DE102018201228A1

DE102018201228A1 - Steuern von wenigstens zwei in reihe geschalteten leuchtdioden einer leuchteinrichtung

Info

Publication number: DE102018201228A1
Application number: DE102018201228.8A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Jooss
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2019-01-24
Also published as: US11343893B2; WO2019020572A1; US20210160988A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) einer Schaltungsanordnung (10, 42, 44, 46) einer Leuchteinrichtung, bei dem:
- die wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) mittels einer steuerbaren Stromquelleneinheit (20) mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom (22) beaufschlagt werden, wobei wenigstens zu einer der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) ein Bypass-Element (24, 26, 28) parallelgeschaltet ist,
- eine elektrische Versorgungsspannung (Ub), mit der die Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) und der Stromquellenschaltung (20) beaufschlagt wird, erfasst wird, und
- eine elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements (24, 26, 28) abhängig von der erfassten elektrischen Versorgungsspannung (Ub) und/oder dem Leuchtdiodenstrom (22) gesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Leuchteinrichtung mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden und einer zu den wenigstens zwei Leuchtdioden in Reihe geschalteten steuerbaren Stromquelleneinheit zum Beaufschlagen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Leuchteinrichtung mit einem elektrischen Anschluss zum Anschließen an eine elektrische Energiequelle, die eine elektrische Versorgungsspannung bereitstellt, und einer an dem elektrischen Anschluss angeschlossenen Schaltungsanordnung. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Steuern von wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden einer Schaltungsanordnung einer Leuchteinrichtung.
Leuchteinrichtungen der gattungsgemäßen Art, Schaltungsanordnungen für solche Leuchteinrichtungen sowie auch Verfahren zu deren Betrieb sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Sie dienen üblicherweise der Bereitstellung von Licht zum Zwecke der Beleuchtung, zu welchem Zweck elektrische Energie von einer elektrischen Energiequelle zugeführt wird. Zunehmend werden Leuchtdioden als Leuchtmittel eingesetzt, um unterschiedlichste Beleuchtungsszenarien in hochflexibler Weise einstellen zu können, energiesparend Licht bereitstellen zu können und/oder dergleichen. Mittlerweile verbreitet sich der Einsatz von Leuchtdioden als Leuchtmittel bei Leuchteinrichtungen deutlich, wodurch sich auch neue Anwendungsfelder für leuchtdiodenbasierte Leuchteinrichtungen ergeben, unter anderem auch im Bereich eines Ersatzes von bestehenden Leuchtmitteln, die beispielsweise auf Glühlampen, Gasentladungslampen oder dergleichen basieren.
Der Einsatz von Leuchteinrichtungen, die auf Leuchtdioden basieren, erweist sich insbesondere bei Fahrzeugen, besonders bei Kraftfahrzeugen, als besonders vorteilhaft. Gerade hier zeigt sich der Vorzug einer Lichterzeugung mit hohem Wirkungsgrad, wobei eine vorgegebene Lichtabgabe mit geringem elektrischem Energieaufwand erreicht werden kann.
Um einen vorgegebenen Lichtstrom erreichen zu können, ist es bei Einsatz von Leuchtdioden häufig üblich, eine Mehrzahl von Leuchtdioden gemeinsam zu betreiben, die beispielsweise nach Art einer Matrix angeordnet sein können. Die Leuchtdioden sind für die bestimmungsgemäße Lichtemission zumindest teilweise in Reihe geschaltet und werden mit einem vorgegebenen Leuchtdiodenstrom beaufschlagt. Dadurch kann die Lichtabgabe in vorgegebener Weise erreicht werden.
Der Leuchtdiodenstrom ist in der Regel ein Gleichstrom, der die jeweils in Reihe geschalteten Leuchtdioden gemeinsam durchströmt. Dadurch ist jede der in Reihe geschalteten Leuchtdioden mit dem gleichen Leuchtdiodenstrom beaufschlagt, sodass eine im Wesentlichen gleiche Lichtemission erreicht werden kann. Der Leuchtdiodenstrom ist ein Gleichstrom, der gegebenenfalls zum Einstellen des Lichtstroms auch getaktet sein kann, beispielsweise gemäß einer Pulsweitenmodulation (PWM) oder dergleichen.
Um eine weitgehend gleichmäßige Lichtemission durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden erreichen zu können, wird der Leuchtdiodenstrom in der Regel mittels einer Stromquelleneinheit bereitgestellt, die einen vorgegebenen, vorzugsweise konstanten, Leuchtdiodenstrom bereitstellt. Innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs, in dem die Stromquelleneinheit den Leuchtdiodenstrom im Wesentlichen in vorgegebener Weise bereitzustellen vermag, kann somit eine ebenfalls im Wesentlichen gleichmäßige Lichtemission erreicht werden. Zu diesem Zweck ist die Stromquelleneinheit zu den in Reihe geschalteten Leuchtdioden ebenfalls in Reihe geschaltet. Die hierdurch gebildete Reihenschaltung wird insgesamt von einer elektrischen Energiequelle mit der elektrischen Versorgungsspannung beaufschlagt, wodurch die erforderliche elektrische Energie bereitgestellt wird.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb hat sich jedoch gezeigt, dass Schwankungen der Versorgungsspannung auftreten können, die einen Regelbereich der Stromquelleneinheit überschreiten. So kann beispielsweise im Einsatz bei einem Kraftfahrzeug der Fall auftreten, dass die Versorgungsspannung, beispielsweise während eines Anlassens eines Verbrennungsmotors oder dergleichen, stark einbricht, sodass die Reihenschaltung nicht mehr mit einer minimal erforderlichen Versorgungsspannung beaufschlagt ist, sodass die Lichtemission durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden insgesamt teilweise stark beeinträchtigt ist, wenn nicht sogar vollständig eingestellt ist. Dies ist zumindest auf dem technischen Gebiet der Kraftfahrzeuge unerwünscht.
Die Leuchteinrichtung der gattungsgemäßen Art kann beispielsweise bei Kraftfahrzeugen in einem Fahrzeugscheinwerfer zum Einsatz kommen. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Moderne Kraftfahrzeuge verfügen über eine fahrzeugseitige Überwachungsfunktion von zumindest einigen ihrer Fahrzeugscheinwerfer, die eine Funktionalität des angeschlossenen Fahrzeugscheinwerfers, insbesondere von dessen Leuchtmittel, während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Kraftfahrzeugs überwacht. Eine solche Überwachungsfunktion ist zum Teil auch durch die Normung, beispielsweise die ECE R 48 oder dergleichen, vorgeschrieben. Hierdurch wird erreicht, dass einerseits ein Fahrzeugführer über die Funktionalität des jeweiligen Fahrzeugscheinwerfers beziehungsweise seines Leuchtmittels informiert werden und bei Störungen entsprechende Maßnahmen einleiten kann. Darüber hinaus kann erreicht werden, dass nicht bestimmungsgemäß betreibbare Fahrzeugscheinwerfer beziehungsweise solche Leuchtmittel eine Meldung verursachen, die automatisch weitere Maßnahmen bewirken kann, beispielsweise Abschalten eines dem jeweiligen Leuchtmittel zugeordneten Leuchtmittelkanals, um zum Beispiel gefährliche Zustände oder dergleichen vermeiden zu können.
Zu diesem Zweck ist üblicherweise eine fahrzeugseitige Überwachungseinrichtung vorgesehen, die für die Überwachung eines jeweils zugeordneten Leuchtmittels angepasst ausgebildet ist. Tritt ein Defekt eines solchen Leuchtmittels während des bestimmungsgemäßen Betriebs ein, kann im Rahmen einer Reparatur beziehungsweise Wartung nur ein baugleiches Leuchtmittel eingesetzt werden. Wird hingegen ein Leuchtmittel mit abweichenden, insbesondere elektrischen, Eigenschaften eingesetzt, kann dies aufgrund unterschiedlicher elektrischer Eigenschaften von der Überwachungseinrichtung als Fehler erfasst und eine entsprechende Störungsmeldung beziehungsweise ein entsprechendes Störungssignal abgegeben werden. Darüber hinaus kann im ungünstigsten Fall der entsprechende Leuchtmittelkanal sogar vollständig abgeschaltet werden, wenn dies fahrzeugseitig vorgesehen ist.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung, eine Leuchteinrichtung mit einer solchen Schaltungsanordnung sowie auch ein gattungsgemäßes Verfahren hinsichtlich der Zuverlässigkeit zu verbessern.
Als Lösung werden mit der Erfindung eine Schaltungsanordnung, eine Leuchteinrichtung sowie auch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Bezüglich der Schaltungsanordnung wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass diese aufweist:

- wenigstens zwei in Reihe geschaltete Leuchtdioden,
- eine zu den wenigstens zwei Leuchtdioden in Reihe geschalteten steuerbaren Stromquelleneinheit zum Beaufschlagen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom,
- wenigstens ein zu einer der wenigstens zwei Leuchtdioden parallelgeschaltetes Bypass-Element, und
- eine Steuereinheit zum Steuern einer elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements abhängig von einer elektrischen Versorgungsspannung, mit der die Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Leuchtdioden und der Stromquelleneinheit beaufschlagt ist.

Bezüglich einer gattungsgemäßen Leuchteinrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
Bezüglich des Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass die wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden mittels einer steuerbaren Stromquelleneinheit mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom beaufschlagt werden, wobei wenigstens zu einer der wenigstens zwei Leuchtdioden ein Bypass-Element parallelgeschaltet ist, wobei eine elektrische Versorgungsspannung, mit der die Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Leuchtdioden und der Stromquellenschaltung beaufschlagt wird, erfasst wird, und eine elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements abhängig von der erfassten elektrischen Versorgungsspannung und/oder dem Leuchtdiodenstrom gesteuert wird.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass zum Betrieb der Leuchtdioden im bestimmungsgemäßen Betrieb der Lichtemission eine geeignete Leuchtdiodenspannung erforderlich ist. Die Leuchtdiodenspannung ist über eine Strom-Spannung-Kennlinie mit dem Leuchtdiodenstrom, der die Leuchtdiode durchströmt, verknüpft. Ist die Versorgungsspannung nun kleiner als eine Summe der Leuchtdiodenspannungen der wenigstens zwei Leuchtdioden und einer Mindestspannung, die zum Betrieb der Energiequelleneinheit erforderlich ist, sieht die Erfindung vor, dass mittels des Bypass-Elements eine der wenigstens zwei Leuchtdioden sukzessive durch Erhöhen der elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements kurzgeschlossen wird, sodass das Bypass-Element die Stromführung des Leuchtdiodenstroms anstelle der Leuchtdiode, die zum Bypass-Element parallelgeschaltet ist, übernehmen kann. Da das Bypass-Element für seinen bestimmungsgemäßen Betrieb lediglich eine außerordentlich kleine Betriebsspannung benötigt, kann somit die minimal erforderliche Versorgungsspannung reduziert werden, weil nämlich die Leuchtdiodenspannung bei Beaufschlagung der Leuchtdiode mit dem Leuchtdiodenstrom deutlich größer ist. Dadurch kann der Betrieb der verbleibenden wenigstens einen Leuchtdiode länger aufrechterhalten werden, sodass auch bei einer stark reduzierten Versorgungsspannung noch eine Lichtemission durch die verbleibenden Leuchtdioden beziehungsweise eine Lichtabgabe durch die Leuchteinrichtung ermöglicht ist. Zwar ist der Lichtstrom insgesamt dadurch reduziert, jedoch kann nach wie vor eine Leuchtwirkung festgestellt und eine Beleuchtungsfunktion zumindest teilweise realisiert werden.
Die Erfindung ist natürlich nicht darauf beschränkt, lediglich zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden aufzuweisen, bei denen eine der Leuchtdioden ein parallelgeschaltetes Bypass-Element aufweist. Das erfinderische Prinzip kann natürlich weiter kaskadiert werden, sodass für zusätzliche Leuchtdioden, beispielsweise eine dritte, eine vierte oder dergleichen Leuchtdiode, ebenfalls jeweils individuell parallelgeschaltete Bypass-Elemente vorgesehen werden. Dadurch kann ein sehr weiter Betriebsspannungsbereich für die Schaltungsanordnung und somit auch für die Leuchteinrichtung erreicht werden. Für die erste Leuchtdiode braucht ein parallelgeschaltetes Bypass-Element nicht vorgesehen zu werden, weil, wenn die Versorgungsspannung nicht einmal zum Betreiben einer einzigen Leuchtdiode ausreicht, eine Lichtemission ohnehin nicht mehr erreicht werden kann. Es kann jedoch auch hier sinnvoll sein, einen MOSFET parallelzuschalten, um bei beispielsweise niedrigeren Spannungen eine konstante Stromaufnahme sicherzustellen, wenn ein übergeordnetes Steuergerät ansonsten einen Defekt der Leuchteinrichtung feststellen könnte.
Gemäß der Erfindung wird die elektrische Versorgungsspannung erfasst und die elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements abhängig von der erfassten elektrischen Versorgungsspannung gesteuert. Zu diesem Zweck kann ein separater Spannungssensor vorgesehen sein, dessen Messsignal ausgewertet und zum Steuern des Bypass-Elements herangezogen wird. Es kann die Erfassung der Versorgungsspannung jedoch auch mit elektronischen Schaltungsmitteln realisiert sein, beispielsweise mittels eines Spannungsteilers oder dergleichen.
Das Bypass-Element ist ein steuerbares Bypass-Element, welches vorzugsweise zumindest eine Steuerelektrode aufweist, über die dessen elektrische Leitfähigkeit eingestellt werden kann. Die Steuerelektrode ist abhängig von der erfassten elektrischen Versorgungsspannung mit einem Signal beaufschlagt, sodass in geeigneter Weise die elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements eingestellt werden kann. Das Bypass-Element kann zum Beispiel durch einen Transistor oder dergleichen gebildet sein. Besonders vorteilhaft eignet sich ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein selbstsperrender Metalloxid Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET). Mit einem Transistor kann der Leuchtdiodenstrom bei einer sehr kleinen Restspannung geführt werden. Dadurch ist es möglich, den Spannungsbereich für die zuverlässige Funktion der Schaltungsanordnung bezüglich der Versorgungsspannung sehr klein zu halten.
Der Transistor wird vorliegend in einem Linearbetrieb betrieben. Der Linearbetrieb unterscheidet sich vom sogenannten Schaltbetrieb bei Transistoren vorzugsweise dadurch, dass kontinuierliche Betriebszustände eingenommen werden können. Beim Schaltbetrieb hingegen sind in der Regel lediglich zwei Schaltzustände möglich, nämlich der eingeschaltete Zustand und der ausgeschaltete Zustand des Transistors. Im eingeschalteten Zustand wird zwischen den Anschlüssen des Transistors, zwischen denen die Schaltstrecke ausgebildet ist, ein sehr geringer elektrischer Widerstand bereitgestellt, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. Im ausgeschalteten Zustand ist die Schaltstrecke des Transistors dagegen hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt.
Der Linearbetrieb kann die Zustände des Schaltbetriebs umfassen, ermöglicht darüber hinaus jedoch auch eine Vielzahl von Zwischenzuständen, bei denen die Schaltstrecke nicht vollständig ein- oder ausgeschaltet ist. Entsprechend kann der Schaltstrecke eine elektrische Leitfähigkeit zugemessen werden, die durch ein geeignetes Steuersignal an der Steuerelektrode des Transistors gesteuert werden kann. Der Transistor kann insbesondere auch ein bipolarer Transistor sein. Daneben kann natürlich auch vorgesehen sein, dass selbstleitende Transistoren, beispielsweise Sperrschicht-Feldeffekttransistoren oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
Die Erfindung nutzt also insbesondere die Möglichkeit, das Bypass-Element nicht nur in einem Schaltbetrieb zu betreiben, sondern auch Zwischenzustände zu ermöglichen. Dadurch kann eine besonders günstige Funktionalität erreicht werden.
Die Stromquelleneinheit ist eine elektronische Schaltung, die über einen bestimmten Betriebsspannungsbereich einen vorgebbaren Strom, hier den Leuchtdiodenstrom, vorgibt. Dieser Strom kann innerhalb des Betriebsspannungsbereichs im Wesentlichen als konstanter Strom bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck können geeignete elektronische Schaltungen, beispielsweise unter Nutzung von Operationsverstärkern oder dergleichen, zum Einsatz kommen. Besonders vorteilhaft eignen sich jedoch Transistorschaltungen, die zum Zwecke des Bereitstellens des vorgegebenen Stroms eine Regelungsfunktion umfassen. So kann beispielsweise der einzustellende Strom mittels eines Stromsensors, beispielsweise in Form eines Widerstands, an dem eine entsprechende elektrische Spannung abgegriffen wird, realisiert sein, dessen Sensorsignal, welches im letztgenannten Fall die elektrische Spannung am Widerstand ist, zum Einstellen des Stroms genutzt wird. Der Strom selbst wird vorzugsweise mittels eines Transistors, besonders bevorzugt mittels eines MOSFET's, eingestellt. Das Sensorsignal des Stromsensors wird zum Bereitstellen eines Steuersignals für den Transistor genutzt. Die Bereitstellung des Steuersignals kann weitere elektronische Komponenten, unter anderem auch einen oder mehrere weitere Transistoren, umfassen, um eine vorgebbare Regelungsfunktion ermöglichen zu können.
Insgesamt ermöglicht es die Erfindung somit, die Zuverlässigkeit hinsichtlich des bestimmungsgemäßen Betriebs der Schaltungsanordnung und einer damit ausgerüsteten Leuchte sowie auch eines Verfahrens der Erfindung zu verbessern.
Vorteilhaft ist die Stromquelleneinheit ausgebildet, den Leuchtdiodenstrom zu erfassen und ein Leuchtdiodenstromsignal zum Regeln des Leuchtdiodenstroms bereitzustellen. Dadurch kann der Leuchtdiodenstrom über einen weiten Betriebsspannungsbereich zuverlässig bereitgestellt werden. Zugleich ermöglicht es die Regelungsfunktion, auch eine Einstellbarkeit des Leuchtdiodenstroms zu ermöglichen.
Besonders vorteilhaft ist die Steuereinheit ausgebildet, das Bypass-Element abhängig vom Leuchtdiodenstromsignal zu regeln. Die Steuereinheit kann ihrerseits als elektronische Schaltung ausgebildet sein, die dazu dient, ein geeignetes Steuersignal für das Bypass-Element bereitstellen zu können. Die Steuereinheit kann vorzugsweise durch eine Transistorschaltung gebildet sein, die insbesondere einen bipolaren Transistor oder auch einen Feldeffekttransistor oder dergleichen nutzt. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Steuereinheit das Leuchtdiodenstromsignal nutzt, um die elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements einzustellen, insbesondere zu regeln. Dadurch kann die Funktionalität des Bypass-Elements an die jeweiligen Betriebsbedingungen der Leuchtdiode besser angepasst werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, die Abhängigkeit von der Versorgungsspannung bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements besser einstellen zu können.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Schaltungsanordnung eine Überspannungserfassungseinheit zum Erfassen der Versorgungsspannung auf, die ausgebildet ist, die Stromquelleneinheit bei einer Versorgungsspannung, die größer als ein erster Vergleichswert ist, zu deaktivieren. Die Überspannungserfassungseinheit dient dadurch dem Schutz der Stromquelleneinheit, die bei einer Überspannung hinsichtlich der großen Betriebsspannung bei der Bereitstellung des Leuchtdiodenstroms mit einer entsprechend hohen Verlustleistung beaufschlagt sein kann. Um eine thermische Überlastung der Stromquelleneinheit zu vermeiden, kann bei einer Versorgungsspannung, die größer als der erste Vergleichswert ist, das Deaktivieren ausgelöst werden, um die Schaltungsanordnung, insbesondere die Stromquelleneinheit, vor einer Beschädigung schützen zu können. Die Überspannungserfassungseinheit kann durch eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode mit einem elektrischen Widerstand gebildet sein, die mit einem Anschluss an der Versorgungsspannung und mit einem zweiten Anschluss an einem geeigneten Steueranschluss der Stromquelleneinheit angeschlossen ist. Ist die Versorgungsspannung so groß, dass die Zenerdiode leitfähig wird, wird eine Deaktivierung der Stromquelleneinheit veranlasst. Die Zenerspannung der Zenerdiode bestimmt also den ersten Vergleichswert in dieser Ausgestaltung. Die Überspannungserfassungseinheit kann jedoch auch durch andere elektronische Schaltungen gebildet sein, die beispielsweise Operationsverstärker oder dergleichen nutzen. Natürlich kann die Überspannungserfassungseinheit ergänzend auch die Steuereinheit entsprechend steuern.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung eine Temperaturerfassungseinheit aufweist, die ausgebildet ist, eine Temperatur von wenigstens einer der wenigstens zwei Leuchtdioden zu erfassen und ein Temperatursignal zum Steuern der Stromquelleneinheit und/oder der Steuereinheit bereitzustellen. Es kann auch die Temperatur sämtlicher Leuchtdioden oder auch lediglich einer Auswahl hiervon erfasst werden. Mit dem Steuersignal der Temperaturerfassungseinheit kann vorzugsweise erreicht werden, dass der Leuchtdiodenstrom reduziert wird. Dadurch kann erreicht werden, dass die Verlustleistung der Leuchtdioden im bestimmungsgemäßen Betrieb reduziert werden kann. Besonders vorteilhaft ist die Temperaturerfassungseinheit thermisch mit der wenigstens einen Leuchtdiode gekoppelt. Die Temperaturerfassungseinheit kann zum Beispiel einen Positive Temperature Coefficient (PTC)- Widerstand aufweisen, der thermisch mit wenigstens einer der Leuchtdioden gekoppelt ist. Aber auch andere Schaltungsanordnungen können zum Einsatz kommen, die zum Beispiel einen Negative Temperature Coefficient (NTC)-Widerstand benutzen, elektronische Schaltungen unter Nutzung von Operationsverstärkern und/oder dergleichen. Vorzugsweise bietet die Temperaturerfassungseinheit die Möglichkeit, einen Einsatzpunkt sowie auch eine Verstärkung hinsichtlich der erfassten Temperatur einstellen zu können. Die Temperaturerfassungseinheit stellt vorzugsweise ein Temperatursteuersignal für die Stromquelleneinheit und/oder die Steuereinheit bereit.
Vorteilhaft erfasst die Temperaturerfassungseinheit eine Leuchtdiodenspannung von wenigstens einer der wenigstens zwei Leuchtdioden und ist ferner ausgebildet, das Temperatursignal abhängig von der Leuchtdiodenspannung bereitzustellen. Dadurch können Eigenschaften der Leuchtdioden ergänzend berücksichtigt werden, insbesondere Eigenschaften, die temperaturabhängig sind. Darüber hinaus kann durch diese Ausgestaltung eine einfache elektrische Ankopplung der Temperaturerfassungseinheit hinsichtlich ihrer Funktionalität erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Stromquelleneinheit zum Regeln des Leuchtdiodenstroms und/oder die Steuereinheit zum Regeln des Bypass-Elements einen bipolaren Transistor aufweist. Hierdurch kann eine besonders einfache und zuverlässige Schaltung in Bezug auf die Stromquelleneinheit und die Steuereinheit erreicht werden. Darüber hinaus ist der bipolare Transistor besonders kostengünstig und kompakt verfügbar.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung eine mit dem bipolaren Transistor thermisch gekoppelte Temperaturkompensationseinheit zum Kompensieren einer Temperaturdrift des bipolaren Transistors aufweist. Die Temperaturkompensationseinheit kann hierzu wenigstens ein geeignetes temperatursensorisches Bauelement aufweisen, vorzugsweise einen NTC-Widerstand. Dieser Widerstand ist mit dem bipolaren Transistor thermisch gekoppelt, sodass die Temperatur des bipolaren Transistors einem Widerstandswert des NTC-Widerstands zugeordnet werden kann. Hierdurch kann ein Signal bereitgestellt werden, welches einer Steuerelektrode des bipolaren Transistors, hier der Basis des bipolaren Transistors, ergänzend zugeführt werden kann, um eine entsprechende Temperaturkompensation erreichen zu können. Beispielsweise kann der NTC-Widerstand parallel zu einer Basis-Emitter-Strecke des bipolaren Transistors angeschlossen sein.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung eine Deaktivierungseinheit zum Erfassen der Versorgungsspannung aufweist, die ausgebildet ist, die Steuereinheit bei einer Versorgungsspannung, die größer als ein zweiter Vergleichswert ist, zu deaktivieren. Vorzugsweise ist der zweite Vergleichswert derart gewählt, dass die Versorgungsspannung so groß ist, dass ein zuverlässiger Betrieb sämtlicher Leuchtdioden der wenigstens zwei Leuchtdioden ermöglicht ist. In diesem Betriebszustand ist nämlich ein Betrieb des Bypass-Elements nicht erforderlich. Beispielsweise kann die Deaktivierungseinheit durch eine Reihenschaltung aus einer Zehnerdiode und einem Widerstand gebildet sein, die an der Versorgungsspannung und an der Steuereinheit angeschlossen ist. Erst wenn die Versorgungsspannung einen Wert erreicht, sodass die Zenerdiode, die den zweiten Vergleichswert bestimmt, leitfähig wird, wird die Steuereinheit deaktiviert, weil bei dieser oder einer größeren Versorgungsspannung keine Einschränkung hinsichtlich des Betriebs der verfügbaren Leuchtdioden zu verzeichnen ist. Erst wenn die Versorgungsspannung kleiner wird, sodass die Leitfähigkeit der Zenerdiode nicht mehr gegeben ist, wird die Steuereinheit aktiviert und eine Regelungsfunktion beziehungsweise Steuerfunktion bezüglich des Bypass-Elements freigegeben. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Ausgestaltung ferner dazu, dass bei einer defekten Leuchtdiode vermieden werden kann, dass das Bypass-Element den Leuchtdiodenstrom übernimmt, wodurch somit einer übergeordneten Fahrzeugsteuerung die Möglichkeit eröffnet wird, einen Defekt der jeweiligen Leuchtdioden erkennen zu können.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der wenigstens zwei Leuchtdioden Bestandteil einer Baugruppe ist, welche eine jeweilige der wenigstens zwei Leuchtdioden und einen elektrischen Widerstand umfasst, wobei die jeweilige Leuchtdiode der Baugruppe und der elektrische Widerstand der Baugruppe in Reihe geschaltet sind. Anstelle von wenigstens einer der wenigstens zwei Leuchtdioden kann somit eine leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung aus dieser jeweiligen der wenigstens zwei Leuchtdioden und dem elektrischen Widerstand angeschlossen sein. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein Übergang von einem lichtemittierenden Zustand der jeweiligen der wenigstens zwei Leuchtdioden in den nicht lichtemittierenden Zustand sanfter beziehungsweise kontinuierlicher, also mit einem geringeren Gradienten, erfolgen kann. Insbesondere bei schnellen Schwankungen der Versorgungsspannung können Auswirkungen auf die Lichtemission der Schaltungsanordnung beziehungsweise die Beleuchtungsfunktion reduziert werden, beispielsweise in Bezug auf Flackern beziehungsweise Flickern, also eine kurzzeitige, impulsartige Erhöhung beziehungsweise Veränderung des Lichtstroms, des Lichts und/oder dergleichen. Dem Grunde nach kann die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung natürlich für jede der wenigstens zwei Leuchtdioden der Schaltungsanordnung vorgesehen sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung nur für solche der wenigstens zwei Leuchtdioden vorgesehen ist, bei denen sich die Auswirkungen auf die Beleuchtungsfunktion als besonders ungünstig erweisen. Dadurch kann beim Zuschalten einer Leuchtdiode vermieden werden, dass sich aufgrund eines etwaigen steilen Spannungsanstiegs an der Leuchtdiode ein ebenfalls steiler Anstieg eines Lichtstroms ergibt. Hierdurch etwaig visuell wahrnehmbare Helligkeitsschwankungen oder Flickern kann reduziert beziehungsweise vermieden werden.
Ist die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung für mehr als eine der wenigstens zwei Leuchtdioden vorgesehen, kann ein jeweiliger Wert des elektrischen Widerstands für sämtliche der elektrischen Widerstände gleich gewählt sein. Darüber hinaus kann natürlich auch vorgesehen sein, dass der Widerstandswert der Widerstände zumindest teilweise voneinander unterschiedlich gewählt ist. Die Wahl eines geeigneten Widerstandswerts kann von jeweiligen spezifischen Eigenschaften der Schaltungsanordnung, insbesondere in Bezug auf die Lichtemission beziehungsweise den Lichtstrom, gewählt sein. Ein geeigneter Widerstandswert kann zum Beispiel empirisch ermittelt werden, beispielsweise in einem Labor, in einer Fertigung, bei einer Wartung der Schaltungsanordnung und/oder dergleichen. Der Widerstandswert kann somit vorzugsweise einstellbar sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Widerstandswert in einer konkreten Anwendung individuell eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck kann der Widerstand durch einen einstellbaren Widerstand wie zum Beispiel ein Potentiometer oder dergleichen gebildet sein. Insgesamt kann die Ergonomie der Beleuchtung verbessert werden.
Mit anderen Worten kann erreicht werden, dass, um die Änderung des Lichtstroms im Übergangsbereich von einer Leuchtdiode zur anderen (Zuschaltung) zu vermindern, zumindest die letzte der Reihe geschalteten Leuchtdioden mit einem Serienwiderstand versehen ist, der den Übergangsbereich glättet. Dadurch kann die Änderung des Lichtstroms im Übergangsbereich weniger abrupt beziehungsweise geglättet erfolgen, wodurch somit die Flickerwirkung reduziert werden kann. Prinzipiell könnten alle Leuchtdioden mit einem passenden Serienwiderstand versehen sein, wobei sich dann aber eine Spannungskurve verschieben kann. Somit kann auch für jede der Leuchtdioden der Spannungs-Übergangsbereich geglättet werden (Abflachung der Kennlinie).
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Bypass-Element zu der Baugruppe parallelgeschaltet ist. Die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung kann somit zumindest anstelle einer solchen der wenigstens zwei Leuchtdioden angeschlossen sein, bei der das Bypass-Element parallelgeschaltet ist. Gerade hier kann die gewünschte Funktionalität bezüglich eines kontinuierlichen Übergangs in Bezug auf die Lichtemission der entsprechenden der wenigstens zwei Leuchtdioden erreicht werden. Dagegen braucht bei einer Leuchtdiode, zu der kein Bypass-Element parallelgeschaltet ist, keine Baugruppe beziehungsweise Reihenschaltung vorgesehen zu sein, weil deren Lichtemission durch kein Bypass-Element unmittelbar beeinflusst werden kann. Vielmehr kann die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung in einem solchen Fall lediglich Spannungseigenschaften der Schaltungsanordnung beeinträchtigen, insbesondere eine Spannungskurve verschieben. Es kann jedoch Gründe geben, die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung auch hier vorzusehen.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass zumindest diejenige Leuchtdiode der wenigstens zwei Leuchtdioden Bestandteil der Baugruppe ist, bei der die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements von der Versorgungsspannung am geringsten ist. Insbesondere kann die hierdurch gebildete leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung zumindest für diejenige der wenigstens zwei Leuchtdioden angeschlossen sein, bei der die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements von der Versorgungsspannung am geringsten ist. Vorzugsweise braucht die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung nur für eine einzige der wenigstens zwei Leuchtdioden vorgesehen zu sein. Dadurch, dass für die anderen der wenigstens zwei Leuchtdioden die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung nicht vorgesehen zu sein braucht, können Auswirkungen auf die Funktionalität der Schaltungsanordnung gering gehalten werden. Insbesondere nutzt diese Weiterbildung den Effekt, dass sichtbare Auswirkungen des Änderns der Lichtemission der Schaltungsanordnung bei einem Betrieb von nur wenigen der Leuchtdioden besonders deutlich hervortreten können. Sind dagegen viele oder im Wesentlichen alle der Leuchtdioden hinsichtlich der Lichtemission aktiviert, braucht ein Ändern der Lichtemission einer einzelnen der Leuchtdioden nicht aufzufallen. Insofern nutzt diese Weiterbildung, dass eine relative Lichtstromänderung der Schaltungsanordnung bei einem großen gesamten Lichtstrom um einen konstanten Wert kleinere sichtbare Auswirkungen hat, als wenn ein kleiner gesamter Lichtstrom um den gleichen konstanten Wert geändert werden würde.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass nur diejenigen Leuchtdioden der wenigstens zwei Leuchtdioden Bestandteil einer jeweiligen Baugruppe sind, bei denen das Bypass-Element parallelgeschaltet ist. Somit ist die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung nur bei solchen der wenigstens zwei Leuchtdioden angeschlossen, bei denen das Bypass-Element parallelgeschaltet ist. Dies kann berücksichtigen, dass Wirkungen in Bezug auf eine möglichst sanfte beziehungsweise kontinuierliche Änderung der Lichtemission der Schaltungsanordnung im Wesentlichen dann erreicht werden können, wenn ein Bypass-Element parallelgeschaltet ist. Da die Wirkung in anderen Fällen reduziert sein kann oder nicht aufzutreten braucht, braucht hier dann keine Baugruppe beziehungsweise leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung vorgesehen zu sein.
Die für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen für die mit der Schaltungsanordnung ausgerüstete Leuchteinrichtung sowie auch das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Somit können für Vorrichtungsmerkmale auch Verfahrensmerkmale und umgekehrt formuliert sein.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
Es zeigen:

1 in einer schematischen Schaltbildansicht eine erste Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,
2 in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine zweite Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,
3 in einer schematischen Schaltbildansicht eine dritte Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,
4 in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine vierte Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,
5 in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Strom-Spannungsdiagramm, in dem mittels Leuchtdioden zugeordneter Graphen jeweilige Leuchtdiodenströme abhängig von einer Versorgungsspannung für die Schaltungsanordnung gemäß 1 dargestellt sind,
6 eine schematische Diagrammdarstellung wie 5 für die Schaltungsanordnung gemäß 2,
7 eine schematische Diagrammdarstellung wie 5 für die Schaltungsanordnung gemäß 3,
8 eine schematische Diagrammdarstellung wie 5, in der mittels Graphen die Funktion der Schaltungsanordnung gemäß 4 dargestellt ist,
9 eine schematische perspektivische Darstellung eines Leuchtmittels als Leuchteinrichtung mit einem Montagesockel,
10 eine schematische perspektivische Darstellung einer Leiterplatte des Leuchtmittels gemäß 9, wobei die Leiterplatte eine Schaltungsanordnung der Erfindung umfasst,
11 in einer schematischen Schaltbildansicht eine fünfte Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, die auf der ersten Ausgestaltung nach 1 basiert und bei der anstelle der in Reihe geschalteten Leuchtdioden leuchtdiodenspezifische Reihenschaltungen aus diesen Leuchtdioden und einem jeweiligen elektrischen Widerstand angeschlossen sind, und
12 in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Lichtstrom-Spannungsdiagramm, in dem mittels zugeordneter Graphen ein durch die Schaltungsanordnung gemäß 11 abgegebener Lichtstrom abhängig von der Versorgungsspannung für die Schaltungsanordnung dargestellt ist.

1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine erste Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung 10 gemäß der Erfindung, die zur Anordnung in einer Leuchteinrichtung ausgebildet ist, die nicht weiter dargestellt ist. Die Schaltungsanordnung 10 weist vier in Reihe geschaltete Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 auf, zu denen eine steuerbare Stromquelleneinheit 20 zum Beaufschlagen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom 22 in Reihe geschaltet ist. Zu drei der Leuchtdioden, nämlich den Leuchtdioden 14, 16, 18, ist jeweils ein MOSFET 24, 26, 28 als Bypass-Element unmittelbar parallelgeschaltet.
Ferner ist eine Steuereinheit 30 zum Steuern einer elektrischen Leitfähigkeit der MOSFET's 24, 26, 28 abhängig von einer Versorgungsspannung Ub vorgesehen, mit der die Reihenschaltung aus den Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 und der Stromquelleneinheit 20 beaufschlagt ist.
Die Stromquelleneinheit 20 weist vorliegend einen Widerstand R1 auf, der vom Leuchtdiodenstrom 22 durchströmt ist und der dem Erfassen des Leuchtdiodenstroms 22 dient. Entsprechend wird ein Spannungssignal als Leuchtdiodenstromsignal 32 bereitgestellt, welches zum Regeln des Leuchtdiodenstroms 22 genutzt wird. Zu diesem Zweck wird das Leuchtdiodenstromsignal 32 über ein Widerstandsnetzwerk bestehend aus den Widerständen R2, R3 und R4 einem bipolaren NPN-Transistor Q1 an seiner Basis zugeführt. Dadurch wird die Leitfähigkeit des Transistors Q1 abhängig von dem Leuchtdiodenstromsignal 32 gesteuert.
Ein Emitter des Transistors Q1 ist mit einem Bezugspotential 48 elektrisch gekoppelt. Ein Kollektor des Transistors Q1 ist über einen Widerstand R7 an ein positives elektrisches Potential der Versorgungsspannung Ub angeschlossen. Die Versorgungsspannung Ub ist in Bezug auf das Bezugspotential 48 bestimmt. Das Bezugspotential 48 stellt somit ein negatives elektrisches Potential der Versorgungsspannung Ub bereit.
Am Kollektor des Transistors Q1 ist ferner ein erster Anschluss eines Widerstands R11 angeschlossen, der mit seinem zweiten Anschluss an ein Gate eines MOSFET's U1 angeschlossen ist. Der MOSFET U1 ist - ebenso wie das Widerstandsnetzwerk und der Transistor Q1 - der Stromquelleneinheit 20 zugeordnet und dient dem Einstellen des Leuchtdiodenstroms 22. Hierdurch ist eine Regelschaltung gebildet. Die Funktion dieser Regelschaltung ergibt sich für den Fachmann anhand der Schaltungsstruktur und bedarf dem Grunde nach keiner weiteren Erläuterungen. Mit der Stromquelleneinheit 20 kann der Leuchtdiodenstrom 22 im Wesentlichen unabhängig von einem Spannungsabfall an der Stromquelleneinheit 20 innerhalb eines vorgegebenen Betriebsspannungsbereichs im Wesentlichen konstant gehalten werden. Der einzustellende Strom kann insbesondere durch einen Widerstandswert des elektrischen Widerstands R1 eingestellt sein.
Die Steuereinheit 30 umfasst ebenfalls einen bipolaren NPN-Transistor Q2, dessen Emitter ebenfalls an das Bezugspotential 48 angeschlossen ist. Seine Basis ist über einen elektrischen Widerstand R5 an den elektrischen Widerstand R1 der Stromquelleneinheit 30 angeschlossen und deshalb ebenfalls mit dem Leuchtdiodenstromsignal 32 beaufschlagt. Der Transistor Q2 wird also abhängig von dem Leuchtdiodenstromsignal 32 gesteuert.
Ein Kollektor des Transistors Q2 ist über einen elektrischen Widerstand R6 an das positive elektrische Potential der Versorgungsspannung Ub angeschlossen. Abhängig vom Leuchtdiodenstromsignal 32 sowie der Versorgungsspannung Ub stellt sich somit eine elektrische Spannung an einem Punkt C ein, einem Verbindungspunkt der Widerstands R6 mit dem Kollektor des Transistors Q2. Gates der MOSFET's 24, 26, 28 sind über jeweilige elektrische Widerstände R8, R9, R10 an den Punkt C angeschlossen. Sie sind deshalb mit im Wesentlichen dem gleichen elektrischen Potential beaufschlagt.
Bei ausreichender Versorgungsspannung Ub, die vorliegend noch über eine Diode D1 der Schaltungsanordnung 10 zugeführt wird, um eine Verpolung zu vermeiden, sind die MOSFET's 24, 26, 28 nicht aktiv und der Leuchtdiodenstrom 22 strömt durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 12, 14, 16, 18, sodass die Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 in bestimmungsgemäßer Weise Licht emittieren. Der Leuchtdiodenstrom 22 wird mittels der Stromquelleneinheit 20 auf den vorgegebenen Wert geregelt.
Schwankt nun die Versorgungsspannung Ub, die vorliegend eine Gleichspannung ist, innerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs, wird diese Spannungsschwankung durch die Stromquelleneinheit 20 abgefangen, sodass die Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 im Wesentlichen unabhängig von diesen Schwankungen in ihrem gleichen Betriebszustand betrieben werden können.
Wird die Versorgungsspannung Ub jedoch weiter reduziert, das heißt, unter einen ersten Vergleichswert, kann an der Reihenschaltung der Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 nicht mehr ausreichend Spannung zur Verfügung gestellt werden, um die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 in ihrem bestimmungsgemäßen Betrieb betreiben zu können. Mit abnehmender Versorgungsspannung Ub reduziert sich auch die jeweilige elektrische Spannung an den jeweiligen Source-Anschlüssen der MOSFETs 24, 26, 28. Da die Gate-Elektroden dieser MOSFETs 24, 26, 28 auf dem gleichen elektrischen Potential liegen, wird als erstes der MOSFET 28 abhängig von der jeweiligen geringen Versorgungsspannung Ub in den leitfähigen Zustand übergehen und den Leuchtdiodenstrom 22 übernehmen. Dieser Vorgang wird fortgeführt, bis die Leuchtdiode 18 selbst im Wesentlichen keinen signifikanten Leuchtdiodenstrom mehr führt und stattdessen der entsprechende Leuchtdiodenstrom 22 über den MOSFET 28 parallel geführt wird. Dadurch kann die elektrische Spannung an der Leuchtdiode 18 immer weiter reduziert werden, sodass der Betrieb der übrigen Leuchtdioden 12, 14, 16 aufrechterhalten werden kann.
Sinkt die Versorgungsspannung Ub jedoch weiter ab, setzt sich die sukzessive Abschaltung der Leuchtdioden weiter fort. Als nächstes wird somit die Leuchtdiode 16 deaktiviert, indem der MOSFET 26 deren Leuchtdiodenstrom 22 übernimmt. Bei weiterer Reduzierung der Versorgungsspannung Ub übernimmt der MOSFET 24 den Leuchtdiodenstrom 22 der Leuchtdiode 14. Bei einer weiteren Reduktion der Versorgungsspannung Ub wird dann auch die Leuchtdiode 12 kein Licht mehr emittieren können. Eine Parallelschaltung eines MOSFET kann an dieser Situation jedoch nichts mehr ändern, weshalb für die Leuchtdiode 12 ein entsprechender MOSFET nicht vorgesehen ist.
Steigt die Versorgungspannung Ub hingegen wieder an, wird die Lichtemission und die Übernahme des Leuchtdiodenstroms 22 von dem jeweiligen MOSFET 24, 26, 28 zu der jeweiligen Leuchtdiode 14, 16, 18 reversibel wieder rückgängig gemacht.
Durch diese Schaltungsanordnung 10 ist es möglich, die Funktionalität der Schaltungsanordnung 10, insbesondere die Lichtemission, auch bei deutlich reduzierter Versorgungsspannung Ub aufrechterhalten zu können.
Aus 1 ist ferner ersichtlich, dass die Steuereinheit 30 ebenfalls eine Regelungsfunktion beinhaltet, nämlich unter Nutzung des Transistors Q2. Aus diesem Grunde erklärt sich auch das Netzwerk aus den Widerständen R2, R3 und R4 der Stromquelleneinheit 20, wodurch nämlich ein Einsatzpunkt des Transistors Q2 vor einem Einsatzpunkt des Transistors Q1 liegt. Durch die mittels der Steuerschaltung 30 bereitgestellte Regelungsfunktion wird erreicht, dass die MOSFETs 24, 26, 28 nicht unmittelbar schaltend den Leuchtdiodenstrom 22 übernehmen, sondern in einem Linearbetrieb betrieben werden, in dem ein kontinuierlicher Übergang zwischen einer vollen Leitfähigkeit und einer vollen Sperrung der elektrischen Leitfähigkeit des jeweiligen der MOSFETs 24, 26, 28 erreicht wird. Das bedeutet, dass die Stromquelleneinheit 20 ihre Funktionalität noch bereitzustellen vermag, während bereits die Steuereinheit 30 regelnd in den Betrieb eingreift. Es sind somit zwei Stromregelkreise gebildet, die in Verbindung mit einem gemeinsamen Stromsensor, nämlich dem Widerstand R1, geschaltet sind.
Bei einem Einschalten der Versorgungsspannung Ub sind somit zunächst die MOSFETs 24, 26, 28 in einem jeweiligen elektrisch leitfähigen Zustand, sodass lediglich die Leuchtdiode 12 mit der Spannung Ub beaufschlagt ist. Mit ansteigender Versorgungsspannung Ub werden sukzessive die Leuchtdioden 14, 16, 18, wie bereits zuvor erläutert, in den aktiven Modus geschaltet, indem die jeweils zugeordneten MOSFETs 24, 26, 28 in den nicht-leitenden elektrischen Zustand überführt werden.
5 zeigt dies anhand eines Strom-Spannungs-Diagramms 58. In dem Diagramm 58 ist eine Ordinate 60 dem Leuchtdiodenstrom 22 und eine Abszisse 62 der Versorgungsspannung Ub zugeordnet. Aus dem Diagramm 58 ist ersichtlich, dass bei einer Spannung von etwa 3,5 Volt die Leuchtdiode 12 in den aktiven Modus übergeht, welches mittels des Graphen 50 dargestellt ist. Aus dem Diagramm 58 ist ersichtlich, dass der Strom steil bis etwa zur Höhe des vorgesehenen Leuchtdiodenstroms 22 ansteigt. Sobald die Leuchtdiode 12 die volle Stromführung übernommen hat, emittiert sie Licht.
Mit weiterem Anstieg der Versorgungsspannung Ub wird bei etwa 7 Volt der MOSFET 24 in den lichtleitenden Zustand geregelt, woraufhin die Leuchtdiode 14 den entsprechenden Strom übernimmt. Auch hier steigt der Leuchtdiodenstrom 22 wieder steil an, was mittels des Graphen 52 im Diagramm 58 dargestellt ist.
Ein weiterer Anstieg der Versorgungsspannung Ub auf etwas über 10 Volt führt dazu, dass als nächstes der MOSFET 26 vom elektrisch leitfähigen Zustand in den nicht-leitfähigen Zustand überführt wird, woraufhin die Leuchtdiode 16 die Stromführung übernimmt und ebenfalls in den aktiven Betriebsmodus der Lichtemission übergeht, welches mit dem Graphen 54 dargestellt ist.
Schließlich wird mit Erreichen einer Spannung Ub von etwa 13 Volt auch der MOSFET 28 in den nicht-leitenden Zustand überführt, woraufhin die Leuchtdiode 18 die entsprechende Stromführung übernimmt und ebenfalls in den aktiven Betriebsmodus der Lichtemission übergeht, welches mittels des Graphen 56 dargestellt ist. Ab einer Betriebsspannung Ub von größer als etwa 13,5 Volt sind somit alle vier Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 im aktiven Betriebszustand der Lichtemission.
Mittels der Regelung durch die Steuerschaltung 30 kann beim steilen Anstieg der Leuchtdiodenströme 22 der Strom leicht höher eingestellt werden, als wenn die MOSFETs 24, 26, 28 im leitfähigen Zustand sind. Dies kann anhand von 5 erkannt werden, weil der maximale Strom mit zunehmender Versorgungsspannung Ub ebenfalls leicht ansteigt.
2 zeigt eine weitere schematische Schaltbilddarstellung für eine Schaltungsanordnung 42 gemäß der Erfindung, die auf der Schaltungsanordnung 10 gemäß 1 basiert, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Ergänzend zu der Ausgestaltung gemäß 1 umfasst die Schaltungsanordnung 42 einen Widerstand R13, der dazu dient, die Regelungsfunktionalität bezüglich der Transistoren Q1 und Q2 zu linearisieren. Dadurch kann eine bessere Regelungsfunktion erreicht werden.
Darüber hinaus umfasst die Schaltungsanordnung 42 eine Überspannungserfassungseinheit 34 zum Erfassen der Versorgungsspannung Ub, wobei die Überspannungserfassungseinheit 34 ausgebildet ist, die Stromquelleneinheit 20 bei einer Versorgungsspannung Ub, die größer als ein erster Vergleichswert ist, zu deaktivieren. Zu diesem Zweck umfasst die Überspannungserfassungseinheit 34 eine Zenerdiode D2, die mit ihrer Kathode an das positive elektrische Potential der Versorgungsspannung Ub und mit ihrer Anode über einen Widerstand R14 an die Stromquelleneinheit 20 sowie die Steuereinheit 30 angeschlossen ist. Ein elektrischer Widerstand R12 dient hier der Entkopplung gegenüber dem elektrischen Widerstand R1.
Steigt die Versorgungsspannung Ub derart an, dass die Zenerdiode D2 in den leitfähigen Zustand übergeht, steigt auch die Spannung an einem Verbindungspunkt der Widerstände R12, R2 an, sodass die Transistoren Q1 und Q2 aufgesteuert werden. Dadurch wird einerseits das Gatepotential des MOSFET U1 mit dem Bezugspotential 48 gekoppelt, ebenso wie die Gatepotentiale der MOSFETs 24, 26, 28. Dadurch sind diese Transistoren deaktiviert und die Bereitstellung des Leuchtdiodenstroms 22 ist eingestellt. Mit dieser Schaltungsfunktion kann erreicht werden, dass bei einer zu hohen Versorgungsspannung Ub die Stromquelleneinheit 20, insbesondere der MOSFET U1, nicht thermisch überlastet wird. Es handelt sich also um eine Schutzfunktion für die Schaltungsanordnung 42.
6 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Diagramm 64, wie 5 das Diagramm 58 darstellt. Die Stromverläufe der Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 sind entsprechend mit dem Graphen 50, 52, 54, 56 bezeichnet.
Aus dem Diagramm 64 ist zu erkennen, dass bei einer Spannung Ub von größer als etwa 16 Volt die Überspannungserfassungseinheit 34 aktiv wird, weil die Zenerdiode D2 leitfähig wird. Zu diesem Zeitpunkt ist also der erste Vergleichswert erreicht. Dadurch geht die Bereitstellung des Leuchtdiodenstroms 22 zurück, wie anhand des rechten Bereichs des Diagramms 64 ersichtlich ist. Für eine Versorgungsspannung, die größer ist als etwa 16 Volt, wird somit die Schaltungsanordnung 42 geschützt.
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung 44 gemäß der Erfindung, die auf der Schaltungsanordnung 42, wie sie anhand von 2 erörtert wurde, basiert, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird.
Zusätzlich zu den aus der Schaltungsanordnung 42 bekannten Elementen umfasst die Schaltungsanordnung 44 eine Temperaturerfassungseinheit 36, die ausgebildet ist, eine Temperatur von den Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 zu erfassen und ein Temperatursignal zum Steuern der Stromquelleneinheit 20 und der Steuereinheit 30 bereitzustellen.
Die Temperaturerfassungseinheit 36 umfasst vorliegend einen Eingangsanschluss, der durch einen ersten Anschluss eines elektrischen Widerstands R15 bereitgestellt ist, der an einem Verbindungspunkt der Leuchtdioden 14, 16 angeschlossen ist. Mit seinem gegenüberliegenden zweiten Anschluss ist der elektrische Widerstand R15 an einen PTC-Widerstand R16 sowie an eine Basis eines PNP-Transistors Q3 angeschlossen. Ein Emitter des Transistors Q3 ist über einen elektrischen Widerstand R17 an das positive Potential der Versorgungsspannung Ub angeschlossen. Ein Kollektor des Transistors Q3 ist an einen Verbindungspunkt des elektrischen Widerstands R13 mit der Zenerdiode D2 angeschlossen. Über ein Widerstandsnetzwerk R18, R19 können mit dem hierdurch bereitgestellten Signal die Basen der Transistoren Q1 und Q2 ergänzend gesteuert werden.
Durch Wahl des Werts des elektrischen Widerstands R15 kann ein Einsatzpunkt der Temperaturerfassungseinheit 36 eingestellt werden. Eine Steigung der Einsatzfunktion der Temperaturerfassungseinheit 36 kann durch einen Wert des Widerstands R17 eingestellt werden. Auch wenn vorliegend der Widerstand R15 an einem Verbindungspunkt der Leuchtdioden 14, 16 angeschlossen ist, kann der Widerstand R15 natürlich auch an einem anderen der Verbindungspunkte von anderen Leuchtdioden angeschlossen sein. Eine entsprechende schaltungstechnische Anpassung ist dann jedoch vorzusehen.
Der PTC-Widerstand R16 ist thermisch mit den Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 gekoppelt. Erreicht die erfasste Temperatur einen vorgegebenen Wert, der durch die Schaltungsdimensionierung bestimmt sein kann, wird der Transistor Q3 leitfähig und zieht die Basispotentiale der Transistoren Q1 und Q2 über die Widerstände R18 und R19 in Richtung positives Potential der Versorgungsspannung Ub. Dadurch erhöhen die Transistoren Q1 und Q2 ihre elektrische Leitfähigkeit und die Bereitstellung des Leuchtdiodenstroms 22 wird, wie bereits zuvor in Bezug auf die Überspannungserfassungsschaltung 34 erläutert, eingestellt.
Aus 3 ist ferner ersichtlich, dass die Schaltungsanordnung 44 eine mit den bipolaren Transistoren Q1 und Q2 thermisch gekoppelte Temperaturkompensationseinheit 38 zum Kompensieren einer Temperaturdrift der bipolaren Transistoren Q1 und Q2 aufweist. Die Temperaturkompensationseinheit 38 umfasst elektrische Widerstände R20 und R21, die vorliegend in Reihe geschaltet sind, wobei der elektrische Widerstand R20 als NTC-Widerstand ausgebildet ist. Durch geeignete Wahl der Widerstandswerte kann die Funktion dieser Temperaturkompensationsschaltung angepasst werden. Bekanntermaßen nimmt mit zunehmender Temperatur die Basis-Emitter-Spannung für einen vorgegebenen Arbeitspunkt eines bipolaren Transistors ab. Diese Spannungsabnahme kann mittels der Temperaturkompensationseinheit 38 kompensiert werden. Die Auswirkung der Temperaturkompensation kann anhand eines Diagramms 66 gemäß 7 ersehen werden. Mit den Graphentupeln 50, 52, 54 werden die Kompensationen für unterschiedliche Temperaturen dargestellt.
8 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Diagramm 68, welches die Funktion der Schaltungsanordnung gemäß 4 zeigt. Im Unterschied zu 7 ist hier die spannungsgesteuerte Abschaltung gezeigt, die in 4 mittels dem elektrischen Widerstand R14 und der Zenerdiode D3 realisiert ist. Das kann an einer kleinen Kerbe im Stromverlauf bei etwa 10V erkannt werden. Ferner ist die Einwirkung der Temperaturerfassungseinheit 36 darstellt. Entsprechende Graphentupel 50, 52, 54 stellen die entsprechende Temperaturabhängigkeit dar.
4 zeigt eine weitere schematische Schaltbilddarstellung für eine weitere Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung 46 gemäß der Erfindung, die im Wesentlichen auf der Schaltungsanordnung 44, wie sie bereits anhand von 3 erörtert wurde, basiert.
Zusätzlich zu der Schaltungsanordnung 44 umfasst die Schaltungsanordnung 46 eine Deaktivierungseinheit 40 zum Erfassen der Versorgungsspannung Ub, wobei die Deaktivierungseinheit 40 ausgebildet ist, die Steuereinheit 30 bei einer Versorgungsspannung Ub, die größer als ein zweiter Vergleichswert ist, zu deaktivieren. Die Deaktivierungseinheit 40 dient dazu, ein Eingreifen der MOSFET's 24, 26 zu vermeiden, wenn die Versorgungspannung Ub einen ausreichenden Wert für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der Schaltungsanordnung 46 aufweist. Die Steuereinheit 30 braucht in diesem Fall nicht aktiv zu sein. Das hat den Vorteil, dass bei einem Defekt einer der Leuchtdioden 12, 14, 16 nicht der entsprechend zugeordnete MOSFET 24, 26 durch Reduktion seiner elektrischen Leitfähigkeit den Leuchtdiodenstrom 22 übernehmen kann. Dadurch kann eine übergeordnete Steuerung, beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug eine übergeordnete Kraftfahrzeugsteuerung, die Funktionstüchtigkeit der Leuchtdioden 12, 14, 16 ermitteln. Würde nämlich eine defekte Leuchtdiode 12, 14, 16 durch den parallelgeschalteten MOSFET 24, 26 deaktiviert, wäre ein Ermitteln eines Defekts dieser Leuchtdiode 14, 16 durch die übergeordnete Fahrzeugsteuerung nicht möglich. Mit der Deaktivierungseinheit 40 kann für den bestimmungsgemäßen Betrieb diese Funktionalität gewährleistet werden.
Durch die Deaktivierungseinheit 40 ist die Steuereinheit 30 lediglich dann aktiv, wenn die Versorgungsspannung Ub kleiner als der zweite Vergleichswert ist. Vorliegend besteht die Deaktivierungseinheit 40 aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand R14 mit einer Zenerdiode D3, die zwischen dem positiven Potential der Versorgungsspannung Ub und dem Basisanschluss des Transistors Q2 angeschlossen ist. Der zweite Vergleichswert wird somit durch die Zenerspannung der Zenerdiode D3 bestimmt.
11 zeigt eine Schaltungsanordnung 90, die im Wesentlichen auf der Schaltungsanordnung 10 gemäß 1 basiert, weshalb ergänzend auf die obigen Ausführungen zur Schaltungsanordnung 10 verwiesen wird.
Die Schaltungsanordnung 90 der 11 unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung 10 gemäß 1 dadurch, dass die Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 Bestandteil einer jeweiligen Baugruppe sind, welche eine jeweilige Leuchtdiode 12, 14, 16, 18 und einen jeweiligen elektrischen Widerstand R12, R14, R16, R18 umfasst, wobei die jeweilige Leuchtdiode 12, 14, 16, 18 der jeweiligen Baugruppe und der elektrische Widerstand R12, R14, R16, R18 der jeweiligen Baugruppe in Reihe geschaltet sind. Anstelle der jeweiligen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 sind nunmehr jeweilige leuchtdiodenspezifische Reihenschaltungen aus diesen jeweiligen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 und einem jeweiligen elektrischen Widerstand R22, R24, R26, R28 angeschlossen. Eine elektrische Spannung über sämtliche in Reihe geschalteten Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 und den jeweils zugeordneten elektrischen Widerständen R22, R24, R26, R28 ist mit U₁ bezeichnet. Die elektrischen Widerstände R22, R24, R26 brauchen lediglich optional vorgesehen zu sein. Sie können daher in anderen Ausgestaltungen zumindest teilweise auch nicht vorgesehen sein beziehungsweise entfallen.
Die Wirkung dieser Ausgestaltung kann anhand von 12 aufgezeigt werden. 12 zeigt eine schematische Diagrammdarstellung eines Lichtstrom-Spannungsdiagramms 92, in dem eine Abszisse der Versorgungsspannung Ub in V und eine Ordinate einem Lichtstrom Φ der Schaltungsanordnung 90 zugeordnet ist. Mit einem Graphen 94 ist die Abhängigkeit des Lichtstroms Φ von der Versorgungsspannung Ub dargestellt, und zwar für den Fall der Schaltungsanordnung 10 gemäß 1, das heißt, ohne die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28. In einem Bereich 96 ist die Wirkung der Schaltungsanordnung 10 zu erkennen. Wie anhand des Graphen 94 im Bereich 96 dargestellt ist, ändert sich der Lichtstrom abhängig von der Versorgungsspannung Ub nahezu sprunghaft beziehungsweise gestuft. Dies kann bei entsprechend schnellen Schwankungen der Versorgungsspannung Ub im Bereich 96 ungünstig als Flackern oder dergleichen visuell wahrgenommen werden. Der Graph 94 stellt also die Verhältnisse ohne die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 dar.
Um dieses Flackern im Bereich 96 zu reduzieren, ist der elektrische Widerstand R28 zu der Leuchtiode 18 in Reihe geschaltet, wie anhand von 11 ersichtlich ist. Die Wirkung des elektrischen Widerstands R28 ist mit einem Graphen 98 verdeutlicht. Zu erkennen ist in 12, dass ein im Bereich 96 durch den Graphen 94 dargestellter Sprung beziehungsweise eine Stufe durch die Wirkung des elektrischen Widerstands R28 abgeflacht werden kann, wie dies mit dem Graphen 98 im Bereich 96 dargestellt ist. Dadurch kann der Übergang im Bereich 96 glättet werden. Daraus ergibt sich, dass auch die Änderung des Lichtstroms Φ im Bereich 96 flacher ist, wodurch die visuelle Erscheinung des Flackerns reduziert werden kann.
Ebenso kann die Wirkung der weiteren elektrischen Widerstände R22, R24, R26 in dem Diagramm 92 erkannt werden, die dem Grunde nach eine vergleichbare Wirkung wie der zuvor beschriebene elektrische Widerstand R28 hervorrufen können. Die elektrischen Widerstände R22, R24, R26 brauchen nicht zwingend vorgesehen zu sein. Sie können daher auch lediglich optional vorgesehen sein.
Durch die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 kann die Änderung des Lichtstroms Φ im Übergangsbereich weniger abrupt beziehungsweise geglättet, also mit einem geringeren Gradienten, erfolgen, wodurch somit zum Beispiel eine Flackerwirkung reduziert werden kann. Erkennbar ist dies in 12 durch den etwa treppenförmig mit der Versorgungsspannung Ub ansteigenden Lichtstrom Φ. Eine jeweilige Stufe des im Wesentlichen treppenförmigen Graphen 94 kann somit der Funktionalität einer jeweiligen der Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 zugeordnet werden. Ohne die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 erfolgt eine steile Änderung des Lichtstroms Φ, wodurch die Flackerwirkung hervorgerufen werden kann.
Dies kann durch die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 reduziert werden. Unter Berücksichtigung des Graphen 98 kann einer jeweiligen der Stufen des Graphen 94 die Auswirkung eines jeweiligen der elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 zugeordnet werden. Wie das Diagramm 90 mit dem Graphen 98 zeigt, können die Stufen des Graphen 94 abgeflacht werden. Dadurch kann die Flackerwirkung reduziert werden.
Prinzipiell können natürlich alle der Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 mit einem passenden Serienwiderstand R22, R24, R26, R28 versehen beziehungsweise kombiniert sein, wobei sich dann aber eine Spannungskurve verschieben kann, und zwar insbesondere zu einer größeren elektrischen Spannung. Somit kann auch für jede der Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 ein jeweiliger Spannungs-Übergangsbereich, wie der Bereich 96, geglättet werden, was durch die Abflachung der Kennlinie dargestellt ist. Dabei ist zu beachten, dass an den jeweiligen der elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 im bestimmungsgemäßen Betrieb der Lichtemission der Schaltungsanordnung 90 eine zusätzliche elektrische Spannung anliegt, sodass die elektrische Spannung U₁ insgesamt größer als ohne die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 bei der Schaltungsanordnung 10 gemäß 1 sein wird.
9 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Leuchtmittel 84 mit einem Montagesockel 86 nach Art einer Lampe als Leuchteinrichtung, das als Lampe für einen Nebelscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Das Leuchtmittel 84 hat einen Montagesockel 86, über den das Leuchtmittel 84 an einer nicht weiter dargestellten Fassung befestigt werden kann. Der Montagesockel 86 hat eine etwa kreiszylindrische Außenmantelfläche 70, von der aus sich vier Schlüssellaschen 72 radial nach außen erstrecken. Stirnseitig hat der Montagesockel 86 eine kreiszylindrische Aussparung, in die eine Leiterplatte 80 mit einer Schaltungsanordnung 10, 42, 44, 46 angeordnet ist. Beabstandet zu den Schlüssellaschen 72 ist der Montagesockel 86 von einem Dichtring 74 umgriffen.
Des Weiteren erstreckt sich vom Montagesockel 86 ein Kühlkörper 76. Dieser hat eine Mehrzahl von Kühlrippen, die sich entgegengesetzt zu einer Richtung, in die von der Schaltungsanordnung 10, 42, 44, 46 Licht abgegeben wird, axial vom Montagesockel 86 weg erstrecken. Die Kühlrippen umgreifen dabei einen Anschluss 78 für das Leuchtmittel 84, der für die elektrische Kontaktierung vorgesehen ist.
10 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Leiterplatte 80 des Leuchtmittels 84 gemäß 9. Im vorliegend dargestellten Fall handelt es sich hier um die Schaltungsanordnung 46. Die Leiterplatte 80 umfasst als Bestückungsseite eine erste Leiterplattenfläche 82 sowie auf der gegenüberliegenden Seite eine zweite Leiterplattenfläche, die vorliegend nicht weiter dargestellt ist. Auf der Leiterplattenoberseite (Top Layer), welche durch die erste Leiterplattenfläche 82 gegeben ist, sind somit neben den Leuchtdioden 12, 14, 16 weitere elektronische Bauelemente (in der 10 nicht gezeigt) bestückt.
Diese werden vorzugsweise als oberflächenmontierte Bauelemente (Surface Mount Device, SMD) auf einer ersten Kupferschicht 88 auf der Leiterplattenoberseite der Leiterplatte 80 aufgelötet. Die Kupferschicht 88 ist hierbei so gestaltet, dass die gewünschten Kontaktierungen hergestellt werden können. Für den Fall, dass eine Entflechtung der Schaltung in einer Ebene nicht möglich ist, kann über eine zweite Kupferschicht auf der zweiten Leiterplattenfläche der Leiterplatte 80 ein entsprechendes Leitungsnetz bereitgestellt werden, welches auf der Leiterplattenoberseite der Leiterplatte 80 angeordnete Leiterbahnen elektrisch miteinander verbindet. Zu diesem Zweck können in der Leiterplatte 80 Durchkontaktierungen angebracht werden, welche eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Kupferschicht 88 auf der Leiterplattenoberseite der Leiterplatte 26, also auf der ersten Leiterplattenfläche, und der Kupferschicht auf der zweiten Leiterplattenfläche, also auf der Unterseite der Leiterplatte 80, herstellen.
Die Leiterplatte 80 ist über eine Schicht aus wärmeleitfähigem Klebstoff mit einem Kühlkörper 76 verbunden, welcher als Wärmesenke zur Abführung der in der Schaltungsanordnung 46 entstehenden Verlustwärme an die Umgebung dient.
In 10 ist die Leiterplatte 80 in einer Schrägansicht von oben gezeigt, bei welcher die in unterschiedliche Netze aufgeteilte Kupferschicht auf der Leiterplattenoberseite der Leiterplatte 80 sowie die exemplarisch auf der hierdurch zugleich bereitgestellten Bestückungsseite der Leiterplatte 80 angeordneten Leuchtdioden 12, 14, 16 erkennbar sind.
Neben den zur Herstellung der elektrischen Verbindungen gegebenenfalls erforderlichen Durchkontaktierungen können hierbei weitere Durchkontaktierungen eingesetzt werden, deren Funktion darin besteht, aufgrund der mit ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit korrelierten guten Wärmeleitfähigkeit Wärme von der ersten Leiterplattenfläche 82, also der Leiterplattenoberseite der Leiterplatte 80, auf die zweite Leiterplattenfläche, also auf die Unterseite der Leiterplatte 80, abzuleiten. Auf der Unterseite der Leiterplatte 80, also der zweiten Leiterplattenfläche, können in der Kupferschicht 88 entsprechende großflächige Bereiche ausgebildet werden. Durch diese Ausgestaltung der Kupferschicht auf der Unterseite der Leiterplatte 80 kann somit ein Wärmetransport in lateraler Richtung erzielt werden.
Auf der Leiterplatte 80, die vorliegend aus einem Werkstoff FR4 gebildet ist und partiell mit thermischen Durchkontaktierungen mit einer Wandstärke von üblicherweise circa 25 µm Kupfer bestückt ist, sind die Leuchtdioden 12, 14, 16 direkt auf die Kupferschicht 88 der Leiterplatte 80 aufgeklebt. Dies wird auch Chip-on-Board-Prozess, kurz COB, genannt. Durch diesen Aufbau ist eine thermische Spreizung der Verlustwärme der Leuchtdioden 12, 14, 16 nur bedingt optimal möglich, da die Dicke der Kupferfläche einer herkömmlichen und am Markt erhältlichen FR4-Leiterplatte typischerweise nur zwischen 35 µm und 70 µm beträgt. Die Entwärmung findet also in der Hauptsache auf dem direkten Weg durch die Leiterplatte 80 in die Wärmesenke in Form des Kühlkörpers 76 hinein statt. Eine ausgeprägte und thermisch vorteilhafte Spreizung der Wärme in lateraler Richtung findet hierbei nicht statt. Zur Anbindung der Leiterplatte 80 (auch als Printed Circuit Bord, PCB bezeichnet) an den Kühlkörper 76 wird ein wärmeleitfähiger Klebstoff verwendet.
Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken. Natürlich können für die Realisierung der erfindungsgemäßen Funktionen auch andere Funktionseinheiten vorgesehen sein, mittels denen die Regelungen und Funktionen realisiert werden können. Beispielsweise kann hierzu vorgesehen sein, dass Schaltungsanordnungen mit Operationsverstärkern zum Einsatz kommen. Auch weitere Integration von Bauteilen kann vorgesehen sein, sodass die Schaltungsanordnungen 10, 42, 46 zumindest teilweise auch als integrierte Schaltung ausgebildet sein kann.
Bezugszeichenliste

10: Schaltungsanordnung
12: Leuchtdiode
14: Leuchtdiode
16: Leuchtdiode
18: Leuchtdiode
20: Stromquelleneinheit
22: Leuchtdiodenstrom
24: MOSFET
26: MOSFET
28: MOSFET
30: Steuereinheit
32: Leuchtdiodenstromsignal
34: Überspannungserfassungseinheit
36: Temperaturerfassungseinheit
38: Temperaturkompensationseinheit
40: Deaktivierungseinheit
42: Schaltungsanordnung
44: Schaltungsanordnung
46: Schaltungsanordnung
48: Bezugspotential
50: Graph
52: Graph
54: Graph
56: Graph
58: Diagramm
60: Ordinate
62: Abszisse
64: Diagramm
66: Diagramm
68: Diagramm
70: Außenmantelfläche
72: Schlüssellasche
74: Dichtring
76: Kühlkörper
78: Anschluss
80: Leiterplatte
82: Leiterplattenfläche
84: Leuchtmittel
86: Montagesockel
88: Kupferschicht
90: Schaltungsanordnung
92: Diagramm
94: Graph
96: Bereich
98: Graph
D1: Diode
D2: Zenerdiode
D3: Zenerdiode
U1: MOSFET
R1: Widerstand
R2: Widerstand
R3: Widerstand
R4: Widerstand
R5: Widerstand
R6: Widerstand
R7: Widerstand
R8: Widerstand
R9: Widerstand
R10: Widerstand
R11: Widerstand
R12: Widerstand
R13: Widerstand
R14: Widerstand
R15: Widerstand
R16: PTC-Widerstand
R17: Widerstand
R18: Widerstand
R19: Widerstand
R20: NTC-Widerstand
R21: Widerstand
R22: Widerstand
R24: Widerstand
R26: Widerstand
R28: Widerstand
Q1: NPN-Transistor
Q2: NPN-Transistor
Q3: PNP-Transistor
Ub: Versorgungsspannung
U₁: elektrische Spannung der in Reihe geschalteten Leuchtdioden
Φ: Lichtstrom

Claims

Schaltungsanordnung (10, 42, 44, 46) für eine Leuchteinrichtung mit: - wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18), - einer zu den wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) in Reihe geschalteten steuerbaren Stromquelleneinheit (20) zum Beaufschlagen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom (22), - wenigstens einem zu einer der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) parallelgeschalteten Bypass-Element (24, 26, 28), und - einer Steuereinheit (30) zum Steuern einer elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements (24, 26, 28) abhängig von einer elektrischen Versorgungsspannung (Ub), mit der die Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) und der Stromquelleneinheit (20) beaufschlagt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelleneinheit (20) ausgebildet ist, den Leuchtdiodenstrom (22) zu erfassen und ein Leuchtdiodenstromsignal (32) zum Regeln des Leuchtdiodenstroms (22) bereitzustellen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30) ausgebildet ist, das Bypass-Element (24, 26, 28) abhängig vom Leuchtdiodenstromsignal (32) zu regeln.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überspannungserfassungseinheit (34) zum Erfassen der Versorgungsspannung (Ub), die ausgebildet ist, die Stromquelleneinheit (20) bei einer Versorgungsspannung (Ub), die größer als ein erster Vergleichswert ist, zu deaktivieren.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Temperaturerfassungseinheit (36), die ausgebildet ist, eine Temperatur von wenigstens einer der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) zu erfassen und ein Temperatursignal zum Steuern der Stromquelleneinheit (20) und/oder der Steuereinheit (30) bereitzustellen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinheit (36) eine Leuchtdiodenspannung von wenigstens einer der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) erfasst und ferner ausgebildet ist, das Temperatursignal abhängig von der Leuchtdiodenspannung bereitzustellen.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelleneinheit (20) zum Regeln des Leuchtdiodenstroms (22) und/oder die Steuereinheit (30) zum Regeln des Bypass-Elements (24, 26, 28) einen bipolaren Transistor (Q1, Q2) aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine mit dem bipolaren Transistor (Q1, Q2) thermisch gekoppelte Temperaturkompensationseinheit (38) zum Kompensieren einer Temperaturdrift des bipolaren Transistors (Q1, Q2).
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deaktivierungseinheit (40) zum Erfassen der Versorgungsspannung (Ub), die ausgebildet ist, die Steuereinheit (30) bei einer Versorgungsspannung (Ub), die größer als ein zweiter Vergleichswert ist, zu deaktivieren.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) Bestandteil einer Baugruppe ist, welche eine jeweilige der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) und einen elektrischen Widerstand (R12, R14, R16, R18) umfasst, wobei die jeweilige Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) der Baugruppe und der elektrische Widerstand (R12, R14, R16, R18) der Baugruppe in Reihe geschaltet sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-Element (24, 26, 28) zu der Baugruppe parallelgeschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest diejenige Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) Bestandteil der Baugruppe ist, bei der die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements (24, 26, 28) von der Versorgungsspannung (Ub) am geringsten ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur diejenigen Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) Bestandteil einer jeweiligen Baugruppe sind, bei denen das Bypass-Element (24, 26, 28) parallelgeschaltet ist.
Leuchteinrichtung (84) mit einem elektrischen Anschluss (78) zum Anschließen an eine elektrische Energiequelle, die eine elektrische Versorgungsspannung (Ub) bereitstellt, und einer an den elektrischen Anschluss (78) angeschlossenen Schaltungsanordnung (10, 42, 44, 46), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (10, 42, 44, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Verfahren zum Steuern von wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) einer Schaltungsanordnung (10, 42, 44, 46) einer Leuchteinrichtung, bei dem: - die wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) mittels einer steuerbaren Stromquelleneinheit (20) mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom (22) beaufschlagt werden, wobei wenigstens zu einer der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) ein Bypass-Element (24, 26, 28) parallelgeschaltet ist, - eine elektrische Versorgungsspannung (Ub), mit der die Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) und der Stromquellenschaltung (20) beaufschlagt wird, erfasst wird, und - eine elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements (24, 26, 28) abhängig von der erfassten elektrischen Versorgungsspannung (Ub) und/oder dem Leuchtdiodenstrom (22) gesteuert wird.