DE102018201364A1

DE102018201364A1 - Schaltungsanordnung zum betreiben mindestens eines ersten und eines zweiten led-strangs an einer wechsel- oder einer gleichspannungsquelle

Info

Publication number: DE102018201364A1
Application number: DE102018201364.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Seider
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Inventronics De GmbH
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2019-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier LED-Stränge an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle. Sie umfasst die wenigstens zwei LED-Stränge, welche jeweils eine Anzahl von in Reihe geschalteten LEDs aufweisen, und jeweils ein den wenigstens zwei LED-Strängen zugeordneten Treiber zur Steuerung derselben, wobei jeder Treiber mindestens einen elektronischen Schalter (Q012, Q22, Q32) aufweist, anhand dessen der dem Treiber zugeordnete LED-Strang überbrückbar ist, so dass im Wesentlichen nur so viele LED-Stränge nicht überbrückt und mit Strom versorgt sind, dass die Summe der Flussspannungen der LEDs dieser LED-Stränge weniger beträgt als ein Momentanwert einer Wechselspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters. Sie weist ferner eine Erkennungseinrichtung (40, 40') auf, die ausgelegt ist, eine anliegende gleichgerichtete Wechselspannung von einer entsprechenden Gleichspannung zu unterscheiden und in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Gleichspannung ein Spannungssignal zu erzeugen, sowie eine Steuereinrichtung (20), die dazu ausgelegt ist, abhängig von dem erzeugten Spannungssignal wenigstens einen der Treiber eines der LED-Stränge zu übersteuern, um den diesem Treiber zugeordneten LED-Strang im Fall einer zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters vorliegenden Gleichspannung permanent zu überbrücken. Außerdem ist eine mit der Erkennungseinrichtung (40) und/oder der Steuereinrichtung (20) gekoppelte Aktivierungseinheit (50) zum wahlweisen Umschalten zwischen einem ersten Zustand der Erkennungseinrichtung und/oder der Steuereinrichtung vorgesehen, in welchem die Erzeugung des Spannungssignals und/oder die Übersteuerung deaktiviert ist, und einem zweiten Zustand der Erkennungseinrichtung und/oder der Steuereinrichtung, in welchem die Erzeugung des Spannungssignals und/oder die Übersteuerung aktiviert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens eines ersten und eines zweiten LED-Strangs an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von LED-Strängen im Normal- als auch im Notstrombetrieb.
Stand der Technik
Eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens eines ersten und eines zweiten LED-Strangs an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle ist aus der DE 10 2015 210 510 A1 bekannt. Jeder LED-Strang ist als Kaskade von LEDs innerhalb einer LED-Einheit ausgebildet, wobei sich die Anzahl der LEDs innerhalb einer Kaskade von einer LED-Einheit zur nächst tiefergelegenen LED-Einheit deutlich verringert, z.B. ungefähr halbiert. Jede LED-Einheit verfügt über eine Treiberschaltung, mit welcher ein elektronischer Schalter gesteuert wird, um einzelne LED-Stränge wahlweise zu überbrücken. Diese Steuerung erfolgt im Wechselstrombetrieb anhängig von einem Momentanwert der durch einen Gleichrichter gleichgerichteten Netzwechselspannung innerhalb einer entsprechenden Halbwelle, und auch abhängig von einer Überbrückung der LED-Stränge benachbarter LED-Einheiten, nämlich so, dass eine Bestromung jeweils nur solcher LED-Stränge stattfindet, bei denen die Flussspannung in Summe weniger beträgt als die momentan verfügbare Eingangsspannung. In Summe ergibt sich ein binäres Ein- und Ausschaltmuster für die einzelnen LED-Stränge über den Verlauf einer Halbwelle hinweg. Insgesamt wird durch eine solche Steuerung ein Flickern der LEDs vermieden und außerdem die an einem vorgesehenen Stromregler abfallende Verlustleistung gemindert.
Für solche Schaltungsanordnungen wird in DE 10 2015 210 510 A1 eine Anpassung an einen Notlichtbetrieb, d.h., einen Betrieb unter Versorgung mit Notstrom vorgeschlagen. Für den Notstrombetrieb ist eine Gleichspannung zwischen 275 Volt und 176 Volt vorgeschrieben, die bei Netzspannungsausfall typischerweise von einer zentralen Notrombatterie geliefert wird. Da die für den Wechselstrombetrieb angepasste Schaltungsanordnung nicht ohne weiteres auch für den Betrieb unter Gleichspannung geeignet ist, ist eine Erkennungseinrichtung vorgesehen, mit welcher die Eingangsspannung analysiert und im Fall einer anliegenden Gleichspannung ein Signal erzeugt wird, das eine Steuervorrichtung veranlasst, gezielt den elektronischen Schalter einer oder mehrerer der LED-Einheiten auf eine Überbrückung der betreffenden LED-Stränge zu steuern, so dass die Flussspannung der noch durchflossenen LED-Stränge jedenfalls unterhalb des vorgegebenen Minimums, z.B. 176 Volt, bleibt und ein sicherer Notlichtbetrieb ermöglicht wird.
Für konkrete LED-Produktfamilien bedeutet dies aber in Konsequenz, dass für jeden Einzelprodukttyp (gekennzeichnet etwa durch Lichtfarbe und Produktgröße) nochmals ein weiterer Produkttyp geschaffen wird, nämlich ein solcher, der neben der Tauglichkeit für den Normalbetrieb bei Wechselstrom zusätzlich auch noch einen Notlichtbetrieb bereitstellt. Es findet folglich eine Verdoppelung der Lagerhaltungskosten statt. Gleiches gilt die Menge vorgehaltener Restbestände, wenn das Produkt eines Tages ausläuft, welches dann die Kosten für deren Entsorgung betrifft. Es wäre denkbar, das Produktportfolio komplett auf Leuchtmittel mit Notlichtbetrieb umzustellen, dann würden allerdings die vor allem den Entwicklungsaufwand einschließenden Kosten bei den umgestellten Leuchtmitteln anfallen, auch wenn ein Einsatz unter Notstrombetrieb gar nicht in Frage kommt.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens eines ersten und eines zweiten LED-Strangs an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle derart weiterzubilden, dass ein einheitliches Produktportfolio für den Betrieb nur bei Netzwechselspannung oder für den Betrieb sowohl bei Netzwechselspannung als auch bei Gleichstrom bzw. Notstrom erzielt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ausgangspunkt ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier LED-Stränge an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle, die einen Gleichrichtermit Eingangsanschlüssen zum Koppeln mit der Wechsel- oder der Gleichspannungsquelle sowie mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss umfasst. Die wenigstens zwei LED-Stränge weisen jeweils eine Anzahl von in Reihe geschalteten LEDs auf, und sie sind auch untereinander in Reihe geschaltet. Es ist ferner jeweils ein den wenigstens zwei LED-Strängen zugeordneter Treiber (bzw. Treiberschaltung) zur Steuerung derselben vorgesehen. Jeder Treiber weist mindestens einen elektronischen Schalter auf, anhand dessen der dem Treiber zugeordnete LED-Strang überbrückbar ist. Folglich sind im Wesentlichen nur so viele LED-Stränge nicht überbrückt und mit Strom versorgt, dass die Summe der Flussspannungen der LEDs dieser LED-Stränge weniger beträgt als ein Momentanwert einer Wechselspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters. Die Grundlagen einer solchen Schaltungsanordnung und ihrer Funktionsweise sind beispielweise in EP 2 845 440 B1 beschrieben.
Weiters ist eine Erkennungseinrichtung vorgesehen, die ausgelegt ist, eine zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters wirkende, gleichgerichtete Wechselspannung von einer entsprechenden Gleichspannung zu unterscheiden. Sie ist ferner ausgelegt, in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Gleichspannung ein Spannungssignal zu erzeugen. Eine Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt ist, abhängig von dem erzeugten Spannungssignal wenigstens einen der Treiber eines der LED-Stränge zu übersteuern, um den diesem Treiber zugeordneten LED-Strang im Fall einer zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters vorliegenden Gleichspannung permanent zu überbrücken.
Die Erfindung wird weitergebildet durch eine mit der Erkennungseinrichtung und/oder der Steuereinrichtung gekoppelte Aktivierungseinheit zum wahlweisen Umschalten zwischen einem ersten Zustand der Erkennungseinrichtung und/oder der Steuereinrichtung, in welchem die Erzeugung des Spannungssignals und/oder die Übersteuerung deaktiviert ist, und einem zweiten Zustand der Erkennungseinrichtung und/oder der Steuereinrichtung, in welchem die Erzeugung des Spannungssignals und/oder die Übersteuerung aktiviert ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in betriebswirtschaftlicher Hinsicht die Kosten für die Produkterstellung, Lagerhaltung und die Entsorgung von etwaigen Restbeständen im Fall der Definition von zwei verschiedenen Leuchtmittelprodukten für den normalen Wechselstrombetrieb, nämlich Leuchtmittel mit einer notstromtauglichen Schaltungsanordnung und Leuchtmittel ohne entsprechende Anpassung der Schaltung, mehr ins Gewicht fallen können, als jene Kosten, die einfach nur durch die Hinzufügung der zusätzlichen Bauelemente entstehen, die für eine Realisierung der Erkennungs- und Steuereinrichtung erforderlich sind. Da gleichwohl höhere Entwicklungskosten und die Erfüllung höherer Anforderungen hinsichtlich der Produktspezifikation oder Sicherheitsnormen im Fall notstromtauglicher Leuchtmittel zu Buche schlagen, ist es andererseits aber auch nicht sinnvoll, ein einheitliches Produkt zu einem entsprechend höheren, gemeinsamen Preis zu anzubieten.
Die Erfindung ermöglicht es vielmehr, die Notstromtauglichkeit durch ein Umschalten zwischen zwei Zuständen aktivieren (oder auch wieder zu deaktivieren), wenn diese gewünscht oder unter den Umständen erforderlich ist. Eine solche Aktivierung kann schon in der Produktion oder während einem dieser nachfolgenden Schritte ab Werk erfolgen, oder aber auch erst nachträglich, wenn das Leuchtmittel in Gebäuden, oder anderen Einrichtungen, etc., im Einsatz ist. In wirtschaftlicher Hinsicht könnte im ersten Fall das aktivierte Produkt von vornherein zu einem anderen Preis als bei dem nichtaktivierten (also nicht notstromtauglichen) Produkt angeboten werden. Im zweiten Fall könnte ein Miet- oder Lizenzmodell verfolgt werden, bei dem das Leuchtmittel z.B. gegen Gebühr nachträglich für den Notstrombetrieb freigeschaltet wird.
In manchen Fällen entsteht das Erfordernis der Notstromtauglichkeit auch erst nachträglich, oder es entfällt sogar erst nachträglich. Hier entsteht ein besonderer Vorteil, indem nämlich in einem solchen Fall die Leuchtmittel nicht ausgetauscht werden müssen sondern lediglich durch die Aktivierungseinheit aktiviert werden können. Dies spart einen erheblichen Aufwand für den Austausch wie auch für die Entsorgung oder Lagerung der ausgetauschten und nicht mehr gebrauchten Leuchtmittel.
In technischer Hinsicht entsteht ein Vorteil dadurch, dass erfindungsgemäß dass von der Erkennungseinrichtung zu generierende Spannungssignal und/oder die Übersteuerung des Treibers bzw. der Treiber aktiviert oder deaktiviert wird. Mit anderen Worten, die Aktivierungseinheit wirkt auf die Erkennungseinrichtung und/oder die Steuereinrichtung ein (die Grenze zwischen beiden ist hier künstlich gezogen), nicht aber direkt - bzw. nur mittelbar über die Steuervorrichtung - auf die Schaltungsanordnung gebildet aus Gleichrichter, LED-Strängen und deren Treibern. Im Fall eines deaktivierten Spannungssignals kann die Steuereinrichtung daher so agieren, als läge dauerhaft der Fall einer Netzwechselspannung vor. Der Teil der Schaltung gebildet aus Gleichrichter, LED-Strängen und deren Treibern funktioniert demnach identisch wie in einem Fall, in welchem die Erkennung bzw. das Spannungssignal aktiviert ist, d.h. das Spannungssignal erzeugt und der Steuervorrichtung zugeführt werden kann. Eine einheitliche Funktion des Leuchtmittels für den Fall des Normalbetriebs ist damit gewährleistet.
Der Begriff „deaktiviert“ in Bezug auf das Spannungssignal schließt hier Fälle ein, bei denen es um- oder abgeleitet wird, so dass es nicht zur Steuervorrichtung gelangt oder dort jedenfalls keine Übersteuerung mehr erfolgt, die im Fall von erkannter Gleichspannung eigentlich erfolgen sollte - insbesondere wenn eine Gleichspannung für den Notstrombetrieb im Bereich von 275 bis 176 Volt vorliegt und die Flussspannung der in Reihe geschalteten LEDs jedenfalls einen Minimalwert darin übertrifft. Es sind aber auch Fälle eingeschlossen, bei denen das Spannungssignal gar nicht erst erzeugt wird oder einfach geblockt wird. Der Begriff schließt auch eine hinreichende Abschwächung des Signals ein, auch wenn es dann die Steuereinrichtung erreicht. Das Signal reicht in diesem Fall aber nicht mehr aus, um beispielweise einen elektronischen Schalter umzuschalten. Das Spannungssignal repräsentierend ein elektronisches Signal kann im Übrigen auch als Stromsignal verstanden werden. Auch der Fall von elektromagnetischen oder magnetischen Signalen ist umfasst, wenn entsprechende Bauelemente in der Erkennungs- und/oder Steuereinrichtung vorgesehen sind.
Vorzugsweise umfasst die Aktivierungseinheit ein erstes elektronisches Schaltelement oder einen elektromechanischen Schalter, durch dessen Betätigung die Erzeugung des Spannungssignals und/oder die Übersteuerung aktiviert oder deaktiviert werden kann. Ein solches elektronisches Schaltelement oder ein solcher elektromechanischer Schalter ermöglicht es, von außen auf die Schaltungsanordnung einzuwirken und die Erkennungseinrichtung und/oder die Steuereinrichtung insbesondere auch nachträglich, d.h. nach Herstellung der Schaltungsanordnung zu aktivieren/deaktivieren.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Aktivierungseinheit weiter eine Schnittstelle und einen Schalterbaustein, der im Fall des Vorliegens des ersten elektronischen Schaltelements mit diesem elektrisch gekoppelt ist und über den das erste elektronische Schaltelement betätigt werden kann. Die Schnittstelle setzt mit Vorteil beabsichtigt bzw. gezielt her in mechanischer, optischer, strahlungstechnischer, induktiver, magnetischer, elektrischer, elektromagnetischer Weise beigeführte Einwirkungen von außen in Schaltungsinterne Signale um, hier ein Spannungs- bzw. Stromsignal, mit welchem das elektronische Schaltelement betätigt werden kann. Dadurch wird die Aktivierung/Deaktivierung in beliebiger Umgebung, z.B. im bereits installierten Zustand der entsprechenden die Schaltungsanordnung aufweisenden Leuchtmittel ermöglicht.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schnittstelle und der Schalterbaustein als Funkschalter ausgebildet. Insbesondere kann der Funkschalter durch einen Baustein für die Nahfeldkommunikation (engl. Near Field Communication - abgekürzt: NFC) gebildet sein. Ein Beispiel dafür ist ein sogenannter NFC-tag. Der Baustein umfasst einen Mikrochip oder zumindest einen entsprechenden, einzelne Bauelemente aufweisenden analogen Schaltkreis zum Senden und Empfangen sowie eine mit diesem gekoppelte Antenne, die für eine Kommunikation mittels elektromagnetischer Induktion ausgelegt ist, und einen digitalen Schaltkreis mit einem permanenten oder ein- oder mehrmalig wiederbeschreibbaren Speicher mit z.B. 456 Bytes (gem. NDEF für NFC-tag Typ 1), 48 Byte - 2 kB (NFC-tag Typ 2), 1 kB - 9 kB (NFC tag Typ 3) oder 4 kB - 32 kB (NFC-tag Typ 4) - alle Klassifikationen gemäß NFC-Forum, also diejenige Organisation, die für die Standardisierung in der NFC Welt zuständig ist, vgl. ISO 14443. Ein Klebestreifen mit der z.B. mit 6-7 Windungen gewundenen Antenne kann praktischerweise ebenfalls umfasst sein. Die Antenne kann demgegenüber aber auch anderweitig an dem die Schaltungsanordnung tragenden Substrat angebracht sein als durch einen Aufkleber.
Der Technik der Nahfeldkommunikation liegt die elektromagnetische Induktion zugrunde. Dabei erfolgt der Datenaustausch über die induktive Kopplung zwischen zwei Antennen bzw. Induktivitäten. Die eine Induktivität ist die des sogenannten Initiators, auch als NFC-Terminal oder Lese-/Schreibgerät bezeichnet, die andere die des Target, also dem NFC-Tag oder NFC-Chip mit Antenne. Bei dem NFC-Terminal kann es sich z.B. um ein Smartphone handeln. Die induktive Kopplung erfolgt über eine Hochfrequenz von 13,56 MHz zwischen Initiator und Target. Insofern folgt die Kopplung bzw. Kommunikation ähnlich derjenigen über RFID (Radio-Frequency IDentification), allerdings beträgt die Reichweite bei Kommunikation via NFC lediglich 1-4 cm, NFC ist auf die angegebene Frequenz beschränkt und NFC erlaubt ferner auch zwei aktive Teilnehmer, während RFID ein aktives Lesegerät und dazu einen passiven Transponder erfordert. „Passiv“ bedeutet hier, dass das entsprechende Gerät keine Energie- oder Spannungsversorgung besitzt und dadurch nicht von selbst den Kontakt aufnehmen kann, sondern die für die Antwort auf die Kontaktanfrage notwendige Leistung aus der Kopplung durch den Partner bezieht. „Aktiv“ beinhaltet dagegen jene Energie- oder Spannungsversorgung.
Infolgedessen ist gemäß dieser Weiterbildung auch eine Energie- oder Spannungsversorgung für den NFC-tag vorgesehen, die gemäß einer besonderen weiteren Ausgestaltung in Form einer Hilfsgleichspannungsquelle bereitgestellt wird, die beispielsweise ohnehin in der Schaltungsanordnung eingerichtet ist, um beispielsweise die Erkennungseinrichtung oder die Treiberschaltung(en) mit Spannung (VCC) zu versorgen. Die entsprechend zur Verfügung gestellte Leistung kann beispielsweise aus einer solchen erfolgen, die in der zugrunde liegenden Schaltung sonst als Verlustleistung an einem Stromregler am Fußpunkt der Schaltung in Form von Wärme an einem Leistungstransistor verloren ginge.
Aufgrund der nur kurzen Distanz von 1-4 cm für die Nahfeldkommunikation eignet sich NFC ganz besonders für den vorliegenden Einsatz, denn im oben angeführten Beispielfall der nachträglichen Lizensierung des Notstrombetriebs für das konkrete Leuchtmittel kann die Aktivierung lokal für eben ausgewählt nur dieses erfolgen, beispielsweise im installierten Zustand im Gebäude oder an der Ladentheke oder beim Versand (Spedition) gemäß Auftrag/Bestellung. Auch bietet NFC eine gesicherte Datenübertragung an, so dass die Aktivierung gemäß erworbenem Lizenz-Schlüssel möglich ist. Wie erwähnt kann dazu ein NFC-fähiges Smartphone mit entsprechender Applikation eingesetzt werden.
Der anspruchsgemäße erste und zweite Zustand der Erkennung oder Übersteuerung kann dabei durch einen Schreibzugriff auf den Speicher des NFC-tags vom NFC-Terminal (z.B. Smartphone) aus erhalten werden. Die Lese-/Schreibgeschwindigkeiten betragen gemäß NFC-Forum 106 kbit/s, 106 kbit/s, 212 - 424 kbit/s und 106 - 424 kbit/s für die NFC-tags Typen 1 - 4. Im digitalen Schaltkreis des NFC-tags ist dieser dann jederzeit abrufbar, um den elektronischen Schalter zu steuern. Es ist anzumerken, dass diese Weiterbildung nicht auf bestimmte NFC-tag oder -chiptypen beschränkt ist. Bekannte Anbieter von NFC-tags bzw. -chips sind unter anderem Sony (z.B. FeliCa^Ⓒ), NXP (Mifare^Ⓒ), Broadcom (Topaz^Ⓒ) oder Infineon (my-d^Ⓒ).
In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Schnittstelle zu diesem Zweck einen digitalen Ausgangsanschluss (DOut) auf. Dieser ist direkt oder mittelbar (z.B. über einen Basisvorwiderstand und/oder eine Induktivität) mit einem Steueranschluss des ersten elektronischen Schaltelements gekoppelt. Dadurch wird es möglich, den z.B. beim Einschalten bzw. Starten des Leuchtmittels aus dem Speicher ausgelesenen Zustandswerts als digitalen Spannungspegel HIGH oder LOW auszugeben und damit das elektronische Schaltelement zu steuern bzw. umzuschalten.
Die nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausbildungen beziehen sich auf Elemente der Aktivierungseinheit und der Erkennungseinrichtung bzw. der sie betreffenden Anpassungen in der Schaltungsanordnung:
In einer vorteilhaften Ausführung weist die Erkennungseinrichtung einen Hochpassfilter auf, der ausgelegt ist, aus einer zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters anliegenden Ausgangsspannung einen Wechselspannungsanteil zu ermitteln und diesen über einen Tiefpassfilter einem Schwellwertschalter zuzuführen, der abhängig von dem Wechselspannungsanteil das Spannungssignal erzeugen und der Steuereinrichtung zuführen kann. Ein solcher Aufbau der Erkennungseinrichtung ist besonders einfach und effizient und erlaubt eine sichere Unterscheidung der anliegenden Spannung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das erste elektronische Schaltelement der Aktivierungseinheit ausgelegt, im geschalteten ersten Zustand einen Steueranschluss des Schwellwertschalters direkt oder mittelbar mit einer Gleichspannungsquelle zu verbinden, die das am Steueranschluss des Schwellwertschalters anliegende Spannungspotenzial von einem zugeführten Wechselspannungsanteil auf ein vorgegebenes erstes Spannungspotential zieht, das ein Schalten des Schwellwertdetektors verhindert, um die Erzeugung des Spannungssignals in dem ersten Zustand zu deaktivieren. Auch hier ergibt sich ein einfacher, sicherer und effizienter Aufbau der Anbindung der Aktivierungseinheit an die Erkennungseinrichtung, ohne deren eigentliche Funktionsabläufe zu verändern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung besitzt das erste elektronische Schaltelement einen Steueranschluss, eine Bezugselektrode und eine Arbeitselektrode, wobei der Steueranschluss mit der Schnittstelle der Aktivierungseinheit gekoppelt ist, die Bezugselektrode mit einem zweiten vorgegebenen Spannungspotential gekoppelt ist, und die Arbeitselektrode mit einem Steueranschluss eines zweiten elektronischen Schaltelements gekoppelt ist, so dass das erste elektronische Schaltelement zur Steuerung des zweiten elektronischen Schaltelements ausgelegt ist. Ferner weist das zweite elektronische Schaltelement eine Arbeitselektrode, die mit dem ersten vorgegebenen Spannungspotential gekoppelt ist, und eine Bezugselektrode, die mit einem Steueranschluss des Schwellwertschalters gekoppelt ist, auf, so dass das zweite elektronische Schaltelement zum Aufschalten des ersten vorgegebenen Spannungspotentials auf den Steueranschluss des Schwellwertschalters anstelle des ermittelten Wechselspannungsanteils ausgelegt ist, um die Erzeugung des Spannungssignals zu deaktivieren. Gemäß dieser Ausführungsform wird das ohnehin vorhandene erste Spannungspotential genutzt, um ein Leitend-Schalten des Schwellwertschalters im Fall einer im Hochpassfilter erkannten Gleichspannung (Wechselspannungsanteil praktisch annährend null) zu unterbinden. Das (zweite) elektronische Schaltelement könnte übrigens auch als Teil der Aktivierungseinheit angesehen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das erste elektronische Schaltelement der Aktivierungseinheit dazu ausgelegt, im geschalteten ersten Zustand einen Arbeitsanschluss des Schwellwertschalters direkt oder mittelbar mit einem Grund- oder Bezugspotenzial zu verbinden, um die Erzeugung des Spannungssignals in dem ersten Zustand zu deaktivieren oder zumindest die Zuführung zur Steuereinrichtung zu unterbinden. Durch den so vorgeschlagenen Aufbau wird eine besonders vorteilhafte Alternative zur vorherigen Ausführungsform angeboten, die mit noch weniger Bauelementen auskommt, indem sie auf ein weiteres (zweites) elektronisches Schaltelement verzichtet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist die Steuereinrichtung ein drittes elektronisches Schaltelement aufweist, wobei ein Arbeitsanschluss des Schwellwertschalters der Erkennungseinrichtung mit einer Steuerelektrode des dritten elektronischen Schaltelements direkt oder indirekt gekoppelt ist, um anhand des vom Schwellwertschalter erzeugten Spannungssignals wenigstens einen, jeweils einem der LED-Stränge zugeordneten Treiber abhängig von dem Spannungssignal zu übersteuern, um den LED-Strang zu überbrücken. Durch diesen Aufbau wird ein Umschalten auf den Notstrombetrieb bzw. Notlichtbetrieb ermöglicht, in dem die Flussspannung einer der LED-Einheiten gezielt aus dem System genommen und damit die verbleibende Flussspannung reduziert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Schnittstelle der Aktivierungseinheit konform mit einem der Standards für drahtlose Kommunikation aus: NFC (Near Field Communication), Bluetooth, IrDA (Infrared Data Association), ZigBee Wireless Technology, WiFi, Wireless LAN, RFID (Radio Frequency IDentification). Ferner kann - drahtgebunden oder drahtlos - die Steuerung des Aktivierens oder Deaktivierens der Notstromerkennung gemäß einem Protokoll zur Steuerung von lichttechnischen Betriebsgeräten von einer Zentraleinheit aus über die Schnittstelle vorgenommen werden, insbesondere DALI (Digital Addressable Lighting Interface). Dies hat z.B. den Vorteil, dass die Lizensierung für notstrombetriebene Leuchtmittel nachträglich und zentral für ein komplettes Gebäudesystem durchgeführt werden kann, ohne dass jedes einzelne Leuchtmittel direkt kontaktiert werden muss.
Es ist anzumerken, dass für die Aktivierung oder Deaktivierung unter NFC oder RFID auch passive Smartcards verwendet werden können. In diesem Fall wird der NFC- oder RFID-tag in der Schaltungsanordnung zum Lesegerät oder Transponder und initiiert die Kommunikation mit dem Leuchtmittel anhand der vorgehaltenen Smartcard, die z.B. der Erwerber einer Lizenz oder der Verkäufer des Leuchtmittels für den Notlichtbetrieb vorher erworben hat.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist ein Stromregler vorgesehen, beispielsweise ein Linearregler, welcher dazu ausgelegt ist, einen durch die LED-Stränge oder Treiber fließenden Strom mit einem Stromwert in Abhängigkeit von dem Momentanwert einer Wechsel- oder Gleichspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters zu steuern, und welcher seriell mit den LED-Strängen zwischen die beiden Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters geschaltet ist. Durch diesen Stromregler kann der Stromfluss durch die LED-Stränge sinnvoll gesteuert und begrenzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist ein Spannungsteiler vorgesehen, welcher zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters geschaltet ist, zur Bereitstellung eines Steuersignals an den Stromregler. Dies ermöglicht eine direkte Kopplung des Linearreglers an den Spannungsteiler und damit an den Momentanwert der Wechsel- oder Gleichspannung, und reduziert dabei die Anzahl der erforderlichen Bauelemente erheblich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der wenigstens eine Treiber bzw. die wenigstens eine Treiberschaltung eingerichtet, anhand eines Momentanwertes der gleichgerichteten Netzspannung sowie anhand des Überbrückungszustandes eines LED-Strangs einer benachbarten LED-Einheit zu entscheiden, den ihm zugeordneten LED-Strang zu überbrücken. Ein solcher Betrieb einer Schaltungsanordnung mit mehreren LED-Einheiten bzw. LED-Strängen hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, indem er trotz des Betriebs bei sogenannten „floatenden“ Potentialen (die Spannungspotentiale tieferliegender LED-Einheiten hängen von der Überbrückung oder der Bestromung höherliegender LED-Stränge ab) einen sicheren Lichtbetrieb bei Wechselstrom unter Reduzierung von Lichtflackern und minimalem Leistungsverlust sicherstellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist der wenigstens eine Treiber bzw. die wenigstens eine Treiberschaltung ferner auf: einen Spitzenwertdetektor, der die Flussspannung des zugeordneten LED-Strangs speichert, oder eine entsprechende Referenzspannungsquelle, ein Vergleichselement und ein jeweils viertes Schaltelement, durch welches jeder Treiber den ihm zugeordneten LED-Strang überbrückt, wenn das Vergleichselement feststellt, das eine Differenz der Spannungspotentiale zwischen einem Knoten, dessen Potential von dem Momentanwert der Wechselspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters und von dem im Spitzenwertdetektor gespeicherten Wert abhängt, und einer in den Treiber eingegebenen Schwellenspannung ihr Vorzeichen ändert. Ein solcher Aufbau erlaubt einen einfachen aber zuverlässigen Schaltungsaufbau zur Realisierung des vorbeschrieben Wechselstrombetriebs.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
Figurenliste
Es zeigen:

1 in vereinfachter schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;
2 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Schaltungsanordnung gemäß 1 mit konkretisierten Ausführungsformen der Erkennungseinrichtung, der Steuereinrichtung und der zugeordneten Aktivierungseinheit;
3 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Schaltungsanordnung gemäß 1 mit konkretisierten Ausführungsformen des Spannungsteilers und des Strom- bzw. Linearreglers,
4 in schematischer Darstellung eine alternative Ausführungsform der in 2 gezeigten Erkennungseinrichtung, Steuereinrichtung und zugeordneter Aktivierungseinheit;
5 in vereinfachter schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben eines ersten und eines zweiten LED-Strangs - und in diesem speziellen Beispiel auch eines dritten LED-Strangs - an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle. Es wird zunächst der Aufbau dieser Schaltungsanordnung ohne Notstromerkennung beschrieben.
Eine Netzwechselspannung V1, die z.B. bei einem Netzspannungsausfall im zentralen Notstrombetrieb auf eine Gleichspannung von 275 Volt bis 176 Volt umgeschaltet bzw. durch diese ersetzt werden kann (in 1 nicht gezeigt), ist über einen Gleichrichter 14 mit zwei Knoten 141 und 142 verbunden. Der Knoten 141 entspricht einem ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters 14 und führt hier ein positives Spannungspotential der gleichgerichteten Wechsel- oder Gleichspannung. Der Knoten 142 legt das Grund- oder Bezugspotential fest und entspricht einem zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters 14. Der Knoten 141 ist mit einem Spannungsteiler 26 verbunden, der seinerseits mit dem Grund- oder Bezugspotential verbunden ist. Ein Abgriffspunkt (Knoten 261) am Spannungsteiler liefert dabei einen von der Netzwechselspannung V1 abhängigen Spannungspotentialwert mit welchem ein noch zu beschreibender Linearregler 24 gesteuert wird.
Ein Beispiel eines solchen Spannungsteilers 24 und Linearreglers 26 ist in 3 gezeigt. Der Knoten 141 ist dabei über die Serienschaltung zweier Widerstände R001 und R3 mit dem Knoten 261 verbunden. Der Knoten 261 ist über die Serienschaltung zweier Dioden D6 und D7 und einen ohmschen Widerstand R003 mit dem Grund- oder Bezugspotential, also auch mit dem Knoten 142 am Brückengleichrichter gekoppelt, wobei die Kathode der Dioden D6, D7 in Richtung des Grund- oder Bezugspotentials zeigt. Die ohmschen Widerstände R001, R3, die Dioden D6 und D7 und der ohmsche Widerstand R003 bilden einen Spannungsteiler, dessen Abgriff der Knoten 261 darstellt.
Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin den Linearregler 24, der in dem speziellen Ausführungsbeispiel wie in 3 gezeigt zwei NPN-Transistoren Q1, Q2 in Darlington-Anordnung sowie einen ohmschen Widerstand R5 umfasst, der seriell zu der genannten Darlington-Stufe Q1, Q2 gekoppelt ist. Die Basis des Transistors Q2 stellt den Steueranschluss des Linearreglers 24 dar und ist mit dem Knoten 261 gekoppelt. Es sei angemerkt, dass anstatt der Darlington-Stufe auch nur ein einzelner NPN-Transistor vorgesehen sein kann.
Ferner weist der Spannungsteiler 26 noch eine Einschaltstromverzögerung auf, die eine Diode D8 sowie die mit deren Kathode gekoppelte Parallelschaltung eines Kondensators C6 und eines ohmschen Widerstands R7 umfasst. Dadurch wird erreicht, dass sich die Spannung an der Basis des Transistors Q2 erst langsam erhöht, bis sich der Kondensator C6 auf seinen Spitzenwert aufgeladen hat. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass im Einschaltmoment keine unzulässig hohe Verlustleistung im Transistor Q1 auftritt.
Mit Bezug auf 1 ist zwischen die Knoten 141 und 142 eine Serienschaltung von vorliegend drei LED-Einheiten LE1, LE2 und LE3 sowie einem Linearregler 24 gekoppelt. Der Aufbau einer LED-Einheit wird nachfolgend am Beispiel der dritten LED-Einheit LE3 dargestellt, wobei der Aufbau der ersten und zweiten LED-Einheiten LE1 und LE2 im Wesentlichen identisch ist und sich lediglich durch die Anzahl der jeweiligen LEDs und der sich daraus ergebenden Dimensionierung der Bauelemente unterscheidet.
Die dritte LED-Einheit LE3 umfasst einen LED-Strang mit den LEDs LED43 bis LED49, demnach 7 LEDs, die seriell zueinander geschaltet sind und somit eine Kaskade bilden. Seriell zu der LED-Kaskade ist eine Diode D33 gekoppelt, wobei der Kopplungspunkt der Diode D33 und der LED-Kaskade einen Knoten N31 darstellt. Der nicht mit der Diode D33 gekoppelte Anschluss der LED-Kaskade stellt einen Knoten N32 dar. Der nicht mit der LED-Kaskade gekoppelte Anschluss der Diode D33 stellt einen dritten Knoten N33 dar. Parallel zur LED-Kaskade kann ein optionaler Kondensator C33 gekoppelt sein, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Elektrolytkondensator ausgebildet ist. Zwischen den Knoten N33 und den Knoten N32 ist die Serienschaltung eines Kondensators C32 und einer Diode D32 gekoppelt, wobei der Kopplungspunkt des Kondensators C32 mit der Diode D32 einen Knoten N34 darstellt.
Die dritte LED-Einheit LE3 umfasst weiterhin zwei elektronische Schalter Q31 und Q32, wobei die Steuerelektrode (Basis) des Schalters Q31 über die Serienschaltung einer Diode D31 und eines ohmschen Widerstands R31 mit einem Knoten N5 gekoppelt ist. Die Arbeitselektrode (Kollektor) des Schalters Q31 ist mit dem Knoten N34 gekoppelt, während seine Bezugselektrode (Emitter) über einen ohmschen Widerstand R32 mit der Steuerelektrode (Basis) des Schalters Q32 gekoppelt ist. Die Bezugselektrode (Kollektor) des Schalters Q32 ist mit dem Knoten N32 gekoppelt, während seine Arbeitselektrode (Emitter) mit dem Knoten N33 gekoppelt ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Schalter Q32 als einzelner PNP-Transistor ausgebildet. Er kann jedoch vorteilhafter Weise auch als Darlington-Stufe realisiert sein und dazu zwei geeignet verschaltete Transistoren (z.B. zwei PNP-Transistoren) umfassen sowie zwei ohmsche Widerstände, wie es beispielsweise schon in der in 1 der Druckschrift DE 10 2013 201 439 A1 beschriebenen Schaltungsanordnung gezeigt ist.
Die ersten und zweiten LED-Einheiten LE1 und LE2 sind vergleichbar aufgebaut, umfassen jedoch jeweils eine unterschiedliche Anzahl an LEDs. So umfasst die erste LED-Einheit LE1 die LEDs LED1 bis LED28, also 28 LEDs. Die zweite LED-Einheit LE2 umfasst die LEDs LED29 bis LED42, das heißt 14 LEDs. Die LEDs sind bevorzugt als Doppelkern-LEDs mit jeweils zwei PN-Übergängen ausgeführt. Mithin besitzt eine tieferliegende LED-Einheit die Hälfte der Anzahl der LEDs einer nächst höherliegenden LED-Einheit.
Der zweite Knoten der tiefstgelegenen LED-Einheit LE3, vorliegend der Knoten N32, ist mit der Arbeitselektrode des Linearreglers 24, genauer mit der Arbeitselektrode jeweils der NPN-Transistoren Q1 und Q2 in Darlington-Schaltung, gekoppelt, während ein dritter Knoten N13 der höchstgelegenen LED-Einheit LE1 mit dem Knoten 141 gekoppelt ist. Zwischen den Knoten N5 und den Linearregler 24 kann eine Hilfsgleichspannungsquelle gekoppelt sein, vorliegend ist diese allerdings zwischen den Knoten N5 und den ersten Knoten N31 der dritten LED-Einheit LE3 gekoppelt, der somit als Abgriffspunkt für die zu erzeugende Hilfsgleichspannung dient.
Wie nachfolgend beschrieben wird, können sich während des Betriebs der LED-Einheiten an den einzelnen Knoten und insbesondere auch an dem als Abgriffspunkt für die Erzeugung der Hilfsgleichspannung dienenden Knoten N31 sägezahnähnliche Spannungsverläufe darstellen. Da die Spannungsspitzen dieser sägezahnähnlichen Spannung innerhalb einer Halbwelle der gleichgerichteten Netzwechselspannung zeitlich gut verteilt sind, kann diese sägezahnähnliche Spannung verwendet werden, um mittels eines zwischen dem Knoten N31 und dem Knoten N5 angeordneten RC-Glieds R9, C050 sowie einer gegenüber dem Grund- oder Bezugspotential geschalteten Zenerdiode D050 eine Hilfsgleichspannung zu erzeugen. Diese Hilfsspannung besitzt eine nur geringe Restwelligkeit, weshalb im Vergleich zu anderen Hilfsspannungsversorgungen sehr kleine Kapazitäten verwendet werden können. Sie besitzt einen einfachen Aufbau, ist kompakt zu realisieren und folglich auch kostengünstig. Vorteilhaft ist, dass für die Hilfsgleichspannung ein Strom entnommen wird, der andernfalls im Linearregler 24 in Verlustleistung umgewandelt worden wäre.
Die (Elektrolyt-)Kondensatoren C013, C023 und C33 sind vergleichsweise groß dimensioniert (z.B. C013 66 µf; C023 47 µf; C33 100 µf) und dienen als Pufferkondensator für die LEDs der jeweiligen LED-Kaskade. Hierbei ist es von Vorteil, dass diese Kondensatoren lediglich für die an der entsprechenden LED-Kaskade abfallende Spannung und damit nicht für die volle Höhe der Netzwechselspannung V1 ausgelegt werden müssen. Entsprechend können diese Kondensatoren kleiner und damit platzsparender ausgeführt sein.
Die Dioden D11, D21, D32, sind optional und können eingespart werden, wenn die Transistoren Q11, Q21 und Q31 entsprechend spannungsfest ausgelegt sind.
Innerhalb des Spannungsteilers 26 dienen die Dioden D6 und D7 dazu, die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren Q1 und Q2 des Linearreglers 24 zu kompensieren. Die am ohmschen Widerstand R003 abfallende Spannung entspricht daher im Wesentlichen der Spannung, die über dem ohmschen Widerstand R5 abfällt.
Der Strom durch den Widerstand R5 ist demnach halbsinusförmig. Daraus folgt, dass der vom Linearregler 24 gesteuerte Strom durch die Schaltungsanordnung der Eingangsspannung folgt, wodurch sich ein guter Wirkleistungsfaktor ergibt sowie geringe EMV-Störungen.
Durch die Dimensionierung der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung kann erreicht werden, dass der Transistor Q012 mit einer Schaltfrequenz von ca. 100 Hz betrieben wird. Ein aufgrund dieser Schaltfrequenz unter Umständen wahrnehmbares Flickern wird durch den zugeordneten Pufferkondensator C013 verhindert oder zumindest unterdrückt. Der Transistor Q22 arbeitet mit einer höheren Schaltfrequenz von ca. 200 Hz und der Transistor Q32 mit einer Schaltfrequenz von ca. 400 Hz.
Die Kombination aus dem Kondensator C12 und der Diode D12 stellt einen Spitzenwertdetektor für die LED-Einheit LE1 dar. Entsprechend stellen der Kondensator C22 und die Diode D22 einen Spitzenwertdetektor für die LED-Einheit LE2 und der Kondensator C32 und die Diode D32 einen Spitzenwertdetektor für die LED-Einheit LE3 dar.
Die Transistoren Q11, Q21 und Q31 agieren als Vergleichselemente, wie im Folgenden ersichtlich wird. Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung wird nachfolgend beispielhaft anhand der tiefstgelegenen LED-Einheit LE3 beschrieben, die im Verlauf der ansteigenden Sinushalbwelle zuerst und auch zu allermeist schaltet (siehe Schaltfrequenzen oben).
Der Widerstand R32 ist in Kombination mit dem Kondensator C32 so ausgelegt, dass der Kondensator C32 auch während der längsten zu erwartenden Einschaltphase des Schalters Q32 nur geringfügig entladen wird. Die Hilfsgleichspannungsquelle gibt eine minimale Spannungsdifferenz gegenüber dem Grund- oder Bezugspotential, beispielsweise in Höhe von 6 V, vor, die bei dem Schalter Q1, Q2 des Linearreglers 24 nicht unterschritten werden soll. Der NPN-Transistor Q31 vergleicht diese Spannung in Höhe von etwa 6 V mit dem Spannungspotential am Knoten N34. Schaltet der PNP-Transistor Q32 durch, so werden die LEDs LED43 bis LED49 überbrückt, das heißt kurzgeschlossen. Dies verschiebt auch die Arbeitspunkte (Spannungspotentiale an den jeweiligen Knoten) der Treiber für die LEDs der anderen LED-Einheiten LE2 und LE1.
Jeder LED-Strang wird über einen separaten Treiber angesteuert, der im Beispiel der 1 insbesondere die beiden als Vergleichselement bzw. Überbrückungsschalter dienenden Transistoren Q11, Q12 bzw. Q21, Q22 oder Q31, Q32 sowie den beschriebenen Spitzenwertdetektor (mit den Bauelementen C12, D12, C22, D22, C32, D32) aufweist. Die Ansteuerung der Treiber erfolgt abhängig vom Momentanwert der gleichgerichteten Netzspannung zwischen den Knoten 141 und 142 durch die von der Hilfsgleichspannungsquelle bereitgestellte Schwellenspannung.
Zur Funktionsweise wird zunächst in der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung als Einschaltzeitpunkt nachfolgend der Beginn einer Halbwelle der Wechselspannungsquelle V1 angenommen. Ferner sind nach Ablauf einer vorhergehenden Halbwelle alle Schalter der LED-Einheiten, d. h. die Schalter Q11, Q12, Q21, Q22, Q31, Q32 leitend geschaltet und alle Kondensatoren geladen (sog. eingeschwungener Zustand). Die Flussspannung einer Doppelkern-LED wird zu 6 V angenommen, die einer Diode zu 0,7 V.
Infolge der leitend geschalteten Schalter liegt die momentane Ausgangsspannung des Gleichrichters 14 am Knoten 141 auch am Punkt N32 an. Die Knoten N32 und N33 liegen auf demselben Potenzial, da die Schalter Q32 und Q31 leitend angenommen werden. Die von der Hilfsgleichspannungsquelle an den Knoten N5 bereitgestellte Spannung werde im Ausführungsbeispiel zu 6 V angenommen.
Der Kondensator C32 sei zu Beginn der Halbwelle aus dem vorherigen Zyklus auf +42 V aufgeladen. Diese 42 V ergeben sich aus 7 mal die Flussspannung der Dioden LED43 bis LED49, wobei jede Flussspannung, wie oben erwähnt, zu 6 V angenommen wird. Somit ergibt sich am Knoten N34 ein Potential von -42 V.
Der Knoten N5 ist durch die Hilfsgleichspannungsquelle auf 6 V aufgeladen. Dadurch ergibt sich ein Stromfluss durch die Diode D31, den Widerstand R31 sowie den Transistor Q31, der leitend geschaltet ist, weil an seiner Basis ein Potenzial von ca. 6 V anliegt, an seinem Emitter aber ein Potenzial von etwa minus 42 V. Infolgedessen ist auch der Schalter Q32 leitend. Der Strom fließt demnach am LED-Strang bzw. der Kaskade der LED-Einheit LE3 vorbei, das heißt der LED-Strang ist kurzgeschlossen und nicht bestromt. Gleichermassen sind auch die Schalter Q12 und Q22 leitend, sodass auch die LED-Stränge der LED-Einheiten LE1 und LE2 nicht bestromt sind. Diese Situation stellt den Ausgangspunkt einer Halbwelle der gleichgerichteten Netzwechselspannung V1 dar.
Im weiteren Verlauf der Halbwelle steigt das Spannungspotenzial der Halbwelle an. Aufgrund des proportional dazu anwachsenden Spannungspotenzials am Abgriffspunkt des Spannungsteilers 26, d.h. dem Knoten 261, beginnt der Darlington-Transistor (Q1, Q2) des Linearreglers 24 allmählich leitend zu werden.
Das Spannungspotenzial am dritten Knoten N33 entspricht demjenigen am zweiten Knoten N32 in diesem Zustand. Im weiteren Verlauf der Halbwelle steigt das Potenzial am Knoten N33 solange, bis das Potenzial am Knoten N34 auf etwa 5,3 V angestiegen ist, wobei dieser Wert dem Potenzial am Knoten N5 abzüglich der Flussspannung der Diode D31 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt sinkt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q31 auf 0 V, der Transistor Q31 und infolgedessen auch der Transistor Q32 gehen in den Sperrzustand über. Am Kondensator C32 fallen immer noch 42 V ab, so dass das Spannungspotenzial am Knoten N32 in diesem Moment 47,3 V beträgt. Die Potenziale an den Knoten N33 und N32 sind entkoppelt, wobei das Potenzial am Knoten N33 „vor“ dem sperrenden Transistor Q32 bleibt bei 47,3 V über dem Bezugs- oder Grundpotenzial verbleibt.
Die Transistoren Q1 und Q2 des durch den Spannungsteiler gesteuerten Linearregler 24 werden aufgrund des fortgesetzten Anstiegs des Momentanwerts der gleichgerichteten Netzspannung, d.h. der Halbwelle, zunehmend leitend und ermöglichen einen sich entsprechend vergrößernden Stromfluss durch den ohmschen Widerstand R5. Infolgedessen fällt das Potential am Knoten N32, bis sich ein Sollstrom eingestellt, wenn nämlich das Spannungspotenzial am Knoten N32 bis auf 4,6 V abgesunken ist. Dieser Wert folgt aus dem Potenzial am Knoten N33, das beim Sperrend-Schalten der Transistoren Q31 und Q32 47,3 V beträgt, abzüglich 7 mal die Flussspannung der Doppelkern-LEDs in Höhe von 6 V, weiter abzüglich 0,7 V für die Flussspannung der Diode D33. Genau dann fließt der Strom über den LED-Strang der LED-Einheit LE3, weshalb ab diesem Zeitpunkt die LEDs dieses LED-Strang bzw. dieser Kaskade leuchten. Zu beachten ist eine mögliche Verzögerung, die durch das Aufladen des Elektrolytkondensators C33 anfallen kann.
Unter weiterem Anstieg der Spannungshalbwelle wächst das Potenzial am Knoten N33 weiter an. Aufgrund der konstanten Flussspannung der nun leitenden LEDs LED43 bis LED49 steigt damit auch das Potenzial am Knoten N32 an. Die Spannungsdifferenz zwischen dem Potenzial am Knoten N33 und am Knoten N32 beträgt konstant 47,3 V - 4,6 V = 42,7 V.
Die weitere Funktionsweise auch innerhalb der dritten LED-Einheit LE3 ergibt sich nun aus dem Verhalten des LED-Strangs bzw. insbesondere des Treibers der nächsthöherliegenden zweiten LED-Einheit LE2. Der Kondensator C22 ist auf 14 x 6 V = 84 V aufgeladen (nämlich 14 mal die Flussspannung der LEDs LED29 bis LED42).
Bei einem Halbwellenpotential von 42,7 V am Knoten 141 liegen diese bis dahin auch am Knoten N23 an, da alle darüberliegenden Schalter Q11 und Q12 noch leitend geschaltet sind. Die Spannung am Knoten N24 beträgt daher 42,7 V - 84 V = -41,3 V. Da die Spannung am Knoten N5 entsprechend der Hilfsspannungsversorgung bzw. - quelle 14 nach wie vor etwa 6 V beträgt, sind die Schalter Q21 sowie Q22 leitend. Bei weiter steigender Halbwelle erhöht sich folglich kontinuierlich das Potenzial am dritten Knoten N23 der zweiten LED-Einheit LE 2 und damit auch das Potenzial an deren vierten Knoten N24. Bei Erreichen des Spannungspotenzials am Knoten N24 in Höhe von 5,3 V (siehe oben) geht der als Komparator arbeitende Schalter bzw. Transistor Q21 und infolgedessen auch der Transistor Q22 in den sperrenden Zustand über und die zweiten und dritten Knoten N22 und N23 der zweiten LED-Einheit LE2 werden voneinander entkoppelt.
Mit weiter steigender Eingangsspannung steigt das Potenzial am Knoten N23 weiter an bis 89,3 V erreicht sind, was sich aus 5,3 V am Knoten N24 zuzüglich 14 mal 6 V aus den Flussspannungen des LEDs LED29-LED42 ergibt. Ab diesem Zeitpunkt fließt der Strom über den LED-Strang mit den LEDs LED29 bis LED42 der zweiten LED-Einheit LE2. Bei der nun anliegenden Eingangsspannung von 89,3 V fallen damit am zweiten Knoten N22 der zweiten LED-Einheit LE2 14 mal 6 V zuzüglich 0,7 V für die Flussspannung der Diode D23 ab, also eine Differenz von 84,7 V. Mit anderen Worten, das Spannungspotenzial am Knoten N22 beträgt nur mehr 4,6 V. Da der zweite Knoten N22 der zweiten LED-Einheit LE2 direkt mit dem dritten Knoten N33 der dritten LED-Einheit LE3 elektrisch leitend verbunden ist, beträgt damit auch das Potenzial am dritten Knoten N33 der dritten LED-Einheit LE3 plötzlich lediglich noch 4,6 V.
Das Potenzial am Knoten N34 beträgt demnach aufgrund des als konstant aufgeladenen angenommenen Kondensators C32 der dritten LED-Einheit LE3 noch 4,6 V abzüglich 42,0 V, welches -37,4 V ergibt. Damit beträgt die Spannungsdifferenz zwischen dem von der Hilfsspannungsversorgung gespeisten Knoten N5 und dem vierten Knoten N34 der dritten LED-Einheit nun -46,4 V, wodurch der Transistor Q31 und damit auch der Transistor Q32 wieder leitend schalten. Auf diese Weise wird der LED-Strang der dritten LED-Einheit LE3 mit den LEDs LED43 bis LED49 wieder kurzgeschlossen, das heißt er wird nicht mehr bestromt.
In entsprechender Weise wird der LED-Strang der LED-Einheit LE1 mit dem LEDs LED1-LED28 bestromt bzw. auch wieder kurzgeschlossen. Insgesamt ergibt sich ein ähnliches Bild, wie es z.B. in 3 der DE 10 2013 222 226 A1 gezeigt ist. Es werden abhängig von der Eingangsspannung immer jeweils gerade so viele LED-Stränge bestromt wie entsprechend Spannung verfügbar ist. Es ergibt sich ein quasi binäres Ein- und Ausschaltmuster für die LED-Stränge über die aufeinander abgestimmte Steuerung der Überbrückung (Transistoren Q12, Q22, Q32) durch die Treiber. Ein Flickern wird vermieden und die am Linearregler anfallende Verlustleistung minimiert, so dass auch Massnahmen für die Kühlung des Moduls verringert werden können.
Mit Bezug auf die 1 und 2 wird nachfolgend eine Erkennungs- und Steuereinrichtung 40 bzw. 20 für den Notstrombetrieb beschrieben, die es ermöglicht, den insoweit oben für den Betrieb unter einer Netzwechselspannung beschriebenen Teil der Schaltungsanordnung unverändert auch mit einer Gleichspannung zwischen 176 Volt und 275 Volt zu betreiben. Dieser weitere Teil der Schaltungsanordnung besitzt eine Erkennungseinrichtung 40, die das Anliegen einer Gleichspannung anstatt einer Netzwechselspannung erkennt und die Steuereinrichtung 20 dazu veranlasst, auf zumindest einen der Treiber bzw. Treiberschaltungen der LED-Einheiten LE1, LE2, LE3 so einzuwirken, dass der entsprechende LED-Strang kurzgeschlossen wird. Da die Treiber wie oben beschrieben eine festgelegte Funktionsweise besitzen, die bei Netzwechselspannung unter anderem auch auf einer hohen Schaltfrequenz bzw. einer im Vergleich zur Entladungszeit der Kondensatoren C12, C22, C32 hinreichend kurzen Schaltperiode beruht, würde der Aufbau in dieser Weise nicht ohne weiteres mit der im Notstrombetrieb üblichen konstanten Gleichspannung in befriedigender Weise funktionieren, bei welcher diese Kondensatoren mit der Zeit entladen, so dass der jeweilige Spitzenwertdetektor in diesem Fall nicht mehr zufriedenstellend arbeitet.
Daher ist bei der Schaltungsanordnung vorgesehen, sicherzustellen, dass die LEDs in jeder Spannungslage mit konstanter Helligkeit leuchten. Da die Spannung im Notstrombetrieb eine Gleichspannung von 275 Volt bis 176 Volt ist, die gesamte Vorwärtsspannung der LED-Stränge aber mit vorliegend 28 x 6V + 14 x 6V + 7 x 6V = 168V + 84V + 42V = 294 Volt zumindest deutlich über 176 Volt liegt, müssen dazu ein oder mehrere LED-Stränge deaktiviert werden. Im Ausführungsbeispiel könnte z.B. der LED-Strang der ersten LED-Einheit LE1 mit in Summe 168 Volt Flussspannung deaktiviert werden. Die verbleibenden beiden LED-Stränge der LED-Einheiten LE2 und LE3 bringen in Summe nur noch 126 Volt Flussspannung auf, welches deutlich unter den 176 Volt als Minimalwert für den Notstrombetrieb liegt. Andersherum könnten auch die LED-Stränge der zweiten und dritten LED-Einheiten LE2 und LE3 deaktiviert werden und der Betrieb dann nur noch über die erste LED-Einheit LE1 laufen.
Die Deaktivierung erfolgt durch in beiden Fällen - wie in 1 nur für den zweiten Fall gezeigt ist (d.h. Deaktivierung bzw. Kurzschließen oder Überbrücken des LED-Strangs der ersten LED-Einheit LE1) - durch einen Eingriff in den Basisstrom des jeweiligen Schalttransistors (im ersten Fall der PNP-Transistoren Q22 und Q32, im zweiten Fall des PNP-Transistors Q12) durch die Steuereinrichtung 20.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Steuereinrichtung 20 als Teil einer Erkennungsvorrichtung 40 im Detail. Die Steuereinrichtung umfasst für jede betroffene LED-Einheit (im Ausführungsbeispiel nur die eine LED-Einheit LE1) eine Übersteuerungsstufe in dem Sinne, dass die entsprechende Treiberschaltung übersteuert wird. Die (im Aufbau an sich unveränderte) Treiberschaltung agiert folglich nicht mehr entsprechend dem oben beschriebenen Ablauf, vielmehr wird direkt auf den Schalttransistor eigewirkt. Dazu umfasst die Steuereinrichtung 20 einen Transistor Q502, welcher als NPN-Transistor ausgebildet ist und dessen Kollektor über ein Widerstandselement R509 mit einem Steueranschluss (Knoten N10) des Überbrückungselements (hier des Schalttransistors Q012) gekoppelt ist. Der Emitter des Transistors Q502 ist über ein Widerstandselement R522 mit dem Grund-oder Bezugspotential gekoppelt. Zwischen die Basis des Transistors Q502 und das Grund- oder Bezugspotential ist außerdem ein Kondensator C503 und ein Widerstandselement R507 gekoppelt.
Im Normalbetrieb, also insbesondere im Wechselstrom- bzw. AC-Betrieb, ist das Überbrückungselement (Transistor Q012) genau dann in einen Kurzschluss-Zustand gesteuert, wenn das Potential an dem vierten Knoten N14 der ersten LED-Einheit LE1 entsprechend niedriger ist als das durch die Hilfsgleichspannungsquelle an der Diode D11 bereitgestellte Potential, so dass ein Basisstrom durch den Transistor Q11 fließt (siehe detaillierte Erläuterung der Funktionsweise oben), in dessen Folge ein Kollektorstrom durch den Transistor Q11 ermöglicht wird, der den Steuerstrom für den Schalttransistor Q012 liefert. Der Ansteuerstrom für das Überbrückungselement (d.h., den Schalttransistor Q012) wird dabei aus dem Kondensator C12 entnommen.
Die Überbrückung des LED-Strangs der ersten LED-Einheit LE1 durch Steuerung des Transistors Q012 in einem niederohmig leitenden Zustand beziehungsweise Kurzschluss-Zustand kann daher nur solange erfolgen, wie eine ausreichende Ladung in dem Kondensator C12 zur Verfügung steht. Wie oben beschrieben stellt dies eine für den Gleichstrom- bzw. DC-Betrieb wesentliche Einschränkung dar. Durch die übersteuernde Steuereinrichtung 20 wird aber nunmehr die Möglichkeit eines gezielten, permanenten Kurzschluss-Zustandes bzw. einer permanenten Überbrückung geschaffen. Über den NPN-Transistor Q502 kann ein Strompfad für den Basisstrom des Transistors Q11 bereitgestellt werden, wenn an die Basis des NPN-Transistors Q502 ein (hinreichend) positives Spannungspotential angelegt wird. Ein solches Spannungspotenzial kann beispielsweise - wie in 2 dargestellt - durch die von der Hilfsgleichspannungsquelle bewirkte Spannung VCC in Höhe von 6V gegenüber dem Grund-oder Bezugspotenzial bereitgestellt werden. Liegt diese an, schaltet der Transistor Q502 durch. Die Basis des NPN-Transistors Q012 wird in diesem Fall über den ohmschen Widerstand R509 auf das Grund- bzw. Bezugspotenzial gezogen, der Transistor Q012 wird infolgedessen unabhängig von der (momentanen) Funktion des Spitzenwertdetektors (Kondensator C12 und Transistor Q11) leitend geschaltet und der betreffende LED-Strang mit den LEDs LED1 bis LED28 dieser ersten LED-Einheit LE1 gezielt überbrückt.
Aufgabe der Erkennungseinrichtung 40 ist es daher in dieser speziellen Schaltungsanordnung, der Steuereinrichtung abhängig vom Resultat der Erkennung bzw. Unterscheidung eines DC-Betriebs von einem AC-Betrieb ein Spannungssignal bzw. - potenzial zu liefern, das im Fall von festgestelltem Gleichstrom (DC-Betrieb) am Ausgang des Brückengleichrichters 14 einen hohen Spannungswert liefert (hier VCC = 6 Volt), um den LED-Strang der ersten LED-Einheit zu überbrücken, und im Fall von festgestellter gleichgerichteter Wechselspannung an diesem Ausgang einen niedrigen Spannungswert zu liefern, hier z.B. entsprechend dem Grund - oder Bezugspotenzial (0 Volt), um nicht auf die Treiberschaltung und insbesondere auf den Transistor Q012 einzuwirken.
Zu diesem Zweck ist die Erkennungseinrichtung 40 mit einem Hochpassfilter ausgestattet, welcher die Bauelemente C501, R501 und R502 umfasst. An einem Abgriffspunkt des Hochpassfilters wird mittels einer Diode D501 ein Wechselspannungsanteil abgegriffen. Zwischen den Abgriffspunkt und dem Knoten 141 bzw. dem das positive Spannungspotential führenden ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters 14 ist ein Kondensator C501 gekoppelt, sowie zwischen den Abgriffspunkt und das Grund-oder Bezugspotential eine Serienschaltung aus einem ohmschen Widerstandselement R501 und einem ohmschen Widerstandselement R502. Die Diode D501 ist mit ihrer Anode mit dem Abgriffspunkt elektrisch gekoppelt. An der Kathode der Diode D501 ist eine Serienschaltung aus einem ohmschen Widerstandselement R503 und einem ohmschen Widerstandselement R504 geschaltet, welche zusammen mit einem Kondensator C502 einen Tiefpassfilter bilden. Der Kondensator C502 ist mit dem Grund oder Bezugspotential verbunden. Zu dem Kondensator C502 ist außerdem ein ohmsches Widerstandselement R505 sowie eine Zener-Diode D502 parallel geschaltet. Die Zenerdiode D502 ist dabei so angeordnet, dass sie eine Ladung des Kondensators C502 über die Diode D501 über die Zenerspannung der Zener-Diode D502 hinaus verhindert. Der durch diesen Aufbau gebildete Abgriffspunkt (Knoten N501) des Kondensators C502 ist über ein ohmsches Widerstandselement R506 elektrisch gekoppelt mit dem Gate eines P-Kanal-MOSFETS M1. Der Source-Anschluss des MOSFET M1 ist hierbei mit der Hilfsspannung VCC über ein zwischengeschaltetes ohmsches Widerstandselement R2 gekoppelt. Die Hilfsspannung VCC kann beispielsweise wie beschrieben ebenfalls von der Hilfsgleichspannungsquelle bereitgestellt sein und zwischen 5 Volt und 6 Volt liegen. Zwischen den Drain-Anschluss des Transistors M1 und das Grund- bzw. Bezugspotential ist der Kondensator C503 geschaltet.
Über dem Kondensator C503 kann somit das Schalt- bzw. Spannungssignal abgegriffen werden, das nun z.B. im Wechselspannungsfall 0 Volt, im Gleichspannungsfall VCC = 6 Volt beträgt, denn im Gleichspannungsbetrieb blockiert der Hochpassfilter (Bauelemente C501, R501 und R502) jegliche Spannungsanteile am Gate des P-Kanal-MOSFETS M1 (dort also 0 Volt), der dann nach Vergleich mit der Source-Spannung (VCC) leitend geschaltet ist. Der P-Kanal-MOSFET M1 agiert hier folglich als Schwellwertschalter. Im Wechselspannungsbetrieb liegt dagegen durch den aufgeladenen Kondensator und das ohmschen Widerstandselement R505 ein Spannungsbetrag bis hin zur Zenerspannung vor, der so gewählt ist, dass er oberhalb des Schwellwerts des P-Kanal-MOSFETs M1 liegt und diesen sperrt.
Parallel zu dem Kondensator C503 sind in der Steuereinrichtung die ohmsche Widerstandselemente R506 und R507 geschaltet. Ist der NPN-Transistor Q502 leitend geschaltet, so liegt auch die Reihenschaltung aus dem ohmschen Widerstandselement R506 und der Basis-Emitter-Diode des Transistors Q502 parallel zum Kondensator C503. Somit ist immer eine Grundlast bei dem geschalteten Signal mit Spannungswert VCC vorhanden, und auch bei ausgeschaltetem Transistor M1 ein definierter Signalpegel gegeben. Der von der Diode D501 gelieferte Wechselspannungsanteil wird über einen Tiefpass umfassend die Bauelemente D501, D502, R503, R504, C502 und R506 und dem Transistor M1 ausgewertet. Unterschreitet der Spannungswert die Spannungsschwelle UGS des P-Kanal-MOSFETS M1, wird die Hilfsspannung VCC auf die Steuereinrichtung 20 durchgeschaltet. Ein fehlender Wechselspannungsanteil (bei Gleich- bzw. DC-Spannung) in der Netzspannung wird folglich erkannt.
Die Erkennungseinrichtung 40 einschließlich der Steuereinrichtung kann in diesem ersten Ausführungsbeispiel durch eine Aktivierungs- bzw. Deaktivierungseinheit 50 (nachfolgend mit Bezug auf eine beabsichtigte Verwendung vereinfacht nur als „Aktivierungseinheit“ 50 bezeichnet) aktiviert bzw. deaktiviert werden, wie es in 2 gezeigt ist. Ähnlich wie bei der Erkennungseinrichtung 40 selbst ist es hier von Vorteil, dass dazu nicht in den Aufbau der bekannten Schaltungsanordnung aus den LED-Einheiten LE1 bis LE3 einschließlich, Spannungsteiler 26, Strom- bzw. Spannungsregler 24 und Hilfsgleichspannungsquelle eingriffen bzw. dieser verändert wird. Vielmehr setzt die Aktivierungseinheit 50 nur an der Erkennungseinrichtung 50 bzw. der Steuereinrichtung 20 an - ebenfalls ohne den beschriebenen Aufbau als solchen zu verändern.
Die Aktivierungseinheit 50 umfasst im speziellen Ausführungsbeispiel einen Baustein für Nahfeldkommunikation (im folgenden „NFC-tag“ 51 als bezeichnet). Dieser NFC-tag 51 kann aufgebaut sein aus einem Mikrochip 52 und einer an dessen Eingangsanschlüssen gekoppelten Antenne 53. Die Antenne 53 und die auf sie im Mikrochip vorgesehene und mit ihr verkoppelte Auswerteschaltung ist z.B. auf eine Nahfeldkommunikation mit einem NFC-Terminal, beispielsweise einem Smartphone, mit Datenaustausch unter induktiver Kopplung bei Hochfrequenz im Bereich vom 13,56 Mhz ausgelegt. Der Mikrochip 52 bildet ferner einen aktiven Baustein aus in dem Sinne, dass auch eine Energieversorgung durch eine Eingangsspannung vorgesehen ist, die in geeigneter Weise durch die Hilfsgleichspannungsquelle bereitgestellt wird, d.h. ein weiterer Eingangsanschluss des Mikrochips 52 ist mit der Hilfsgleichspannungsquelle gekoppelt, und entsprechend noch ein weiterer mit dem Grund- oder Bezugspotential.
Der Mikrochip 52 besitzt außerdem einen digitalen Ausgangsanschluss DOut, der entweder einen hohen oder einen niedrigen Spannungspegel annehmen kann, beispielsweise VCC = 6 Volt (HIGH) oder 0 V (LOW). Andere Spannungspegel sind auch möglich. Ohne induktive Einwirkung auf die Antenne wird durch die Schaltkreisanordnung innerhalb des Mikrochips 52 ein vorgegebener Spannungspegel am Ausgang DOut festgehalten. Durch induktive Einwirkung, beispielsweise durch Übertragung eines einer bestimmten Codierung entsprechenden, amplitudenmodulierten Signals, kann durch die Logik des Mikrochips 52 das Signal ausgelesen und interpretiert werden und ein Umschalten des Spannungspegels am Ausgang DOut beispielsweise von LOW auf HIGH bewirkt werden oder umgekehrt. Es kann im NFC-tag 51 optional auch vorgesehen, dass durch induktive Einwirkung auf die Antenne und die einfache Auswertelogik lediglich der aktuelle vorhandene Zustand abgefragt wird, d.h., ob HIGH oder LOW als Spannungspegel an DOut ausgegeben wird, wonach der NFC-tag in diesem speziellen Fall als aktiver Kommunikationspartner lediglich die entsprechende Information codiert zurückgibt, ohne den Spannungspegel zu ändern, d.h. umzuschalten.
Der digitale Ausgangsanschluss DOut ist mit einem ohmschen Widerstandselement R1 gekoppelt, welches wiederum mit der Basis eines NPN-Transistors Q3 verbunden ist. Mit anderen Worten, über den digitalen Ausgangsanschluss DOut wird der Transistor Q3 durch die Schaltung des (binären) Spannungspegels zwischen VCC und 0 Volt gesteuert. Der Emitteranschluss des Transistors ist mit dem Grund- oder Bezugspotential gekoppelt. Der Kollektoranschluss ist hingegen mit dem vorgenannten Abgriffspunkt am Knoten N501 der Erkennungseinrichtung 40 bzw. der Steuereinrichtung 20 gekoppelt.
Durch Ausgabe eines niedrigen Spannungspegels LOW, z.B. die 0 Volt des Grund- bzw. Bezugspotenzials, wird der NPN-Transistor Q3 sperrend geschaltet. Das am Knoten N501 der Erkennungseinrichtung 40 wird in diesem Fall nicht weiter beeinflusst. Der NPN-Transistor Q502 sperrt oder schaltet leitend abhängig davon, ob der P-Kanal-MOSFET M1 leitend oder sperrend geschaltet ist, welches wiederum von dem über den Tiefpassfilter weitergegebenen Spannungspotenzial abhängig ist. Die Notstromerkennung durch die Erkennungseinrichtung 40 und die Übersteuerung der oder des Treiber(s) der LED-Einheiten LE1, LE2 oder LE3 laufen entsprechend der beschriebenen Funktionsweise ab, d.h., die Notstromerkennung bzw. der Notstrombetrieb der Schaltungsanordnung ist aktiviert.
Durch Schaltung eines hohen Spannungspegels, z.B. VCC = 6V, wird der NPN-Transistor Q3 leitend geschaltet. Infolgedessen wird das Spannungspotential am Knoten N501 der Erkennungseinrichtung 40 und damit mittelbar auch an der Basis des NPN-Transistors Q502 der Steuereinrichtung 20 auf das Grund- oder Bezugspotential gezogen. Infolgedessen ist dann, wenn der P-Kanal-MOSFET M1 leitend geschaltet ist, welches bei Gleichspannung bzw. DC-Betrieb der Fall ist (Notstrombetrieb), ein Strompfad von der Hilfsgleichspannungsquelle (mit VCC = 6 Volt) über das ohmsche Widerstandselement R2, den P-Kanal-MOSFET M1 und den NPN-Transistor Q3 zum Grund- bzw. Bezugspotenzial gebildet. Der NPN-Transistor Q502 ist aber in jedem Fall (Gleichspannung bzw. DC-Betrieb sowie auch Wechselspannung bzw. AC-Betrieb) sperrend geschaltet. Unabhängig von der Erkennung von Wechselspannung oder Gleichspannung durch die Erkennungsvorrichtung findet daher keine Übersteuerung der Schalttransistoren Q012, Q22, oder Q32 statt. Die Erkennungseinrichtung bzw. die Steuereinrichtung 20 ist deaktiviert (auch wenn hier im Beispiel die Erkennung eines Wechselstromanteils über den Tiefpassfilter und Hochpassfilter noch bis hin zum MOSFET M1 aktiv ist).
Mithin ist es durch die Schaltungsanordnung gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, über die Aktivierungseinheit 50 von außen (hier über einen NFC-tag 51) auf die Schaltungsanordnung einzuwirken und dabei die Erkennung von Gleichspannung oder Wechselspannung nachträglich zu aktivieren (oder auch zu deaktivieren).
Ein geringfügig modifiziertes Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt. Die in 1 und 3 gezeigten Anordnungen gelten auch bei dem modifizierten Ausführungsbeispiel unverändert, und auch die in 2 gezeigte Aktivierungseinheit 50 sowie die Steuereinrichtung 20 der Erkennungseinrichtung 40 sind unverändert übernommen. Die Modifikation richtet sich vielmehr auf die die Erkennung betreffenden Teile der Erkennungseinrichtung 40'. Ein Unterscheid besteht darin, dass das der Abgriffspunkt für die Aktivierungseinheit 50, die wieder den NFC-tag 51 mit Mikrochip 52 und Antenne 53 sowie das ohmsche Widerstandselement R1 gekoppelt am digitalen Ausgangsanschluss DOut und den NPN-Transistor Q3 umfasst, nicht mehr am Drainseitigen Knoten N501 des P-Kanal-MOSFETS M1 liegt, sondern an der Basis eines weiteren PNP-Transistors Q4. Mit anderen Worten, diese Basis des PNP-Transistors Q4 der Erkennungseinrichtung 40' ist über ein ohmsches Widerstandselement R2 mit dem Kollektor des NPN-Transistors Q3 der Aktivierungseinheit 50 gekoppelt. Der Emitter des Transistors Q4 ist mit der Hilfsgleichspannungsquelle bzw. dem Source-Anschluss P-Kanal-MOSFETS M1 gekoppelt, während der Kollektor des Transistors Q4 mit einem Knoten N503 im Bereich des Hochpassfilters der Erkennungseinrichtung 40' gekoppelt ist, der elektrisch mit dem Gate des P-Kanal-MOSFETS M1 verbunden ist.
Das in 2 gezeigte ohmsche Widerstandselement R2 zwischen dem Source-Anschluss des P-Kanal-MOSFETS M1 und der Hilfsspanungsquelle kann hier im modifizierten Ausführungsbeispiel entfallen. Die übrigen den Tiefpass (C501, R501, R502, D501) und den Hochpassfilter (R503, R504, C502, R505, D502) betreffenden Bauelemente der Erkennungseinrichtung 40' in 4 entsprechen im Wesentlichen denjenigen der Erkennungseinrichtung 40 in 2.
Die Funktionsweise der Aktivierungseinheit 50, der Erkennungseinrichtung 40' und der Steuereinrichtung 20 ist wie folgt: liegt an der Basis des NPN-Transistors Q3 über den digitalen Ausgangsanschluss DOut des NFC-tags 51 und das ohmsche Widerstandselement R1 ein niedriger Spannungspegel LOW an, so sperrt der Transistor Q3 infolgedessen das Spannungspotential an der Basis des PNP-Transistors Q4 etwa auf VCC - 0,7 Volt (Flussspannung der Basis-Emitterdiode) steigt und ebenfalls sperrt. Dieser Zustand entspricht einer Aktivierung der Notstromerkennung - abhängig von dem am Knoten 503 über den Tief- und Hochpassfilter durchgeleiteten und an das Gate vom P-kanal-MOSFET M1 angelegte Spannungspotenzial wird wie oben beschrieben eine Übersteuerung der Transistoren Q012, Q22, Q32 zum Überbrücken des LED-Einheiten LE1, LE2 und/oder LE3 bewirkt oder nicht.
Liegt dagegen an der Basis des Schalttransistors Q3 ein hoher Spannungspegel HIGH an, so schaltet diese leitend und die Basis des PNP-Transistors Q4 wird auf 0 Volt bzw. das Grund- oder Bezugspotential gezogen. Der Transistor Q4 wird dadurch leitend und der Kollektor-seitige Knoten 503 ist dadurch mit der Hilfsgleichspannungsquelle (bzw. dem Emitter-seitigen Knoten N502) verbunden, d.h. es liegt am Knoten N503 ein Spannungspotential von VCC 6 Volt an. Daraus resultiert, dass an Gate und Source des P-Kanal-MOSFETS M1 das gleiche Spannungspotenzial anliegt, also UGS = 0 Volt - der P-Kanal-MOSFET M1 sperrt. Im Fall einer gleichgerichteten Wechselspannung (AC-Betrieb) zwischen den Knoten 141 und 142 würde der P-Kanal-MOSFET M1 ohnehin sperrend geschaltet sein, da der u.a. durch C502, R505 und D502 gebildete Tiefpass für sich schon ein entsprechendes Spannungspotenzial halten würden. Im Fall einer Gleichspannung (DC-Betrieb) würde das Spannungspotenzial allerdings durch den dargestellten Schaltungsaufbau von 0 Volt auf VCC hochgezogen, d.h., die Erkennung eines möglichen Notstrombetriebs wird unterbunden (deaktiviert).
Der Betrieb der die Aktivierungseinheit 50 aufweisenden Schaltungsanordnung ist der gleiche wie der mit Bezug auf 2 beschriebene Ablauf.
Es ist anzumerken, dass der Schalttransistor Q3 hier als elektronischer Schalter ausgebildet ist. Wie gezeigt kann er durch einen NFC-tag 51 von extern bedient werden. Als Kommunikationspartner kommen beliebige Initiatoren bzw. NFC-Terminals in Betracht, z.B. in Form von Smartphones (die mit entsprechender Programmierung bzw, Appikationen („Apps“) ausgestattet sind) oder Vorrichtungen für den speziellen Zweck. Es ist auch möglich, einen solchen Schalttransistor über andere drahtlose kurzreichweitige Kommunikationswege als NFC anzusteuern, etwa Bluetooth, WiFi, RFID mit kontaktfreien Smartcards (FeliCa© oder Mifare©), Kommunikation gemäß anderen oder älteren Standards als denjenigen des NFC-Forums, ZigBee wireless technology, IrDA, etc. Drahtgebundene Vernetzung (LAN) zur Steuerung des Schalters kommt auch in Betracht.
Eine Steuerung über ein Gebäudeautomationssystem für lichttechnische Betriebsgeräte wie etwa DALI (Digital Addressable Lighting Interface) ist ebenso vorgesehen. Ferner kann der Schalter auch hardcodiert (d.h., elektromechanisch) sein, beispielsweise in einer Ausführung als manuell einstellbarer DIP-Schalter, bei dem ein Schieber oder ein Hebel als Interface dient.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der grundsätzliche Aufbau der in 5 dargestellten Schaltungsanordnung ist ähnlich wie derjenige in 1, jedoch sind hier die Erkennungs- und Steuereinrichtung einschließlich Aktivierungseinheit für die Erkennung und/oder Übersteuerung bei Notstrombetrieb nicht bzw. nur optional vorgesehen. Die Treiberschaltungen der jeweiligen LED-Einheiten, der Spannungsteiler, die Hilfsgleichspannungsversorgung sowie der Strom- oder Linearregler sind dagegen in diesem Ausführungsbeispiel identisch zum ersten Ausführungsbeispiel gewählt, so dass, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die obigen Erläuterungen zum Aufbau und zur Funktionsweise unter normalen Wechselspannungsbetrieb verwiesen wird. Auch im Hinblick auf die LED-Stränge liegt Identität zwischen den Beispielen der 1 und 5 zumindest mit Bezug auf die zweiten und dritten LED-Einheiten vor. Der LED-Strang der zweiten LED-Einheit LE2 umfasst folglich 14 in Reihe geschaltete LEDs und der LED-Strang der dritten LED-Einheit LE3 umfasst 7 in Reihe geschaltete LEDs. Ebenso umfasst der LED-Strang der ersten LED-Einheit LE1 wie im Beispiel der 1 insgesamt 28 LEDs. Allerdings ist die Kaskade der 28 LEDs hierbei in zwei Gruppen zu 26 und 2 LEDs aufgeteilt, wie nachfolgend erläutert wird.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist im zweiten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der ersten LED-Einheit LE1 neben dem Treiber bzw. Wandler (umfassend die Bauelemente D11, R11, Q11, R12, Q012, R017, C12, D12, D13 und C013) und dem LED Strang mit den LEDs LED1 - LED28 zusätzlich noch eine Glättungseinrichtung 70 zur Reduzierung einer Strommodulation vorgesehen, die - wie oben aufgezeigt wurde - in der ersten LED-Einheit LE1 100 Hz, in der zweiten LED-Einheit LE2 200 Hz und in der dritten LED-Einheit LE3 400 Hz betragen und gerade im Fall mehrerer LED-Einheiten mit entsprechenden Treibern ein bestimmender, nachteilhafter Faktor werden kann, da sie sich unmittelbar in einer unerwünschten Lichtmodulation der LEDs niederschlägt (sog. Ripples, „Stroboskopeffekt“). Ferner ist eine Aktivierungseinheit 60 vorgesehen, die auf die Glättungseinrichtung 70 einwirken und dabei deren Funktion der Reduzierung der Strommodulation ein- bzw. ausschalten kann.
Die gezeigte Glättungseinrichtung 70 wird seriell zum LED-Strang (hier nur der ersten LED-Einheit) betrieben, wobei die letzten zwei LEDs LED 27 und LED 28 hier in diesem speziellen Beispiel in die Glättungseinrichtung 70 einbezogen sind. Die Anode der ersten LED, nämlich die LED1, ist mit der Kathode einer Diode D13 gekoppelt, deren Anode wiederum mit dem ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters 14 (Knoten 141) gekoppelt ist. Die Glättungseinrichtung 70 selbst weist einen NPN-Transistor Q104 auf, dessen Kollektor mit der Kathode der letzten LED 28 der Kaskade und dessen Emitter wiederum mit einem Shunt-Widerstandselement R102 gekoppelt ist. Das Shunt-Widerstandselement R102 ist wiederum mit dem Knoten N12 verbunden, der den Fußpunkt oder Ausgangsanschluss der ersten LED-Einheit LE1 mit Verbindung zum Eingangsanschluss der nächst tieferliegenden LED-Einheit bildet. Die Bauelemente LED1-LED28, Q104 (Kollektor-Emitterstrecke) und R102 sind folglich in Reihe geschaltet. Der Transistor Q104 bildet dabei eine Stromregeleinrichtung aus, indem er den Strom durch die Kollektor-Emitterstrecke steuert, und der Shunt-Widerstand R102 bildet eine Strommesseinrichtung aus.
Die Steuerung des Transistors Q104 folgt dem Prinzip der Stromgegenkopplung. Der Emitter des Transistors Q104 fungiert als Gegenkoppeleingang, wobei als Signal eine Spannung dient, die am Koppelpunkt zwischen dem Transistor Q104 und dem ohmschen Shunt-Widerstandselement R102 anfällt. Der Mitkoppeleingang ist die Basis des Transistors Q104. Das entsprechende Mitkoppelsignal ist der in die Basis einfließende Strom. Das Mitkoppelsignal wird von einem Tiefpass geliefert, der aus einem ohmschen Widerstandselement R106 und einem Kondensator C101 gebildet wird. Der eine Anschluss des ohmschen Widerstandselements R106 ist dazu mit der Basis des Transistors Q104 gekoppelt, während der andere Anschluss mit dem Kondensator C101 verbunden ist. Der Kondensator C101 ist auf der anderen Seite mit dem Fußpunkt der ersten LED-Einheit LE1 bzw. dem Knoten N12 sowie einem vom Emitter-Anschluss des Transistors Q104 abgewandten Anschluss des Shunt-Widerstandselements R102 verbunden. Mit anderen Worten, der Kondensator C101 ist parallel zum Shunt-Widerstandselement R102 geschaltet, so dass eine Masche ausgebildet wird. Der aus dem ohmschen Widerstandselement R106 und dem Kondensator C101 gebildete Tiefpass fungiert hier als eine Mittelwertbildungseinrichtung. Ein Pull-up- bzw. Basisvorwiderstandselement R104 ist mit seinem einen Anschluss an einem Koppelpunkt bzw. Knoten N100 zwischen dem ohmschen Widerstandselement R106 und dem Kondensator C101 gekoppelt. Mit seinem anderen Anschluss ist er mit einem Knoten N101 zwischen der drittletzten LED und der zweitletzten LED (zwischen LED26 und LED27) in der Kaskade gekoppelt. Anstatt oder zusätzlich zum Widerstandselement R104 kann auch eine Induktivität vorgesehen sein.
Der Ablauf der Stromregelung mit dem Ziel einer Glättung des Stromflusses ist folgender: an dem Verbindungspunkt des die Strommesseinrichtung 13 repräsentierenden Shunt-Widerstandselements R102 und dem Emitter des Transistors Q104 wird ein Momentanwert des Stromes durch die Kaskade der LED1 bis LED28 gemessen. Über die Basis-Emitterstrecke bildet sich folglich aufgrund des entsprechenden Spannungssignals in dem sich an der Basis anschließenden Tiefpass ein langperiodischer Mittelwert für die Spannung aus. Steigt nun der Strom durch den LED-Strang aufgrund einer Strommodulation (aufgrund etwa der Treiberschaltung und/oder der Netzwechselspannung) stark an, so wird der Momentanwert des Stromes durch den LED-Strang größer als ein Mittelwert des Stromes. Ein Istwert des Stroms wird infolgedessen größer als dessen Sollwert. Die am Shunt-Widerstandselement R102 abfallende Spannung erhöht sich dadurch, weshalb der Transistor bei nahezu konstanter Basisspannung aufgrund des Tiefpasses zunehmend hochohmig wird. Folglich regelt sich der Strom auf den Sollwert ein. Entsprechendes gilt für die Stromregelung bei plötzlichem Abfall des Istwertes des Stroms, in welchem Fall der Transistor Q104 niederohmig gesteuert wird. Insgesamt wirkt die Glättungseinrichtung 70 somit Strommodulationen entgegen, glättet sie also. Die Leistungsverluste an den Widerstandselementen R104, R106, R102 sowie am Transistor Q104 sind dabei möglichst gering gehalten und fallen kaum noch an, wenn keine Strommodulationen vorliegen, der Ist-Stromfluss also ohnehin konstant ist.
5 zeigt ferner noch eine dual aufgebaute (von der vorbeschriebenen Hilfsgleichspannungsquelle aufgrund des unterschiedlichen Bezugspotentiallevels verschiedene) Hilfsspannungsversorgung. Ein Kondensator C102 und die Kathode der parallel geschalteten Zenerdiode D101 sind gemeinsam über ein Pull-up-Widerstandselement R108 mit dem Knoten N101 zwischen den beiden Teilgruppen des LED-Strangs verbunden. Der gegenüberliegende Anschluss der Spannungsversorgung bzw. der Parallelschaltung ist wiederum mit dem Fußpunkt der LED-Einheit LE1 bzw. dem Knoten N12 sowie mit dem „höhergelegenen“ Anschluss des Widerstandselements R104 verbunden. Durch die am ersten Anschluss bzw. Knoten N101 der Glättungseinrichtung anliegende Spannung fließt ein Strom über das Widerstandselement R108 in den Kondensator C102 und lädt ihn auf. Die Spannung am Kondensator C102 wird durch die parallelgeschaltete Zenerdiode D101 begrenzt. Die am Kondensator C102 anliegende Spannung wird als Spannungsversorgung für die nachfolgend beschriebene Aktivierungseinheit 60 benutzt.
Da allein durch die beiden LEDs LED27 und LED28, die zwischen den Knoten N101 und N12 bzw. den Eingangsanschluss der Glättungseinrichtung sowie dessen Ausgang liegen, eine Flussspannung von etwa 6 Volt in die Hilfsspannungsversorgung eingeprägt wird, kann eine entsprechende Hilfsspannung VCC erzeugt werden (begrenzt durch die Zenerdiode D101), die aber das (floatende) Bezugspotential am Fusspunkt der LED-Einheit LE1 besitzt.
Wie in 5 gezeigt ist, umfasst die Aktivierungseinheit 60 einen NFC-tag 51 mit Mikrochip 52 und Antenne 53, wie er auch schon im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, sowie einen digitalen Ausgangsanschluss DOut. Ferner besitzt der NFC-tag 51 einen Eingangsanschluss jeweils für das in der Hilfsspannungsversorgung gespeicherte Spannungspotential VCC sowie für das Bezugspotential am Knoten N12. Am digitalen Ausgangsanschluss DOut kann abhängig von dem Schaltzustand des NFC-tags 51 beispielsweise digital eben jene Hilfsspannung VCC oder aber das Bezugspotential ausgegeben werden. Die Anode einer Diode D103 ist mit dem digitalen Ausgangsanschluss DOut verbunden, während deren Kathode mit dem Knoten N100 am Kopplungspunkt zwischen dem Widerstandselement R106 und dem Kondensator C101 des Tiefpasses sowie dem Pull-up- bzw. Basisvorwiderstandselement R104 verbunden ist.
Wird der digitale Ausgangsanschluss DOut nun auf HIGH bzw. auf das Spannungspotential VCC gesetzt, so wird der Tiefpass dauerhaft auf ein höheres Spannungspotential gehoben und der Transistor Q104 über die Diode D103 und das Widerstandselement R106 leitend geschaltet. Die Glättungseinrichtung 70 ist damit deaktiviert. Wird dagegen am digitalen Ausgangsanschluss DOut lediglich das Bezugspotential ausgegeben, so sperrt die Diode 103, da der im Tiefpass gespeicherte Mittelwert der Spannung jedenfalls höher liegt als das Bezugspotential am Knoten N12 der ersten LED-Einheit. Die Glättungseinrichtung funktioniert dementsprechend analog zur Erkennungseinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels wie in einem Fall, in welchem keine Aktivierungseinheit vorliegen würde.
Anstatt in der ersten LED-Einheit LE1 bzw. zusätzlich zu dieser kann die Glättungseinrichtung mit gleichem Aufbau einschließlich einer entsprechenden Aktivierungseinheit 60 auch in der zweiten und/oder dritten und/oder optionalen weiteren LED-Einheiten vorgesehen sein. Dabei wird vorzugsweise die induktive Einprägung eines Signals über die Antenne 53 gleichzeitig mit demselben Vorgang vorgenommen, d.h., alle betreffenden NFC-tags 51 schalten gleichzeitig ihren digitalen Ausgangsanschluss auf HIGH (VCC'), um die Glättungseinrichtung zu deaktivieren, bzw. auf LOW (Bezugspotential), um die Glättungseinrichtung für die Reduktion der Strommodulation bzw. Licht-Ripples zu aktivieren.
Wie mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben kommen als Kommunikationspartner für den NFC-tag 51 diverse Initiatoren bzw. NFC-Terminals in Betracht, z.B. in Form von Smartphones (die mit entsprechender Programmierung bzw, Appikationen („Apps“) ausgestattet sind). Es ist auch möglich, einen solchen Schalttransistor über andere drahtlose kurzreichweitige Kommunikationswege als NFC anzusteuern, etwa Bluetooth, oder aber auch WiFi, RFID mit kontaktfreien Smartcards (FeliCa@ oder Mifare©), Kommunikation gemäß anderen oder älteren Standards als denjenigen des NFC-Forums, ZigBee wireless technology, IrDA, etc. Drahtgebundene Vernetzung (LAN) zur Steuerung des Schalters kommt auch in Betracht.
Eine Steuerung über ein Gebäudeautomationssystem für lichttechnische Betriebsgeräte wie etwa DALI (Digital Addressable Lighting Interface) ist ebenso vorgesehen. Ferner kann der Schalter auch hardcodiert (d.h., elektromechanisch) sein, beispielsweise in einer Ausführung als manuell einstellbarer DIP-Schalter, bei dem ein Schieber oder ein Hebel als Interface dient.
Es ist anzumerken, dass anstatt der in 5 gezeigten speziellen Glättungseinrichtung durchaus auch alternative Glättungseinrichtungen in Betracht kommen, so etwa die in den 2, 3 6, 7, 8a, 8b, 9 und 10 der Druckschrift WO 2016/173776 A1 (s.a. die entsprechende DE 10 2015 208 078 A1 ) dargestellten Bespiele von Glättungseinrichtungen, bei denen unter anderem statt des hier gezeigten NPN-Transistors Q104 auch ein PNP-Transistor in einer dann allerdings notwendig abgewandelten Schaltungsanordnung zum Einsatz kommt. Ferner kann die hier gezeigte Stromgegenkopplung auch - wie ebenfalls in DE 10 2015 208 078 A1 oder WO 2016/173776 A1 dargestellt - zu einer Anordnung mit einem Operationsverstärker erweitert werden, dessen Eingänge in geeigneter Zuordnung (je nachdem, ob ein NPN- oder PNP-Transistor verwendet wird) dem am Shunt-Widerstand abgegriffenen Momentanwert sowie dem durch den Tiefpass gehaltenen Mittelwert der Spannung entsprechen, und dessen Ausgang über einen Basisvorwiderstand auf die Basis des Transistors geschaltet ist.
Bezugszeichenliste

C001: Kondensator
C3: Kondensator
C6: Kondensator
C12: Kondensator
C013: Elektrolytkondensator
C22: Kondensator
C023: Elektrolytkondensator
C32: Kondensator
C033: Elektrolytkondensator
C050: Kondensator
C101: Kondensator
C102: Kondensator
C501: Kondensator
C502: Kondensator
C503: Kondensator
DOut: Digitaler Ausgangsanschluss
D001: Diode
D2: Diode
D002: Diode
D003: Diode
D004: Diode
D5: Diode
D6: Diode
D7: Diode
D11: Diode
D12: Diode
D21: Diode
D22: Diode
D31: Diode
D32: Diode
D050: Zener-Diode
D101: Zener-Diode
D103: Diode
D501: Diode
D502: Zener-Diode
LED1-28: Lichtemittierende Dioden des ersten LED-Strangs
LED29-42: Lichtemittierende Dioden des ersten LED-Strangs
LED43-49: Lichtemittierende Dioden des ersten LED-Strangs
LE1: Erste LED-Einheit
LE2: Zweite LED-Einheit
LE3: Dritte LED-Einheit
M1: P-Kanal-MOSFET
N5: Knoten
N10: Knoten
N11: Knoten
N12: Knoten
N13: Knoten
N14: Knoten
N21: Knoten
N22: Knoten
N23: Knoten
N24: Knoten
N31: Knoten
N32: Knoten
N33: Knoten
N34: Knoten
N100: Knoten
N101: Knoten
N501: Knoten
N503: Knoten
Q1: NPN-Transistor
Q2: NPN-Transistor
Q3: NPN-Transistor
Q4: PNP-Transistor
Q11: NPN-Transistor
Q012: PNP-Transistor
Q21: NPN-Transistor
Q22: PNP-Transistor
Q31: NPN-Transistor
Q32: PNP-Transistor
Q104: NPN-Transistor
Q502: NPN-Transistor
R1: Ohmsches Widerstandselement
R001: Ohmsches Widerstandselement
R2: Ohmsches Widerstandselement
R3: Ohmsches Widerstandselement
R003: Ohmsches Widerstandselement
R5: Ohmsches Widerstandselement
R7: Ohmsches Widerstandselement
R9: Ohmsches Widerstandselement
R11: Ohmsches Widerstandselement
R12: Ohmsches Widerstandselement
R017: Ohmsches Widerstandselement
R21: Ohmsches Widerstandselement
R22: Ohmsches Widerstandselement
R027: Ohmsches Widerstandselement
R31: Ohmsches Widerstandselement
R32: Ohmsches Widerstandselement
R037: Ohmsches Widerstandselement
R102: Ohmsches Widerstandselement
R104: Ohmsches Widerstandselement
R106: Ohmsches Widerstandselement
R108: Ohmsches Widerstandselement
R501: Ohmsches Widerstandselement
R502: Ohmsches Widerstandselement
R503: Ohmsches Widerstandselement
R504: Ohmsches Widerstandselement
R505: Ohmsches Widerstandselement
R506: Ohmsches Widerstandselement
R507: Ohmsches Widerstandselement
R509: Ohmsches Widerstandselement
V1: Netzwechselspannung (oder Gleichspannung im Notstrombetrieb) mit L (Phasen- oder Außenleiter) und N (Null- oder Neutralleiter)
14: Gleichrichter
20: Steuereinrichtung
24: Stromregler
26: Spannungsteiler
40: Erkennungseinrichtung
50: Aktivierungseinheit
51: NFC-tag
52: Mikrochip
53: Antenne
60: Aktivierungseinheit
70: Glättungseinheit
141: Erster Ausgangsanschluss/Knoten
142: Zweiter Ausgangsanschluss/Knoten
261: Abgriffspunkt/Knoten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015210510 A1 [0002, 0003]
EP 2845440 B1 [0007]
DE 102013201439 A1 [0045]
DE 102013222226 A1 [0070]
WO 2016/173776 A1 [0107]
DE 102015208078 A1 [0107]

Claims

Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier LED-Stränge an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle, umfassend: einen Gleichrichter (14) mit Eingangsanschlüssen zum Koppeln mit der Wechsel- oder der Gleichspannungsquelle sowie mit einem ersten (141) und einem zweiten Ausgangsanschluss (142), die wenigstens zwei in Reihe geschaltete LED-Stränge, welche jeweils eine Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs aufweisen, jeweils ein den wenigstens zwei LED-Strängen zugeordneter Treiber zur Steuerung derselben, wobei jeder Treiber mindestens einen elektronischen Schalter (Q012, Q22, Q32) aufweist, anhand dessen der dem Treiber zugeordnete LED-Strang überbrückbar ist, so dass im Wesentlichen nur so viele LED-Stränge nicht überbrückt und mit Strom versorgt sind, dass die Summe der Flussspannungen der LEDs dieser LED-Stränge weniger beträgt als ein Momentanwert einer Wechselspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters, eine Erkennungseinrichtung (40, 40'), die ausgelegt ist, eine zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters wirkende gleichgerichtete Wechselspannung von einer entsprechenden Gleichspannung zu unterscheiden und in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Gleichspannung ein Spannungssignal zu erzeugen, eine Steuereinrichtung (20), die dazu ausgelegt ist, abhängig von dem erzeugten Spannungssignal wenigstens einen der Treiber eines der LED-Stränge zu übersteuern, um den diesem Treiber zugeordneten LED-Strang im Fall einer zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters vorliegenden Gleichspannung permanent zu überbrücken, gekennzeichnet durch eine mit der Erkennungseinrichtung (40) und/oder der Steuereinrichtung (20) gekoppelte Aktivierungseinheit (50) zum wahlweisen Umschalten zwischen einem ersten Zustand der Erkennungseinrichtung und/oder der Steuereinrichtung, in welchem die Erzeugung des Spannungssignals und/oder die Übersteuerung deaktiviert ist, und einem zweiten Zustand der Erkennungseinrichtung und/oder der Steuereinrichtung, in welchem die Erzeugung des Spannungssignals und/oder die Übersteuerung aktiviert ist.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (50) ein erstes elektronisches Schaltelement (Q3) oder einen elektromechanischen Schalter umfasst, durch dessen Betätigung die Erzeugung des Spannungssignals und/oder die Übersteuerung aktiviert oder deaktiviert werden kann.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (50) eine Schnittstelle und einen Schalterbaustein umfasst, der im Fall des ersten elektronischen Schaltelements (Q3) mit diesem elektrisch gekoppelt ist und über die dieser betätigt werden kann.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle und der Schalterbaustein als ein Funkschalter ausgebildet sind, oder als ein hart codierbaren Schalter, insbesondere ein DIP-Schalter, ausgebildet sind,
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, im Fall des Funkschalters der Funkschalter für die Nahfeldkommunikation ausgelegt ist, und insbesondere durch einen NFC-tag (51) gebildet ist, wobei der Funkschalter einen Schaltkreis (52) mit einem Speicher und die Antenne (53) umfasst, die für eine Kommunikation mittels elektromagnetischer Induktion ausgelegt ist, wobei der Schalterbaustein einen digitalen Ausgangsanschluss (DOut) aufweist, der direkt oder mittelbar mit einem Steueranschluss des ersten elektronischen Schaltelements (Q3) gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinrichtung (40, 40') einen Hochpassfilter (C501, R501, R502) aufweist, der ausgelegt ist, aus einer zwischen den Ausgangsanschlüssen (141, 142) des Gleichrichters (14) anliegenden Ausgangsspannung einen Wechselspannungsanteil zu ermitteln und diesen über einen Tiefpassfilter (C502, R503, R504, R505, D502) einem Schwellwertschalter (M1) zuzuführen, der abhängig von dem Wechselspannungsanteil das Spannungssignal erzeugen und der Steuereinrichtung (20) zuführen kann.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektronische Schaltelement (Q3) der Aktivierungseinheit (50) ausgelegt ist, im geschalteten ersten Zustand einen Steueranschluss des Schwellwertschalters (M1) direkt oder mittelbar mit einer Gleichspannungsquelle zu verbinden, die das am Steueranschluss des Schwellwertschalters (M1) anliegende Spannungspotential von einem zugeführten Wechselspannungsanteil auf ein vorgegebenes erstes Spannungspotential (VCC) zieht, das ein Schalten des Schwellwertschalters (M1) verhindert, um die Erzeugung des Spannungssignals in dem ersten Zustand zu deaktivieren.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektronische Schaltelement (Q3) eine Steuerelektrode, eine Bezugselektrode und eine Arbeitselektrode besitzt, wobei der Steueranschluss mit dem Schalterbaustein der Aktivierungseinheit (50) gekoppelt ist, die Bezugselektrode mit einem zweiten vorgegebenen Spannungspotential (GND) gekoppelt ist, und die Arbeitselektrode mit einem Steueranschluss eines zweiten elektronischen Schaltelement (Q4) gekoppelt ist, so dass das erste elektronische Schaltelement (Q3) zur Steuerung des zweiten elektronischen Schaltelements (Q4) ausgelegt ist, wobei das zweite elektronische Schaltelement (Q4) eine Arbeitselektrode, die mit dem ersten vorgegebenen Spannungspotential (VCC) gekoppelt ist, und eine Bezugselektrode, die mit einem Steueranschluss des Schwellwertschalters (M1) gekoppelt ist, aufweist, so dass das zweite elektronische Schaltelement (Q4) zum Aufschalten des ersten vorgegebenen Spannungspotentials (VCC) auf den Steueranschluss des Schwellwertschalters (M1) anstelle des ermittelten Wechselspannungsanteils ausgelegt ist.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektronische Schaltelement (Q3) der Aktivierungseinheit (50) ausgelegt ist, im geschalteten ersten Zustand einen Arbeitsanschluss des Schwellwertschalters (M1) direkt oder mittelbar mit einem Grund- oder Bezugspotenzial zu verbinden, um die Erzeugung des Spannungssignals in dem ersten Zustand zu deaktivieren oder zumindest die Zuführung zur Steuereinrichtung (20) zu unterbinden.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) ein drittes elektronisches Schaltelement (Q502) aufweist, wobei ein Arbeitsanschluss des Schwellwertschalters (M1) der Erkennungseinrichtung (40) mit einer Steuerelektrode des dritten elektronischen Schaltelements (Q502) gekoppelt ist, um anhand des vom Schwellwertschalter (M1) erzeugten Spannungssignals wenigstens einen, einem der LED-Stränge zugeordneten Treiber abhängig von dem Spannungssignal zu übersteuern, um den LED-Strang zu überbrücken.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle der Aktivierungseinheit konform ist mit einem der Standards für drahtlose Kommunikation aus: NFC, Bluetooth, IrDA, ZigBee, WiFi, WLAN, RFID.
Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Stromregler (24), welcher dazu ausgelegt ist, einen durch die LED-Stränge oder Treiber fließenden Strom mit einem Stromwert in Abhängigkeit von dem Momentanwert einer Wechsel- oder Gleichspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters zu steuern, und welcher seriell mit den LED-Strängen zwischen die beiden Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters geschaltet ist.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Spannungsteiler (26), welcher zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters geschaltet ist, zur Bereitstellung eines Steuersignals an den Stromregler (24).
Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Treiber eingerichtet ist, anhand eines Momentanwertes der gleichgerichteten Netzspannung sowie anhand des Überbrückungszustandes eines LED-Strangs einer benachbarten LED-Einheit zu entscheiden, den ihm zugeordneten LED-Strang zu überbrücken.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Treiber ferner aufweist: einen Spitzenwertdetektor (C12, D12; C22, D22; C32, D32), der die Flussspannung des zugeordneten LED-Strangs speichert, oder eine entsprechende Referenzspannungsquelle, und ein Vergleichselement (Q11, Q21, Q31), durch welches jeder Treiber den ihm zugeordneten LED-Strang überbrückt, wenn eine Differenz der Spannungspotentiale zwischen einem Knoten, dessen Potential von dem Momentanwert der Wechselspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters und von dem im Spitzenwertdetektor gespeicherten Wert abhängt, und einer in den Treiber eingegebenen Schwellenspannung (VCC) ihr Vorzeichen ändert.