achieve the necessarily low resistance of 1.7 ohms set forth above 1,000 squares needed. Advantageously, this is achieved by the above-mentioned comb-like toothing in the layout. This structure is advantageously applied in parallel and as close as possible to the LEDs of the corresponding row in order to achieve the best possible thermal coupling between the corresponding areas of the PTC printing ink and the corresponding LEDs.

Diese Kopplung wird vorzugsweise noch verbessert, in dem die Trägerschicht, beispielsweise eine Leiterplatte, mit einer möglichst großen, thermisch gut leitenden Schicht, insbesondere einer metallischen Schicht unter der Verwendung von beispielsweise Kupfer- oder Aluminium auf dem dünnen Trägermaterial mit einer Dicke von beispielsweise 10-50µm ausgeführt wird.This coupling is preferably further improved in that the carrier layer, for example a printed circuit board, with a very large, thermally highly conductive layer, in particular a metallic layer using, for example, copper or aluminum on the thin carrier material with a thickness of, for example, 10 50μm is performed.

Eine zusätzlich gegenüber der Leiterschicht auf der Unterseite der Trägerschicht beziehungsweise der Leiterplatte aufgebrachte Kupferschicht zur weiter verbesserten thermischen Kopplung zwischen LED und PTC beitragen. Unter der Unterseite der Trägerschicht wird dabei die den Verbrauchern abgewandte Seite der Trägerschicht verstanden.An additionally in relation to the conductor layer on the underside of the carrier layer or the printed circuit board applied copper layer for further improved thermal coupling between LED and PTC contribute. Under the underside of the carrier layer is understood to be the consumer side facing away from the carrier layer.

Diese untere Kupferschicht kann vorteilhaft vollflächig sein und damit thermisch gut leiten, da sie keine stromführende Funktion hat. Sie gleicht dabei auch eventuelle lokale Temperaturunterschiede zusätzlich aus.This lower copper layer can advantageously be full surface and thus conduct thermally well, since it has no current-carrying function. It also compensates for any local temperature differences.

In einer vorteilhaften alternativen Ausführungsform kann die oben angesprochene Kammstruktur zusammen mit den Bereichen der PTC-Druckfarbe auch auf der Unterseite der Trägerschicht angeordnet werden. In diesem Fall sind lediglich noch die entsprechenden Durchkontaktierungen zu der Seite der Trägerschicht vorzusehen, auf welcher die Verbraucher angeordnet sind. Diese Ausführungsform der Erfindung hat die Vorteile, dass einerseits die Bereiche der PTC-Druckfarbe exakt auf der den Verbrauchern gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht angeordnet werden können, so dass die thermische Kopplung zwischen LED-Chip und PTC-Druckfarbe optimiert wird, wodurch sich das Ansprechverhalten des Systems verbessern dürfte. Andererseits kann die leitende, beispielsweise kammförmige Kupferstruktur in diesem Fall geometrisch derart ausgelegt werden, dass sie zusätzlich die Funktion der Wärmeverteilung auf der Unterseite der Trägerschicht wahrnehmen kann. Auf der Oberseite der Trägerschicht wären dann lediglich noch die Verbraucher mittels geeigneter Leiterbahnen zu kontaktieren. Eine derartige Lösung kann insbesondere für Anwendungssituationen vorteilhaft sein, in welchen für die vorne erwähnten kammartigen Leiterstrukturen nicht ausreichend Platz zur Verfügung steht, beispielsweise dann, wenn die elektrischen Verbraucher in einer einzelnen Reihenschaltung hintereinander angeordnet sind, wie es bei LED-Lichtbändern der Fall sein kann. In an advantageous alternative embodiment, the above-mentioned comb structure, together with the regions of the PTC printing ink, can also be arranged on the underside of the carrier layer. In this case, only the corresponding plated-through holes are still to be provided to the side of the carrier layer, on which the consumers are arranged. This embodiment of the invention has the advantages that, on the one hand, the regions of the PTC printing ink can be arranged exactly on the side of the carrier layer opposite the consumers, so that the thermal coupling between the LED chip and the PTC printing ink is optimized, as a result of which the response of the Systems should improve. On the other hand, the conductive, for example, comb-shaped copper structure in this case can be designed geometrically such that it can additionally perform the function of heat distribution on the underside of the carrier layer. On the top of the carrier layer then only the consumer would still be to contact by means of suitable interconnects. Such a solution may be advantageous, in particular, for application situations in which there is insufficient space available for the comb-like conductor structures mentioned above, for example when the electrical consumers are arranged in a single series connection one behind the other, as may be the case with LED light bands ,

Die Bereiche der PTC-Druckfarbe kann vorzugsweise im Layout bei größeren Rasterabständen der Verbraucher bzw. der LED's jeweils auch elektrisch von diesen isoliert, nur im unmittelbaren Umkreis jedes Verbrauchers angeordnet sein, lediglich die minimal notwendigen Stromzuführungen zu den LED's begrenzen diese Anordnung.The areas of the PTC printing ink can preferably also be electrically isolated from the layout at larger pitches of the consumers or the LEDs, only in the immediate vicinity of each consumer, only the minimum necessary power supply to the LED's limit this arrangement.

Zur Materialeinsparung von Leiterplattenmaterial werden üblicherweise flächige Light Engines oft in nicht durchgehende Flächen beispielsweise durch Teilung mittels einer Stanzung aufgeteilt. Für die Realisation der Erfindung wird jedoch vorzugsweise eine zusammenhängende großflächige Leiterstruktur als Trägerschicht eingesetzt.To save material of printed circuit board material usually flat light engines are often divided into non-continuous areas, for example by division by means of a punching. For the realization of the invention, however, a coherent large-area conductor structure is preferably used as a carrier layer.

Diese lässt sich vorzugsweise in Form einer dünnen PET-Leiterfolie realisieren, welche ein- oder zweiseitig mit Kupfer beschichtet sein kann. Die Leiterfolie kann insbesondere eine Dicke im Bereich von 20µm-100µm, insbesondere im Bereich von 50µm aufweisen.This can preferably be realized in the form of a thin PET conductor foil, which can be coated on one or two sides with copper. The conductor foil may in particular have a thickness in the range of 20 μm-100 μm, in particular in the range of 50 μm.

Da die Materialkosten hier deutlich gegenüber konventionellen Leiterplatten reduziert werden, steht kostengünstig eine entsprechend große Oberfläche zur Verfügung, die für die Grundfunktion einer Light Engine technisch für die Stromzufuhr und Trägerfunktion nicht benötigt wird.Since the material costs are significantly reduced compared to conventional printed circuit boards, a correspondingly large surface is available cost-effectively, which is not technically required for the basic function of a light engine for the power supply and carrier function.

Diese freie Fläche kann vorzugsweise für die Bereiche mit PTC-Druckfarbe genützt werden.This free area can preferably be used for the areas with PTC printing ink.

Die die PTC-Bereiche ergänzenden zusätzlichen Vor- beziehungsweise Parallelwiderstände im Bereich von typisch 1...10 Ohm lassen sich vorzugsweise im Layout der Kupferleiterbahnen anstelle durch diskrete Bauelemente durch dünne mäanderförmige Strukturen erzeugen, wodurch das Erfordernis entfällt, diese zusätzlich zu bestücken. Auf die Trägerstruktur mit gedruckten PTC- und Vorwiderständen, realisiert in Form von dünnen Leiterbahnen, sind dann lediglich noch die Verbraucher wie z. B. die LED's zu löten oder zu kleben.Die Herstellung der PTC-Druckfarbe enthaltenden Schichten ist für alle Ketten einer Light Engine über nur einen Druckvorgang gleichzeitig möglich. Als Druckverfahren eignet sich insbesondere aber nicht ausschließlich der Siebdruck.The additional pre- or parallel resistors in the range of typically 1... 10 ohms, which supplement the PTC regions, can preferably be generated in the layout of the copper interconnects instead of by discrete components through thin meander-shaped structures, which eliminates the need to additionally assemble them. On the support structure with printed PTC and series resistors, realized in the form of thin interconnects, then only the consumer such. For example, the LEDs can be soldered or glued. The production of the layers containing PTC printing ink is possible simultaneously for all the chains of a light engine with only one printing operation. As a printing method is particularly but not exclusively the screen printing.

Im Tiefdruck lassen sich vorzugsweise sowohl Leiterbahnstrukturen zur Stromversorgung der Verbraucher in Form von beispielsweise silberhaltiger hochleitfähiger elektrischer Leitfarbe als auch der PTC-Druckfarbe enthaltenden Schichten in einem Durchgang in mehreren Druckwerken gleichzeitig passgenau und sehr schnell drucken. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn man die erfindungsgemäße Struktur in großen Flächen endlos in Rollenform auf Folie druckt. Eine solche Folie muss dann nur noch mit den Verbrauchern wie den LED's bestückt werden, weitere Komponenten entfallen.In intaglio printing, it is possible to print both printed conductor structures for the power supply of the consumer in the form of, for example, silver-containing high-conductivity electrical conductive ink and layers containing the PTC ink in one pass in a plurality of printing units at the same time accurately and very quickly. This is particularly advantageous if one prints the structure of the invention in large areas endlessly in roll form on film. Such a film must then be equipped only with the consumers such as the LEDs, more components omitted.

Diese Lichtfolie kann in bestimmten Längen mit einer Konstantspannungsversorgung gespeist werden, jede einzelne der parallel geschalteten LED-Ketten ist durch ihre jeweiligen gedruckten PTC-Vorwiderstände thermisch vor Übertemperatur durchgängig gesichert, damit können wesentlich einfachere Einbaubedingungen für eine solche Folie definiert werden. Die Einbausituation und die Kühlung können zwischen sehr gut und minimal schwanken, trotzdem wird die maximal mögliche Lichtleistung der Gesamtanordnung auf Grund der selbsttätigen Regelung erreicht.This light film can be supplied in certain lengths with a constant voltage supply, each of the parallel-connected LED chains is thermally protected by their respective printed PTC series resistors from over temperature, thus much simpler installation conditions can be defined for such a film. The installation situation and the cooling can vary between very good and minimal, nevertheless, the maximum possible light output of the overall arrangement is achieved due to the automatic control.

Für den Fall, dass beispielsweise LED's ebenfalls drucktechnisch realisierbar sind, wie beispielsweise im Fall von OLED's, kann so eine selbstregelnde Lightenginefolie vorteilhafterweise auch komplett rein drucktechnisch hergestellt werden, die nachträgliche Montage von zusätzlichen elektronischen Komponenten entfällt. Es sind dabei lediglich die entsprechenden Druckwerke für die unterschiedlichen zu druckenden Medien, wie beispielsweise die PTC-Druckfarbe, Kupfer oder Silber für Leiterbahnen und die für die Realisation der LED's erforderlichen Stoffe vorzusehen.In the event that, for example, LED's are also implemented by printing technology, such as in the case of OLEDs, so a self-regulating Lightenginefolie can advantageously be produced entirely purely printing technology, the subsequent assembly of additional electronic components deleted. There are only the appropriate printing units for the different media to be printed, such as the PTC ink, copper or silver for printed conductors and provide the necessary for the realization of the LED's substances.

Die PTC Druckfarben sind neben der bereits erhältlichen Version für Heizzwecke mit 60° C Sprungtemperatur mit weiteren Sprungtemperaturen mit 40, 80 und 100°C in Datenblättern angekündigt. Dadurch ergeben sich weitere Optimierungsmöglichkeiten, indem vorzugsweise beispielsweise zwei unterschiedliche PTC Farben parallel gedruckt werden. Damit ergeben sich bei Sprungtemperatur 1 eine Reduzierung und dito dann bei Sprungtemperatur 2 nochmals. Somit lässt sich die Kennlinie der Steuerung vorzugsweise noch besser anpassen. The PTC inks are announced in addition to the already available version for heating purposes with 60 ° C transition temperature with other transition temperatures of 40, 80 and 100 ° C in data sheets. This results in further optimization possibilities, for example by preferably two different PTC colors being printed in parallel. This results in a transition temperature 1 reduction and ditto then at transition temperature 2 again. Thus, the characteristic of the controller can preferably be better adapted.

Für die schaltungstechnische Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung können einerseits mehrere unterschiedlichen Verbrauchern zugeordnete PTC-Vorwiderstände in Serie geschaltet sein. So können beispielsweise für eine Anwendung in einer seriell geschalteten LED-Kette die PTC-Vorwiderstände auch zwischen den LED's der Kette innerhalb der Serienschaltung angeordnet sein. Es ist ebenso denkbar, eine Mehrzahl parallel geschalteter, jeweils räumlich und damit thermisch einzelnen Verbrauchern zugeordneten PTC-Vorwiderstände als gemeinsame Vorwiderstandsschaltung vor diese Verbraucher im den Verbrauchern gemeinsamen Strompfad anzuordnen. Die Verbraucher können prinzipiell in Serie oder auch parallel geschaltet sein.For the circuitry realization of the solution according to the invention, on the one hand several PTC series resistors assigned to different consumers can be connected in series. For example, for an application in a serially connected LED chain, the PTC series resistors may also be arranged between the LEDs of the chain within the series circuit. It is also conceivable to arrange a plurality of PTC series resistors connected in parallel and spatially and thus thermally to individual loads as a common series resistor circuit in front of these consumers in the current path common to the loads. The consumers can in principle be connected in series or in parallel.

Im Ergebnis erhält man beispielsweise eine flächige Light Engine, die an die jeweilige Umgebungstemperatur angepasst immer die maximal zulässige Leistung der LED's selbsttätig regelt und dies unter Berücksichtigung lokaler Temperaturunterschiede, wie sie beispielsweise durch unterschiedlich thermisch leitenden Untergrund oder unterschiedliche Luftzufuhr aufgrund der Einbaulage oder durch eine mangelhafte Kühlung per Lüftung oder ähnlichem entstehen kann. Damit wird in derartigen Fällen oder an betroffenen Stellen innerhalb der Light Engine die sonst massiv gefährdete Lebensdauer der LED's optimiert.The result obtained, for example, a flat light engine, which automatically adjusts to the respective ambient temperature, the maximum allowable power of the LED's and this taking into account local temperature differences, as for example by different thermally conductive ground or different air supply due to the installation position or by a poor Cooling by ventilation or the like may arise. This optimizes the otherwise massively endangered life of the LEDs in such cases or at affected locations within the light engine.

Die Regelung verläuft stetig und langsam und wird deshalb nicht störend wahrgenommen. Je nach Auslegung der Widerstandswerte des PTC-Druckfarbe enthaltenden Schichten und der Vorwiderstände lassen sich Regelungsfaktoren im Bereich von wenigen Prozent bis zu über 70% erreichen und damit auf eine Vielzahl von Anwendungen optimieren, je nachdem, welches Ziel damit vorrangig erreicht werden soll.The regulation is continuous and slow and is therefore not perceived as disturbing. Depending on the design of the resistance values of the layers containing PTC ink and the series resistors, control factors in the range of a few percent to more than 70% can be achieved and thus optimized for a large number of applications, depending on which target is to be achieved with priority.

Anders ausgedrückt wird durch die Erfindung erreicht, dass die gleichen LED mit erheblich höheren Leistungen als ungeregelt betrieben werden können, solange die Kühlung durch die Umgebung entsprechend effektiv ist. Steigt die Umgebungstemperatur oder verschlechtert sich die Kühlung durch irgendwelche Einflüsse gegebenenfalls auch nur lokal, wird die Leistung jeder LED Kette automatisch und mit minimalem technischem Aufwand durch die nur mit einem Druckvorgang applizierte PTC Farbe reduziert.In other words, it is achieved by the invention that the same LED can be operated at considerably higher powers than unregulated, as long as the cooling by the environment is correspondingly effective. If the ambient temperature increases or the cooling is impaired by any influences, possibly only locally, the performance of each LED chain is automatically reduced with minimal technical effort by the PTC ink applied with only one printing process.

Damit wird bei günstigen thermischen Bedingungen die Lichtleistung ansonsten identischer LED's gegenüber einer konventionellen Lösung ohne Regelung deutlich erhöht, zumal sich die konventionelle Lösung an der jeweils definierten maximal erlaubten Umgebungstemperatur orientieren muss - meist in der Annahme, dass die lokale Kühlung auf für alle Verbraucher identisch ist, was jedoch in der Praxis in einigen Fällen nicht zutrifft. Dies führt dann zu entsprechenden vorzeitigen Ausfällen einzelner LED's und damit wegen der Reihenschaltung der kompletten jeweiligen betroffenen LED-Kette insgesamt zu einem entsprechend negativen Effekt für den Anwender beziehungsweise umgekehrt analog erhöhtem Gewährleistungsaufwand für den Hersteller, da solche Fehler bedingt durch die unzureichenden Betriebsumgebung nur sehr schwer nachweisbar sind.Thus, under favorable thermal conditions, the light output of otherwise identical LED's compared to a conventional solution without control significantly increased, especially since the conventional solution must be based on the respective maximum allowable ambient temperature - usually on the assumption that the local cooling is identical for all consumers , which is not the case in practice in some cases. This then leads to corresponding premature failure of individual LEDs and thus because of the series connection of the complete respective affected LED chain total to a corresponding negative effect for the user or vice versa analog increased warranty for the manufacturer, since such errors due to the inadequate operating environment very difficult are detectable.

Dies insbesondere deswegen, weil bekanntermaßen die Beweissicherung im Falle von vorzeitigen Ausfällen von LED Leuchtmitteln wegen Übertemperatur ein verbreitetes Problem darstellt. Wenn man das Problem von thermisch bedingten Ausfällen unter Nutzung der Erfindung grundsätzlich vermeiden kann, ergeben sich daraus im Durchschnitt aller Anwendungen deutlich längere Lebensdauer und offenkundig vielfältige weitere wirtschaftliche Vorteile.This is particularly because, as is known, the preservation of evidence in the case of premature failure of LED bulbs due to overheating is a common problem. If one can avoid the problem of thermally induced failures using the invention in principle, resulting from the average of all applications significantly longer life and obviously many other economic benefits.

Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung kann in sogenannten Retrofit-Leuchtstoffröhren erfolgen. Bei derartigen Röhren ist in einem Glasrohr eine längliche Leiterplatte mit Stromversorgung und LED's in Reihe eingebaut, so dass sich die Röhre beispielsweise in einer Lampe, die ursprünglich für eine konventionelle Leuchtstoffröhre vorgesehen war, verwenden lässt. Auch in dieser Anwendung ist eine ortsaufgelöste, temperaturabhängige Leistungsregelung sinnvoll.An advantageous application of the solution according to the invention can be carried out in so-called retrofit fluorescent tubes. In such tubes, an elongated printed circuit board with LED's is mounted in series in a glass tube so that the tube can be used, for example, in a lamp originally intended for a conventional fluorescent tube. Also in this application, a spatially resolved, temperature-dependent power control makes sense.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 anhand eines Ersatzschaltbildes das Prinzip der Erfindung,
2 einen exemplarischen Layout zur Realisation der Erfindung,
3 ein vorteilhaftes Designkonzept zur Realisierung der Erfindung,
4 eine Variante der Erfindung, und
5 eine weitere Variante der Erfindung.

Embodiments and variants of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it

1 using an equivalent circuit diagram, the principle of the invention,
2 an exemplary layout for realizing the invention,
3 an advantageous design concept for realizing the invention,
4 a variant of the invention, and
5 another variant of the invention.

1 verdeutlicht anhand eines schematischen Ersatzschaltbildes das Prinzip der Erfindung. In der Figur dargestellt sind eine Mehrzahl von als LED's 1 ausgebildeten und als LED-Kette zwischen den beiden Kontaktschienen 3 und 4 in Serie geschalteten elektrischen Verbrauchern, welche über die beiden Vorwiderstände R₁ und R₂ mit einer nicht gesondert dargestellten Gleichspannungsquelle elektrisch verbunden sind. Parallel zu dem Vorwiderstand R₂ und zu einander geschaltet sind die PTC-Vorwiderstände 2, von denen im gezeigten Bespiel jeweils einer in räumlicher Nähe zu jeweils einer LED angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass sich im Bereich des jeweiligen PTC-Vorwiderstandes 2 mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung eine ähnliche Temperatur einstellt wie im Bereich der jeweiligen LED. In demjenigen Fall, in welchem die Temperatur am Ort des PTC-Vorwiderstandes 2 einen bestimmten Wert erreicht, steigt der Wert des jeweiligen Vorwiderstandes sprunghaft an, wodurch sich im Ergebnis der Wert des Vorwiderstandes der seriell geschalteten LED's erhöht. Damit wird bei gleichbleibender Versorgungsspannung der Strom durch die jeweilige LED-Kette reduziert und der gewünschte Regelungseffekt stellt sich ein. Im Extremfall (Isolationswirkung der PTC-Vorwiderstände) würde sich als maximaler Vorwiderstand ein Wert von R₁ +R₂ ergeben. Gestrichelt angedeutet in der Figur ist eine Fortsetzung der gezeigten LED-Kette sowie eine weitere, der ersten Kette parallel geschaltete LED-Kette. 1 illustrated by a schematic equivalent circuit diagram, the principle of the invention. Shown in the figure are a plurality of LEDs formed as 1 and as an LED chain between the two contact rails 3 and 4 connected in series electrical consumers, which via the two series resistors R ₁ and R ₂ are electrically connected to a DC voltage source not shown separately. Parallel to the series resistor R ₂ and connected to each other are the PTC series resistors 2 of which in the example shown one each is arranged in spatial proximity to one LED each. This ensures that in the area of the respective PTC series resistor 2 with a certain time delay sets a similar temperature as in the area of the respective LED. In the case where the temperature at the location of the PTC resistor 2 reaches a certain value, the value of the respective series resistor increases abruptly, as a result of which the value of the series resistor of the serially connected LED's increases. Thus, the current is reduced by the respective LED chain with constant supply voltage and the desired control effect adjusts itself. In extreme cases (insulation effect of the PTC series resistors), the maximum series resistance would be a value of R ₁ + R ₂ result. Dashed indicates in the figure is a continuation of the LED chain shown and another, the first chain parallel LED chain.

2 zeigt ein exemplarisches Layout der Erfindung. Die LED's 1 sind dabei auf einer dünnen Leiterfolie 5 als Trägerschicht in mehreren parallel geschalteten, mittels der ersten Kontaktschiene 3 und der zweiten Kontaktschiene 4 kontaktierten Ketten angeordnet. Parallel zu den Ketten verlaufen kammförmige Leiterstrukturen 6 in der vorne beschriebenen Art, zwischen welchen mittels der bereits erwähnten PTC-Druckfarbe die gewünschte Struktur parallel geschalteter PTC-Vorwiderstände verwirklicht werden kann. Auf diese Weise kann der günstig verfügbare Raum auf der Leiterfolie 5 in besonders vorteilhafter Weise zur Realisierung der gewünschten Schichten von PTC-Druckfarbe genutzt werden. 2 shows an exemplary layout of the invention. The LEDs 1 are on a thin conductor foil 5 as a carrier layer in several parallel connected, by means of the first contact rail 3 and the second contact rail 4 arranged chains arranged. Comb-shaped conductor structures run parallel to the chains 6 in the manner described above, between which by means of the already mentioned PTC ink, the desired structure of parallel connected PTC series resistors can be realized. In this way, the cheap available space on the conductor foil 5 be used in a particularly advantageous manner for the realization of the desired layers of PTC ink.

Anhand 3 wird ein vorteilhaftes Designkonzept zur Realisierung der Erfindung erläutert. Gut erkennbar in der Figur sind wiederum die LED's 1 und die benachbarten kammförmigen Strukturen 6. In der ebenfalls in der Figur enthaltenen Ausschnittsvergrößerung sind quadratische Bereiche aufgebrachter Druckfarbe 7 erkennbar; die rechnerischen Quadrate können insbesondere eine Kantenlänge von 1mm aufweisen. Die quadratischen Bereiche können dabei jeweils als einzelne zu einander parallel geschaltete PTC-Vorwiderstände angesehen werden. Schraffiert dargestellt in der Figur sind thermisch gut leitende Schichten 8, welche aus Kupfer ausgebildet sein können und auf der Rückseite der Leiterfolie 5 angeordnet sind. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Heizanwendungen erzeugt die PTC-Druckfarbe kaum Wärme, die Verlustleistung der gesamten PTC-Fläche liegt zum Beispiel bei 100mA*2V=200mW. Dies führt zu einer vernachlässigbaren Selbsterwärmung im Bereich kleiner 0,1K. Somit sensiert die gezeigte Struktur die Umgebungstemperatur nahe der jeweiligen LED 1. Die Druckfarbe muss nicht zwingend in einzelnen Quadraten aufgebracht werden; es ist grundsätzlich auch denkbar, die Zwischenräume in der Struktur 6 oder anderen leitenden Strukturen mit einem zusammenhängenden Bereich von Druckfarbe zu füllen.Based 3 an advantageous design concept for the realization of the invention will be explained. Well recognizable in the figure, in turn, the LEDs 1 and the adjacent comb-shaped structures 6 , In the detail enlargement also contained in the figure are square areas applied ink 7 visible; the arithmetic squares can in particular have an edge length of 1 mm. The quadratic regions can each be regarded as individual PTC series resistors connected in parallel with each other. Hatched in the figure are thermally well conductive layers 8th , which may be formed of copper and on the back of the conductor foil 5 are arranged. In contrast to the heating applications known from the prior art, the PTC ink generates little heat, the power loss of the entire PTC area is for example 100mA * 2V = 200mW. This leads to a negligible self-heating in the range of less than 0.1K. Thus, the structure shown senses the ambient temperature near the respective LED 1 , The printing ink does not necessarily have to be applied in individual squares; It is basically also conceivable, the spaces in the structure 6 or other conductive structures to fill with a contiguous area of ink.

4 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher sich gegenüber der ersten Variante eine lokale Temperaturerhöhung im Bereich eines Verbrauchers stärker durch eine Verringerung des Stromes durch die Verbraucher auswirkt. In der in der Figur gezeigten Variante ist den nach wie vor in Reihe geschalteten Verbrauchern, die wiederum als LED's 1 ausgebildet sind, jeweils ein PTC-Vorwiderstand 9 in Reihe vorgeschaltet. Es ist in diesem Fall von Vorteil, die PTC-Vorwiderstände 9 niederohmiger als im vorangegangenen Beispiel auszuwählen, hier hat sich ein Wert im Bereich von ca. 0,2 Ohm bewährt. Im Falle einer gleichmäßigen Erwärmung der Kette entspricht der durch die einzeln parallel geschalteten und damit einzelnen LED's zugeordneten PTC-Vorwiderstände 9 erreichte Effekt demjenigen, welcher auch durch die Parallelschaltung eines ausgedehnten Vorwiderstandes beziehungsweise einer Vielzahl von ihrerseits parallel geschalteten Vorwiderständen wie im vorigen Beispiel erläutert erreicht wird. Allerdings genügt im vorliegend gezeigten Fall bereits eine entsprechende lokale Erwärmung im Bereich einer LED 1, um den Strom in der gesamten Kette signifikant zu reduzieren. In diesem Fall würde sich der Widerstand des PTC-Vorwiderstandes 9 beispielsweise von 0,2 auf 2 Ohm erhöhen, was sich aufgrund der Serienschaltung auf die Stromstärke in der gesamten Kette erheblich stärker auswirken würde als im Falle eines mehrerer parallel geschalteter PTC-Vorwiderstände. Die ebenfalls in der Figur erkennbaren Parallelwiderstände R₂‘ dienen dazu, eine gewisse Stromstärke innerhalb der Kette für den Fall aufrecht zu erhalten, dass der Wert des jeweiligen PTC-Vorwiderstandes 9 einen bestimmten Wert übersteigt. Die Widerstände R₂‘ können beispielsweise vergleichsweise einfach durch mäandrierende Leiterbahnen realisiert werden und insbesondere einen Wert von ca. 1Ohm aufweisen. Der Vorwiderstand R₁ gewährleistet analog zu dem vorigen Beispiel, dass der Maximalstrom durch die LED-Kette limitiert bleibt. Wird der PTC-Vorwiderstand gedruckt ausgeführt, führt bei gegebener Schichtdicke der PTC-Farbe der angestrebte geringere Widerstand der einzelnen PTC-Vorwiderstände zu einer Vervielfachung der Anzahl erforderlicher Flächenelemente, beispielsweise in Form von Quadraten. Damit ist diese Variante aufgrund des gegebenenfalls erhöhten Flächenbedarfes der einzelnen PTC-Vorwiderstände vor allem für Anwendungen attraktiv, bei welchen die einzelnen Verbraucher einen größeren Abstand von einander haben. Das Problem des erhöhten Flächenbedarfs lässt sich jedoch alternativ oder ergänzend dadurch adressieren, dass entweder die lateralen Abmessungen der einzelnen Flächenelemente verringert werden oder die Schichtdicke, in welcher die PTC-Farbe aufgetragen wird, erhöht wird. 4 shows a variant of the invention, in which compared to the first variant, a local temperature increase in a consumer more affected by a reduction in the current through the consumer. In the variant shown in the figure, the consumers, which are still connected in series, which in turn are configured as LEDs 1, are each a PTC series resistor 9 connected in series. It is advantageous in this case, the PTC series resistors 9 With a lower resistance than in the previous example, a value in the range of approx. 0.2 ohms has been proven. In the case of a uniform heating of the chain corresponds to the individually connected in parallel and thus individual LED's PTC series resistors 9 achieved effect of that which is also achieved by the parallel connection of an extended series resistor or a plurality of parallel connected in parallel resistors as explained in the previous example. However, in the case shown here, a corresponding local heating in the region of an LED already suffices 1 to significantly reduce the current throughout the chain. In this case, the resistance of the PTC resistor would 9 For example, increase from 0.2 to 2 ohms, which would have much greater impact on the total current in the entire chain due to the series connection as in the case of several parallel-connected PTC series resistors. The parallel resistors R ₂ ', which can also be seen in the figure, serve to maintain a certain current within the chain in the event that the value of the respective PTC series resistor 9 exceeds a certain value. The resistors R ₂ ', for example, can be realized comparatively easily by means of meandering conductor tracks and, in particular, have a value of approximately 1 ohm. The series resistor R ₁ ensures analogous to the previous example that the maximum current through the LED chain remains limited. If the PTC resistor is printed, the desired lower resistance of the individual PTC series resistors leads to a multiplication of the number of required surface elements, for example in the form of squares, for a given layer thickness of the PTC color. Thus, this variant is attractive due to the possibly increased space requirement of the individual PTC series resistors especially for applications in which the individual consumers have a greater distance from each other. However, the problem of increased space requirement can be addressed alternatively or additionally by either reducing the lateral dimensions of the individual surface elements or by increasing the layer thickness in which the PTC paint is applied.

5 zeigt als exemplarische Ausschnittsvergrößerung denjenigen Fall, in welchem zwei unterschiedliche PTC-Druckfarben, insbesondere mit unterschiedlicher Sprungtemperatur, verwendet werden, wie in der Figur mittels der beiden PTC-Vorwiderstände 9' und 9" angedeutet. Dabei kann die Sprungtemperatur des ersten PTC-Vorwiderstandes 9' im Bereich von 60°C liegen, wohingegen diejenige des zweiten PTC-Vorwiderstandes 9" im Bereich von ca. 80°C liegen kann. Bei geeigneter Wahl insbesondere der Sprungtemperaturen lässt sich das gewünschte thermische Verhalten der Schaltung in einem weiten Bereich einstellen. Es versteht sich von selbst, dass auch mehr als zwei unterschiedliche PTC-Vorwiderstände verwendet werden können. Darüber hinaus kann das in der 5 gezeigte Prinzip auch auf weitere Schaltungsvarianten, insbesondere auch auf die in den 1-3 gezeigten Ausführungsformen mit den notwendigen Änderungen angewendet werden. 5 shows as an exemplary detail enlargement the case in which two different PTC printing inks, in particular with different transition temperature, are used, as in the figure by means of the two PTC series resistors 9 ' and 9 " indicated. In this case, the transition temperature of the first PTC series resistor 9 ' in the range of 60 ° C, whereas that of the second PTC series resistor 9 " may be in the range of about 80 ° C. With a suitable choice, in particular the transition temperatures, the desired thermal behavior of the circuit can be set in a wide range. It goes without saying that more than two different PTC series resistors can be used. Moreover, that can be done in the 5 principle shown on other circuit variants, especially on the in the 1 - 3 shown embodiments are applied with the necessary changes.

Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf die Anwendung für in Serie geschaltete Verbraucher beschränkt ist. Sie kann auch für parallel geschaltete Verbraucher sinnvoll zur Anwendung kommen.It goes without saying that the invention is not limited to the application for series-connected consumers. It can also be used sensibly for parallel consumers.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Elektrischer Verbraucher, insbesondere LEDElectric consumer, in particular LED
22: PTC-Vorwiderstand (mehreren Verbrauchern vorgeschaltet)PTC resistor (upstream of several consumers)
33: Erste KontaktschieneFirst contact rail
44: Zweite KontaktschieneSecond contact rail
55: Leiterfolie, TrägerschichtConductor foil, carrier layer
66: Kammförmige StrukturComb-shaped structure
77: Bereich aufgebrachter DruckfarbeArea applied printing ink
88th: Thermisch gut leitende SchichtThermally conductive layer
99: PTC-Vorwiderstand (einzelnem Verbraucher zugeordnet)PTC resistor (assigned to individual consumer)
R₂,R₂‘R ₂ , R ₂ ': Parallelwiderstandparallel resistance
R₁ R ₁: Vorwiderstanddropping resistor
9',9"9 ', 9 ": PTC-Vorwiderstände unterschiedlicher SprungtemperaturPTC series resistors of different transition temperature

Claims

Electrical system comprising a plurality of spatially distributed electrical consumers (1) a plurality of PTC series resistors (2, 9) connected in series with at least a portion of the electrical loads (1), at least a portion of the plurality of PTC series resistors (2, 9) each in thermal contact with at least a portion of the Consumer (1) is arranged.

System after Claim 1 , characterized in that the PTC series resistors (2,9) are realized as in each case as on a support layer (5) realized layers containing PTC ink.

System after Claim 1 or 2 , characterized in that the consumers (1) are semiconductor light sources.

System after Claim 3 , characterized in that the semiconductor light sources (1) are LEDs.

System according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the thermal contact of the PTC series resistors (2,9) with the consumers (1) is ensured by the fact that the PTC series resistors (2,9) the consumers (1) are arranged adjacent.

System after Claim 5 , characterized in that the PTC series resistors (2,9) are arranged at a distance of less than 5mm from the respective consumers (1).

System according to one of the preceding Claims 1 - 6 , characterized in that the PTC series resistors (2) between the teeth of a spatially extended comb-shaped conductor structure (6) are arranged.

System after Claim 7 , characterized in that the PTC series resistors (2) as rectangular, in particular square areas of applied printing ink (7) are realized.

System according to one of the preceding Claims 2 - 8th , characterized in that the layer thickness of the printing ink in a range of 15 .mu.m to 30 .mu.m, in particular in a range of 25 .mu.m.

System according to one of the preceding Claims 2 - 9 Characterized in that the carrier layer (5) is provided with at least one additional thermally well conducting layer (8).

System after Claim 10 Characterized in that the thermally well conducting layer (8) is formed as a metallic layer, especially as a contiguous copper layer.

System according to one of the preceding Claims 2 - 11 , characterized in that at least a part of the PTC series resistors (2,9) on the underside of the carrier layer (5) is arranged.

System according to one of the preceding Claims 2 - 12 , characterized in that the carrier layer (5) is designed as a thin conductor foil.

System according to one of the preceding Claims 2 - 13 , characterized in that PTC inks of different critical temperature are present.

System according to one of the preceding claims, characterized in that each of the consumers (1) is associated with a PTC series resistor (2,9) which is in thermal contact with it.

System according to one of the preceding claims, characterized in that several different consumers associated PTC series resistors (9) are connected in series.

System according to any one of the preceding claims, characterized in that a plurality of different consumers associated PTC resistors (2) are connected in parallel.

System after Claim 4 , characterized in that the system is a retrofit fluorescent tube.

Method for printing a system according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of the different components used are printed in a different printing units in one printing operation.

Method according to Claim 19 , characterized in that all the components used are printed in a single printing operation.