DE102018201365A1 - Schaltungsanordnung zum betreiben mindestens zweier led-stränge an einer spannung - Google Patents

Schaltungsanordnung zum betreiben mindestens zweier led-stränge an einer spannung Download PDF

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Andreas Seider
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light

Abstract

Eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier LED-Stränge an einer Spannung umfasst einen ersten LED-Strang (K1) und einen zweiten LED-Strang (K2), die jeweils eine Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs aufweisen, wobei der erste und der zweite LED-Strang (K1, K2) parallel zueinander zwischen einem gemeinsamen Eingangsknoten und einem gemeinsamen Bezugsknoten, an denen die Spannung anliegt, geschaltet sind. Ferner weist sie einen dem ersten LED-Strang (K1) zugeordneten ersten elektronischen Schalter (Q8, Q9) und einen dem zweiten LED-Strang (K2) zugeordneten zweiten elektronischen Schalter (Q7, Q10) auf, wobei der erste und der zweite elektronische Schalter jeweils ausgelegt sind, einen Stromkreis zwischen dem Eingangsknoten und dem Bezugsknoten durch den jeweils zugeordneten LED-Strang (K1, K2) zu öffnen und zu schließen. Desweiteren ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche das Öffnen und Schließen des ersten und zweiten elektronischen Schalters mit Hilfe eines oder mehrerer Pulsweitenmodulationssignale steuert, sowie eine Schnittstelle, die das Einstellen eines Abtastverhältnisses des einen oder der mehreren Pulsweitenmodulationssignale erlaubt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier LED-Stränge an einer Spannung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von LED-Strängen zum Zweck einer Farb-oder Farbtemperaturmischung des von den LEDS ausgestrahlten Lichts.
  • Stand der Technik
  • Eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier LED-Stränge an einer Spannung ist aus der EP 2 716 134 B1 bekannt. Zwischen einem Spannung führenden Anschluss einer Stromquelle und dem Masseanschluss sind jeweils zwei, drei oder mehr LED-Stränge parallel zueinander in Form einer Masche geschaltet. Jeder LED-Strang umfasst eine Anzahl kaskadenartig verschalteter LEDs. Ferner ist jeder LED-Strang einzeln mit einem elektronischen Schalter wie beispielsweise einem Feldeffekttransistor (FET) oder auch einer als Schalter wirkenden Diode verkoppelt. Der eine Schalteranschluss ist der Kathodenseite des jeweiligen LED-Strangs zugewandt, der andere Schalteranschluss dem Masseanschluss. Die elektronischen Schalter sind so ausgelegt, dass jeweils nur einer geschlossen und die anderen Schalter geöffnet sind. Der eine Schalter wird als FET beispielsweise durch eine Folgesteuerung (Sequencer) geöffnet und geschlossen, während sich der andere, eine Diode, passiv aufgrund der Verschaltung automatisch öffnet und schließt. Dies funktioniert, wenn die Diode demjenigen LED-Strang mit der den Umständen nach größeren Flussspannung zugeordnet ist und daher sperrt, wenn der FET des anderen LED-Strangs schließt. Auf diese Weise kann der Stromfluss durch die einzelnen LED-Stränge unter Berücksichtigung der Tatsache besser kontrolliert werden, dass sich die Parameter und Eigenschaften der LEDs zwischen den Strängen (beabsichtigt oder unbeabsichtigt) unterschieden können. Ferner wird eine komplexe Steuerung durch eine Schaltung vermieden, die in jeder Masche den Strom misst und abhängig davon die elektronischen Schalter jeweils einzeln gezielt schließt und öffnet.
  • Das Auftreten von Verlustleistungen aufgrund ansonsten etwa erforderlicher Linearregler wird umgangen, indem in Reihe zu den LED-Strängen jeweils einzeln oder gemeinsam eine Induktivität geschaltet wird und außerdem jeweils ein Abgriffspunkt an einer Masche zwischen dem elektronischen Schalter und der letzten ihm zugewandten LED eines LED-Strangs über einen Kondensator mit einem entsprechenden Abgriffspunkt zwischen dem elektronischen Schalter und der letzten ihm zugewandten einer benachbarten Masche verbunden wird, usw. Der oder die Kondensatoren speichern die Ladung spezifisch für jeden LED-Strang, so dass der Stromfluss gemittelt wird, während der Induktor den Stromfluss von der Stromquelle aus möglich konstant hält. Jeder LED-Strang wird auf diese Weise mit einem angemessenen Strom versorgt.
  • Bei dem beschriebenen Aufbau, der auf einen ausgeglichenen Stromfluss abzielt, bleibt allerdings offen, wie man aktiv und beabsichtigt eine Veränderung des Stromflusses zwischen den LED-Strängen herbeiführen kann, und dies nämlich auch während des Betriebs. Ferner scheint der Einsatz einer zusätzlichen Schaltsteuerung im Fall von drei oder mehr parallel geschalteten LED-Strängen unumgänglich zu sein.
  • Darstellung der Erfindung
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier LED-Stränge an einer Spannung derart weiterzubilden, dass ein flexibler Betrieb der LED-Stränge 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 Spannung, die einen ersten LED-Strang und zumindest einen zweiten LED-Strang umfasst, die jeweils eine Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs aufweisen, wobei der erste und der zweite LED-Strang parallel zueinander zwischen einem gemeinsamen Eingangsknoten und einem gemeinsamen Bezugsknoten, an denen die Spannung anliegt, geschaltet sind.
  • Ferner ist ein dem ersten LED-Strang zugeordneter erster elektronischer Schalter und ein dem zweiten LED-Strang zugeordneter zweiter elektronischer Schalter vorgesehen, wobei der erste und der zweite elektronische Schalter jeweils ausgelegt sind, einen Stromkreis zwischen dem Eingangsknoten und dem Bezugsknoten durch den jeweils zugeordneten LED-Strang zu öffnen und zu schließen. Eine Steuervorrichtung ist dazu bereitgestellt und ausgelegt, das Öffnen und Schließen des ersten und zweiten elektronischen Schalters mit Hilfe eines oder mehrerer Pulsweitenmodulationssignale zu steuern.
  • Insbesondere weist die Schaltungsanordnung aber auch eine Schnittstelle auf, die das Einstellen eines Tastverhältnisses des einen oder der mehreren Pulsweitenmodulationssignale erlaubt. Die Steuervorrichtung und die Schnittstelle können getrennt voneinander wie aber auch (wenn auch nur in Teilen) gemeinsam in einem Baustein (Mikrochip) vorgesehen sein.
  • Durch die Schnittstelle wird es möglich, den Stromfluss durch einzelnen LED-Stränge gezielt von außen zu beeinflussen. Die Steuerung der Schalter wird dabei durch das eine oder die mehreren Pulsweitenmodulationssignal(e) bewerkstelligt, so dass sich der Schnittstelle ein geeigneter Zugriff auf die Steuerung anbietet. Durch das oder die Pulsweitenmodulationssignal(e) wiederum bietet sich ein geeignetes Mittel an, ohne die aufwändige Messung des Stroms durch die einzelnen Stränge mit Auswertung und anschießender Steuerung einen dennoch ausgeglichenen Stromfluss in den Strängen zu ermöglichen.
  • Einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zufolge wird dies durch eine Anordnung unterstützt, bei der - wie ähnlich in der EP 2 716 134 B1 in allerdings anders gearteter Steuerung beschrieben, d.h. hier anhand eines Schaltens über Pulsweitenmodulationssignale - ein Induktor oder mehrere Induktoren in Reihe mit den LED-Strängen geschaltet wird/werden, und zusätzlich die den LED-Strängen zugewandten Anschlüsse der diesen LED-Strängen zugeordneten elektronischen Schalter über jeweils einen (oder ggf. auch mehrere) Kondensator miteinander gekoppelt werden. Dann gilt auch hier: der oder die Kondensatoren speichern die Ladung spezifisch für jeden LED-Strang, so dass der Stromfluss gemittelt wird, während der Induktor den Stromfluss von der Stromquelle aus möglich konstant hält. Jeder LED-Strang wird auf diese Weise mit einem individuell angemessenen Strom versorgt.
  • Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung entsteht dann, wenn sich gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung die LEDs der LED-Stränge nicht nur durch Parameter innerhalb oder außerhalb gewisser Toleranzen aufgrund etwa von Temperaturgradienten oder Bauelementdegradation unterscheiden, sondern von vornherein verschiedene Typen von LEDs zur Erzeugung unterschiedlicher Farben oder Farbtemperaturen in den betreffenden LED-Strängen verbaut werden. Durch die Pulsweitenmodulation wird eine kontrollierte Mischung der Bestromung der LED-Stränge und damit des ausgestrahlten Lichts und infolgedessen der Farbe oder Farbtemperatur eines die Schaltungsanordnung umfassenden Leuchtmittels möglich. Diese Ausführungsform wird weiter unten näher beschrieben.
  • Die Schnittstelle ist zur Umsetzung von analogen oder digitalen Signalen optischer, elektrischer, magnetischer, elektromagnetischer, mechanischer, elektromechanischer oder sonstiger Art in die elektrische Ebene der Schaltungsanordnung ausgelegt, wobei sie diese externen Signale eingegebenen Informationen speichert und/oder weitergibt. Insbesondere erlaubt sie die Speicherung und/oder Weitergabe digitaler Signale. Das digitale Signal dient zur Erzeugung des Pulsweitenmodulationssignals. Durch diese Schnittstelle ist daher ein Zugriff auf die Steuerung während des Betriebs der Schaltungsanordnung möglich. Dadurch kann ein flexible Handhabung und Einstellung des Stromflusses durch die LED-Stränge erfolgen mit der (unter Umständen gewünschten) Konsequenz z.B. einer Änderung optischer Parameter des die Schaltungsanordnung umfassenden Leuchtmittels.
  • Gemäß einer Weiterbildung weist in der Schaltungsanordnung die Schnittstelle einen Empfänger für elektromagnetische Signale auf und ist ausgelegt, das Tastverhältnis abhängig von einem empfangenen elektromagnetischen Signal zu speichern. Infolgedessen kann die Schnittstelle für eine berührungsfreie, kontaktlose Kommunikation genutzt werden (welches selbstverständlich auch für die optische und weitere Übertragungsarten gilt). Als Sender für diese Signale kommen beliebige Gerät in Betracht. Auch ist eine verschlüsselte Übertragung möglich, entweder um in einem Gebäudesystem nur bestimmte Leuchtmittel bzw. Schaltungsanordnungen anzusprechen oder um ungewollten Fremdzugriff zu unterbinden. Ein Vorteil entsteht dadurch, dass durch elektronische Sender z.B. in obigem Beispiel auch nahezu kontinuierliche Farbeinstellungen möglich werden, welches mechanisch (z.B. DIP-Schalter) nur begrenzt realisierbar wäre. Die Flexibilität wird dadurch deutlich erhöht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Schnittstelle um einen Baustein (bzw. einen Teil eines solchen) für die Nahfeldkommunikation (engl. Near Field Communication - abgekürzt: NFC). 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, der die z.B. mit 6-7 Windungen gewundene Antenne aufnimmt, 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.
  • Aufgrund der nur kurzen Distanz von 1-4 cm für die Nahfeldkommunikation eignet sich NFC ganz besonders für den vorliegenden Einsatz, denn auf diese Weise ist gewährleistet, dass beispielsweise nur in Bezug auf das konkrete Leuchtmittel eine Änderung der Farbe oder der Farbtemperatur bewirkt wird, wenn andere Leuchtmittel mit gleicher Beschaffenheit in der mittelbaren Umgebung im Einsatz sind.
  • Denkbar ist auch, dass vom Hersteller ein Grundversion der Farbe oder Farbtemperatur in der Schaltungsanordnung voreingestellt ist, und beim Verkauf oder auch im nachträglichen Lizenzerwerb ein entsprechendes Gerät oder eine Applikation bzw. Programm erworben wird, mit dem dann eine Farb- und/oder Farbtemperaturmischung durchgeführt werden kann. Auch bietet NFC dazu eine gesicherte Datenübertragung an, so dass die Mischung gemäß erworbenem Lizenz-Schlüssel möglich ist. Wie erwähnt kann dazu ein NFC-fähiges Smartphone mit entsprechender Applikation eingesetzt werden.
  • Die Mischung der Stromleistungen über die LED-Stränge durch Einstellen des Tastverhältnisses kann dabei durch einen Schreibzugriff auf den Speicher des NFC-tags vom NFC-Terminal (z.B. Smartphone) aus erreicht 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 das Pulsweitenmodulationssignal 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Ⓒ).
  • Gemäß einer alternativen Weiterbildung weist die Schnittstelle einen mechanischen oder elektromechanischen Regler oder Schalter aufweist, anhand derer das Tastverhältnis eingestellt wird. Der Schalter kann etwa ein DIP-Schalter oder ein Drehregler (Drehpot.) sein, die manuell betätigt werden können.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besitzt die Steuervorrichtung eine mit dem ersten elektronischen Schalter und dem zweiten elektronischen Schalter gekoppelte Umschalteinheit. Diese ist ausgelegt ist, den ersten und den zweiten elektronischen Schalter abwechselnd zu öffnen und zu schließen, so dass während des Betriebs zu jedem Zeitpunkt jeweils immer nur einer der beiden LED-Stränge bestromt ist. Dadurch ist gewährleistet, dass abhängig von dem Tastverhältnis im Pulsweitenmodulationssignal die Bestromung der LED-Stränge gezielt entsprechend z.B. der gewünschten Farb- oder Farbtemperaturmischung erfolgt.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist in dem Fall, dass die Schnittstelle Teil eines Bausteins für die Nahfeldkommunikation (NFC) ist, dieser Baustein mit der Umschalteinheit gekoppelt und ausgelegt, ein Pulsweitenmodulationssignal entsprechend dem gespeicherten Tastverhältnis zu erzeugen, auszugeben und der Umschalteinheit zuzuführen. Beispielsweise kann in dem Baustein ein entsprechender Schaltkreis vorgesehen sein, der das Pulsweitenmodulationssignal erzeugt. Dieser Schaltkreis liest den im Speicher gespeicherten bzw. über NFC eingestellten Wert aus und stellt entsprechend das Tastverhältnis ein.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung ferner eine Hilfsspannungsversorgung, welche die Umschalteinheit mit einer Hilfsspannung versorgt, die zum Öffnen und Schließen der ersten und zweiten elektronischen Schalter erforderlich ist. Mit Vorteil kann diese durch einen an den LED-Strängen abgegriffenen Spannungsabfall gespeist werden. Dadurch ist die Schaltungsanordnung z.B. besonders im Fall von mehrstufigen LED-Einheiten sinnvoll einsetzbar, wie sie bei Netzwechselspannung Verwendung finden, weil diese mit dem „floatenden“ Bezugspotential mitläuft.
  • Gemäß einer Weiterbildung weist die Umschalteinheit einen dritten elektronischen Schalter auf, der ausgelegt ist, abhängig von einem Momentanwert des zugeführten Pulsweitenmodulationssignals entweder den ersten elektronischen Schalter mit einem Spannungspotential der Hilfsspannungsversorgung und den zweiten elektronischen Schalter mit einem Spannungspotential des Bezugsknotens zu versorgen oder umgekehrt, wobei das Pulsweitenmodulationssignal einem Steueranschluss des dritten elektronischen Schalters zugeführt wird. Hier ergibt sich ein besonders einfacher und effektiver Schaltungsaufbau für die Umschalteinheit der Steuereinheit mit wenigen Bauelementen. Ein spezielles, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel ist weiter unten im Detail beschrieben. Gemäß einer Weiterbildung handelt es sich bei dem dritten elektronischen Schalter um einen Bipolartransistor, einen Feldeffekttransistor oder einen Optokoppler. Ferner kann die Umschalteinheit als Pegelwandler ausgebildet sein, um das ihr zugeführte Pulsweitenmodulationssignal in eine alternierende Steuerung des ersten und zweiten elektronischen Schalters unter Verwendung des Spannungspotentials der Hilfsspannungsversorgung zu übersetzen.
  • Gemäß einer Weiterbildung besitzen die LEDs des ersten LED-Strangs jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine erste Farbtemperatur, und die LEDs des zweiten LED-Strangs besitzen jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine zweite Farbtemperatur. Durch das Einstellen des Tastverhältnisses des einen Pulsweitenmodulationssignals zwischen den beiden LED-Strängen ist dann insgesamt eine eindeutig bestimmbare dritte Farbtemperatur erzielbar. Im CIE-Normvalenzdiagramm bzw. -farbsystem, das eine Verbindung zwischen der menschlichen Farbwahrnehmung und den physikalischen Ursachen des Farbreizes herstellt, erstrecken sich die den verschiedenen Temperaturen eines idealen Schwarzkörperstrahlers entsprechenden Farbwerte-tripel entlang einer gestreckten, nur leicht gekrümmten Kurve, beispielsweise für einen Bereich von 3.000 bis 10.000 Kelvin. Die Weiterbildung sieht vor, den einen LED-Strang mit LEDs zu versehen, deren Farbwert in dem Farbsystem auf oder nahe einem ersten Punkt jener Kurve liegt, beispielsweise einem 3.000 Kelvin entsprechenden Punkt. Der andere LED-Strang wird mit LEDs versehen, deren Farbwert einem zweiten Punkt auf der Kurve entspricht (auf oder nahe dem Punkt liegend). Durch Mischung der Bestromung der beiden LED-Stränge über das Tastverhältnis wird auch die Farbtemperatur gemischt. Im Normfarbsystem bewegt sich die erhaltene, gemischte Farbtemperatur auf einer Geraden entlang der idealen Kurve. Es wird also eine gewünschte, nahezu ideale Farbtemperatur erhalten.
  • Gemäß einer alternativen Weiterbildung ist die Steuervorrichtung ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter und den zweiten elektronischen Schalter abhängig von jeweils einem in der Steuervorrichtung erzeugten Pulsweitenmodulationssignal zu öffnen und zu schließen, so dass während des Betriebs zu jedem Zeitpunkt jeweils immer nur einer der beiden LED-Stränge bestromt ist. Dieser Aspekt erfasst insbesondere solche Ausführungsformen, bei denen das Pulsweitenmodulationssignal in einem Controller erzeugt wird und dieses dann direkt und jeweils einzeln die elektronischen Schalter schaltet.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist dazu mindestens ein dritter LED-Strang vorgesehen, der eine weitere Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs aufweist und parallel zu dem ersten und dem zweiten LED-Strang zwischen dem Eingangsknoten und dem Bezugsknoten geschaltet. Die Steuervorrichtung ist ausgelegt, den ersten elektronischen Schalter, den zweiten elektronischen Schalter und einen entsprechend für den dritten LED-Strang ausgelegten dritten elektronischen Schalter abhängig von jeweils einem in der Steuervorrichtung erzeugten Pulsweitenmodulationssignal zu öffnen und zu schließen, so dass während des Betriebs zu jedem Zeitpunkt jeweils immer nur einer der drei LED-Stränge bestromt ist.
  • Einer Weiterbildung zufolge ist den zwei oder drei Pulsweitenmodulationssignalen jeweils ein Tastverhältnis zugeordnet und die Tastverhältnisse der drei Pulsweitenmodulationssignale ergeben zusammenaddiert 90 - 100 %, vorzugsweise 99-100%, weiter vorzugsweise 100%. Insbesondere wird dadurch ein zeitlicher Überlapp zwischen den Schließzeiten benachbarter Schalter in Bezug auf entsprechende LED-Stränge vermieden.
  • Einer Weiterbildung zufolge in dem Fall, dass die Schnittstelle Teil eines Bausteins für die Nahfeldkommunikation (NFC) ist, dieser Baustein mit der Steuervorrichtung über eine digitale Leitung verbunden ist und die Steuervorrichtung die gespeicherten Tastverhältnisse aus dem Baustein ausliest oder übertragen bekommt und darauf basierend die zwei oder drei Pulsweitenmodulationssignale erzeugt. Hier kann der NFC-Baustein einfach ausgelegt bleiben und die Steuerlogik in einem eigenständigen Baustein, etwa einem Controller getrennt vom NFC-Baustein eingefasst werden. Die digitale Datenleitung kann einfach aufgebaut sein. Das Protokoll kann beispielsweise dem SPI- oder I2C-Standard folgen. Entsprechende Schnittstellen sind einfach zu realisieren und die Bandbreite der Datenübertragung ist völlig ausreichend.
  • Einer Weiterbildung zufolge umfasst die Schaltungsanordnung eine Hilfsspannungsversorgung sowie jeweils einen daran angekoppelten Pegelwandler, welcher den jeweiligen elektronischen Schalter mit einer zum Öffnen und Schließen erforderlichen Hilfsspannung versorgt und mit der Steuervorrichtung zur Übertragung der Pulsweitenmodulationssignale an die elektronischen Schalter verbunden ist. Dies erlaubt, es - wie eingangs erwähnt - die quasi digitalen Pulsweitenmodulationssignale auf die für das Schalten der LED-Stränge erforderlichen Spannungspegel zu heben.
  • Wie ebenfalls erwähnt erlaubt dies auch die Erweiterung der Schaltungsanordnung auf mehrstufige LED-Anordnungen mit mehreren LED-Einheiten. Wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder vier LED-Einheiten mit kaskadenartig geschalteten LED-Strängen sind dann vorgesehen sind, wobei die LED-Einheiten jeweils untereinander gegenüber einer Netzeingangsspannung in Reihe geschaltet sind. Von diesen umfasst wenigstens eine die parallel geschalteten LED-Stränge. Jeder der LED-Einheiten ist ein Eingangsknoten und einen Bezugsknoten mit einer jeweils individuellen, dazwischen liegenden Spannung zugeordnet. Jeweils sind in den LED-Strängen zugeordnete elektronische Schalter sowie entsprechende Pegelwandler vorgesehen.
  • Für einige oder für alle LED-Einheiten ist eine gemeinsame, mit den Pegelwandlern gekoppelte Steuervorrichtung und eine mit dieser gekoppelte Schnittstelle vorgesehen. Ferner wird jeweils ein Pulsweitenmodulationssignal über einen entsprechend in jeder LED-Einheit mit parallelen LED-Strängen vorgesehenen Pegelwandler an den jeweiligen elektronischen Schalter dieser LED-Einheiten übermittelt.
  • Einer weiteren Weiterbildung zufolge besitzen im Fall der zwei LED-Stränge die LEDs des ersten LED-Strangs jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine erste Farbtemperatur und die LEDs des zweiten LED-Strangs besitzen jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine zweite Farbtemperatur, so dass durch das Einstellen des Tastverhältnisses der beiden Pulsweitenmodulationssignale insgesamt eine eindeutig bestimmbare dritte Farbtemperatur erzielbar ist. Alternativ besitzen im Fall der drei parallelen LED-Stränge die LEDs des ersten LED-Strangs jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine erste Lichtfarbe (R), die LEDs des zweiten LED-Strangs jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine zweite Lichtfarbe (G) und die LEDs des dritten LED-Strangs besitzen jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine dritte Lichtfarbe (B). Durch das Einstellen des Tastverhältnisses der drei Pulsweitenmodulationssignale ist dann insgesamt eine gemischte, eindeutig bestimmbare vierte Lichtfarbe erzielbar. Zurückkehrend zum eingangs beschriebenen CIE-Normfarbsystem können durch letztere Ausführungsform in einem Farbdreieck, das durch die Farbwerte der eingesetzten LEDs in den drei LED-Strängen definiert wird, durch Mischungen beliebige Mischfarbwerte erreicht werden. Im Gegensatz zur ersteren Ausführungsform sind hier drei anstatt ein (im Fall der Umschalteinheit) bzw. zwei Tastverhältnisse erforderlich.
  • Wie beschrieben werden besondere Vorteile der Schaltungsanordnung offenbar, wenn darin wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder vier LED-Einheiten mit kaskadenartig geschalteten LED-Strängen vorgesehen sind, wobei die LED-Einheiten jeweils untereinander gegenüber einer Netzeingangsspannung in Reihe geschaltet sind und von denen wenigstens eine die parallel geschalteten LED-Stränge umfasst, wobei jede der LED-Einheiten einen Eingangsknoten und einen Bezugsknoten mit einer jeweils individuellen, dazwischen liegenden Spannung, die elektronischen Schalter, die Steuervorrichtung und die Schnittstelle aufweist.
  • Es ist anzumerken, dass anstatt NFC auch andere Schnittstellen in Frage kommen: beispielsweise Bluetooth, IrDA (Infrared Data Association), ZigBee Wireless Technology, WiFi, Wireless LAN, RFID (Radio Frequency IDentification). Ferner kann - drahtgebunden oder drahtlos - das Einstellen einer Farbe oder Farbtemperatur auch gemäß einem Protokoll zur Steuerung von lichttechnischen Betriebsgeräten von einer Zentraleinheit aus über die Schnittstelle vorgenommen werden, insbesondere DALI (Digital Addressable Lighting Interface). Dies kann z.B. den Vorteil bieten, dass die Farbe bzw. deren Temperatur nachträglich und zentral für ein komplettes Gebäudesystem durchgeführt werden kann, ohne dass jedes einzelne Leuchtmittel direkt kontaktiert werden muss.
  • 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 des Spannungsteilers und des Strom- bzw. Linearreglers;
    • 3 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Schaltungsanordnung gemäß 1 mit einer konkretisierten Ausführungsform des Strangschalkreises,
    • 4 in schematischer Darstellung ein Diagramm mit dem CIE-Normfarbsystem zur Illustration der Farb- und Farbtemperaturmischung;
    • 5 in vereinfachter schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;
    • 6 in schematischer Darstellung ein mit 5 kompatibles drittes Ausführungsbeispiel mit einer alternativen Ausführungsform des Strangschalkreises;
    • 7 in schematischer Darstellung ein mit 5 kompatibles viertes Ausführungsbeispiel mit einer weiteren alternativen Ausführungsform aller drei Strangsch altkre i se;
    • 8 in schematischer Darstellung ein mit 1 kompatibles fünftes Ausführungsbeispiel mit einer weiteren alternativen Ausführungsform des Strangschaltkreises;
    • 9 in schematischer Darstellung ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.
  • Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben zweier LED-Stränge an einer Spannung. Es handelt sich hierbei um eine Schaltung mit mehrstufig strukturierten LED-Einheiten LE1 bis LE3, der an einer Netzwechselspannung betrieben werden kann. Es wird zunächst der Grundaufbau dieser Schaltungsanordnung beschrieben, wie er teilweise ähnlich auch schon aus der DE 10 2013 201 439 A1 bekannt ist.
  • Eine Netzwechselspannung V1, die 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 momentanen Spannungspotentialwert mit welchem ein noch zu beschreibender Linearregler 24 gesteuert wird.
  • Ein Beispiel eines solchen Spannungsteilers 26 und Strom- oder Linearreglers 24 ist in 2 gezeigt. Der Knoten 141 ist dabei über die Serienschaltung mehrerer Widerstände R001, R3, R002 und R6 mit dem Knoten 261 verbunden. Der Knoten 261 ist über die Serienschaltung zweier Dioden D5 und D6 und einen ohmschen Widerstand R003 mit dem Grund- oder Bezugspotential, also auch mit dem Knoten 142 am Gleichrichter 14 gekoppelt, wobei die Kathode der Dioden D6, D7 in Richtung des Grund- oder Bezugspotentials zeigt. Die ohmschen Widerstände R001, R3, R002, R6, die Dioden D5 und D6 und der ohmsche Widerstand R003 bilden einen Spannungsteiler, dessen Abgriff der Knoten 261 darstellt.
  • Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin den Strom- oder Linearregler 24, der in dem speziellen Ausführungsbeispiel wie in 3 gezeigt zwei NPN-Transistoren Q1, Q002 in Darlington-Anordnung sowie einen ohmschen Widerstand R5 umfasst, der seriell zu der genannten Darlington-Stufe Q1, Q002 gekoppelt ist. Die Basis des Transistors Q002 stellt den Steueranschluss des Strom- oder 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 D1 sowie die mit deren Kathode gekoppelte Parallelschaltung eines Kondensators C2 und eines ohmschen Widerstands R2 umfasst. Dadurch wird erreicht, dass sich die Spannung an der Basis des Transistors Q002 erst langsam erhöht, bis sich der Kondensator C2 auf seinen Spitzenwert aufgeladen hat. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass im Einschaltmoment keine unzulässig hohe Verlustleistung im Transistor Q1 auftritt. Die Erfindung ist nicht auf das Vorhandensein oder die spezielle Ausgestaltung der Stromreglers und/oder des Spannungsteilers beschränkt.
  • Mit Bezug auf 1 ist zwischen die Knoten 141 und 142 eine Serienschaltung von vorliegend drei LED-Einheiten LE1, LE2 und LE3 dem Strom- oder 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 D033 gekoppelt, wobei der Kopplungspunkt der Diode D033 und der LED-Kaskade einen Knoten N31 darstellt. Der nicht mit der Diode D033 gekoppelte Anschluss der LED-Kaskade stellt einen Knoten N32 dar. Der nicht mit der LED-Kaskade gekoppelte Anschluss der Diode D033 stellt einen dritten Knoten N33 dar. Parallel zur LED-Kaskade kann ein optionaler Kondensator C033 gekoppelt sein, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Elektrolytkondensator ausgebildet ist. Zwischen den Knoten N33 und den Knoten N32 ist die Serienschaltung eines Kondensators C032 und einer Diode D032 gekoppelt, wobei der Kopplungspunkt des Kondensators C032 mit der Diode D032 einen Knoten N34 darstellt.
  • Die dritte LED-Einheit LE3 umfasst weiterhin zwei elektronische Schalter Q031 und Q032, wobei die Steuerelektrode (Basis) des Schalters Q031 über die Serienschaltung einer Diode D031 und eines ohmschen Widerstands R031 mit einem Knoten N5 gekoppelt ist. Die Bezugselektrode (Emitter) des Schalters Q031 ist mit dem Knoten N34 gekoppelt, während seine Arbeitselektrode (Kollektor) über einen ohmschen Widerstand R032 mit der Steuerelektrode (Basis) des Schalters Q032 gekoppelt ist. Die Bezugselektrode (Kollektor) des Schalters Q032 ist mit dem Knoten N32 gekoppelt, während seine Arbeitselektrode (Emitter) mit dem Knoten N33 gekoppelt ist.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Schalter Q032 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. In 1 ist beispielsweise der den entsprechenden Schalter bildende PNP-Transistor Q013 speziell in der ersten LED-Einheit LE1 durch einen geeignet verschalteten zweiten PNP-Transistor Q012 zu einem Darlington-Schalter erweitert. Der Steueranschluss des Transistors Q013 ist dabei über einen ohmschen Widerstand R012 mit dem Knoten 141, über einen ohmschen Widerstand R014 mit dem Steueranschluss des Transistors Q012 und direkt mit der Arbeitselektrode (Emitter) des Transistors Q012 verbunden. Ferner ist der Steueranschluss des Transistors Q012 über einen Kondensator C011 mit dem Knoten N12 verbunden, der das Grund- bzw. Bezugspotential der ersten LED-Einheit LE1 führt.
  • Die ersten und zweiten LED-Einheiten LE1 und LE2 sind im Übrigen 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 jedoch - wie nachfolgend erläutert wird - in zwei parallele LED-Stränge zu je 14 LEDs unterteilt sind. 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 Strom oder Linearreglers 24, genauer mit der Arbeitselektrode jeweils der NPN-Transistoren Q1 und Q002 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 einem Abgriffspunkt zwischen dem Strom- oder Linearregler 24 oder dem Knoten N32, oder aber zwischen den Knoten N5 und den ersten Knoten N31 der dritten LED-Einheit LE3 kann eine Hilfsgleichspannungsquelle gekoppelt sein (oder an weiteren geeigneten Punkten). Vorliegend ist diese Hilfsgleichspannung vereinfacht als V3 dargestellt.
  • Wie nachfolgend beschrieben wird, können sich während des Betriebs der LED-Einheiten an den einzelnen Knoten (etwa den das jeweilige Bezugspotential der LED-Einheiten führenden Knoten N12, N22, N32) sägezahnähnliche Spannungsverläufe darstellen.
  • Die (Elektrolyt-)Kondensatoren C013, C023 und C033 sind vergleichsweise groß dimensioniert 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 D011, D021, D032, sind optional und können eingespart werden, wenn die Transistoren Q011, Q021 und Q031 entsprechend spannungsfest ausgelegt sind.
  • Innerhalb des Spannungsteilers 26 dienen die Dioden D5 und D6 dazu, die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren Q1 und Q002 des Strom- oder 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 Strom- oder Linearregler 24 gesteuerte Strom durch die Schaltungsanordnung der Eingangsspannung folgt, wodurch sich ein guter Powerfaktor ergibt sowie geringe EMV-Störungen.
  • Durch die Dimensionierung der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung kann erreicht werden, dass der Schalter Q012/Q013 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 Q022 arbeitet mit einer höheren Schaltfrequenz von ca. 200 Hz und der Transistor Q032 mit einer Schaltfrequenz von ca. 400 Hz.
  • Die Kombination aus dem Kondensator C012 und der Diode D012 stellt einen Spitzenwertdetektor für die LED-Einheit LE1 dar. Entsprechend stellen der Kondensator C022 und die Diode D022 einen Spitzenwertdetektor für die LED-Einheit LE2 und der Kondensator C032 und die Diode D032 einen Spitzenwertdetektor für die LED-Einheit LE3 dar.
  • Die Transistoren Q011, Q021 und Q031 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 R037 ist in Kombination mit dem Kondensator C032 so ausgelegt, dass der Kondensator C032 auch während der längsten zu erwartenden Einschaltphase des Schalters Q032 nur geringfügig entladen wird. Die Hilfsgleichspannungsquelle V3 gibt eine minimale Spannungsdifferenz gegenüber dem Grund- oder Bezugspotential, beispielsweise in Höhe von 6 V, vor, die bei dem Schalter Q1, Q002 des Strom- oder Linearreglers 24 nicht unterschritten werden soll. Der NPN-Transistor Q031 vergleicht diese Spannung mit dem Spannungspotential am Knoten N34. Schaltet der PNP-Transistor Q032 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 Q011, Q012/Q013 bzw. Q021, Q022 oder Q031, Q032 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 Q011, Q012/Q013, Q021, Q022, Q031, Q032 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 Knoten N32 an. Die Knoten N32 und N33 liegen auf demselben Potenzial, da die Schalter Q032 und Q031 leitend angenommen werden. Die von der Hilfsgleichspannungsquelle V3 an den Knoten N5 bereitgestellte Spannung werde im Ausführungsbeispiel zu 6 V angenommen.
  • Der Kondensator C032 sei zu Beginn der Halbwelle aus dem vorherigen Zyklus auf +42 V aufgeladen. Diese 42 V ergeben sich aus 7 mal die Flussspannung der LEDs 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 führt entsprechend der Hilfsgleichspannungsquelle 6 V. Dadurch ergibt sich ein Stromfluss durch die Diode D031, den Widerstand R031 sowie den Transistor Q031, 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 Q032 leitend. Der Strom fließt demnach an dem einzigen 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 Q012/Q013 und Q022 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, Q002) 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 D031 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt sinkt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q031 auf 0 V, der Transistor Q031 und infolgedessen auch der Transistor Q032 gehen in den Sperrzustand über. Am Kondensator C032 fallen immer noch etwa 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 bei 47,3 V über dem Bezugs- oder Grundpotenzial verbleibt.
  • Die Transistoren Q1 und Q002 des durch den Spannungsteiler gesteuerten Strom- oder Linearreglers 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 Q031 und Q032 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 D033. 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 C033 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 darüber liegenden Schalter Q011 und Q012 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 Q021 sowie Q022 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 (Vergleichselement) 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. Die LEDs sind hier in dem in 1 unter dem Bezugszeichen 50 gefassten Strangschaltkreis repräsentiert, der nachfolgend näher erläutert wird. 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 Q012, Q022, Q032) durch die Treiber. Ein Flickern wird vermieden und die am Strom- oder Linearregler anfallende Verlustleistung minimiert, so dass auch Maßnahmen für die Kühlung des Moduls verringert werden können.
  • Als Treiber werden hier die jeweils für eine LED-Einheit vorgesehenen Vergleichselemente und Spitzenwertdetektoren einschließlich zugeordneter Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren und Elektrolytkondensator) betrachtet, ggf. einschließlich der gemeinsamen Hilfsgleichspannungsquelle V3.
  • Anzumerken ist, dass 2 eine optionale vorgesehene Regelvorrichtung 16 zeigt, deren Eingang mit dem Knoten N5 gekoppelt ist, der Ausgang wiederum mit der Steuerelektrode des Schalters Q002. Sie umfasst einen Transistor Q009 und einen (weiteren) Spannungsteiler, der die ohmsche Widerstände R008 und R009 umfasst. Der Widerstand R008 kann ein temperaturabhängiger NTC-Widerstand sein. Der Abgriff des Spannungsteilers ist mit dem Steueranschluss des Transistors Q009 gekoppelt. Der Kollektor des Transistors Q009 ist mit der Steuerelektrode des Schalters Q002 gekoppelt. Sobald die Temperatur der Schaltungsanordnung steigt, wird der Transistor Q009 zunehmend leitend geschaltet. Das Potential am Steueranschluss des Transistors Q002 fällt ab, wodurch der Schalter Q1 zunehmend sperrt. Infolgedessen sinkt der Strom durch den Widerstand R5. Die in den LEDs umgesetzte Leistung sinkt dadurch ebenfalls. Wenn die Temperatur so hoch wird, dass der Schalter Q009 voll leitend geschaltet ist, wird eine Temperaturabschaltung der Schaltungsanordnung realisiert. Die Regelvorrichtung 16 wird mittels der Hilfsspannung am Knoten N5 betrieben.
  • 3 zeigt den Strangschaltkreis 50 der ersten LED-Einheit LE1 der Schaltungsanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in größerem Detail. Ein erster LED-Strang K1 und ein zweiter LED-Strang K2 sind parallel zueinander geschaltet und weisen jeweils 28 LEDs kaskadenartig in Reihe geschaltete LEDs LED1 bis LED28 bzw. LED1' bis LED28' auf. Am anodenseitigen Ende der Kaskaden weisen beide LED-Stränge einen gemeinsamen Knoten 50 auf, der über einen Induktor L2 (z.B. eine Spule) mit dem das Eingangsspannungspotential der LED-Einheit LE1 führenden Knoten N11 gekoppelt ist. Am kathodenseitigen Ende des jeweiligen LED-Strangs, d.h. auf der Seite der Kathode der jeweils letzten LED28 bzw. LED28' der Kaskaden ist jeweils ein elektronischer Schalter als Darlington-Schalter mit den NPN-Transistoren Q8 und Q9 für den ersten LED-Strang K1 bzw. mit den NPN-Transistoren Q7 und Q10 für den zweiten LED-Strang vorgesehen. Die Kollektoranschlüsse der Transistoren Q7, Q8, Q9 und Q10 sind dabei mit der Kathode der letzten LED28 bzw. LED28' gekoppelt, die Emitteranschlüsse der Transistoren Q9 und Q10 mit den Steueranschlüssen (Basis) der Transistoren Q8 bzw. Q7, und die Emitteranschlüsse der Transistoren mit dem Ausgansknoten N12, der das Bezugspotential der ersten LED-Einheit LE1 bzw. des Strangschaltkreises 50 führt. Die Steueranschlüsse der beiden Schalter (Darlington-Transistoren Q7, Q8, Q9 und Q10) bzw. die Basisanschlüsse der Transistoren Q9 und Q10 sind jeweils mit einem Basisvorwiderstand R19 und R20 gekoppelt. Die beiden Schalter sind in 3 als Schalterstufe 65 illustriert, die von einer Umschalteinheit 60 gesteuert wird. Es ist klar, dass die Bestromung der LED-Stränge K1 und K2 von dem Öffnungs- und Schließzustand der jeweiligen elektronischen Schalter Q8/Q9 bzw. Q7/Q10 abhängt.
  • Zwischen den jeweils den LED-Kaskaden zugewandten Arbeitselektroden der beiden elektronischen Schalter Q8/Q9 und Q7/Q10 und der jeweils zuunterst angeordneten LED28 bzw. LED28' ist an beiden LED-Strängen K1, K2 je ein Abgriffspunkt vorgesehen, zwischen welchen ein Kondensator C1 gekoppelt ist. In Verbindung mit dem Induktor L2 ergibt sich dadurch ein Vorteil, dass der Kondensator C1 die Ladung spezifisch für jeden LED-Strang speichert, so dass der Stromfluss gemittelt wird, während der Induktor L2 den Stromfluss von der Stromquelle aus möglich konstant hält. Jeder LED-Strang wird auf diese Weise mit einem individuell angemessenen Strom versorgt, auch wenn die Parameter wie etwa die Flussspannungen verschieden sind. Der Induktor L2 und der Kondensator C1 können optional aber auch nicht vorgesehen sein, wie es beispielsweise auch in dem vereinfachten Aufbau des unten beschriebenen 6. Ausführungsbeispiels (siehe 9) gezeigt ist.
  • Die Umschalteinheit 60 ist mit einer auf die erste LED-Einheit LE1 bezogenen Hilfsspannungsversorgung 80 gekoppelt und schaltet anhand der zugeführten Hilfsspannung die jeweiligen elektronischen Schalter leitend oder sperrend. Insbesondere dient sie dabei als Pegelwandler für ein an ihrem Eingang anliegendes Signal, bei dem es sich um ein Pulsweitenmodulationssignal (im folgenden: PWM-Signal) handelt. Dieser Eingang der Umschalteinheit wird durch den Steueranschluss eines Schalters gebildet, hier der Basis eines NPN-Transistors Q5. Die Bezugselektrode (Emitteranschluss) des Schalters Q5 ist mit dem Knoten N12 gekoppelt, an ihm liegt mithin das Bezugspotential der ersten LED-Einheit LE1 an (das gegenüber dem Grund- oder Bezugspotenzial der gesamten Anordnung variieren bzw. „floaten“ kann, wie eingangs beschrieben wurde). Die Arbeitselektrode (Kollektoranschluss) des Schalters Q5 ist über einen ohmschen Widerstand R8 mit einem Knoten am Ausgang der Hilfsspannungsversorgung verbunden. Liegt folglich am Eingang der Umschalteinheit 60 bzw. am Basisanschluss des Schalters Q5 beispielsweise ein Spannungswert HIGH des PWM-Signals an, so wird der Schalter Q5 leitend und der aus der Hilfsspannung gespeiste Strom wird über den ohmschen Widerstand R8 auf den auf (lokalem) Bezugspotential liegenden Knoten N12 abgeführt.
  • Die Arbeitselektrode (Kollektoranschluss) des Schalters Q5 ist ferner über den (ohmschen) Basisvorwiderstand R20 mit dem Steueranschluss des den zweiten LED-Strang K2 betreffenden zweiten elektronischen Schalters Q7/Q10 verbunden. Aufgrund des im Fall des leitend geschalteten Schalters Q5 (PWM-Signal: HIGH) praktisch auf Bezugspotential liegenden Knotens N52 an der Arbeitselektrode (Kollektoranschluss) des Schalters Q5 fällt entsprechend auch das Spannungspotential am Steueranschluss des zweiten elektronischen Schalters Q7/Q10, der entsprechend sperrt, so dass der zweite LED-Strang K2 in diesem Zustand nicht bestromt ist.
  • Die Arbeitselektrode (Kollektoranschluss) des Schalters Q5 ist darüber hinaus auch mit dem Steuer bzw. Basisanschluss eines weiteren Schalters, hier eines NPN-Transistors Q6, verbunden. Dessen Bezugselektrode (Emitteranschluss) ist mit dem Knoten N12 gekoppelt und seine Arbeitselektrode (Kollektoranschluss) über einen ohmschen Widerstand R9 mit dem Knoten N51 am Ausgang der Hilfsspannungsversorgung 80. Im genannten Fall des leitend geschalteten Schalters Q5 (PWM-Signal: HIGH) sperrt der Schalter Q6 folglich ebenso wie der zweite elektronische Schalter Q7/Q10, da an seinem Steueranschluss das Bezugspotential der ersten LED-Einheit LE1 anliegt (Kopplung mit N12 über R18 und leitendem Transistor Q5).
  • Die Arbeitselektrode (Kollektoranschluss) des Schalters Q6 ist aber ferner auch über den Basisvorwiderstand R19 mit dem Steueranschluss (Basisanschluss des Transistors Q9) des dem ersten LED-Strang K1 zugeordneten ersten elektronischen Schalters Q8/Q9 gekoppelt. Sperrt der Schalter Q6, so wird der Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters Q8/Q9 mit dem Hilfsspannungspotential versorgt, er ist leitend geschaltet und der erste LED-Strang mit den LEDs LED1 bis LED 28 ist bestromt (soweit der in 1 gezeigte Treiber wie eingangs beschrieben eine die Flussspannung der LEDs LED1 bis LED28 hinreichend übersteigende Spannung liefert - bestimmt durch den Spitzenwertdetektor und das Vergleichselement/den Komparator - und sie nicht kurzschließt bzw. überbrückt).
  • Liegt demgegenüber im PWM-Signal am Steueranschluss des Schalters Q5 der Spannungswert LOW vor (beispielsweise entsprechend dem Bezugspotential am Knoten N12), so sperrt dieser und die Steueranschlüsse der Schalter Q6 und Q10 werden umgekehrt mit dem Hilfsspannungspotential versorgt. Der zweite elektronische Schalter Q7/Q10 wird nun leitend und der zweite LED-Strang K2 mit den LEDs LED1' bis LED28' ist bestromt. Auch der Transistor Q6 ist nun leitend und stellt eine Verbindung zwischen der Hilfsspannungsversorgung 80 und dem Knoten N12 über den ohmschen Widerstand R9 her. Der Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters Q8/Q9 liegt nun auf Bezugspotential, er sperrt und der erste LED-Strang K1 wird nicht mehr bestromt. Insgesamt erlaubt die Umschalteinheit 60 folglich unabhängig davon, welchen Spannungswert (HIGH oder LOW) das PWM-Signal an seinen Eingang (Steueranschluss des Transistors Q5) liefert, nur einem der beiden elektronischen Schalter geöffnet (sperrend) zu sein, während der andere umgekehrt geschlossen (leitend) wird. Ein Umschalten aufgrund des geänderten PWM-Signals (von HIGH auf LOW oder von LOW auf HIGH) bewirkt ein gleichzeitiges Umschalten beider elektronischen Schalter Q8/Q9 und Q7/Q10. Infolgedessen wird auch jeweils immer nur einer der beiden LED-Stränge K1 oder K2 bestromt. Da der Spannungspegel des PWM-Signals nicht direkt zum Schalten verwendet wird, sondern vielmehr der Spannungspegel der Hilfsspannungsversorgung dazu verwendet wird, dient die Umschalteinheit 60 mit Vorteil auch als Pegelwandler für das PWM-Signal.
  • Es ist anzumerken, dass alle hier und in den nachfolgenden Beispielen gezeigten (Bipolar-)Transistoren auch ganz oder teilweise als PNP-Transistoren oder auch als N- oder P-Kanal MOS-Feldeffekttransistoren, etc. realisiert sein können. Die geringfügige Anpassung der Schaltung zu diesem Zweck ausgehend von 3 liegt im routinemäßigen Können des Fachmanns.
  • Als nächstes wird die Hilfsspannungsversorgung 80 beschrieben: Die Hilfsspannungsversorgung 80 funktioniert nach dem Prinzip einer Ladungspumpe. Der von dieser umfasste invertierende Spannungsregler umfasst zwei elektronische Schalter Q2, Q4 (hier NPN-Transistoren) mit jeweils einer Steuerelektrode (Basis), einer Arbeitselektrode (Emitter) und einer Bezugselektrode (Kollektor). Die Steuerelektrode des Schalters Q4 ist mit der Anode der Zenerdiode D2 gekoppelt, seine Bezugselektrode mit dem Bezugspotential, vorliegend dem Knoten N12, und seine Arbeitselektrode mit der Steuerelektrode des Schalters Q2. Die Steuerelektrode des Schalters Q2 ist über einen Pull-up-Widerstand R4 mit seiner Arbeitselektrode gekoppelt, die ihrerseits mit der Kathode der Diode D3 gekoppelt ist. Seine Bezugselektrode ist mit dem Knoten N11 gekoppelt. Zur Verbesserung der Störempfindlichkeit der Schaltungsanordnung ist ein Kondensator C5 vorgesehen, der zwischen die Steuerelektrode des Schalters Q2 bzw. die Arbeitselektrode des Schalters Q4 und das Bezugspotential gekoppelt ist. Ferner ist noch ein Kondensator C6 zwischen die Bezugselektrode des Schalters Q2 und das Bezugspotential geschaltet.
  • Der Schalter Q4 misst den Strom durch die Zenerdiode D2, wobei dann, wenn die Zenerdiode D2 nicht leitet, die Spannung am Kondensator C6 zu klein ist. Dadurch, dass kein Strom durch die Zenerdiode D2 fließt, wird der Schalter Q4 nicht-leitend. Der Schalter Q2 wird dann, wenn die Spannung an seiner Arbeitselektrode (Kollektor) höher ist als an seiner Bezugselektrode (Emitter) infolge des Pull-up-Widerstands R4 durchgeschaltet und lädt damit den Kondensator C6 auf. Der Schalter Q2 schaltet demnach ein, wenn die Schaltung am Längsregler 12 größer ist als die Summe aus der Flussspannung der Diode D3, der Basis-Emitter-Spannung des Schalters Q5 und der Spannung am Kondensator C6.
  • Ist die Spannung am Kondensator C6 ausreichend groß, wird Q4 leitfähig und zieht damit das Spannungspotenzial am Steueranschluss (Basis) des Schalters Q2 nach unten. Infolgedessen wird auch bei einem asymmetrischen, mit Spannungsspitzen versehenen Spannungsverlauf am Knoten N11 eine im Wesentlichen konstante Spannung am Knoten N51 bereitgestellt.
  • Als nächstes wird das Schnittstellen- und Steuerungsmodul 70 beschrieben, welches das PWM-Signal erzeugt. Das Modul umfasst im speziellen Ausführungsbeispiel einen Baustein für Nahfeldkommunikation (im folgenden „NFC-chip“ 71 als bezeichnet). Dieser NFC-chip 71 kann aufgebaut sein aus einem Mikrochip 72 und einer an dessen Eingangsanschlüssen gekoppelten Antenne 73, die eine Schnittstelle nach außen ausbilden. Die Antenne 73 und die im Mikrochip 72 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 72 bildet ferner einen aktiven Baustein aus in dem Sinne, dass auch eine Energieversorgung durch eine Eingangsspannung vorgesehen ist, die in geeigneter Weise durch die Hilfsspannungsversorgung bereitgestellt wird, d.h. ein weiterer Eingangsanschluss des Mikrochips 72 ist mit der Hilfsspannungsversorgung 80 bzw. dem Knoten N51 gekoppelt, und entsprechend noch ein weiterer mit dem Bezugspotential bzw. dem Knoten N12.
  • Der Mikrochip 72 besitzt außerdem einen Ausgangsanschluss PWMOut, der entweder einen hohen oder einen niedrigen Spannungspegel gegenüber dem Bezugspotential annehmen kann, beispielsweise V2 = 6 Volt (HIGH) oder 0 V (LOW). Andere Spannungswerte sind auch möglich. Das PWM-Signal wird im Mikrochip selbst erzeugt. Zur Erzeugung eines PWM-Signals aus hier digital vorliegenden bzw. gespeicherten Daten kommen geeignete Zähler oder Vergleicherschaltungen zum Einsatz. Dieser für die Erzeugung und Ausgabe des PWM-Signals über den Ausgang PWMOut zuständige Teil des Mikrochips 72 (das „PWM-Modul“ des Mikrochips 72) bildet in Kombination mit der Umschalteinheit 60 eine Steuervorrichtung im Sinne der Erfindung.
  • Die Umschalteinheit 60 öffnet und schließt den ersten elektronischen Schalter Q8/Q9 und den zweiten elektronischen Schalter Q7/Q10 alternierend entsprechend dem Tastverhältnis des PWM-Signals, also dem (zeitlichen) Anteil des PWM-Signals, in welchem der Spannungspegel HIGH bzw. LOW ist. Dieses Tastverhältnis ist im Mikrochip 72 beispielsweise in einem internen Speicher digital hinterlegt. Das PWM-Modul des Mikrochips 72 liest diesen Wert aus und setzt es in das entsprechend erzeugte PWM-Signal um.
  • Mit einem NFC-Terminal (in den Figuren nicht gezeigt) wie etwa einem Smartphone etc. kann über induktive Einwirkung auf die Antenne 73 ein einer bestimmten Codierung entsprechenden, amplitudenmodulierten Signals auf den Mikrochip 72 übertragen werden. Durch die Logik des Mikrochips 72 wird das induzierte Signal ausgelesen und interpretiert und der digitale Wert für das Tastverhältnis im Speicher hinterlegt, oder direkt an das PWM-Modul übergeben, um das Tastverhältnis im PWM-Signal anzupassen. Auf diese Weise kann das Tastverhältnis und damit direkt die anteilige Bestromung der beiden LED-Stränge K1, K2 wunschgemäß bzw. gezielt geändert eingestellt werden.
  • Im Ausführungsbeispiel ist die gezielte Einstellung einer Farbtemperatur des durch die LEDs ausgestrahlten Lichts angestrebt. Die LEDs des ersten LED-Strangs K1, d.h., LED1 bis LED28 besitzen eine Farbtemperatur von 3.000K, die LEDs des zweiten LED-Strangs K2, d.h. LED1' bis LED28' besitzen eine Farbtemperatur von 6.500 K. Die LEDs der anderen beiden LED-Einheiten LE2 und LE3, d.h. LED29 bis LED42 sowie LED43 bis LED49 seien einheitlich auf eine Farbtemperatur von 3.000 K festgelegt.
  • Beträgt nun das (über NFC oder aber vor-) eingestellte Tastverhältnis beispielsweis 0%, so sperrt der Schalter Q5 und der zweite elektronische Schalter Q7/Q10 wird leitend. Die LEDs LED1' bis LED28' strahlen Licht mit einer Farbtemperatur von 6.500 K ab. Die LEDs LED29 bis LED49 strahlen fest mit 3.000 K. Bezogen auf die Anzahl leuchtender LEDs ergibt sich eine Farbmischung mit einer Farbtemperatur von 4.000 K. Wird nun über NFC im PWM-Modul des Mikrochips 72 bzw. in der Steuervorrichtung ein PWM-Signal mit 100 % Tastverhältnis erzeugt, so ergibt sich eine Farbtemperatur von durchgehend 3.000 K. Durch das gezielte Einstellen zwischenliegender Tastverhältnisse können folglich beliebige Farbtemperaturen zwischen 3.000 K und 4.000 K durch Mischung erhalten werden.
  • Die Situation ist in einem CIE-Normfarbsystem (1931) in 4 nur sehr schematisch dargestellt. Dargestellt sind auf der x-Achse der Rotanteil, auf der y-Achse der Grünanteil und auf der z-Achse (senkrecht zur Zeichenebene) der Blauanteil mit [X]+[Y]+[Z]=1. Die Hufeisenform wird durch die Spektralfarblinie S gekennzeichnet, die die reinen Spektralfarben wiedergibt, die gerade Verbindungslinie unten ist die sog. Purpurlinie P. Die leicht gekrümmte Farblinie idealer Schwarzkörperstrahler BB mit entsprechenden Temperaturen geht vom rechten unteren Eckpunkt aus. Die Punkte für 3.000 K, 4.000 K, 5.000 K („D50“), 6.500 K („D65“) und unendlich hohe Temperaturen sind angegeben. Die Farben der LEDs des Ausführungsbeispiels sind durch Kreuze markiert. Die Einstellung des Tastverhältnisses entspricht einer Einstellung eines Farbpunktes entlang der gestrichelten Linie in 4. Im Bereich von Farbtemperaturen zwischen 3.000 K und 6.500 K wird die Farbe als variierende Weißtöne wahrgenommen. Die Einstellung des Tastverhältnisses kann daher auch als „tunable white“ bezeichnet werden. Über NFC (oder andere Kommunikationswege wie RFID oder DALI, etc.) kann der Nutzer jederzeit den Weißfarbton nach seinen Wünschen, beispielsweise der Tages- und/oder Jahreszeit gemäß ändern.
  • 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 alle drei LED-Einheiten LE1, LE2 und LE3 mit je einem Strangschaltkreis 50(1), 50(2) bzw. 50(3) wie in 3 gezeigt versehen (mit allerdings entsprechend beibehaltenen Anzahlen der LEDs, d.h., hier im Verhältnis 28:14:7 je Strang). Die übrigen Merkmale sind im Wesentlichen identisch zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels (siehe 1 bis 3). Die LEDs des jeweils erste Strangs besitzen hier eine Farbtemperatur von 2.700 K, die des zweiten Strangs jeweils eine Farbtemperatur von 6.500 K. Da alle LED-Einheiten PWM-moduliert betrieben werden, also keine Farbtemperaturen in unteren LED-Einheiten festgelegt sind, kann der Einstellbereich auf 2.700 K bis 6.500 K erweitert werden. Da drei verschiedene NFC-chips 71 mit PWM-Modulen bzw. PWM-Ausgang PWMOut vorliegen, könnten drei Tastverhältnisse eingestellt werden. Dies scheint jedoch überflüssig zu sein, da der genannte Einstellbereich dadurch nicht verbessert wird. Die Applikation im NFC-Terminal braucht daher nur das eine Tastverhältnis in allen drei NFC-chips konform einzustellen.
  • 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich hierbei um eine Abwandlung des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels, welches auf den Strangschaltkreis der 3 Bezug nimmt. Statt des Strangschaltkreises 50 bzw. 50(1) der ersten beiden Ausführungsbeispiele ist hier ein Strangschaltkreis 50(1)‘ jeweils in den drei LED-Einheiten LE1, LE2 und LE3 vorgesehen (gezeigt ist nur derjenige für die erste LED-Einheit LE1). Die Merkmale des Grundaufbaus der Schaltungsanordnung (5) bleiben im Wesentlichen unverändert und es wird nur auf den Strangschaltkreis selbst Bezug genommen. Der grundsätzliche Unterschied besteht darin, dass keine Umschalteinheit 60 bzw. Pegelwandler mehr vorgesehen ist, sondern vielmehr die erzeugten PWM-Signale direkt zum Schalten der Schalter dienen. Allerdings ist hierbei je ein PWM-Signal je Strang bzw. Schalter erforderlich.
  • Vorgesehen sind drei LED-Stränge K1, K2 und K3, die parallel zueinander mit einem gemeinsamen eingangsseitigen Knoten N50 verschaltet sind. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist ein den konstanten Stromfluss regelnder Induktor L2 zwischen dem gemeinsamen Knoten N50 und dem Knoten N11 bereitgestellt. Jeder LED-Strang K1, K2, K3 ist kathodenseitig mit je einem elektronischen Schalter Q8/Q9, Q7/Q10 und Q5/Q6 verbunden, oder genauer: mit dessen Arbeitselektrode verkoppelt. Alle drei elektronischen Schalter Q8/Q9, Q7/Q10 und Q5/Q6 sind als Darlington-Schalter mit je 2 NPN-Transistoren ausgeführt. Ihre Bezugselektroden sind mit dem das Bezugspotential führenden Knoten N12 verbunden.
  • Die Steuerelektroden sind jeweils über betreffende ohmsche Basisvorwiderstände R8, R9, R10 mit einem von drei PWM-Ausgängen PWM1, PWM2, PWM3 einer Steuervorrichtung 75 verbunden, hier einem Mikrocontroller. Dieser ist dazu ausgelegt, abhängig von über eine digitale Verbindung (Datenbus - hier z.B. über eine I2C-, SPI-oder andere Verbindung) übermittelten Informationen jeweils entsprechende, aber auch zeitlich aufeinander abgestimmte PWM-Signale zu erzeugen. Die Steuervorrichtung 75 erzeugt die PWM-Signale so, dass die Summe der Tastverhältnisse zusammengenommen maximal 100 % beträgt, vorzugsweise mit einer geringfügigen Sicherheitstoleranz darunter, und dass zu keiner Zeit zwei der elektronischen Schalter Q8/Q9, Q7/Q10 und Q5/Q6 gleichzeitig geschlossen sind, also kein zeitlicher Überlapp für HIGH-Pegel besteht, damit jeweils immer nur ein LED-Strang K1, K2 oder K3 bestromt ist. Die Steuervorrichtung 75 wird von einer Hilfsspannungsversorgung 80' mit Leistung versorgt und ist zu diesem Zweck mit einem Ausgangsknoten N51 dieser Hilfsspannungsversorgung 80' sowie auch mit dem Bezugspotential gekoppelt. Die Steuervorrichtung 75 kann daher das entsprechend für die Steuerelektroden geeignete Spannungspotential ohne zusätzlichen Wandler selbst im PWM-Signal einsetzen.
  • Die Hilfsspannungsversorgung 80' ist ähnlich aufgebaut wie diejenige des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels. Es kann daher auf obige Erläuterungen verwiesen werden. Die Diode D11 diese Ausführungsbeispiels entspricht der Diode D3 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels, die Zenerdiode D10 entspricht der Zenerdiode D2, der ohmsche Widerstand R18 dem Widerstand R4, die Transistoren Q27 und Q28 den Transistoren Q2 und Q4, die Kondensatoren C5 und C6 den Kondensatoren C10 und C11.
  • Die Steuervorrichtung 75 ist mit einem Baustein für Nahfeldkommunikation (im folgenden „NFC-chip“ 74 als bezeichnet) als Schnittstelle nach außen über die genannte eine digitale I2C-Verbindung gekoppelt. Dieser NFC-chip 74 kann (wie oben) aufgebaut sein aus einem Mikrochip 76 und einer an dessen Eingangsanschlüssen gekoppelten Antenne 73. Für die Kopplung sind jeweils entsprechend ausgelegte Anschlüsse eingerichtet sind. Da der Baustein nicht selbst für die Erzeugung der PWM-Signale Sorge trägt, ist der Mikrochip einfacher aufgebaut. Mit anderen Worten, die Steuervorrichtung sind die NFC-Schnittstelle sind in diesem Ausführungsbeispiel in getrennten Bausteinen eingerichtet. Die Eigenschaften der Schnittstelle sind aber grundsätzlich ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel. Über Induktionssignale z.B. von einem Smartphone etc. können gewünschte Tastverhältnisse eingestellt bzw. gespeichert werden. Dies umfasst auch die Übermittlung von Informationen via NFC in codierter Form, die lediglich auf bereits im Speicher hinterlegte Tastverhältnisse verweist. Diese werden ausgelesen und zur Erzeugung des PWM-Signals in der Steuervorrichtung 75 verwendet. Der Speicher kann derjenige des NFC-Chips 74 oder der Steuervorrichtung 75 oder ein zusätzlicher sein.
  • Im vorliegenden dritten Ausführungsbeispiel sind drei LED-Stränge K1, K2, und K3 vorgesehen, in denen rote, grüne und blaue LEDs jeweils entsprechend verbaut sind. Durch das Einstellen der jeweiligen Tastverhältnisse können nun Farbmischungen erzielt werden. In 4 stellen die Eckpunkte des eingezeichneten Dreiecks D die Farbpunkte der LEDs der drei LED-Stränge K1, K2, K3 dar. Innerhalb des Dreiecks können beliebige Farben gemischt werden.
  • Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt. Eshandelt sich um eine Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels. Ein wichtiger Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass das Schnittstellen- und Steuerungsmodul 70' hier für alle LED-Einheiten LE1 LE2, LE3 nur einmal vorgesehen und daher massebezogen verschaltet ist, dafür aber zentral die drei elektronischen Schalter aller LED-Einheiten steuert (hier: 9 elektronische Schalter). Diese sind in diesem Ausführungsbeispiel als N-Kanal-MOSFETS M7, M8, M9 für den ersten, zweiten und dritten LED-Strang K1, K2, K3 der ersten LED-Einheit, M4, M5, M6 für ersten, zweiten und dritten LED-Strang K11, K12, K13 der zweiten LED-Einheit, und M13, M14, M15 für den ersten, zweiten und dritten LED-Strang K21, K22, K23 der dritten LED-Einheit ausgebildet. Die MOSFETS können wie erwähnt auch als Bipolartransistoren ausgeführt sein.
  • Die Kopplung der elektronischen Schalter ist jeweils im Wesentlichen analog zum dritten Ausführungsbeispiel, allerdings ist vorliegend eine Pegelwandlung vorgesehen, um die Übertragung des Stromflussverhältnisses von der massebezogenen Steuervorrichtung, die die PWM-Signal erzeugt, zu den im Hinblick auf das Potential „floatenden“ Stufen bzw. LED-Einheiten zu erlauben. Dazu ist z.B. in der ersten LED-Einheit LE1 für jeden elektronischen Schalter M7, M8, M9 je ein als Pegelwandler ausgebildeter Schalter M10, M11, und M12 vorgesehen, deren Arbeitselektrode (Drain) mit dem Ausgangsknoten N51 der Hilfsspannungsversorgung 80' verbunden ist, und deren Bezugselektrode (Source) mit dem Grund- oder Bezugspotential (Masse) der Gesamtschaltung verbunden ist. Die Schalter M10, M11, M12 sind ebenfalls N-Kanal-MOSFETS. Der Steueranschluss (Gate) der Schalter M10, M11, M12 ist mit je einem der drei PWM-Ausgänge PWM1, PWM2, PWM3 der Steuervorrichtung 75 verbunden.
  • Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 8 gezeigt. Diese Ausführungsbeispiel stellt eine Modifikation des in 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels mit Umschalteinheit dar. Der Unterschied besteht darin, dass der als Schalter dienende Eingang der Umschalteinheit 60 anstatt durch einen Bipolartransistor durch einen Optokoppler als Schalter ausgebildet wird. Der Optokoppler als Bauelement der Optoelektronik dient zur Übertragung eines Signals zwischen zwei galvanisch getrennten Stromkreisen. Er kann eine LED oder Laserdiode als optischen Sender umfassen. Eine Photodiode oder ein Fototransistor dienen als optischer Empfänger. Das Sende- und das Empfängerbauelement sind untereinander optisch gekoppelt in einem von außen lichtundurchlässigen Gehäuse angeordnet. Der Steueranschluss dieses Schalters U2 ist in diesem Fall durch dass das optische Sendebauelement repräsentiert. Wird z.B. die LED des Optokopplers mit dem Spannungswert HIGH des PWM-Signals bestromt, sendet diese Licht aus, so dass die Photodiode oder der Fototransistor leitend schaltet. Die übrige Funktionsweise und der entsprechende Aufbau sind identisch zum ersten Ausführungsbeispiel.
  • Es sei angemerkt, dass anstatt der in den ersten fünf Ausführungsbeispielen gezeigten drei LED-Einheiten auch nur ein, zwei, vier oder mehr LED-Einheiten vorgesehen sein können. Ein entsprechendes sechstes Ausführungsbeispiel ist in 9 gezeigt, bei dem die Schaltungsanordnung beispielweise lediglich zwei LED-Einheiten umfasst. Es stellt eine stark vereinfachende und kostengünstige Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels dar. Für gleiche oder einander entsprechende Bauteile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der die Umschalteinheit 60, die Schalterstufe 65, die Stränge K1 und K2 sowie die Hilfsgleichspannungsquelle 80 umfassende Strangschaltkreis 50 sowie das Steuervorrichtungs- und Schnittstellenmodul 70 mit NFC-Chip 71 ist im Wesentlichen unverändert. Der Betrieb und die Funktionsweise sind grundsätzlich identisch wie oben beschrieben. Die Hilfsgleichspannungsquelle V2 des NFC-Chips 71 kann aus der Hilfsspannungsversorgung 80 oder einer anderen, nicht gezeigten Hilfsgleichspannungsversorgung versorgt werden. Der Induktor L2 und der Kondensator C1 sind hier allerdings weggelassen.
  • Nicht vorgesehen ist dagegen der für diesen Strangschaltkreis im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehene Treiberaufbau. Ebenso ist der entsprechende Speicherkondensator (C013) weggelassen. Mithin stellt der Strangschaltkreis 50 selbst allein eine erste LED-Einheit dar, die -wie oben beschrieben - vom Steuervorrichtungs- und Schnittstellenmodul 70 mit NFC-Chip 71 gesteuert wird, um beispielsweise eine Farb- oder Farbtemperaturmischung zu erzielen. Mangels Treiberaufbau wird die erste LED-Einheit dauerhaft bestromt und kann aufgrund des Fehlens eines entsprechenden Speicherkondensators größeren Strommodulationen unterworfen sein als es im ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
  • Die zweite, nachgeschaltete LED-Einheit besitzt hier zwar den aus dem ersten Ausführungsbeispiel herrührenden Treiber (mit allerdings der Situation angepassten Bauteildimensionen), ist hier aber mit zwei parallel verschalteten LED-Strängen (LEDs LED29-LED42 bzw. LED29'-LED42') ausgeführt. Beide Stränge schließen sich unmittelbar an den Fußpunkt (Knoten N12) der ersten LED-Einheit bzw. des Strangschaltkreises 50 an, sie sind folglich immer nur gemeinsam bestromt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzen die LEDs beider Stränge in der zweiten LED-Einheit die gleiche Farbtemperatur (3.000 K), während der erste Strang K1 der ersten LED-Einheit LEDs mit 3.000 K und der zweite Strang K2 der ersten LED-Einheit LEDs mit 6.500 K umfasst. Damit ist insgesamt ein breiter Farbtemperaturbereich zwischen 3.000 K und 5.333 K über die Pulsweitenmodulation durch das Steuervorrichtungs- und Schnittstellenmodul 70 einstellbar. Der Treiber dieser zweiten LED-Einheit bzw. der Schalter Q022 kann gemäß dem oben im Detail beschriebenen Betrieb beide Stränge (d.h., die LEDs LED29-LED42 bzw. LED29'-LED42') der zweiten LED-Einheit überbrücken. Der Spannungsteiler 26 und der Strom- oder Linearregler 24 bleiben im grundsätzlichen Aufbau unverändert.
  • Ferner kann in den oben beschrieben Ausführungsbeispielen die spezielle Anordnung des Spannungsteilers und des Stromreglers auch völlig anders realisiert sein oder ganz entfallen. Auch kann die Hilfsspannungsversorgung 80, 80' ohne den hier beschriebenen invertierenden Spannungsregler und nicht als Ladungspumpe ausgeführt sein. Die in den beigefügten Ansprüchen angegebene Schaltungsanordnung kann sich auf den Strangschaltkreis allein, auf die einzelne LED-Einheit bzw. LED-Stufe mit zugeordnetem Treiber oder auf eine gesamte mehrstufige Schaltung wie sie z.B. in 1 oder 5 gezeigt ist beziehen. Einstufige Schaltungen sind auch eingeschlossen. Weitere Ausführungsformen und Abwandlungen sind möglich, soweit sie vom Umfang der Ansprüche umfasst sind.
  • Bezugszeichenliste
    • C1
    Kondensator
    C001
    Kondensator
    C2
    Kondensator
    C3
    Kondensator
    C4
    Kondensator
    C5
    Kondensator
    C6
    Kondensator
    C10
    Kondensator
    C11
    Kondensator
    C011
    Kondensator
    C012
    Kondensator
    C013
    Elektrolytkondensator
    C021
    Kondensator
    C022
    Kondensator
    C023
    Elektrolytkondensator
    C031
    Kondensator
    C032
    Kondensator
    C033
    Elektrolytkondensator
    D001
    Digitaler Ausgangsanschluss
    D1
    Diode
    D2
    Zenerdiode
    D3
    Diode
    D5
    Diode
    D6
    Diode
    D10
    Zenerdiode
    D11
    Diode
    D011
    Diode
    D012
    Diode
    D013
    Diode
    D021
    Diode
    D022
    Diode
    D023
    Diode
    D031
    Diode
    D032
    Diode
    D033
    Diode
    D1001
    Diode
    D1002
    Diode
    D1003
    Diode
    D1004
    Diode
    I2C
    Digitaler Datenein- und ausgang
    LED1-28
    Lichtemittierende Dioden des ersten LED-Strangs
    LED29-42
    Lichtemittierende Dioden des zweiten LED-Strangs
    LED43-49
    Lichtemittierende Dioden des dritten LED-Strangs
    LE1
    Erste LED-Einheit
    LE2
    Zweite LED-Einheit
    LE3
    Dritte LED-Einheit
    M1-M18
    N-Kanal-MOSFETs
    N5
    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
    N50
    Knoten
    N51
    Knoten
    N52
    Knoten
    PWMOut
    PWM-Signalausgang
    PWM1 -
    PWM-Signalausgänge
    PWM3 Q1
    NPN-Transistor
    Q2
    NPN-Transistor
    Q002
    NPN-Transistor
    Q3
    NPN-Transistor
    Q4
    PNP-Transistor
    Q5
    NPN-Transistor
    Q6
    NPN-Transistor
    Q7
    NPN-Transistor
    Q8
    NPN-Transistor
    Q9
    NPN-Transistor
    Q009
    NPN-Transistor
    Q10
    NPN-Transistor
    Q011
    NPN-Transistor
    Q012
    PNP-Transistor
    Q013
    PNP-Transistor
    Q021
    NPN-Transistor
    Q022
    PNP-Transistor
    Q27
    NPN-Transistor
    Q28
    NPN-Transistor
    Q031
    NPN-Transistor
    Q032
    PNP-Transistor
    R1
    Ohmscher Widerstand
    R001
    Ohmscher Widerstand
    R2
    Ohmscher Widerstand
    R002
    Ohmscher Widerstand
    R3
    Ohmscher Widerstand
    R003
    Ohmscher Widerstand
    R4
    Ohmscher Widerstand
    R5
    Ohmscher Widerstand
    R6
    Ohmscher Widerstand
    R7
    Ohmscher Widerstand
    R8
    Ohmscher Widerstand
    R9
    Ohmscher Widerstand
    R009
    Ohmscher Widerstand
    R10
    Ohmscher Widerstand
    R11
    Ohmscher Widerstand
    R011
    Ohmscher Widerstand
    R12
    Ohmscher Widerstand
    R012
    Ohmscher Widerstand
    R14
    Ohmscher Widerstand
    R014
    Ohmscher Widerstand
    R15
    Ohmscher Widerstand
    R015
    Ohmscher Widerstand
    R16
    Ohmscher Widerstand
    R017
    Ohmscher Widerstand
    R18
    Ohmscher Widerstand
    R19
    Ohmscher Widerstand
    R20
    Ohmscher Widerstand
    R21
    Ohmscher Widerstand
    R021
    Ohmscher Widerstand
    R22
    Ohmscher Widerstand
    R022
    Ohmscher Widerstand
    R23
    Ohmscher Widerstand
    R24
    Ohmscher Widerstand
    R25
    Ohmscher Widerstand
    R26
    Ohmscher Widerstand
    R27
    Ohmscher Widerstand
    R027
    Ohmscher Widerstand
    R031
    Ohmscher Widerstand
    R032
    Ohmscher Widerstand
    R037
    Ohmscher Widerstand
    V1
    Netzwechselspannung (oder Gleichspannung im Notstrombetrieb), mit Phasen- oder Außenleiter L und Neutral- oder Nullleiter N
    V2
    Spannung für PWM-Signalerzeugung
    V3
    Hilfsgleichspannungsquelle
    14
    Gleichrichter
    20
    Steuervorrichtung
    24
    Strom- oder Linearregler
    26
    Spannungsteiler
    50
    Schaltungsanordnung, Strangschaltkreis
    60
    Umschaltstufe oder -einheit
    65
    Schalterstufe
    70
    Steuervorrichtungs- und Schnittstellenmodul
    70'
    Steuervorrichtungs- und Schnittstellenmodul
    71
    NFC-chip
    72
    Mikrochip
    73
    Antenne
    74
    Aktivierungseinheit
    75
    Steuereinrichtung
    80
    Hilfsspannungsversorgung
    80'
    Hilfsspannungsversorgung
    141
    Erster Ausgangsanschluss/Knoten
    142
    Zweiter Ausgangsanschluss/Knoten
    261
    Abgriffspunkt/Knoten
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2716134 B1 [0002, 0011]
    • DE 102013201439 A1 [0039, 0047]
    • DE 102013222226 A1 [0072]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ISO 14443 [0015]

Claims (19)

  1. Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier LED-Stränge an einer Spannung, umfassend: einen ersten LED-Strang (K1) und einen zweiten LED-Strang (K2), die jeweils eine Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs aufweisen, wobei der erste und der zweite LED-Strang (K1, K2) parallel zueinander zwischen einem gemeinsamen Eingangsknoten und einem gemeinsamen Bezugsknoten, an denen die Spannung anliegt, geschaltet sind, einen dem ersten LED-Strang (K1) zugeordneten ersten elektronischen Schalter (Q8, Q9) und einen dem zweiten LED-Strang (K2) zugeordneten zweiten elektronischen Schalter (Q7, Q10), wobei der erste und der zweite elektronische Schalter jeweils ausgelegt sind, einen Stromkreis zwischen dem Eingangsknoten und dem Bezugsknoten durch den jeweils zugeordneten LED-Strang (K1, K2) zu öffnen und zu schließen, eine Steuervorrichtung, welche das Öffnen und Schließen des ersten und zweiten elektronischen Schalters mit Hilfe eines oder mehrerer Pulsweitenmodulationssignale steuert, und eine Schnittstelle, die das Einstellen eines Tastverhältnisses des einen oder der mehreren Pulsweitenmodulationssignale erlaubt.
  2. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, bei der die Schnittstelle einen Empfänger für elektromagnetische Signale aufweist und ausgelegt ist, das Tastverhältnis abhängig von einem empfangenen elektromagnetischen Signal zu speichern.
  3. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, bei der die Schnittstelle Teil eines Bausteins für die Nahfeldkommunikation (NFC), insbesondere eines NFC-tags, ist.
  4. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, bei der die Schnittstelle einen mechanischen oder elektromechanischen Regler oder Schalter aufweist, anhand derer das Tastverhältnis eingestellt wird.
  5. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Steuervorrichtung eine mit dem ersten elektronischen Schalter (Q8, Q9) und dem zweiten elektronischen Schalter (Q7, Q10) gekoppelte Umschalteinheit (Q5, Q6) umfasst, die ausgelegt ist, den ersten und den zweiten elektronischen Schalter abwechselnd zu öffnen und zu schließen, so dass während des Betriebs zu jedem Zeitpunkt jeweils immer nur einer der beiden LED-Stränge (K1, K2) bestromt ist,
  6. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 5, bei der in dem Fall, dass die Schnittstelle Teil eines Bausteins für die Nahfeldkommunikation (NFC) ist, dieser Baustein mit der Umschalteinheit gekoppelt und ausgelegt ist, ein Pulsweitenmodulationssignal entsprechend dem gespeicherten Tastverhältnis zu erzeugen, auszugeben und der Umschalteinheit zuzuführen.
  7. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend eine Hilfsspannungsversorgung, welche die Umschalteinheit mit einer Hilfsspannung versorgt, die zum Öffnen und Schließen der ersten und zweiten elektronischen Schalter erforderlich ist.
  8. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 7, bei der die Umschalteinheit einen dritten elektronischen Schalter (Q5) aufweist, der ausgelegt ist, abhängig von einem Momentanwert des zugeführten Pulsweitenmodulationssignals entweder den ersten elektronischen Schalter (Q8, Q9) mit einem Spannungspotential der Hilfsspannungsversorgung und den zweiten elektronischen Schalter (Q7, Q10) mit einem Spannungspotential des Bezugsknotens zu versorgen oder umgekehrt, wobei das Pulsweitenmodulationssignal einem Steueranschluss des dritten elektronischen Schalters zugeführt wird.
  9. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 8, wobei es sich bei dem dritten elektronischen Schalter um einen Bipolartransistor, einen Feldeffekttransistor oder einen Optokoppler handelt.
  10. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Umschalteinheit als Pegelwandler ausgebildet ist, um das ihr zugeführte Pulsweitenmodulationssignal in eine alternierende Steuerung des ersten und zweiten elektronischen Schalters unter Verwendung des Spannungspotentials der Hilfsspannungsversorgung zu übersetzen.
  11. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die LEDs des ersten LED-Strangs (K1) jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine erste Farbtemperatur besitzen und die LEDs des zweiten LED-Strangs (K2) jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine zweite Farbtemperatur besitzen, so dass durch das Einstellen des Tastverhältnisses des einen Pulsweitenmodulationssignals zwischen den beiden LED-Strängen (K1, K2) insgesamt eine eindeutig bestimmbare dritte Farbtemperatur erzielbar ist.
  12. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter (Q8, Q9) und den zweiten elektronischen Schalter (Q7, Q10) abhängig von jeweils einem in der Steuervorrichtung erzeugten Pulsweitenmodulationssignal zu öffnen und zu schließen, so dass während des Betriebs zu jedem Zeitpunkt jeweils immer nur einer der beiden LED-Stränge (K1, K2) bestromt ist.
  13. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der mindestens ein dritter LED-Strang (K3) vorgesehen ist, der eine weitere Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs aufweist und parallel zu dem ersten und dem zweiten LED-Strang (K1, K2) zwischen dem Eingangsknoten und dem Bezugsknoten geschaltet ist, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, den ersten elektronischen Schalter (Q8, Q9), den zweiten elektronischen Schalter (Q7, Q10) und einen entsprechend für den dritten LED-Strang (K3) ausgelegten dritten elektronischen Schalter (Q15, Q16) abhängig von jeweils einem in der Steuervorrichtung erzeugten Pulsweitenmodulationssignal zu öffnen und zu schließen, so dass während des Betriebs zu jedem Zeitpunkt jeweils immer nur einer der drei LED-Stränge (K1, K2, K3) bestromt ist,
  14. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei den zwei oder drei Pulsweitenmodulationssignalen jeweils ein Tastverhältnis zugeordnet ist und die Tastverhältnisse der drei Pulsweitenmodulationssignale zusammenaddiert 90 - 100 %, vorzugsweise 95-100%, weiter vorzugsweise 100% ergeben.
  15. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei in dem Fall, dass die Schnittstelle Teil eines Bausteins für die Nahfeldkommunikation (NFC) ist, dieser Baustein mit der Steuervorrichtung über eine digitale Leitung verbunden ist und die gespeicherten Tastverhältnisse aus dem Baustein ausliest oder übertragen bekommt und darauf basierend die zwei oder drei Pulsweitenmodulationssignale erzeugt.
  16. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, ferner umfassend eine Hilfsspannungsversorgung sowie jeweils einen daran angekoppelten Pegelwandler, welcher den jeweiligen elektronischen Schalter mit einer zum Öffnen und Schließen erforderlichen Hilfsspannung versorgt und mit der Steuervorrichtung zur Übertragung der Pulsweitenmodulationssignale an die elektronischen Schalter verbunden ist.
  17. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 16, bei der wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder vier LED-Einheiten (LE1, LE2, LE3) mit kaskadenartig geschalteten LED-Strängen vorgesehen sind, wobei die LED-Einheiten jeweils untereinander gegenüber einer Netzeingangsspannung in Reihe geschaltet sind und von denen wenigstens eine die parallel geschalteten LED-Stränge (K1, K2, K3) umfasst, wobei jede der LED-Einheiten einen Eingangsknoten und einen Bezugsknoten mit einer jeweils individuellen, dazwischen liegenden Spannung, parallel geschaltete LED-Stränge, und jeweils zugeordnete elektronische Schalter sowie entsprechende Pegelwandler aufweist, wobei für einige oder alle LED-Einheiten eine gemeinsame, mit den Pegelwandlern gekoppelte Steuervorrichtung und eine mit dieser gekoppelte Schnittstelle vorgesehen ist, wobei jeweils ein Pulsweitenmodulationssignal über einen entsprechenden Pegelwandler an einen entsprechenden elektronischen Schalter dieser LED-Einheiten übermittelt wird.
  18. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, bei der - im Fall der zwei LED-Stränge (K1, K2) die LEDs des ersten LED-Strangs (K1) jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine erste Farbtemperatur besitzen und die LEDs des zweiten LED-Strangs (K2) jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine zweite Farbtemperatur besitzen, so dass durch das Einstellen des Tastverhältnisses der beiden Pulsweitenmodulationssignale insgesamt eine eindeutig bestimmbare dritte Farbtemperatur erzielbar ist, oder - im Fall der drei LED-Stränge (K1, K2, K3) die LEDs des ersten LED-Strangs (K1) jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine erste Lichtfarbe (R) besitzen, die LEDs des zweiten LED-Strangs (K2) jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine zweite Lichtfarbe (G) besitzen und die LEDs des dritten LED-Strangs (K3) jeweils einzeln oder in einer Mischung zusammengenommen eine dritte Lichtfarbe (B) besitzen, so dass durch das Einstellen des Tastverhältnisses der drei Pulsweitenmodulationssignale insgesamt eine gemischte, eindeutig bestimmbare vierte Lichtfarbe erzielbar ist.
  19. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 oder 18, bei der wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder vier LED-Einheiten (LE1, LE2, LE3) mit kaskadenartig geschalteten LED-Strängen vorgesehen sind, wobei die LED-Einheiten jeweils untereinander gegenüber einer Netzeingangsspannung in Reihe geschaltet sind und von denen wenigstens eine die parallel geschalteten LED-Stränge (K1, K2, K3) umfasst, wobei jede der LED-Einheiten einen Eingangsknoten und einen Bezugsknoten mit einer jeweils individuellen, dazwischen liegenden Spannung, die elektronischen Schalter, die Steuervorrichtung und die Schnittstelle aufweist.
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