DE102018201367A1 - Schaltungsanordnung zum betreiben wenigstens eines led-strangs an einer wechsel- oder gleichspannungsquelle - Google Patents

Schaltungsanordnung zum betreiben wenigstens eines led-strangs an einer wechsel- oder gleichspannungsquelle Download PDF

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    • 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]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/52—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a parallel array of LEDs

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Abstract

Eine Schaltungsanordnung zum Betreiben wenigstens eines LED-Strangs an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle wird vorgeschlagen, die wenigstens einen ersten LED-Strang mit einer Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs (LED1-LED28), einen mit dem LED-Strang gekoppelten Stromregler (24), welcher den durch den LED-Strang fließenden Strom regelt, einen dem ersten LED-Strang zugeordnete Strommesseinrichtung (50) umfassend einen Strommessfühler, und einen mit der Strommesseinrichtung gekoppelten ersten elektronischen Schalter (Q3) umfasst. Der Strommessfühler gibt abhängig von einem Stromfluss durch den ersten LED-Strang ein Signal an den ersten elektronischen Schalter (Q3) aus, der abhängig von dem Signal einen mit dem Stromregler (24) gekoppelten Stromschaltkreis öffnet oder schließt, infolgedessen der Stromregler (24) den Stromfluss durch den ersten LED-Strang auf einen Wert unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts regelt oder ganz unterbindet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben wenigstens eines LED-Strangs an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von LED-Strängen im Normal- als auch im Notstrombetrieb.
  • Stand der Technik
  • Eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben eines ersten wie aber auch weiterer LED-Stränge an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle ist aus der DE 10 2015 210 510 A1 bekannt. Jeder LED-Strang ist als Kaskade von LEDs innerhalb einer LED-Einheit ausgebildet, wobei sich die Anzahl der LEDs innerhalb einer Kaskade von einer LED-Einheit zur nächst tiefergelegenen LED-Einheit im Allgemeinen verringert, beispielsweise ungefähr halbiert. Jede LED-Einheit verfügt über eine Treiberschaltung, mit welcher ein elektronischer Schalter gesteuert wird, um einzelne LED-Stränge wahlweise zu überbrücken. Diese Steuerung erfolgt im Wechselstrombetrieb anhängig von einem Momentanwert der (durch einen Gleichrichter) gleichgerichteten Netzwechselspannung innerhalb einer entsprechenden Halbwelle, und auch abhängig von einer Überbrückung der LED-Stränge benachbarter LED-Einheiten, nämlich so, dass eine Bestromung jeweils nur solcher LED-Stränge stattfindet, bei denen die Flussspannung in Summe weniger beträgt als die momentan verfügbare Eingangsspannung. In Summe ergibt sich ein binäres Ein- und Ausschaltmuster für die einzelnen LED-Stränge über den Verlauf einer Halbwelle hinweg. Insgesamt wird durch eine solche Steuerung ein Flickern der LEDs vermieden und außerdem die an einem vorgesehenen Stromregler abfallende Verlustleistung gemindert.
  • Für solche Schaltungsanordnungen wurde eine Anpassung an einen Notlichtbetrieb, d.h., einen Betrieb unter Versorgung mit Notstrom vorgeschlagen. Für den Notstrombetrieb ist eine Gleichspannung zwischen 275 Volt und 176 Volt vorgeschrieben, die bei Netzspannungsausfall typischerweise von einer zentralen Notrombatterie geliefert wird. Da die für den Wechselstrombetrieb angepasste Schaltungsanordnung nicht ohne weiteres auch für den Betrieb unter Gleichspannung geeignet ist, ist eine Erkennungseinrichtung vorgesehen, mit welcher die Eingangsspannung analysiert und im Fall einer anliegenden Gleichspannung ein Signal erzeugt wird, das eine Steuervorrichtung veranlasst, gezielt den elektronischen Schalter einer oder mehrerer der LED-Einheiten auf eine Überbrückung der betreffenden LED-Stränge zu steuern, so dass die Flussspannung der noch durchflossenen LED-Stränge jedenfalls unterhalb des vorgegebenen Minimums, z.B. 176 Volt, bleibt und ein sicherer Notlichtbetrieb ermöglicht wird.
  • Die an die Hersteller von zentralen Notstromsystemen gestellten Anforderungen sehen allerdings weitergehend vor, dass auch der Ausfall von solche Schaltungsanordnungen umfassenden Leuchtmitteln zentral und automatisch erfassbar ist, um den sicheren Notlichtbetrieb zu gewährleisten. Die Vorgabe ist hier, dass der Eingangsstrom des jeweiligen Leuchtmittels erfasst wird. Dabei ist die Erwartung, dass bei Ausfall des Leuchtmittels der Eingangsstrom des Leuchtmittels unter einen festgelegten Schwellwert fällt. Dies wird durch ein (externes) Stromerfassungsgerät detektiert, welches dann einen Fehlerfall an eine Zentraleinheit meldet. Der alsbaldige Austausch des Leuchtmittels kann dann veranlasst werden.
  • Im Fall der Verwendung von LEDs als Leuchtmitteln kann es allerdings aufgrund von Alterungsprozessen, unausweichlicher Materialermüdung und/oder Überlastung bei Ausfall des Leuchtmittels zu einem Ausfall einzelner LEDs kommen. In einigen Fällen kann beispielsweise eine LED durchlegieren, wobei sie niederohmig wird. Dies Art von Ausfall wird im Allgemeinen nicht erfasst, der Einfluss auf die Lichtemission (reduzierte Lichtmenge) ist im Regelfall aber auch gering. Zumeist fällt eine LED aber in den Leerlauf aus, d.h. sie wird hochohmig, da sich beispielsweise ein Bond-Draht zum Halbleiter gelöst hat. Der resultierende reduzierte Stromfluss kann unter Umständen immer noch den Schwellwert übersteigen, so dass trotz Ausfall des Leuchtmittels keine Fehlermeldung durch das externe Stromerfassungsgerät erfolgt.
  • Darstellung der Erfindung
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens eines LED-Strangs an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle derart weiterzubilden, dass der Ausfall des betreffenden Leuchtmittels sicher erfassbar ist.
  • 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 eines LED-Strangs an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle. Die Schaltungsanordnung umfasst wenigstens einen ersten LED-Strang mit einer Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs und einen mit dem LED-Strang gekoppelten Stromregler, welcher den durch den LED-Strang fließenden Strom regelt. Eine dem ersten LED-Strang zugeordnete Strommesseinrichtung umfasst einen Strommessfühler mit Schaltelement. Ferner ist ein erster elektronischer Schalter vorgesehen, der mit dem Strommessfühler gekoppelt ist. Der Strommessfühler gibt abhängig von einem Stromfluss durch den ersten LED-Strang ein Signal an den ersten elektronischen Schalter aus, der abhängig von dem Signal einen mit dem Stromregler gekoppelten Stromschaltkreis öffnet oder schließt, infolgedessen der Stromregler den Stromfluss durch den ersten LED-Strang auf einen Wert unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts regelt oder ganz unterbindet.
  • Durch die Zuordnung des Strommessfühlers zum ersten LED-Strang wird eine direkte Bestimmung möglich, ob präzise in diesem LED-Strang noch ein Strom fließt und ob dieser auch einer solchen Menge entspricht, die fließen würde, wenn alle beteiligten LEDs voll funktionsfähig sind. Ein reduzierter Stromfluss (bei hochohmig ausgefallener LED) wird erkannt und führt unter entsprechender Dimensionierung der Bauelemente dazu, dass das an den ersten elektronischen Schalter vom Schaltelement des Strommessfühlers bzw. der Strommessvorrichtung ausgegebene Signal nicht mehr zu einem Umschalten (Öffnen bzw. Schließen des vom ersten LED-Strang getrennten Stromschaltkreises) ausreicht. Der Begriff „Zuordnung“ beinhaltet hier eine Kopplung bzw. Verschaltung des Strommessfühlers in Reihe mit dem ersten LED-Strang oder parallel zu einer Teilstrecke des ersten LED-Strangs. Letzteres ist in nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellt.
  • Mit Vorteil wird unter diesem Aspekt der ohnehin in diesen Schaltungsanordnungen allgemein berücksichtigte Stromregler genutzt, um infolge des ausgegebenen Signals und des abhängig davon geöffneten oder geschlossenen Stromschaltkreises den Stromfluss durch den LED-Strang bzw. alle LED-Stränge der Schaltungsanordnung soweit zu reduzieren, d.h. mindestens bis unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts, vorzugsweise auf Null, dass ein wie oben beschriebenes externes Stromerfassungsgerät den Fehlerfall sicher melden kann. Es wird folglich der Stromfluss innerhalb des individuellen LED-Strangs geprüft und im Fehlerfall der für die Schaltungsanordnung zentrale Stromregler praktisch ausgeschaltet (im Sinne einer Stromflussreduktion z.B. auf Null).
  • Die die Wirkweise zwischen dem Schalter und dem Stromregler herbeiführende Kopplung kann höchst unterschiedlich realisiert sein. Gemäß Ausführungsformen können dazu auch konventionell vorhandene Einrichtungen in der Schaltungsanordnung genutzt werden (wie etwa die Dimmereinrichtung im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung). Mit „Stromschaltkreis“ ist ein Teil der Schaltungsanordnung bezeichnet, der auch nur indirekt, also über weitere elektronische Schalter oder über Controllerbausteine, zu Stromregler zu führen braucht, bei dem aber das Öffnen bzw. Schließen durch den Schalter eine eindeutige Folge im Stromregler auslöst.
  • Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Strommesseinrichtung einen ersten Optokoppler als Strommessfühler umfassend einen optischen Sender, vorzugsweise eine Sendediode (Fotodiode, Laserdiode), und einen optischen Empfänger, vorzugsweise einen Fototransistor oder eine Fotodiode. Der optische Sender des ersten Optokopplers ist dabei parallel zu wenigstens einer ersten LED der kaskadenartig geschalteten LEDs des ersten LED-Strangs gekoppelt, und zwar anhand je eines Knotenpunkts auf der Seite einer Anode der wenigstens einen LED sowie auf der Seite einer Kathode dieser ersten LED oder einer in der Kaskade nachfolgenden LED.
  • Der optische Empfänger des ersten Optokopplers ist mit dem im Stromschaltkreis angeordneten ersten elektronischen Schalter gekoppelt, welcher abhängig von dem geöffneten oder geschlossenen Stromschaltkreis auf den Stromregler schaltend einwirkt, infolgedessen dieser den Stromfluss durch den ersten LED-Strang auf einen Wert unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts regelt oder ganz unterbindet.
  • Die Verwendung eines Optokopplers ist hier besonders vorteilhaft, weil der Eingriff in den LED-Strang aufgrund des parallelen Abgriffs minimal ist. Der Gesamtwiderstand des LED-Strangs erhöht sich nicht und der Verluststrom durch den parallelen Abzweig ist vernachlässigbar. Ferner ist der vom Schaltelement, hier: dem optischen Empfänger bzw. der Fotodiode oder dem Fototransistor, erfasste Stromschaltkreis vollständig getrennt vom LED-Strang, so dass es keine negativen Rückwirkungen auf die Bestromung des LED-Strangs geben kann.
  • Bei dem ersten elektronischen Schalter kann es sich optional um einen Transistor handeln. Er kann dann eine Arbeitselektrode und eine Bezugselektrode besitzen. Die Bezugselektrode kann mit dem Grund- oder Bezugspotential verbunden sein. Die Arbeitselektrode ist direkt oder indirekt mit dem Stromregler verbunden. Vorzugsweise wirkt das Durchschalten des Optokopplers auf den Steueranschluss des z.B. als Transistor ausgebildeten ersten elektronischen Schalters ein.
  • Ausgenutzt wird hierbei besonders, dass für das Stromfühlen im LED-Strang ein einziger Optokoppler ausreicht. Dessen optischer Sender kann ähnlich dimensioniert sein wie die LEDs. Infolgedessen reicht auch eine Parallelschaltung zu lediglich einer einzigen LED je LED-Strang aus. Aufwand und Eingriff in die jeweilige LED-Einheit sind dadurch weiter minimiert.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann dem optischen Sender im Parallelzweig optional ein ohmscher Widerstand in Reihe vor- oder nachgeschaltet sein. Damit läßt sich der Stromfluss im Parallelzweig in geeigneter Weise einstellen bzw. begrenzen.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung umfasst die Schaltungsanordnung wenigstens einen zweiten LED-Strang mit einer Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs, der mit dem ersten LED-Strang in Reihe geschaltet ist, wobei der Stromregler den Stromfluss durch den ersten und den zweiten LED-Strang regelt, wobei ein dem zweiten LED-Strang zugeordneter zweiter Optokoppler vorgesehen ist, der einen optischen Sender und einen optischen Empfänger umfasst, wobei der optische Sender und der optische Empfänger des zweiten Optokopplers im zweiten LED-Strang verschaltet sind wie der entsprechende optische Sender und der entsprechende optische Empfänger des ersten Optokopplers im ersten LED-Strang.
  • Bei mehrstufigen Schaltungsanordnungen mit weiteren LED-Strängen erweist sich der erfindungsgemäße Gegenstand als besonders vorteilhaft, weil hier strangweise Strommessfühler und Schaltelemente verbaut werden können, und die Auswertung bzw. Überwachung z.B. auf einem gemeinsamen Stromschaltkreis ohne weitreichenden Mehraufwand vorgenommen werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist eine Hilfsgleichspannungsquelle vorgesehen, wobei die optischen Empfänger des ersten und des zweiten Optokopplers in Reihe geschaltet sind, wobei der Eingangsanschluss des zweiten Optokopplers mit dem Ausgangsanschluss des ersten Optokopplers verbunden ist, und der Eingangsanschluss des optischen Empfängers des ersten Optokopplers mit der Hilfsgleichspannungsquelle verbunden ist, und der Ausgangsanschluss des optischen Empfängers des zweiten Optokopplers, oder im Fall von einer Vielzahl von LED-Strängen des zuunterst liegenden Optokopplers, mit dem ersten elektronischen Schalter verbunden ist. Eine solche Hilfsgleichspannungsversorgung kann in mehrstufigen Schaltungsanordnungen ohnehin vorgesehen sein und minimiert die Verlustleistung in den Leistungstransistoren des Stromreglers. Es wurde zudem gefunden, dass bereits ein einfacher Aufbau des Empfängerstromschaltkreises mit Reihenschaltung der Optokoppler die völlig ausreichende bloße Feststellung liefern kann, dass nur irgendein LED-Strang fehlerhaft ist, wodurch das betreffende Leuchtmittel auszutauschen ist.
  • Alternativ dazu kann auch eine Hilfsgleichspannungsquelle so vorgesehen sein, dass der Eingangsanschluss des optischen Empfängers des ersten und des zweiten Optokopplers, oder im Fall von einer Vielzahl von LED-Strängen aller Optokoppler, mit der Hilfsgleichspannungsquelle verbunden ist, und der Ausgangsanschluss des optischen Empfängers des ersten und des zweiten Optokopplers, oder im Fall von einer Vielzahl von LED-Strängen aller Optokoppler, mit dem ersten elektronischen Schalter verbunden ist. Hier ist demgegenüber eine Einzelfeststellung für jeden LED-Strang möglich gemacht. Diese Ausführungsform ist sinnvoll, wenn in der Schaltungsanordnung eine Notstromerkennung über einen Mikrocontroller erfolgt, der zusätzlich auch noch die Möglichkeit einer Anbindung an eine zentrale Überwachung über DALI (Digital Addressable Lighting Interface), KNX, ZigBee, oder weitere Bussysteme liefert. Die Fehlerdaten können dann an jene zentrale Überwachung zur Steuerung der lichttechnischen Betriebsgeräte z.B. im Gebäuden geliefert und dort ausgewertet werden.
  • Einer weiteren Weiterbildung zufolge ist ein Gleichrichter mit Eingangsanschlüssen zum Koppeln mit der Wechsel- oder der Gleichspannungsquelle sowie mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss vorgesehen. Im Fall von wenigstens zwei LED-Strängen ist jedem LED-Strang ein Treiber zur Steuerung derselben zugeordnet ist, wobei jeder Treiber mindestens einen elektronischen Schalter aufweist, anhand dessen der dem Treiber zugeordnete LED-Strang überbrückbar ist, so dass im Wesentlichen nur so viele LED-Stränge nicht überbrückt und mit Strom versorgt sind, dass die Summe der Flussspannungen der LEDs dieser LED-Stränge weniger beträgt als ein Momentanwert einer Wechselspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters. Dieser Aspekt des Betriebs insbesondere an einer Wechselspannungsquelle erlaubt - wie eingangs beschrieben - den Betrieb mit geringer Verlustleistung und unterbundenem Flickern. Der Betrieb ist aufgrund der „floatenden“ Potentiale komplex, aber die Erfindung wirkt sich hier vorteilhaft aus, weil sich der Eingriff an den LED-Strängen praktisch kaum in die Potentialverläufe auswirkt.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist der Stromregler dazu ausgelegt, einen durch die LED-Stränge oder Treiber fließenden Strom mit einem Stromwert in Abhängigkeit von dem Momentanwert einer Wechsel- oder Gleichspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters zu steuern. Optional kann dazu der Stromregler einen zweiten elektronischen Schalter mit einem Steueranschluss umfassen, wobei der erste elektronische Schalter abhängig von dem geöffneten oder geschlossenen Stromschaltkreis durch Schalten das Grund- oder Bezugspotential der Schaltungsanordnung an den Steueranschluss des zweiten elektronischen Schalters anlegt, wodurch der Stromfluss durch den ersten LED-Strang auf den Wert unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts geregelt oder gänzlich unterbunden wird. Durch diesen einfachen Aufbau des Stromreglers kann auch eine wirksame Rückkopplung im Fehlerfall vom fehlerhaften LED-Strang auf den Stromregler realisiert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist ein Spannungsteiler vorgesehen, welcher zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters geschaltet ist, zur Bereitstellung eines Steuersignals an den Steueranschluss des zweiten elektronischen Schalters des Stromreglers. Hier wird der Stromregler zu einem einfachen, aber zweckmäßigen Linearregler, der linear mit einem Bruchteil der (dynamischen) Eingangsspannung gekoppelt ist bzw. anhand dessen gesteuert wird. Der erste elektronische Schalter ist dann ausgelegt, dieses Steuersignal abhängig von dem geöffneten oder geschlossenen Stromschaltkreis auf das Grund- oder Bezugspotential abzuleiten. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Rückkopplung des fehlerhaften LED-Strangs auf den Stromregler greift in die Steuerverbindung zwischen Spannungsteiler und Stromregler ein und übersteuert diese.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist einem Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters ein mit der Hilfsgleichspannungsquelle gekoppelter Hochpass vorgeschaltet, welcher zumindest für eine Einschaltzeit bis zum ersten Erreichen der Flussspannung der LEDs nach dem Einschalten der Schaltungsanordnung den ersten elektronischen Schalter sperrt. Beim Einschalten der Strom- bzw. Spannungsversorgung für die Schaltungsanordnung kann typischerweise zeitlich gesehen die von der Hilfsgleichspannungsquelle gestellte Hilfsgleichspannung bereitgesellt werden, bevor die Pufferkondensatoren zur Pufferung der LED-Stränge aufgeladen sind. Die LEDs werden daher zeitverzögert mit Strom durchflossen. Während dieser Verzögerung würde der erste elektronische Schalter eigentlich einem Stromschaltkreis gegenüberstehen, der entsprechend einem Fehlerfall geöffnet oder geschlossen ist. Die Kopplung des Steueranschlusses des ersten elektronischen Schalters mit einem Hochpass sorgt dafür, dass diese Einschaltzeit bis zur Bestromung der LEDs mit einem Signal am Steueranschluss überbrück wird, das eben keinem Fehlerfall entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass beim Einschalten kein Fehlerfall gemeldet wird.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist ein dem Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters vorgeschalteter Tiefpass vorgesehen, welcher den ersten elektronischen Schalter bei einem während des Betriebs der Schaltungsanordnung hochfrequenten Überbrücken der LED-Stränge, insbesondere aufgrund der Steuerung durch die Treiber, für eine Überbrückungszeit sperrt. Beim Betrieb einer mehrstufigen, für Netzwechselspannung ausgelegten Schaltungsanordnung wie in DE 10 2015 210 510 A1 beschrieben kann sich ein alternierendes, binäres Ein- und Ausschaltmuster für die LED-Stränge ergeben. Beim hochfrequenten Ein- und Ausschalten würde dann jeweils beispielsweise vom nahezu verzögerungsfreien, nicht trägen Optokoppler ein ebenso hochfrequentes Fehlersignal generiert. Damit der erste elektronische Schalter nicht auch noch mit dieser Frequenz betrieben wird, ist diesem der Tiefpass vorgeschaltet.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist ferner eine Erkennungseinrichtung vorgesehen, die ausgelegt ist, ein an der Schaltungsanordnung anliegende Wechselspannung von einer entsprechenden Gleichspannung zu unterscheiden und in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Gleichspannung ein Spannungssignal zu erzeugen. Ferner ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die dazu ausgelegt ist, abhängig von dem erzeugten Spannungssignal den Treiber des ersten LED-Strangs zu übersteuern, um den diesem Treiber zugeordneten ersten LED-Strang im Fall einer anliegenden Gleichspannung permanent zu überbrücken. Die Erkennungseinheit und/oder die Steuereinrichtung ist/sind mit einem Eingangsanschluss des optischen Empfängers des zweiten Optokopplers verbunden, um den zweiten Optokoppler mit Spannung zu versorgen, wenn der erste LED-Strang und damit der optische Empfänger des ersten Optokopplers permanent überbrückt ist. Daraus ergibt sich eine sinnvolle Kombination aus Notstromerkennung und Fehlerfallerkennung, denn im Notstromfall würde der durch Überbrückung deaktivierte erste LED-Strang eigentlich einen Fehlerfall generieren. Durch die Einspeisung der Hilfsgleichspannung auf den zweiten Optokoppler wird das entsprechende Signal vom ersten Optokoppler im Stromschaltkreis aber folgerichtig übersteuert.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung umfasst die Erkennungseinrichtung einen Hochpassfilter, der ausgelegt ist, aus einer zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters anliegenden Ausgangsspannung einen Wechselspannungsanteil zu ermitteln und diesen über einen Tiefpassfilter einem Schwellwertschalter zuzuführen, der abhängig von dem Wechselspannungsanteil das Spannungssignal erzeugen und der Steuereinrichtung zuführen kann. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft für die Not- bzw. Gleichstromerkennung.
  • Gemäß einer alternativen Weiterbildung umfasst die Erkennungseinrichtung einen Controller, der ausgelegt ist, die an den Eingangsanschlüssen oder den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters anliegende Spannung zu messen, aus dem Messergebnis eine Wechselspannung von einer Gleichspannung zu unterscheiden und in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Gleichspannung ein Spannungssignal zu erzeugen und dieses über einen seiner Anschlüsse der Steuereinrichtung zuzuführen. Eine solche Anordnung ist ebenfalls besonders vorteilhaft für die Not- bzw. Gleichstromerkennung.
  • Gemäß einer Weiterbildung dieser beiden vorangegangenen Aspekte weist die Steuereinrichtung einen dritten elektronischen Schalter auf, der ausgelegt ist, anhand des zugeführten Spannungssignals wenigstens einen, einem der LED-Stränge zugeordneten Treiber abhängig von dem Spannungssignal zu übersteuern, um den LED-Strang zu überbrücken. Diese Überbrückung hat sich wie eingangs erwähnt als besonders effizient hinsichtlich einer geringen Verlustleistung und einem reduzierten Flickern erwiesen.
  • Gemäß einer Weiterbildung besitzt im Fall der Notstromerkennung mit Mikrocontroller dieser einen weiteren Anschluss, der mit einem Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters gekoppelt ist, wobei der erste elektronische Schalter ausgelegt ist, einen mit seiner Arbeitselektrode verbundenen Abgriffspunkt des Spannungsteilers abhängig von dem geöffneten oder geschlossenem Stromschaltkreis mit dem Grund-oder Bezugspotential zu verbinden, um das Steuersignal auf das Grund- oder Bezugspotential abzuleiten. Hier wird wie erwähnt der Vorteil genutzt, dass die Steuerung über Mikrocontroller zusätzlich auch die Möglichkeit des Dimmens mit sich bringt. Bei dieser Art des Dimmens kann in der Schaltung mit Stromregler mit Vorteil auf diesen bzw. auf den diesen steuernden Spannungsteiler zugegriffen werden. Dazu wird im Mikrocontroller ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM) erzeugt, dessen Pulsbreite gezielt variiert wird, um über den sich anschließenden Tiefpass den Spannungswert am Spannungsteiler bzw. den Stromwert am Stromregler zu verringern. Eine solche Anordnung mit Mikrocontroller ist beispielsweise in DE10 2015 207 144 A1 beschrieben, deren 2 und 3 mit zugehöriger Beschreibung hier durch Bezugnahme eingeschlossen sind. Diese Anordnung kann ideal mit der erfindungsgemäßen Fehlerfallrückkopplung aus dem LED-Strang kombiniert werden, da auch hier der Stromreglerl heruntergeregelt werden soll (nur eben auf Null Strom). Das Überschreiben des Dimm-PWM-Ausgangssignals am Controller wird durch die Logik im Mikrocontroller bewirkt.
  • Zur Funktionsweise der Grundschaltung ist anzumerken, dass der wenigstens eine Treiber eingerichtet ist, anhand eines Momentanwertes der gleichgerichteten Netzspannung sowie anhand des Überbrückungszustandes eines LED-Strangs einer benachbarten LED-Einheit zu entscheiden, den ihm zugeordneten LED-Strang zu überbrücken. Insbesondere kann der Treiber aufweisen: einen Spitzenwertdetektor, der die Flussspannung des zugeordneten LED-Strangs speichert, oder eine entsprechende Referenzspannungsquelle, und ein Vergleichselement, durch welches jeder Treiber den ihm zugeordneten LED-Strang überbrückt, wenn eine Differenz der Spannungspotentiale zwischen einem Knoten, dessen Potential von dem Momentanwert der Wechselspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters und von dem im Spitzenwertdetektor gespeicherten Wert abhängt, und einer in den Treiber eingegebenen Schwellenspannung ihr Vorzeichen ändert.
  • 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 ohne Mikrocontroller gemäß der Erfindung;
    • 2 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Schaltungsanordnung gemäß 1 mit konkretisierten Ausführungsformen des Spannungsteilers und des Strom- bzw. Linearreglers und der Schaltereinheit mit dem ersten elektronischen Schalter;
    • 3 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Schaltungsanordnung gemäß 1 mit konkretisierten Ausführungsformen der Erkennungseinrichtung, der Steuereinrichtung;
    • 4 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Schaltungsanordnung gemäß 1 mit einer konkretisierten Ausführungsform der Strommesseinrichtung;
    • 5 in vereinfachter schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung mit Mikrocontroller gemäß der Erfindung;
    • 6 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Schaltungsanordnung gemäß 5 mit konkretisierten Ausführungsformen der Erkennungseinrichtung, der Steuereinrichtung, der Dimmereinheit mit dem ersten elektronischen Schalter, des Spannungsteilers und des Strom- bzw. Linearreglers;
    • 7 in vereinfachter schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung mit Mikrocontroller gemäß der Erfindung;
    • 8 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Schaltungsanordnung gemäß 7 mit konkretisierten Ausführungsformen der Erkennungseinrichtung, der Steuereinrichtung, der Dimmereinheit mit dem ersten elektronischen Schalter, des Spannungsteilers und des Strom- bzw. Linearreglers;
    • 9 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus der Schaltungsanordnung gemäß 7 mit einer konkretisierten Ausführungsform der Strommesseinrichtung.
  • Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben wenigstens eines ersten LED-Strangs - und in diesem speziellen Beispiel auch eines zweiten und dritten LED-Strangs - an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle. Die Schaltungsanordnung des ersten Ausführungsbeispiels betrifft eine solche ohne Mikrocontroller. Demgegenüber betreffen die Schaltungsanordnungen des weiter unten beschriebenen zweiten und dritten Ausführungsbeispiels jeweils solche mit Mikrocontroller. Es wird zunächst der Aufbau der Grundschaltung ohne Notstromerkennung etc. beschrieben.
  • Eine Netzwechselspannung (siehe Phasenleiter L und Nullleiter L), die z.B. bei einem Netzspannungsausfall im zentralen Notstrombetrieb auf eine Gleichspannung V2 von 275 Volt bis 176 Volt umgeschaltet bzw. durch diese ersetzt werden kann, 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 abhängigen Spannungspotentialwert mit welchem ein noch zu beschreibender Strom- oder 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 zweier Widerstände R001 und R3 und einer zwischenliegenden Diode D1 mit dem Knoten 261 verbunden. Der Knoten 261 ist über die Serienschaltung zweier Dioden D6 und D7 und einen ohmschen Widerstand R003 mit dem Grund- oder Bezugspotential, also auch mit dem Knoten 142 am Brückengleichrichter gekoppelt, wobei die Kathode der Dioden D1, D6, und D7 in Richtung des Grund- oder Bezugspotentials zeigt. Die ohmschen Widerstände R001, R3, die Dioden D1, D6 und D7 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 einen (nachfolgend als „zweiten“ bezeichneten) elektronischen Schalter in Form von zwei NPN-Transistoren Q1, Q2 in Darlington-Anordnung sowie einen ohmschen Widerstand R5 umfasst, der seriell zu der genannten Darlington-Stufe Q1, Q2 gekoppelt ist. Die Basis des Transistors Q2 stellt den Steueranschluss des 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 sind noch zwei Kondensatoren C3 und C10 vorgesehen, die auf der Seite des Steueranschlusses (Basis) bzw. der Bezugselektrode (Emitter) des Transistors Q2 angeordnet sind und die Spannung stabilisieren.
  • Ferner weist der Spannungsteiler 26 noch eine Einschaltstromverzögerung auf, die eine Diode D2 sowie die mit deren Kathode gekoppelte Parallelschaltung eines Kondensators C6 und eines ohmschen Widerstands R7 umfasst. Dadurch wird erreicht, dass sich die Spannung an der Basis des Transistors Q2 erst langsam erhöht, bis sich der Kondensator C6 auf seinen Spitzenwert aufgeladen hat. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass im Einschaltmoment keine unzulässig hohe Verlustleistung im Transistor Q1 auftritt.
  • Mit Bezug auf 1 ist zwischen die Knoten 141 und 142 eine Serienschaltung von vorliegend drei LED-Einheiten LE1, LE2 und LE3 sowie einem Strom- oder Linearregler 12 gekoppelt. Der Aufbau einer LED-Einheit wird nachfolgend am Beispiel der dritten LED-Einheit LE3 dargestellt, wobei der Aufbau der ersten und zweiten LED-Einheiten LE1 und LE2 im Wesentlichen identisch ist und sich lediglich durch die Anzahl der jeweiligen LEDs und der sich daraus ergebenden Dimensionierung der Bauelemente unterscheidet.
  • Die dritte LED-Einheit LE3 umfasst einen LED-Strang mit den LEDs LED43 bis LED49, demnach 7 LEDs, die seriell zueinander geschaltet sind und somit eine Kaskade bilden. Seriell zu der LED-Kaskade ist eine Diode D33 gekoppelt, wobei der Kopplungspunkt der Diode D33 und der LED-Kaskade einen Knoten N31 darstellt. Der nicht mit der Diode D33 gekoppelte Anschluss der LED-Kaskade stellt einen Knoten N32 dar. Der nicht mit der LED-Kaskade gekoppelte Anschluss der Diode D33 stellt einen dritten Knoten N33 dar. Parallel zur LED-Kaskade kann ein optionaler Kondensator C33 gekoppelt sein, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Elektrolytkondensator ausgebildet ist und insbesondere als Pufferkondensator dient. Zwischen den Knoten N33 und den Knoten N32 ist die Serienschaltung eines Kondensators C32 und einer Diode D32 gekoppelt, wobei der Kopplungspunkt des Kondensators C32 mit der Diode D32 einen Knoten N34 darstellt.
  • Die dritte LED-Einheit LE3 umfasst weiterhin zwei elektronische Schalter Q31 und Q32, wobei die Steuerelektrode (Basis) des Schalters Q31 über die Serienschaltung einer Diode D31 und eines ohmschen Widerstands R31 mit einem Knoten N5 gekoppelt ist. Die Bezugselektrode (Emitter) des Schalters Q31 ist mit dem Knoten N34 gekoppelt, während seine Arbeitselektrode (Kollektor) über einen ohmschen Widerstand R32 mit der Steuerelektrode (Basis) des Schalters Q32 gekoppelt ist. Die Bezugselektrode (Kollektor) des Schalters Q32 ist mit dem Knoten N32 gekoppelt, während seine Arbeitselektrode (Emitter) mit dem Knoten N33 gekoppelt ist.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Schalter Q32 als einzelner PNP-Transistor ausgebildet. Er kann jedoch vorteilhafter Weise auch als Darlington-Stufe realisiert sein und dazu zwei geeignet verschaltete Transistoren (z.B. zwei PNP-Transistoren) umfassen sowie zwei ohmsche Widerstände, wie es beispielsweise in der 1 bezüglich nur der ersten LED-Einheit LE1 gezeigt ist (siehe dort die PNP-Transistoren Q012, Q013).
  • 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 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 Q2 in Darlington-Schaltung, gekoppelt, während ein dritter Knoten N13 der höchstgelegenen LED-Einheit LE1 mit dem Knoten 141 gekoppelt ist. Zwischen den Knoten N5 und dem Knoten N32 vor dem den Strom- oder Linearregler 24 kann eine Hilfsgleichspannungsquelle gekoppelt sein, vorliegend ist diese allerdings zwischen den Knoten N5 und den ersten Knoten N31 der dritten LED-Einheit LE3 gekoppelt, der somit als Abgriffspunkt für die zu erzeugende Hilfsgleichspannung dient. Der Vorteil besteht darin, dass, wenn eine Dimmerfunktion mit Phasenanschnitt realisiert ist - wie hier in den zweiten und dritten Ausführungsbeispiel - die nämlich auf den Strom- oder Linearregler einwirkt, die zwischen der zweiten und dritten LED-Einheit implementierte Hilfsgleichspannungsquelle von diesen Einwirkungen weitestgehend entkoppelt ist. Die Hilfsgleichspannung wird nachfolgend mit VCC bezeichnet.
  • Wie nachfolgend beschrieben wird, können sich während des Betriebs der LED-Einheiten an den einzelnen Knoten und insbesondere auch an dem als Abgriffspunkt für die Erzeugung der Hilfsgleichspannung VCC dienenden Knoten N31 sägezahnähnliche Spannungsverläufe darstellen. Da die Spannungsspitzen dieser sägezahnähnlichen Spannung innerhalb einer Halbwelle der gleichgerichteten Netzwechselspannung zeitlich gut verteilt sind, kann diese sägezahnähnliche Spannung verwendet werden, um mittels eines zwischen dem Knoten N31 und dem Knoten N5 angeordneten RC-Glieds R9, C050 sowie einer gegenüber dem Grund- oder Bezugspotential geschalteten Zenerdiode D050 die Hilfsgleichspannung zu erzeugen. Diese Hilfsspannung besitzt eine nur geringe Restwelligkeit, weshalb im Vergleich zu anderen Hilfsspannungsversorgungen sehr kleine Kapazitäten verwendet werden können. Sie besitzt einen einfachen Aufbau, ist kompakt zu realisieren und folglich auch kostengünstig. Vorteilhaft ist, dass für die Hilfsgleichspannung ein Strom entnommen wird, der andernfalls im Linearregler 24 in Verlustleistung umgewandelt worden wäre.
  • Die (Elektrolyt-)Kondensatoren C013, C023 und C33 sind vergleichsweise groß dimensioniert 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 ausgelegt werden müssen. Entsprechend können diese Kondensatoren kleiner und damit platzsparender ausgeführt sein.
  • Die Dioden D11, D21, D32, sind optional und können eingespart werden, wenn die Transistoren Q11, Q21 und Q31 entsprechend spannungsfest ausgelegt sind.
  • Innerhalb des Spannungsteilers 26 dienen die Dioden D6 und D7 dazu, die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren Q1 und Q2 des 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 Wirkleistungsfaktor ergibt sowie geringe EMV-Störungen.
  • Durch die Dimensionierung der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung kann erreicht werden, dass der Transistor Q012 mit einer Schaltfrequenz von ca. 100 Hz betrieben wird. Ein aufgrund dieser Schaltfrequenz unter Umständen wahrnehmbares Flickern wird durch den zugeordneten Pufferkondensator C013 verhindert oder zumindest unterdrückt. Der Transistor Q22 arbeitet mit einer höheren Schaltfrequenz von ca. 200 Hz und der Transistor Q32 mit einer Schaltfrequenz von ca. 400 Hz.
  • Die Kombination aus dem Kondensator C12 und der Diode D12 stellt einen Spitzenwertdetektor für die LED-Einheit LE1 dar. Entsprechend stellen der Kondensator C22 und die Diode D22 einen Spitzenwertdetektor für die LED-Einheit LE2 und der Kondensator C32 und die Diode D32 einen Spitzenwertdetektor für die LED-Einheit LE3 dar.
  • Die Transistoren Q11, Q21 und Q31 agieren als Vergleichselemente, wie im Folgenden ersichtlich wird. Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung wird nachfolgend beispielhaft anhand der tiefstgelegenen LED-Einheit LE3 beschrieben, die im Verlauf der ansteigenden Sinushalbwelle zuerst und auch zu allermeist schaltet (siehe Schaltfrequenzen oben).
  • Der Widerstand R32 ist in Kombination mit dem Kondensator C32 so ausgelegt, dass der Kondensator C32 auch während der längsten zu erwartenden Einschaltphase des Schalters Q32 nur geringfügig entladen wird. Die Hilfsgleichspannungsquelle gibt eine minimale Spannungsdifferenz gegenüber dem Grund- oder Bezugspotential, beispielsweise in Höhe von 6 V, vor, die bei dem Schalter Q1, Q2 des Linearreglers 24 nicht unterschritten werden soll. Der NPN-Transistor Q31 vergleicht diese Spannung in Höhe von etwa 6 V mit dem Spannungspotential am Knoten N34. Schaltet der PNP-Transistor Q32 durch, so werden die LEDs LED43 bis LED49 überbrückt, das heißt kurzgeschlossen. Dies verschiebt auch die Arbeitspunkte (Spannungspotentiale an den jeweiligen Knoten) der Treiber für die LEDs der anderen LED-Einheiten LE2 und LE1.
  • Jeder LED-Strang wird über einen separaten Treiber angesteuert, der im Beispiel der 1 insbesondere die beiden als Vergleichselement bzw. Überbrückungsschalter dienenden Transistoren Q11, Q012 und Q013 bzw. Q21, Q22 oder Q31, Q32 sowie den beschriebenen Spitzenwertdetektor (mit den Bauelementen R017, C12, D12, R027, C22, D22, R037, 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 angenommen. Ferner sind nach Ablauf einer vorhergehenden Halbwelle alle Schalter der LED-Einheiten, d. h. die Schalter Q11, Q012, Q013, Q21, Q22, Q31, Q32 leitend geschaltet und alle Kondensatoren geladen (sog. eingeschwungener Zustand). Die Flussspannung einer Doppelkern-LED wird zu 6 V angenommen, die einer Diode zu 0,7 V.
  • Infolge der leitend geschalteten Schalter liegt die momentane Ausgangsspannung des Gleichrichters 14 am Knoten 141 auch am Punkt N32 an. Die Knoten N32 und N33 liegen auf demselben Potenzial, da die Schalter Q32 und Q31 leitend angenommen werden. Die von der Hilfsgleichspannungsquelle an den Knoten N5 bereitgestellte Spannung werde im Ausführungsbeispiel zu 6 V angenommen.
  • Der Kondensator C32 sei zu Beginn der Halbwelle aus dem vorherigen Zyklus auf +42 V aufgeladen. Diese 42 V ergeben sich aus 7 mal die Flussspannung der Dioden LED43 bis LED49, wobei jede Flussspannung, wie oben erwähnt, zu 6 V angenommen wird. Somit ergibt sich am Knoten N34 ein Potential von -42 V.
  • Der Knoten N5 ist durch die Hilfsgleichspannungsquelle auf 6 V aufgeladen. Dadurch ergibt sich ein Stromfluss durch die Diode D31, den Widerstand R31 sowie den Transistor Q31, der leitend geschaltet ist, weil an seiner Basis ein Potenzial von ca. 6 V anliegt, an seinem Emitter aber ein Potenzial von etwa minus 42 V. Infolgedessen ist auch der Schalter Q32 leitend. Der Strom fließt demnach am LED-Strang bzw. der Kaskade der LED-Einheit LE3 vorbei, das heißt der LED-Strang ist kurzgeschlossen und nicht bestromt. Gleichermassen sind auch die Schalter Q012, Q013 und Q22 leitend, sodass auch die LED-Stränge der LED-Einheiten LE1 und LE2 nicht bestromt sind. Diese Situation stellt den Ausgangspunkt einer Halbwelle der gleichgerichteten Netzwechselspannung dar.
  • Im weiteren Verlauf der Halbwelle steigt das Spannungspotenzial der Halbwelle an. Aufgrund des proportional dazu anwachsenden Spannungspotenzials am Abgriffspunkt des Spannungsteilers 26, d.h. dem Knoten 261, beginnt der Darlington-Transistor (Q1, Q2) des Strom- oder Linearreglers 24 allmählich leitend zu werden.
  • Das Spannungspotenzial am dritten Knoten N33 entspricht demjenigen am zweiten Knoten N32 in diesem Zustand. Im weiteren Verlauf der Halbwelle steigt das Potenzial am Knoten N33 solange, bis das Potenzial am Knoten N34 auf etwa 5,3 V angestiegen ist, wobei dieser Wert dem Potenzial am Knoten N5 abzüglich der Flussspannung der Diode D31 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt sinkt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q31 auf 0 V, der Transistor Q31 und infolgedessen auch der Transistor Q32 gehen in den Sperrzustand über. Am Kondensator C32 fallen immer noch 42 V ab, so dass das Spannungspotenzial am Knoten N32 in diesem Moment 47,3 V beträgt. Die Potenziale an den Knoten N33 und N32 sind entkoppelt, wobei das Potenzial am Knoten N33 „vor“ dem sperrenden Transistor Q32 bleibt bei 47,3 V über dem Bezugs- oder Grundpotenzial verbleibt.
  • Die Transistoren Q1 und Q2 des durch den Spannungsteiler gesteuerten 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 Q31 und Q32 47,3 V beträgt, abzüglich 7 mal die Flussspannung der Doppelkern-LEDs in Höhe von 6 V, weiter abzüglich 0,7 V für die Flussspannung der Diode D33. Genau dann fließt der Strom über den LED-Strang der LED-Einheit LE3, weshalb ab diesem Zeitpunkt die LEDs dieses LED-Strang bzw. dieser Kaskade leuchten. Zu beachten ist eine mögliche Verzögerung, die durch das Aufladen des Elektrolytkondensators C33 anfallen kann.
  • Unter weiterem Anstieg der Spannungshalbwelle wächst das Potenzial am Knoten N33 weiter an. Aufgrund der konstanten Flussspannung der nun leitenden LEDs LED43 bis LED49 steigt damit auch das Potenzial am Knoten N32 an. Die Spannungsdifferenz zwischen dem Potenzial am Knoten N33 und am Knoten N32 beträgt konstant 47,3 V - 4,6 V = 42,7 V.
  • Die weitere Funktionsweise auch innerhalb der dritten LED-Einheit LE3 ergibt sich nun aus dem Verhalten des LED-Strangs bzw. insbesondere des Treibers der nächsthöherliegenden zweiten LED-Einheit LE2. Der Kondensator C22 ist auf 14 x 6 V = 84 V aufgeladen (nämlich 14 mal die Flussspannung der LEDs LED29 bis LED42).
  • Bei einem Halbwellenpotential von 42,7 V am Knoten 141 liegen diese bis dahin auch am Knoten N23 an, da alle darüberliegenden Schalter Q11 und Q12 noch leitend geschaltet sind. Die Spannung am Knoten N24 beträgt daher 42,7 V - 84 V = -41,3 V. Da die Spannung am Knoten N5 entsprechend der Hilfsspannungsversorgung bzw. - quelle 14 nach wie vor etwa 6 V beträgt, sind die Schalter Q21 sowie Q22 leitend. Bei weiter steigender Halbwelle erhöht sich folglich kontinuierlich das Potenzial am dritten Knoten N23 der zweiten LED-Einheit LE 2 und damit auch das Potenzial an deren vierten Knoten N24. Bei Erreichen des Spannungspotenzials am Knoten N24 in Höhe von 5,3 V (siehe oben) geht der als Komparator arbeitende Schalter bzw. Transistor Q21 und infolgedessen auch der Transistor Q22 in den sperrenden Zustand über und die zweiten und dritten Knoten N22 und N23 der zweiten LED-Einheit LE2 werden voneinander entkoppelt.
  • Mit weiter steigender Eingangsspannung steigt das Potenzial am Knoten N23 weiter an bis 89,3 V erreicht sind, was sich aus 5,3 V am Knoten N24 zuzüglich 14 mal 6 V aus den Flussspannungen des LEDs LED29-LED42 ergibt. Ab diesem Zeitpunkt fließt der Strom über den LED-Strang mit den LEDs LED29 bis LED42 der zweiten LED-Einheit LE2. Bei der nun anliegenden Eingangsspannung von 89,3 V fallen damit am zweiten Knoten N22 der zweiten LED-Einheit LE2 14 mal 6 V zuzüglich 0,7 V für die Flussspannung der Diode D23 ab, also eine Differenz von 84,7 V. Mit anderen Worten, das Spannungspotenzial am Knoten N22 beträgt nur mehr 4,6 V. Da der zweite Knoten N22 der zweiten LED-Einheit LE2 direkt mit dem dritten Knoten N33 der dritten LED-Einheit LE3 elektrisch leitend verbunden ist, beträgt damit auch das Potenzial am dritten Knoten N33 der dritten LED-Einheit LE3 plötzlich lediglich noch 4,6 V.
  • Das Potenzial am Knoten N34 beträgt demnach aufgrund des als konstant aufgeladenen angenommenen Kondensators C32 der dritten LED-Einheit LE3 noch 4,6 V abzüglich 42,0 V, welches -37,4 V ergibt. Damit beträgt die Spannungsdifferenz zwischen dem von der Hilfsspannungsversorgung gespeisten Knoten N5 und dem vierten Knoten N34 der dritten LED-Einheit nun -46,4 V, wodurch der Transistor Q31 und damit auch der Transistor Q32 wieder leitend schalten. Auf diese Weise wird der LED-Strang der dritten LED-Einheit LE3 mit den LEDs LED43 bis LED49 wieder kurzgeschlossen, das heißt er wird nicht mehr bestromt.
  • In entsprechender Weise wird der LED-Strang der LED-Einheit LE1 mit dem LEDs LED1-LED28 bestromt bzw. auch wieder kurzgeschlossen. Insgesamt ergibt sich ein ähnliches Bild, wie es z.B. in 3 der DE 10 2013 222 226 A1 gezeigt ist. Es werden abhängig von der Eingangsspannung immer jeweils gerade so viele LED-Stränge bestromt wie entsprechend Spannung verfügbar ist. Es ergibt sich ein quasi binäres Ein- und Ausschaltmuster für die LED-Stränge über die aufeinander abgestimmte Steuerung der Überbrückung (Transistoren Q012, Q013, Q22, Q32) durch die Treiber. Ein Flickern wird vermieden und die am Linearregler anfallende Verlustleistung minimiert, so dass auch Massnahmen für die Kühlung des Moduls verringert werden können.
  • Mit Bezug auf die 1 und 3 wird nachfolgend eine Erkennungs- und Steuereinrichtung 40 bzw. 20 für den Notstrombetrieb beschrieben, die es ermöglicht, den insoweit oben für den Betrieb unter einer Netzwechselspannung beschriebenen Teil der Schaltungsanordnung unverändert auch mit einer Gleichspannung zwischen 176 Volt und 275 Volt zu betreiben. Dieser weitere Teil der Schaltungsanordnung besitzt eine Erkennungseinrichtung 40, die das Anliegen einer Gleichspannung V1 anstatt einer Netzwechselspannung erkennt und die Steuereinrichtung 20 dazu veranlasst, auf zumindest einen der Treiber bzw. Treiberschaltungen der LED-Einheiten LE1, LE2, LE3 so einzuwirken, dass der entsprechende LED-Strang kurzgeschlossen wird. Da die Treiber wie oben beschrieben eine festgelegte Funktionsweise besitzen, die bei Netzwechselspannung unter anderem auch auf einer hohen Schaltfrequenz bzw. einer im Vergleich zur Entladungszeit der Kondensatoren C12, C22, C32 hinreichend kurzen Schaltperiode beruht, würde der Aufbau in dieser Weise nicht ohne weiteres mit der im Notstrombetrieb üblichen konstanten Gleichspannung in befriedigender Weise funktionieren, bei welcher diese Kondensatoren mit der Zeit entladen, so dass der jeweilige Spitzenwertdetektor in diesem Fall nicht mehr zufriedenstellend arbeitet.
  • Daher ist bei der Schaltungsanordnung vorgesehen, sicherzustellen, dass die LEDs in jeder Spannungslage mit konstanter Helligkeit leuchten. Da die Spannung im Notstrombetrieb eine Gleichspannung von 275 Volt bis 176 Volt ist, die gesamte Vorwärtsspannung der LED-Stränge aber mit vorliegend 28 x 6V + 14 x 6V + 7 x 6V = 168V + 84V + 42V = 294 Volt zumindest deutlich über 176 Volt liegt, müssen dazu ein oder mehrere LED-Stränge deaktiviert werden. Im Ausführungsbeispiel könnte z.B. der LED-Strang der ersten LED-Einheit LE1 mit in Summe 168 Volt Flussspannung deaktiviert werden. Die verbleibenden beiden LED-Stränge der LED-Einheiten LE2 und LE3 bringen in Summe nur noch 126 Volt Flussspannung auf, welches deutlich unter den 176 Volt als Minimalwert für den Notstrombetrieb liegt. Andersherum könnten auch die LED-Stränge der zweiten und dritten LED-Einheiten LE2 und LE3 deaktiviert werden und der Betrieb dann nur noch über die erste LED-Einheit LE1 laufen.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Steuereinrichtung 20 als Teil einer Erkennungsvorrichtung 40 im Detail. Die Steuereinrichtung umfasst für jede betroffene LED-Einheit (im Ausführungsbeispiel nur die eine LED-Einheit LE1) eine Übersteuerungsstufe in dem Sinne, dass die entsprechende Treiberschaltung übersteuert wird. Die (im Aufbau an sich unveränderte) Treiberschaltung agiert folglich nicht mehr entsprechend dem oben beschriebenen Ablauf, vielmehr wird direkt auf den Schalttransistor eingewirkt. Dazu umfasst die Steuereinrichtung 20 einen (nachfolgend als „dritten“ bezeichneten) elektronischen Schalter Q4, welcher als NPN-Transistor ausgebildet ist und dessen Kollektor über einen ohmschen Widerstand R14 mit einem Steueranschluss (Knoten N10) des Überbrückungselements (hier des Schalttransistors Q012) gekoppelt ist. Der Emitter des dritten elektronischen Schalters Q4 ist mit dem Grund-oder Bezugspotential gekoppelt. Zwischen die Basis des Transistors Q4 und das Grund- oder Bezugspotential ist außerdem ein ohmscher Widerstand R13 gekoppelt.
  • Im Normalbetrieb, also insbesondere im Wechselstrom- bzw. AC-Betrieb, ist das Überbrückungselement (d.h., der PNP-Transistor Q012 bzw. Q013) genau dann in einen Kurzschluss-Zustand gesteuert, wenn das Potential an dem vierten Knoten N14 der ersten LED-Einheit LE1 entsprechend niedriger ist als das durch die Hilfsgleichspannungsquelle an der Diode D11 bereitgestellte Potential VCC, so dass ein Basisstrom durch den Transistor Q11 fließt (siehe detaillierte Erläuterung der Funktionsweise oben), in dessen Folge ein Kollektorstrom durch den Transistor Q11 ermöglicht wird, der den Steuerstrom für den Schalttransistor Q012 liefert. Der Ansteuerstrom für das Überbrückungselement (d.h., den Schalttransistor Q012) wird dabei aus dem Kondensator C12 entnommen.
  • Die Überbrückung des LED-Strangs der ersten LED-Einheit LE1 durch Steuerung des Transistors Q012 in einem niederohmig leitenden Zustand beziehungsweise Kurzschluss-Zustand kann daher nur solange erfolgen, wie eine ausreichende Ladung in dem Kondensator C12 zur Verfügung steht. Wie oben beschrieben stellt dies eine für den Gleichstrom- bzw. DC-Betrieb wesentliche Einschränkung dar. Durch die übersteuernde Steuereinrichtung 20 wird aber die Möglichkeit eines gezielten, permanenten Kurzschluss-Zustandes bzw. einer permanenten Überbrückung geschaffen. Über den NPN-Transistor bzw. dritten elektronischen Schalter Q4 kann ein Strompfad für den Basisstrom des Transistors Q11 bereitgestellt werden, wenn an die Basis des dritten elektronischen Schalters Q4 ein (hinreichend) positives Spannungspotential angelegt wird. Ein solches Spannungspotenzial kann beispielsweise - wie in 3 dargestellt - durch die von der Hilfsgleichspannungsquelle bewirkte Spannung VCC in Höhe von 6V gegenüber dem Grund- oder Bezugspotenzial aus der Erkennungseinheit bereitgestellt werden (wenn der Transistor M1 durchschaltet). Liegt diese an, schaltet auch der Transistor Q4 durch. Die Basis des PNP-Transistors Q012 wird in diesem Fall über den ohmschen Widerstand R12 auf das Grund- bzw. Bezugspotenzial gezogen, der Transistor Q012 wird infolgedessen unabhängig von der (momentanen) Funktion des Spitzenwertdetektors (Kondensator C12 und Transistor Q11) leitend geschaltet und der betreffende LED-Strang mit den LEDs LED1 bis LED28 dieser ersten LED-Einheit LE1 gezielt überbrückt.
  • Aufgabe der Erkennungseinrichtung 40 ist es daher in dieser speziellen Schaltungsanordnung, der Steuereinrichtung abhängig vom Resultat der Erkennung bzw. Unterscheidung eines DC-Betriebs von einem AC-Betrieb ein Spannungssignal bzw. - potenzial zu liefern, das im Fall von festgestelltem Gleichstrom (DC-Betrieb) am Ausgang des Brückengleichrichters 14 einen hohen Spannungswert liefert (hier VCC = 6 Volt), um den LED-Strang der ersten LED-Einheit zu überbrücken, und im Fall von festgestellter gleichgerichteter Wechselspannung an diesem Ausgang einen niedrigen Spannungswert zu liefern, hier z.B. entsprechend dem Grund - oder Bezugspotenzial (0 Volt), um nicht auf die Treiberschaltung und insbesondere auf den Transistor Q012 einzuwirken.
  • Zu diesem Zweck ist die Erkennungseinrichtung 40 mit einem Hochpassfilter ausgestattet, welcher die Bauelemente C1, R1 und R2 umfasst. An einem Abgriffspunkt des Hochpassfilters wird mittels einer Diode D3 ein Wechselspannungsanteil abgegriffen. Zwischen den Abgriffspunkt und dem Knoten 141 bzw. dem das positive Spannungspotential führenden ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters 14 ist ein Kondensator C1 gekoppelt, sowie zwischen den Abgriffspunkt und das Grund- oder Bezugspotential eine Serienschaltung aus den ohmschen Widerständen R1 und R2. Die Diode D1 ist mit ihrer Anode mit dem Abgriffspunkt elektrisch gekoppelt. An der Kathode der Diode D1 ist eine Serienschaltung aus einem ohmschen Widerstand R4 und einem ohmschen Widerstand R6 geschaltet, welche zusammen mit einem Kondensator C2 einen Tiefpassfilter bilden. Der Kondensator C2 ist mit dem Grund oder Bezugspotential verbunden. Zu dem Kondensator C2 ist außerdem ein ohmscher Widerstand R8 sowie eine Zener-Diode D4 parallel geschaltet. Die Zenerdiode D4 ist dabei so angeordnet, dass sie eine Ladung des Kondensators C2 über die Diode D3 über die Zenerspannung der Zener-Diode D4 hinaus verhindert. Der durch diesen Aufbau gebildete Abgriffspunkt des Kondensators C2 ist elektrisch gekoppelt mit dem Gate eines P-Kanal-MOSFETS M1. Der Source-Anschluss des MOSFET M1 ist hierbei mit der Hilfsspannung VCC gekoppelt. Die Hilfsspannung VCC kann beispielsweise wie beschrieben von der Hilfsgleichspannungsquelle bereitgestellt sein und zwischen 5 Volt und 6 Volt liegen. Zwischen den Drain-Anschluss des Transistors M1 und das Grund- bzw. Bezugspotential ist der Kondensator C5 geschaltet.
  • Über dem Kondensator C5 kann somit das Schalt- bzw. Spannungssignal abgegriffen werden, das nun z.B. im Wechselspannungsfall 0 Volt, im Gleichspannungsfall VCC = 6 Volt beträgt, denn im Gleichspannungsbetrieb blockiert der Hochpassfilter (Bauelemente C1, R1 und R2) jegliche Spannungsanteile am Gate des P-Kanal-MOSFETS M1 (dort also 0 Volt), der dann nach Vergleich mit der Source-Spannung (VCC) leitend geschaltet ist. Der P-Kanal-MOSFET M1 agiert hier folglich als Schwellwertschalter. Im Wechselspannungsbetrieb liegt dagegen durch den aufgeladenen Kondensator C2 und den ohmschen Widerstand R4 und R6 ein Spannungsbetrag bis hin zur Zenerspannung vor, der so gewählt ist, dass er oberhalb des Schwellwerts des P-Kanal-MOSFETs M1 liegt und diesen sperrt.
  • Parallel zu dem Kondensator C5 ist in der Steuereinrichtung der ohmsche Widerstand R13 geschaltet. Ist der NPN-Transistor bzw. zweite elektronische Schalter Q4 leitend geschaltet, so liegt auch eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand R10 und der Basis-Emitter-Diode des Transistors Q4 parallel zum Kondensator C5. Somit ist immer eine Grundlast bei dem geschalteten Signal mit Spannungswert VCC vorhanden, und auch bei ausgeschaltetem Transistor M1 ein definierter Signalpegel gegeben. Der von der Diode D3 gelieferte Wechselspannungsanteil wird über einen Tiefpass umfassend die Bauelemente D3, D4, R4, R6, C2 und R8 und dem Transistor M1 ausgewertet. Unterschreitet der Spannungswert die Spannungsschwelle UGS des P-Kanal-MOSFETS M1, wird die Hilfsspannung VCC auf die Steuereinrichtung 20 durchgeschaltet. Ein fehlender Wechselspannungsanteil (bei Gleich- bzw. DC-Spannung) in der Netzspannung wird folglich erkannt.
  • Mit Bezug auf 1 und 4 wird eine LED-strangbezogene Strommesseinrichtung 50 erläutert, die mit einer in 2 dargestellten Schaltereinheit 60 zusammenwirkt, die mit dem Strom- oder Linearregler 24 und dem Spannungsteiler 26 gekoppelt ist. Wie in 1 mit Bezug auf den (ersten) LED-Strang der ersten LED-Einheit LE1 zu sehen ist, befindet sich bezüglich der letzten LED28 innerhalb der Kaskade je ein Abgriffspunkt auf der Seite der Anode und der Kathode dieser einen LED28. Mit andern Worten, der „obere“ Abgriffspunkt ist zwischen die Anode der letzten LED28 der Kaskade und der Kathode der vorletzten LED27 der Kaskade gekoppelt, und der „untere“ Abgriffspunkt ist zwischen die Kathode der letzten LED28 und dem Knoten N12 am Fußpunkt der ersten LED-Einheit LE1 bzw. des ersten LED-Strangs gekoppelt.
  • Wie in 4 oben gezeigt ist, wird durch die beiden Abgriffspunkte oberhalb und unterhalb der LED28 eine Masche gebildet, in der ein ohmscher Widerstand R15 und eine Senddiode als optischer Sender LD1 eines ersten Optokopplers U1 in Reihe geschaltet sind. Insbesondere ist diese Reihenschaltung parallel zur LED28 geschaltet. Die Anode der Sendediode ist dabei der Kathode der LED27 zugewandt und ihre Kathode dem Knoten N12. Aufgrund der LED28 fällt zwischen den Abgriffspunkten wie oben erläutert eine (Fluss-)Spannung in Höhe von 6 V ab. Die Sendediode LD1 besitzt beispielweise eine Flussspannung von nur 1,2-1,4 V (beispielsweise ein Baustein PC817A von Sharp). Der Vorwiderstand R15 zum Optokoppler ist daher so gewählt, dass nur ein kleiner, aber ausreichender Strom durch diese Masche fließt. Beispielsweise beträgt der Widerstand R15 etwa 2 kΩ. Fließen folglich Ströme bis zu bspw. 100 mA durch die LED28, so sind es einige wenige mA, die durch die Masche und den Optokoppler U1 fließen. In diesem Bereich ist dieser aber auch empfindlich und schaltet durch.
  • Zu diesem Zweck ist im Optokoppler U1 der Sendediode bzw. dem optischen Sender LD1 ein Fototransistor bzw. optischer Empfänger PD1 bzw. dessen Steueranschluss gegenübergestellt. An seinem Kollektoranschluss ist die Hilfsgleichspannung VCC angelegt bzw. dieser ist mit der Hilfsgleichspannungsquelle verbunden. Der Emitteranschluss ist wiederum mit einem Kollektoranschluss eines zweiten Optokopplers U2 verbunden, genauer: mit dem Kollektoranschluss des optischen Empfängers PD2 dieses Optokopplers U2. Der zweite Optokoppler U2 ist anders als der erste Optokoppler U1 dem zweiten LED-Strang der zweiten LED-Einheit LE2 zugeordnet. Dessen Senddiode bzw. optischer Sender LD2 ist ähnlich wie die Senddiode des ersten Optokopplers U1 zusammen mit einem Vorwiderstand R17 (mit z.B. 2 kQ) in eine Masche parallel zur letzten LED42 des zweiten LED-Strangs in Reihe geschaltet. Die Abgriffspunkte sind analog zum ersten LED-Strang festgelegt.
  • Der optische Empfänger PD2 des zweiten Optokopplers besitzt ferner auch einen Emitteranschluss, der mit dem Kollektoranschluss eines optischen Empfängers PD3 dritten Optokopplers U3 verbunden ist. Der dritte Optokoppler U3 ist dem dritten LED-Strang der dritten LED-Einheit LE3 zugeordnet. Die Bildung einer Masche mit Abgriffspunkten und einer Reihenschaltung aus Vorwiderstand R19 (der 2 kΩ beträgt) und optischem Sender LD3 bzw. der entsprechenden Sendediode ist wie oben beschrieben, nur mit Bezug auf die letzte LED49 der dritten LED-Einheit LE3. Der Emitteranschuss des optischen Empfängers PD3 des dritten Optokopplers U3 ist mit der in 1 und 2 gezeigten Schaltereinheit 60 verbunden, die nachfolgend erläutert wird. Festzustellen bleibt, dass jedem LED-Strang je ein Optokoppler U1, U2, U3 zugeordnet ist, dessen optischer Sender LD1, LD2, LD3 jeweils in einer Masche mit einem in Reihe geschalteten Vorwiderstand parallel zu einer LED verschaltet ist, und dessen optische Empfänger PD1, PD2, PD3 zusammen in einem vom LED-Strang getrennten Stromschaltkreis in Reihe geschaltet sind und von einer Hilfsgleichspannungsquelle mit einer Spannung VCC versorgt werden. Die Optokoppler U1, U2, U3 wirken als Schaltelemente. Wird der betreffende LED-Strang bestromt, fließt auch ein Strom durch die parallele Masche, der optische Sender LD1, LD2 oder LD3 strahlt entsprechend Licht ab und der zugehörige optische Empfänger wird leitend geschaltet. Sind alle LED-Stränge bestromt, wird folglich VCC an die Schaltereinheit durchgeleitet. Sperrt nur einer von ihnen, wird VCC nicht durchgeleitet.
  • Mit Bezug auf 2 wird die Schaltereinheit 60 erläutert. Die Schaltereinheit 60 umfasst einen hier als PNP-Bipolartransistor ausgebildeten ersten elektronischen Schalter Q3, dessen Basis bzw. Steueranschluss über zwei ohmsche Widerstände R16 und R18 mit der Bezugselektrode bzw. dem Emitteranschluss des optischen Empfängers PD3 des unterst liegenden dritten Optokopplers U3 gekoppelt ist. Die Bezugselektrode bzw. der Kollektoranschluss des ersten elektronischen Schalters Q3 ist mit dem Grund- oder Bezugspotential der Schaltungsanordnung verbunden. Die Arbeitselektrode bzw. der Emitteranschluss des ersten elektronischen Schalters Q3 ist mit einem Abgriffspunkt 263 an der Verbindung zwischen dem Abgriffspunkt 261 für das Steuersignal am Spannungsteiler 26 und dem Steueranschluss des zweiten elektronischen Schalters Q2, Q1 gekoppelt.
  • Schaltet der erste elektronische Schalter Q3 leitend, so liegt am Abgriffspunkt 261 des Spannungsteilers 26 und am Steueranschluss des zweiten elektronischen Schalters Q1, Q2 folglich das Grund- oder Bezugspotential an, ein etwaiges Steuersignal am Spannungsteiler wird abgeleitet bzw. übersteuert. Im Normalbetrieb, d.h. wenn kein Fehlerfall vorliegt, wird die Hilfsgleichspannung VCC durch die Optokoppler U1, U2, U3 auf den Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters Q3 durchgeleitet. An seinem Emitteranschluss liegt dann eine dem Steuersignal entsprechende Spannung an, die jedenfalls nicht höher ist als VCC. Der PNP-Transistor sperrt daher, und der Strom- oder Linearregler 24 wird wie beschrieben durch den Spannungsteiler 26 abhängig vom Momentanwert der an den Ausgängen des Gleichrichters 14 anliegenden Spannung gesteuert.
  • In der Schaltereinheit 60 ist auf der Seite des Steueranschlusses des ersten elektronischen Schalters Q3 ein hochohmiger Widerstand R20 vorgesehen, durch welchen der von der Hilfsgleichspannungsquelle und den optischen Empfängern PD1, PD2, PD3 ausgehende Stromschaltkreis mit dem Grund- oder Bezugspotential verbunden ist. Sperrt zumindest einer der Optokoppler U1, U2, U3 aufgrund eines Fehlerfalls, so fällt das am Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters Q3 anliegende Spannungspotential auf das Grund- oder Bezugspotential ab, er wird leitend und leitet somit wie beschrieben das Steuersignal für den Strom- oder Linearregler 24 ab bzw. übersteuert es mit dem Grund- oder Bezugspotential. Am Steueranschluss des zweiten elektronischen Schalters Q1, Q2 liegt dann auch das Grund- oder Bezugspotential an, er sperrt und der Stromfluss durch die Schaltungsanordnung und insbesondere durch die LED-Stränge versiegt. Der Eingangsstrom fällt ebenfalls ab, welches durch ein externes Stromerfassungsgerät sicher erfasst und als Fehlerfall gemeldet werden kann.
  • Auf der Seite des Steueranschlusses des ersten elektronischen Schalters Q3 sind ferner zwei Abgriffspunkte 61 und 62 vorgesehen, die jeweils durch einen Kondensator C8 bzw. C11 gegen die Hilfsgleichspannungsquelle bzw. VCC geschaltet sind und miteinander über einen ohmschen Widerstand R18 verbunden sind. Der Abgriffspunkt 61 ist direkt mit dem Steueranschluss verbunden, der andere Abgriffspunkt 62 ist über eine weiteren ohmschen Widerstand R16 mit dem Emitteranschluss des optischen Enpfängers des dritten Optokoplers und mit dem gegen das Grund- oder Bezugspotential geschalteten ohmschen Widerstand R20 verbunden. Ferner sind beide Abgriffspunkte 61, 62 jeweils durch einen Kondensator C9 bzw. C7 gegen das Grund-oder Bezugspotential geschaltet. Deren Kapazität ist gering, so dass das an den Abgriffspunkten 61, 62 liegende Spannungspotential beim Einschalten von VCC sehr nahe an VCC liegt. Durch diese Anordnung der Kondensatoren und Widerstände C8, C11, C9, C7, R16 und R18 wird ein (zweifacher) Hochpass an den Abgriffspunkten 61, 62 gebildet.
  • Der Hochpass dient dazu, beim Einschalten der Schaltungsanordung bzw. beim Anlegen einer Eingangsspannung eine Einschaltzeit der LED-Stränge zu überbrücken. Die hochkapazitiven Pufferkondensatoren C013, C023 und C33 benötigen dann nämlich eine Zeit zum Aufladen, in welcher die LEDs folglich noch nicht die mit der erforderlichen Spannung (größer gleich der Flussspannung) versorgt werden und Licht abstrahlen können. Die Optokoppler U1, U2, und U3 schalten solange auch noch nicht durch. Der elektronische Schalter Q3 würde in diesem Zustand leitend sein und den Strom- oder Linearregler trotz ansteigendem Steuersignals auf einen Null-Stromfluss herunterregeln. Aus diesem Zustand käme die Schaltungsanordnung nicht mehr heraus. Durch den Hochpass wird ausgenutzt, dass die Hilfsgleichspannungsquelle nach dem Einschalten sehr schnell den Zielwert VCC für die Hilfsgleichspannung erreicht, schneller als das Aufladen der Pufferkondensatoren. Dieser Spannungswert wird über den Hochpass an den Abgriffspunkten 61, 62 aufgebaut und somit am Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters Q3 angelegt, der dadurch zunächst sperrt und dadurch die Stromregelung wie gewünscht zulässt. Über die Widerstände R18, R16, R20 fließt das Spannungspotential langsam ab, dieser Zeitraum und die Dimensionierung der Kondensatoren C8, C11 und Widerstände R18, R16, R20 reicht jedoch aus, die Zeit bis zum Durchschalten der Optokoppler U1, U2, U3 nach dem Einschalten zu überrücken. Dadurch wird ein sicherer Betrieb gewährleistet.
  • Mit Bezug auf 3 wird der Betrieb der Strommesseinrichtung 50 im Notstromfall erläutert. Wie eingangs erläutert gibt der Schwellwertschalter M1 (P-Kanal-MOSFET) der Erkennungseinrichtung 40 ein Spannungssignal mit dem Pegel VCC Drain-seitig an die Steuereinrichtung 20 weiter, wenn das Anliegen von Gleichspannung erkannt wurde. Die Steuereinrichtung 20 verbindet daraufhin den Steueranschluss des Überbrückungsschalters Q012, Q013 in der ersten LED-Einheit LE1 mit dem Grund- oder Bezugspotential. Der erste LED-Strang der ersten LED-Einheit wird dann permanent nicht bestromt und der erste Optokoppler schaltet nicht durch, obwohl kein Fehlerfall vorliegt. An dem Drain-Anschluss (Bezugselektrode) des Schalters M1 ist daher ein Abgriffspunkt 41 vorgesehen, der über eine Diode D5 mit der Arbeitselektrode (Kollektoranschluss) des optischen Empfängers PD2 des zweiten Optokopplers U2 verbunden ist und am sperrenden ersten Optokoppler U1 vorbei die vom Schwellwertschalter M1 im Notstromfall gelieferte Hilfsgleichspannung VCC einspeist. Somit ist auch ein sicherer Betrieb im Notstromfall gewährleistet.
  • Mit Bezug auf 5 und 6 wird ein zweites Ausführungsbeispiel erläutert. Der Aufbau der Grundschaltung mit den die LED-Stränge und deren Treiber aufweisenden LED-Einheiten LE1 bis LE3 ist ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel und Wiederholungen sollen hier vermieden werden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen ähnliche oder identische Bauteile. Auch die Strommesseinrichtung 50 einschließlich ihrer Verschaltung mit den LEDs ist die gleiche wie in 4 gezeigt, und ebenso stimmen auch die Steuervorrichtung 20 für die Überbrückung in der ersten LED-Einheit LE1, der Strom- oder Linearregler 24, und der Spannungsteiler 26 mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein.
  • Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier aber eine einen digitalen Mikrocontroller µC1 aufweisende Erkennungseinrichtung 40' vorgesehen, die zusätzlich eine nachfolgend zu beschreibende Dimmereinrichtung 30 steuert. Die Erkennungseinrichtung 40' weist je einen Eingangsanschluss für die an einem Spannungsteiler abgegriffenen Spannungen auf, die von dem Phasenleiter L und dem Nullleiter N an den Eingangsanschlüssen des Gleichrichters 14 abgegriffen werden, sowie einem Spannungspotential VbLE3, das am Fußpunkt der dritten LED-Einheit LE3 bzw. am Knoten N32 abgegriffen wird. Der Spannungsteiler für den Phasenleiter L weist die ohmschen Widerstände R1 und R20 auf, zwischen denen der Abgriffspunkt verschaltet ist. Dem zum Grund- oder Bezugspotential geschalteten ohmschen Widerstand R20 ist ein Kondensator C2 parallel geschaltet. Ähnlich weist der Spannungsteiler für den Nullleiter N die ohmschen Widerstände R18 und R23 auf, zwischen denen der entsprechende Abgriffspunkt zum Mikrocontroller µC1 verschaltet ist. Dem zum Grund- oder Bezugspotential geschalteten ohmschen Widerstand R23 ist ein Kondensator C5 parallel geschaltet. Ähnlich weist auch der Spannungsteiler für das Spannungspotential VbLE3 die ohmschen Widerstände R24 und R25 auf, zwischen denen der entsprechende Abgriffspunkt zum Mikrocontroller µC1 verschaltet ist. Dem zum Grund- oder Bezugspotential geschalteten ohmschen Widerstand R25 ist ein Kondensator C7 parallel geschaltet.
  • Die drei abgegriffenen Spannungssignale werden im Controller µC1 einem A/D-Wandler zugeführt und anschließend digital ausgewertet. Aus den Signalen der Phasen- und Nullleiter wird erkannt, ob Wechsel- oder Gleichspannung anliegt und ein über einen ersten Ausgangsanschluss des Mikrocontrollers µC1 ein entsprechendes Steuersignal an die Steuervorrichtung 20 ausgegeben wird. Der Mikrocontroller µC1 besitzt einen weiteren (vierten) Eingangsanschluss, über den er mit der Hilfsgleichspannungsquelle verbunden ist und folglich mit der Spannung VCC versorgt wird. Wie im ersten Ausführungsbeispiel kann der Mikrocontroller µC1 im Fall einer erkannten Gleichspannung einen Signalpegel HIGH mit VCC = 6 V an die Steuereinrichtung 20 ausgeben, um den NPN-Transistor Q4 leitend zu schalten und damit die Überbrückung des ersten LED-Strangs wie beschrieben herbeizuführen. Im Wechselspannungsfall kann er ein Signal mit dem Spannungspegel 0 V ausgeben.
  • Durch die Bestimmung der Spannung VbLE3 am Knoten N32 kann festgestellt werden, ob der Kollektoranschluss am Transistor Q1 bzw. Q2 des Strom- oder Linearreglers 24 noch mit dem Emitteranschluss des Überbrückungstransistors Q32 bzw. der Kathode der letzten LED des dritten LED-Strangs verbunden ist bzw. ob überhaupt Strom fließt. Im Fehlerfall kann hier schon vom Mikrocontroller µC1 ein entsprechender Fehler-Flag gesetzt werden.
  • Der Mikrocontroller µC1 besitzt ferner einen Dimmer-Ausgang bzw. -Anschluss DIM, über den die Dimmer-Einrichtung 30 gesteuert wird. Die Dimmereinrichtung 30 umfasst einen ersten elektronischen Schalter Q3, der als NPN-Transistor ausgebildet ist. Wie nachfolgend erläutert wird, entspricht dieser in seiner Funktion in Bezug auf die Erfindung dem ersten elektronischen Schalter des ersten Ausführungsbeispiels. Der Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters Q3 ist über einen (ohmschen) Basisvorwiderstand R6 mit dem Dimmer-Ausgangsanschluss DIM verbunden. Der Steueranschluss ist ferner mit dem Grund- oder Bezugspotential jeweils über einen ohmschen Widerstand R2 und einen Kondensator C1 (parallel geschaltet) verbunden. Die Bezugselektrode (Emitter) des ersten elektronischen Schalters Q3 ist über einen zwischengeschalteten ohmschen Widerstand R4 mit dem Grund- oder Bezugspotential verbunden. Die Arbeitselektrode des ersten elektronischen Schalters Q3 ist mit einem Abgriffspunkt 262 am Spannungsteiler 26 verbunden. Der Abgriffspunkt 262 ist zwischen den ohmschen Widerstand R001 und den ohmschen Widerstand R3 geschaltet. Die Diode D2 ist zwischen den Abgriffspunkt 262 und der Arbeitselektrode geschaltet. Deren Kathode ist dabei direkt mit der Arbeitselektrode verbunden und deren Anode mit dem Abgriffspunkt 262. Die Diode D2 ist zusammen mit ohmschen Widerstand R7 und dem Kondensator C6 Teil der oben beschrieben Einschaltstromverzögerung am Spannungsteiler 26.
  • Die Dimmer-Einrichtung 30 kann zum Dimmen des von der Schaltungsanordnung erzeigten Lichts dienen. Durch ein geeignetes, am Ausgangsanschluss DIM des Mikrocontrollers µC1 ausgegebenes PWM-Signal kann der elektronische Schalter Q3 der Dimmereinrichtung 30 periodisch mit einer gewählten Zeitdauer leitend geschaltet werden, um die Spannung am Abgriffspunkt 262 des Spannungsteilers auf das Grund-oder Bezugspotential zu ziehen. Der Strom- oder Linearregler 24 regelt wie beschrieben abhängig davon den Strom.
  • Dieser Zusammenhang wird von der Erfindung ausgenutzt. Anders als beim ersten Ausführungsbeispiel, wo die Strommesseinrichtung 50 mit einer zusätzlichen Schaltereinheit 60 verbunden ist, ist diese im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Eingangsanschluss ERR des Mikrocontrollers µC1 verbunden. Zwischen der Bezugselektrode des optischen Empfängers PD3 des dritten Optokopplers U3 und dem Eingangsanschluss ERR des Mikrocontrollers µC1 ist ein Knotenpunkt dieser Verbindung über einen ohmschen Widerstand mit dem Grund- oder Bezugspotential verbunden. Solange die Hilfsgleichspannung VCC von den drei Optokopplern U1, U2, U3 zum Mikrocontroller µC1 durchgeleitet wird, stellt dieser anhand eines Vergleichs mit der auch direkt an ihm anliegenden Hilfsgleichspannung VCC fest, dass kein Fehlerfall vorliegt. Die Dimmereinrichtung 30 wird regulär betrieben.
  • Stellt der Mikrocontroller µC1 dagegen fest, dass im Wesentlichen das Grund- oder Bezugspotential an seinem Eingangsanschluss ERR anliegt, d.h., mindestens einer der Optokoppler leitet VC nicht durch und am Eingangsanschluss ERR liegt wegen R8 das Grund- oder Bezugspotential an, so wird nach Vergleich mit den an seinen Eingangsanschlüssen VCC und GND anliegenden Spannungen (an GND liegt das Grund- oder Bezugspotential an) ein Fehlersignal gesetzt und am Dimmer-Ausgangsanschluss DIM dauerhaft der Pegel HIGH (d.h. der Spannungspegel VCC ausgegeben). Der erste elektronische Schalter Q3 leitet dann ebenfalls dauerhaft durch. Das Steuersignal am Abgriffspunkt 261 und infolgedessen auch am Abgriffspunkt 261 sinkt auf das Grund- oder Bezugspotential (wird also gleichsam abgeleitet) und der Strom- oder Linearregler regelt den Strom auf Null. Wieder kann dann aufgrund des verschwindenden Eingangsstroms der Fehlerfall durch ein externes Stromerfassungsgerät erkannt und gemeldet werden.
  • Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel wird der Arbeitselektrode des optischen Empfängers des zweiten Optokopplers U2 über die Diode D5 über eine entsprechende Verbindung zwischen dem betreffenden Ausgangsanschluss BRD (für „bridge“) am Mikrocontroller µC1 und der Diode D5 der Strommesseinrichtung 50 das am Eingang der Steuereinrichtung 20 anliegende Spannungssignal zugeführt werden, wenn vom Mikrocontroller µC1 der Notstromfall erfasst wurde. Mit der Überbrückung der ersten LED-Einheit LE1 wird dadurch auch der erste Optokoppler U1 überbrückt. Somit kann auch im Fall von Schaltungsanordnungen mit Mikrocontroller µC1 ein sicherer Betrieb gewährleistet werden.
  • Mit Bezug auf die 7-9 wird ein drittes Ausführungsbeispiel erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels dar. Es werden nur die Unterschiede erläutert. Gleiche oder ähnliche Teile oder Bauelemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen und die Beschreibung soll zur Vermeidung von Wiederholungen unter Hinweis auf das zweite Ausführungsbeispiel unterbleiben.
  • Die Strommesseinrichtung ist - wie in 9 gezeigt - in drei getrennte Teile 50(1), 50(2) und 50(3) unterteilt. Die Verschaltung der Optokoppler U1, U2, U3 mit der jeweils letzten LED im betreffenden LED-Strang bleibt unverändert. Auf der Empfängerseite ist nun jedoch jede Arbeitselektrode (Kollektor) des optischen Empfängers PD1, PD2, PD3 aller Optokoppler U1, U2, U3 jeweils mit der Hilfsgleichspannungsquelle, also mit dem Spannungspotential VCC verbunden. Gleichermaßen ist nun auch jede Bezugselektrode (Emitter) mit dem Mikrocontroller µC2 jeweils einzeln verbunden. Der Mikrococontroller weist mithin drei entsprechende Eingänge S1, S2, S3 auf. Die Verbindungen zwischen den drei Eingängen S1, S2, S3 und den Bezugselektroden (Emitter) der optischen Empfänger PD1, PD2, PD3 sind jeweils an entsprechenden Knoten über ohmsche Widerstände R8, R10, R16 mit dem Grund- oder Bezugspotential verbunden. Die Schaltereinheit entfällt in diesem und dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Die Funktionsweise ist ähnlich wie im dritten Ausführungsbeispiel. Hier kann allerdings zusätzlich individuell die Bestromung jedes LED-Strangs einzeln überprüft werden. Über eine DALI-Anbindung (nicht in den Figuren gezeigt) am Mikrocontroller µC2 können daher eine weitere Analyse vorgenommen und ggf. steuernde Massnahmen getroffen werden. Beispielsweise könnte - wie im Zusammenhang mit der Steuervorrichtung 20 und der ersten LED-Einheit LE1 gezeigt - eine gezielte und dauerhafte Überbrückung eines fehlerhaften LED-Strangs eingeleitet werden. Die Schaltungsanordnung könnte dadurch in reduziertem Masse weiterbetrieben werden, bis die Leuchte ausgetauscht wird.
  • Es ist anzumerken, dass die Ausführungsbeispiele spezielle Ausführungsformen darstellen und den durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzumfang nicht eingrenzen. Modifikationen sind möglich. Unter anderem ist die Erfindung nicht auf die Überbrückung bestimmter LED-Einheiten in der Schaltungsanordnung begrenzt. Es können beispielsweise auch die zweite und/oder dritte LED-Einheit, oder gar keine überbrückt werden. Es können auch ein, zwei, vier oder mehr LED-Einheiten vorgesehen sein. Statt der Optokoppler können auch andere Schaltelemente verschaltet sein, die etwa Shunt-Widerstände mit Tiefpässen und entsprechende Auswertevorrichtungen aufweisen.
  • Bezugszeichenliste
    • C1
    Kondensator
    C2
    Kondensator
    C3
    Kondensator
    C4
    Kondensator
    C5
    Kondensator
    C6
    Kondensator
    C7
    Kondensator
    C8
    Kondensator
    C9
    Kondensator
    C10
    Kondensator
    C11
    Kondensator
    C12
    Kondensator
    C013
    Elektrolytkondensator
    C22
    Kondensator
    C23
    Elektrolytkondensator
    C32
    Kondensator
    C33
    Elektrolytkondensator
    C050
    Kondensator
    DOut
    Digitaler Ausgangsanschluss
    D001
    Diode
    D2
    Diode
    D002
    Diode
    D3
    Diode
    D003
    Diode
    D4
    Zener-Diode
    D004
    Diode
    D5
    Diode
    D6
    Diode
    D7
    Diode
    D11
    Diode
    D12
    Diode
    D21
    Diode
    D22
    Diode
    D31
    Diode
    D32
    Diode
    D050
    Zener-Diode
    D1001
    Diode
    D1002
    Diode
    D1003
    Diode
    D1004
    Diode
    LD1
    Optischer Sender
    LD2
    Optischer Sender
    LD3
    Optischer Sender
    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
    P-Kanal-MOSFET
    N5
    Knoten
    N10
    Knoten
    N11
    Knoten
    N12
    Knoten
    N13
    Knoten
    N14
    Knoten
    N21
    Knoten
    N22
    Knoten
    N23
    Knoten
    N24
    Knoten
    N31
    Knoten
    N32
    Knoten
    N33
    Knoten
    N34
    Knoten
    PD1
    Optischer Empfänger
    PD2
    Optischer Empfänger
    PD3
    Optischer Empfänger
    Q1
    NPN-Transistor
    Q2
    NPN-Transistor
    Q3
    NPN-Transistor
    Q4
    PNP-Transistor
    Q11
    NPN-Transistor
    Q012
    PNP-Transistor
    Q013
    PNP-Transistor
    Q21
    NPN-Transistor
    Q22
    PNP-Transistor
    Q31
    NPN-Transistor
    Q32
    PNP-Transistor
    R1
    Ohmscher Widerstand
    R001
    Ohmscher Widerstand
    R2
    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
    R10
    Ohmscher Widerstand
    R11
    Ohmscher Widerstand
    R012
    Ohmscher Widerstand
    R013
    Ohmscher Widerstand
    R014
    Ohmscher Widerstand
    R15
    Ohmscher Widerstand
    R16
    Ohmscher Widerstand
    R17
    Ohmscher Widerstand
    R017
    Ohmscher Widerstand
    R18
    Ohmscher Widerstand
    R19
    Ohmscher Widerstand
    R20
    Ohmscher Widerstand
    R21
    Ohmscher Widerstand
    R22
    Ohmscher Widerstand
    R23
    Ohmscher Widerstand
    R24
    Ohmscher Widerstand
    R25
    Ohmscher Widerstand
    R27
    Ohmscher Widerstand
    R31
    Ohmscher Widerstand
    R32
    Ohmscher Widerstand
    R37
    Ohmscher Widerstand
    R102
    Ohmscher Widerstand
    R104
    Ohmscher Widerstand
    R106
    Ohmscher Widerstand
    R108
    Ohmscher Widerstand
    U1
    Optokoppler
    U2
    Optokoppler
    U3
    Optokoppler
    V2
    Netzspannung (Wechsel- oder Gleichspannung im Notstrombetrieb) mit Außen- oder Phasenleiter L und Neutral- oder Nullleiter N
    14
    Gleichrichter
    20
    Steuereinrichtung
    24
    Stromregler
    26
    Spannungsteiler
    30
    Dimmereinrichtung
    40, 40'
    Erkennungseinrichtung
    50
    Strommesseinrichtung
    50(1)-(3)
    Strommesseinrichtung (bezogen auf LED-Einheit)
    60
    Schaltereinheit
    61
    Abgriffspunkt/Knoten
    62
    Abgriffspunkt/Knoten
    141
    Erster Ausgangsanschluss/Knoten
    142
    Zweiter Ausgangsanschluss/Knoten
    261
    Abgriffspunkt/Knoten
    262
    Abgriffspunkt/Knoten
    263
    Abgriffspunkt/Knoten
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015210510 A1 [0002, 0026]
    • DE 102015207144 A1 [0031]
    • DE 102013222226 A1 [0068]

Claims (18)

  1. Schaltungsanordnung zum Betreiben wenigstens eines LED-Strangs an einer Wechsel- oder einer Gleichspannungsquelle, umfassend: wenigstens einen ersten LED-Strang mit einer Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs (LED1-LED28), einen mit dem LED-Strang gekoppelten Stromregler (24), welcher den durch den LED-Strang fließenden Strom regelt, einen dem ersten LED-Strang zugeordnete Strommesseinrichtung (50) umfassend einen Strommessfühler, und einen mit der Strommesseinrichtung gekoppelten ersten elektronischen Schalter (Q3), wobei der Strommessfühler abhängig von einem Stromfluss durch den ersten LED-Strang ein Signal an den ersten elektronischen Schalter (Q3) ausgibt, der abhängig von dem Signal einen mit dem Stromregler (24) gekoppelten Stromschaltkreis öffnet oder schließt, infolgedessen der Stromregler (24) den Stromfluss durch den ersten LED-Strang auf einen Wert unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts regelt oder ganz unterbindet.
  2. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei der Strommessfühler der Strommesseinrichtung (50) einen ersten Optokoppler (U1), der einen optischen Sender, vorzugsweise eine Sendediode, und einen optischen Empfänger umfasst, vorzugsweise ein Fototransistor oder eine Fotodiode, wobei der optische Sender des ersten Optokopplers (U1) parallel zu wenigstens einer ersten LED (LED28, LED42, LED49) der kaskadenartig geschalteten LEDs des ersten LED-Strangs anhand je eines Knotenpunkts auf der Seite einer Anode der wenigstens einen LED sowie auf der Seite einer Kathode dieser ersten LED oder einer in der Kaskade nachfolgenden LED gekoppelt ist, und wobei der optische Empfänger des ersten Optokopplers (U1) mit dem ersten elektronischen Schalter (Q3) gekoppelt ist.
  3. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, umfassend wenigstens einen zweiten LED-Strang mit einer Anzahl von kaskadenartig geschalteten LEDs, der mit dem ersten LED-Strang in Reihe geschaltet ist, wobei der Stromregler den Stromfluss durch den ersten und den zweiten LED-Strang regelt, wobei ein dem zweiten LED-Strang zugeordneter zweiter Optokoppler (U2, U3) vorgesehen ist, der einen optischen Sender und einen optischen Empfänger umfasst, wobei der optische Sender und der optische Empfänger des zweiten Optokopplers (U2, U3) im zweiten LED-Strang verschaltet sind wie der entsprechende optische Sender und der entsprechende optische Empfänger des ersten Optokopplers (U1) im ersten LED-Strang.
  4. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 3, ferner umfassend: eine Hilfsgleichspannungsquelle (VCC), wobei die optischen Empfänger des ersten und des zweiten Optokopplers (U1, U2, U3) in Reihe geschaltet sind, wobei der Eingangsanschluss des zweiten Optokopplers (U2, U3) mit dem Ausgangsanschluss des ersten Optokopplers (U1) verbunden ist, und der Eingangsanschluss des optischen Empfängers des ersten Optokopplers (U1) mit der Hilfsgleichspannungsquelle (VCC) verbunden ist, und der Ausgangsanschluss des optischen Empfängers des zweiten Optokopplers (U2), oder im Fall von einer Vielzahl von LED-Strängen des zuunterst liegenden Optokopplers (U3), mit dem ersten elektronischen Schalter (Q3) verbunden ist.
  5. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 3, ferner umfassend: eine Hilfsgleichspannungsquelle (VCC), wobei der Eingangsanschluss des optischen Empfängers des ersten und des zweiten Optokopplers (U1, U2, U3), oder im Fall von einer Vielzahl von LED-Strängen aller Optokoppler, mit der Hilfsgleichspannungsquelle (VCC) verbunden ist, und der Ausgangsanschluss des optischen Empfängers des ersten und des zweiten Optokopplers, (U1, U2, U3) oder im Fall von einer Vielzahl von LED-Strängen aller Optokoppler, mit dem ersten elektronischen Schalter (Q3) verbunden ist.
  6. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, ferner umfassend: einen Gleichrichter (14) mit Eingangsanschlüssen zum Koppeln mit der Wechsel- oder der Gleichspannungsquelle sowie mit einem ersten (141) und einem zweiten Ausgangsanschluss (142), wobei im Fall von wenigstens zwei LED-Strängen jedem LED-Strang ein Treiber zur Steuerung derselben zugeordnet ist, wobei jeder Treiber mindestens einen elektronischen Schalter (Q012, Q013; Q22; Q32) aufweist, anhand dessen der dem Treiber zugeordnete LED-Strang überbrückbar ist, so dass im Wesentlichen nur so viele LED-Stränge nicht überbrückt und mit Strom versorgt sind, dass die Summe der Flussspannungen der LEDs dieser LED-Stränge weniger beträgt als ein Momentanwert einer Wechselspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen (141, 142) des Gleichrichters.
  7. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Stromregler (24) dazu ausgelegt ist, einen durch die LED-Stränge oder Treiber fließenden Strom mit einem Stromwert in Abhängigkeit von dem Momentanwert einer Wechsel- oder Gleichspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters zu steuern.
  8. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 7, wobei der Stromregler (24) einen zweiten elektronischen Schalter (Q1, Q2) mit einem Steueranschluss umfasst, und der erste elektronische Schalter (Q3) abhängig von dem geöffneten oder geschlossenen Stromschaltkreis durch Schalten den Steueranschluss auf das Grund-oder Bezugspotential der Schaltungsanordnung legt, wodurch der Stromfluss durch den ersten LED-Strang auf den Wert unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts geregelt oder unterbunden wird.
  9. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Spannungsteiler (26), welcher zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters geschaltet ist, zur Bereitstellung eines Steuersignals an den Steueranschluss des zweiten elektronischen Schalters (Q1, Q2) des Stromreglers (24), wobei der erste elektronische Schalter (Q3) ausgelegt ist, das Steuersignal abhängig von dem geöffneten oder geschlossenen Stromschaltkreis auf das Grund- oder Bezugspotential abzuleiten.
  10. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 9, wobei einem Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters (Q3) ein mit der Hilfsgleichspannungsquelle gekoppelter Hochpass vorgeschaltet ist, welcher zumindest für eine Einschaltzeit bis zum ersten Erreichen der Flussspannung der LEDs nach dem Einschalten der Schaltungsanordnung den ersten elektronischen Schalter (Q3) sperrt.
  11. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, ferner umfassend: einen dem Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters (Q3) vorgeschalteten Tiefpass, welcher den ersten elektronischen Schalter (Q3) bei einem während des Betriebs der Schaltungsanordnung hochfrequenten Überbrücken der LED-Stränge, insbesondere aufgrund der Steuerung durch die Treiber, für eine Überbrückungszeit sperrt.
  12. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, ferner umfassend eine Erkennungseinrichtung (40, 40'), die ausgelegt ist, ein an der Schaltungsanliegende Wechselspannung von einer entsprechenden Gleichspannung zu unterscheiden und in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Gleichspannung ein Spannungssignal zu erzeugen, eine Steuereinrichtung (20), die dazu ausgelegt ist, abhängig von dem erzeugten Spannungssignal den Treiber des ersten LED-Strangs zu übersteuern, um den diesem Treiber zugeordneten ersten LED-Strang im Fall einer anliegenden Gleichspannung permanent zu überbrücken, wobei die Erkennungseinheit (40, 40') und/oder die Steuereinrichtung (20) mit einem Eingangsanschluss des optischen Empfängers des zweiten Optokopplers (U2) verbunden ist, um den zweiten Optokoppler (U2) mit Spannung zu versorgen, wenn der erste LED-Strang und damit der optische Empfänger des ersten Optokopplers permanent überbrückt ist.
  13. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 12, wobei die Erkennungseinrichtung (40) einen Hochpassfilter (C1, R1, R2) aufweist, der ausgelegt ist, aus einer zwischen den Ausgangsanschlüssen (141, 142) des Gleichrichters (14) anliegenden Ausgangsspannung einen Wechselspannungsanteil zu ermitteln und diesen über einen Tiefpassfilter (C2, R4, R6, R8, D4) einem Schwellwertschalter (M1) zuzuführen, der abhängig von dem Wechselspannungsanteil das Spannungssignal erzeugen und der Steuereinrichtung (20) zuführen kann.
  14. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 12, wobei die Erkennungseinrichtung (40', 40") einen Controller aufweist, der ausgelegt ist, die an den Eingangsanschlüssen oder den Ausgangsanschlüssen (141, 142) des Gleichrichters (14) anliegende Spannung zu messen, aus dem Messergebnis eine Wechselspannung von einer Gleichspannung zu unterscheiden und in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Gleichspannung ein Spannungssignal zu erzeugen und dieses über einen seiner Anschlüsse der Steuereinrichtung (20) zuzuführen.
  15. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die Steuereinrichtung (20) einen dritten elektronischen Schalter (Q4) aufweist, der ausgelegt ist, anhand des zugeführten Spannungssignals wenigstens einen, einem der LED-Stränge zugeordneten Treiber abhängig von dem Spannungssignal zu übersteuern, um den LED-Strang zu überbrücken.
  16. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 13 mit Rückbezug von diesem auf die Ansprüche 12 und 9, wobei wobei der Controller ferner aufweist: einen weiteren Anschluss (DIM), der mit einem Steueranschluss des ersten elektronischen Schalters (Q3) gekoppelt ist, wobei der erste elektronische Schalter (Q3) ausgelegt ist, einen mit seiner Arbeitselektrode verbundenen Abgriffspunkt (262) des Spannungsteilers (26) abhängig von dem geöffneten oder geschlossenem Stromschaltkreis mit dem Grund- oder Bezugspotential zu verbinden, um das Steuersignal auf das Grund- oder Bezugspotential abzuleiten.
  17. Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Treiber eingerichtet ist, anhand eines Momentanwertes der gleichgerichteten Netzspannung sowie anhand des Überbrückungszustandes eines LED-Strangs einer benachbarten LED-Einheit zu entscheiden, den ihm zugeordneten LED-Strang zu überbrücken.
  18. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Treiber ferner aufweist: einen Spitzenwertdetektor (C12, D12; C22, D22; C32, D32), der die Flussspannung des zugeordneten LED-Strangs speichert, oder eine entsprechende Referenzspannungsquelle, und ein Vergleichselement (Q11, Q21, Q31), durch welches jeder Treiber den ihm zugeordneten LED-Strang überbrückt, wenn eine Differenz der Spannungspotentiale zwischen einem Knoten, dessen Potential von dem Momentanwert der Wechselspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters und von dem im Spitzenwertdetektor gespeicherten Wert abhängt, und einer in den Treiber eingegebenen Schwellenspannung (VCC) ihr Vorzeichen ändert.
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