DE102020208001A1

DE102020208001A1 - Schaltungsanordnung für eine lichtquelle

Info

Publication number: DE102020208001A1
Application number: DE102020208001.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Fischer; Felix Franck
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Inventronics De GmbH
Priority date: 2020-01-27
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-07-29
Also published as: US11252802B2; US20210235560A1

Abstract

Eine Schaltungsanordnung (10) für eine LED-Leuchte enthält eine Mehrzahl von LED-Strängen (11a, 11b, 11c), eine Anodenanschlussleitung (14) zum Verbinden der Mehrzahl von LED-Strängen mit einem Anodenanschluss (15), eine Kathodenanschlussleitung (17) zum Verbinden der Mehrzahl von LED-Strängen mit einem Kathodenanschluss (18), eine Mehrzahl erster Schaltelemente (13), die in Serie in die Anodenanschlussleitung geschaltet sind und sie in einzelne Leitungsabschnitte (14a, 14b, 14c) unterteilen, und eine Mehrzahl zweiter Schaltelemente (16), die in Serie in die Kathodenanschlussleitung geschaltet sind und sie in einzelne Leitungsabschnitte (17a, 17b, 17c) unterteilen. Jeder der LED-Stränge ist über eines der ersten Schaltelemente an der Anodenanschlussleitung und/oder über eines der zweiten Schaltelemente an der Anodenanschlussleitung angeschlossen. Jedes der ersten Schaltelemente ist dazu konfiguriert, dem an ihm angeschlossenen LED-Strang einen Betriebsstrom zuzuführen, die an ihm angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch miteinander zu verbinden, wenn der durch den an ihm angeschlossenen LED-Strang fließende Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt, und die an ihm angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch voneinander zu trennen, wenn der durch den an ihm angeschlossenen LED-Strang fließende Strom einen vorbestimmten Wert unterschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine Lichtquelle, die mehrere Leuchtdioden (LEDs, light emitting diodes) enthält.
In LED-Leuchten sind in der Regel ein oder mehrere LED-Module zur Lichterzeugung integriert. Die dafür verwendeten LED-Module werden oft entsprechend gewünschter Betriebsdaten in einer Weise aufgebaut, in der LED's in Serie in sogenannte Stränge verschaltet werden und mehrere solcher Stränge auf einem Modul parallelgeschaltet werden. Beispielsweise kann ein solches LED-Modul 40 LED's enthalten, wobei vier Stränge parallel geschaltet sind, in denen jeweils zehn LED's in Serie geschaltet sind.
Zum Betrieb solcher parallelgeschalteter LED-Stränge werden in der Regel Konstantstromtreiber verwendet, die unabhängig von der Betriebsspannung der Last einen annähernd konstanten Strom liefern. Dieser Strom entspricht der Summe der Betriebsströme, die die einzelnen LED-Stränge für ihre Funktion benötigen.
Falls bei einem solchen Konstantstrombetrieb ein LED-Strang ausfällt, kann es jedoch zu Problemen kommen. Dabei wird der LED-Strang normalerweise hochohmig. Dieser hochohmige Zustand eines LED-Strangs kann beispielsweise dadurch entstehen, dass durch mechanische Einwirkung eine oder mehrere LED's entfernt werden oder dass elektrische Überlastungen zum Ausfall von LED's führen, die deren elektrische Leitfähigkeit drastisch reduzieren, beispielsweise durch Verdampfen des den LEDchip kontaktierenden Bonddrahts.
In diesem Fall verteilt sich der von dem Treiber gelieferte Gesamtstrom auf eine geringere Anzahl verbleibender LED-Stränge, wodurch diese überlastet werden können. Dadurch kann die Sicherheit der Leuchte gefährdet werden. Durch die Überlastung kann es auch zum Ausfall weiterer LED-Stränge kommen, wodurch dieser Effekt noch verstärkt wird.
Im schlimmsten Fall kann durch derartig überlastete LED-Stränge die Sicherheit des LED-Moduls beeinträchtigt werden. So können beispielsweise Gase oder Material freigesetzt werden, oder es kann durch eine punktuelle oder allgemeine Überhitzung die Berührsicherheit, die durch eine LED-Leuchte gegeben ist, gefährdet sein.
Durch Verwendung von Konstantspannungstreibern in LED-Leuchten kann dieses Sicherheitsrisiko umgangen werden. Dabei gibt der Treiber unabhängig von dem gelieferten Strom eine annähernd konstante Spannung aus. Der gelieferte Strom ergibt sich als Summe der von den LED-Strängen bei dieser Spannung gezogenen Betriebsströme. Fällt einer der parallel geschalteten LED-Stränge aus, reduziert sich der Gesamtstrom des Treibers. Andererseits bleiben der Strom und die Leistungsaufnahme der verbleibenden LED-Stränge nahezu unverändert. Nachteilig ist dabei, dass für jeden LED-Strang ein eigener Strombegrenzungs- bzw. Regelmechanismus vorgesehen werden muss.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung für eine LED-Leuchte dergestalt bereitzustellen, dass die LED-Leuchte bei Ausfall eines einzelnen oder mehrerer LED-Stränge gegen eine Überlastung eines oder mehrerer noch in Funktion befindlicher LED-Stränge geschützt ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, ein LED-Modul gemäß Anspruch 13 bzw. durch eine LED-Leuchte gemäß Anspruch 14. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben. Dabei kann jede Vorrichtung auch durch die untenstehenden bzw. in den Unteransprüchen ausgeführten Merkmale anderer Vorrichtungen weitergebildet sein oder umgekehrt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für eine LED-Leuchte enthält eine Mehrzahl von LED-Strängen, von denen jeder eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden enthält, eine Anodenanschlussleitung zum Verbinden der Mehrzahl von LED-Strängen mit einem Anodenanschluss, eine Kathodenanschlussleitung zum Verbinden der Mehrzahl von LED-Strängen mit einem Kathodenanschluss, eine Mehrzahl erster Schaltelemente, die in Serie in die Anodenanschlussleitung geschaltet sind und sie in einzelne Leitungsabschnitte unterteilen, und eine Mehrzahl zweiter Schaltelemente, die in Serie in die Kathodenanschlussleitung geschaltet sind und sie in einzelne Leitungsabschnitte unterteilen. Jeder der LED-Stränge ist über eines der ersten Schaltelemente an der Anodenanschlussleitung und/oder über eines der zweiten Schaltelemente an der Anodenanschlussleitung angeschlossen. Jedes der ersten Schaltelemente ist dazu konfiguriert, dem an ihm angeschlossenen LED-Strang einen Betriebsstrom zuzuführen, die an ihm angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch miteinander zu verbinden, wenn der durch den an ihm angeschlossenen LED-Strang fließende Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt, und die an ihm angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch voneinander zu trennen, wenn der durch den an ihm angeschlossenen LED-Strang fließende Strom einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
Mit einer solchen Schaltungsanordnung ist es beispielsweise möglich, zu erreichen, dass beim Ausfall eines LED-Strangs die die Schaltungsanordnung versorgenden Leitungen unterbrochen werden, um eine Überlastung eines anderen LED-Strangs zu vermeiden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die LED-Stränge von dem Anodenanschluss aus gesehen in einer ersten Reihenfolge an der Anodenanschlussleitung angeschlossen und von dem Kathodenanschluss aus gesehen in einer zweiten Reihenfolge an der Kathodenanschlussleitung angeschlossen, die invers zu der ersten Reihenfolge ist.
Dadurch kann beispielsweise sichergestellt sein, dass beim Ausfall eines LED-Strangs kein geschlossener Stromkreislauf zwischen einem in der Leuchte enthaltenen Treiber und irgendeinem der übrigen LED-Stränge verbleibt. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass einer der der übrigen LED-Stränge überlastet wird und damit die Sicherheit der Leuchte gefährdet ist oder der überlastete LED-Strang selbst ausfällt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der am weitesten entfernt von dem Anodenanschluss an der Anodenanschlussleitung angeschlossene LED-Strang direkt und nicht über ein erstes Schaltelement mit der Anodenanschlussleitung verbunden und/oder der am weitesten entfernt von dem Kathodenanschluss an der Kathodenanschlussleitung angeschlossene LED-Strang ist direkt und nicht über ein zweites Schaltelement mit der Kathodenanschlussleitung verbunden und/oder jeder LED-Strang, der weder am weitesten entfernt von dem Anodenanschluss an der Anodenanschlussleitung noch am weitesten entfernt von dem Kathodenanschluss an der Kathodenanschlussleitung angeschlossen ist, ist sowohl über ein erstes Schaltelement mit der Anodenanschlussleitung als auch über ein zweites Schaltelement mit der Kathodenanschlussleitung verbunden.
Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass Schaltelemente an Stellen angeordnet werden, an denen sie nicht benötigt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält jedes der ersten und zweiten Schaltelemente einen Bipolartransistor. Dabei ist der Bipolartransistor jedes ersten Schaltelements vorzugsweise ein pnp-Transistor und/oder der Bipolartransistor jedes zweiten Schaltelements vorzugsweise ein npn-Transistor.
Dadurch kann beispielsweise die Schaltfunktion über gut und günstig verfügbare Halbleiterelemente verwirklicht werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist bei dem Bipolartransistor des ersten Schaltelements ein Emitter mit dem Leitungsabschnitt der Anodenanschlussleitung verbunden, der von dem Bipolartransistor aus in Richtung zu dem Anodenanschluss hin führt, ein Kollektor ist mit dem Leitungsabschnitt der Anodenanschlussleitung verbunden, der von dem Bipolartransistor aus in Richtung von dem Anodenanschluss weg führt, und eine Basis ist mit dem entsprechenden LED-Strang verbunden, und/oder bei dem Bipolartransistor des zweiten Schaltelements ist ein Emitter mit dem Leitungsabschnitt der Kathodenanschlussleitung verbunden, der von dem Bipolartransistor aus in Richtung zu dem Kathodenanschluss hin führt, ein Kollektor ist mit dem Leitungsabschnitt der Kathodenanschlussleitung verbunden, der von dem Bipolartransistor aus in Richtung von dem Kathodenanschluss weg führt, und eine Basis ist mit dem entsprechenden LED-Strang verbunden.
Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass der Bipolartransistor über seine Basis-Emitter-Strecke dem LED-Strang einen Betriebsstrom zuführt, bei Betrieb des LED-Strangs die an ihn angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch miteinander verbindet und bei Ausfall des LED-Strangs die an ihn angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch voneinander trennt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Diode in Serie zu einem LED-Strang geschaltet, der ohne Zwischenschaltung eines ersten oder zweiten Schaltelements mit der Anodenanschlussleitung oder der Kathodenanschlussleitung verbunden ist. Die Diode ist vorzugsweise als Basis-Emitter-Strecke eines Bipolartransistors gebildet, dessen Kollektor unbeschaltet belassen ist.
Dadurch kann beispielsweise ein Spannungsausgleich der Basis-Emitter-Spannungen der Bipolartransistoren in den LED-Strängen erzielt werden, die kein erstes bzw. zweites Schaltelement aufweisen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält jedes der ersten und zweiten Schaltelemente einen Feldeffekttransistor. Dabei ist der Feldeffekttransistor jedes ersten Schaltelements vorzugsweise ein p-Kanal-MOSFET und/oder der Feldeffekttransistor jedes zweiten Schaltelements ist vorzugsweise ein n-Kanal-MOSFET.
Dadurch kann beispielsweise die Schaltfunktion über gut und günstig verfügbare Halbleiterelemente verwirklicht werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist bei dem Feldeffekttransistor des ersten Schaltelements eine Source mit dem Leitungsabschnitt der Anodenanschlussleitung verbunden, der von dem Feldeffekttransistor aus in Richtung zu dem Anodenanschluss hin führt, ein Drain ist mit dem Leitungsabschnitt der Anodenanschlussleitung verbunden, der von dem Feldeffekttransistor aus in Richtung von dem Anodenanschluss weg führt, ein Gate ist mit dem entsprechenden LED-Strang verbunden und wobei ferner eine Zenerdiode über ihre Anode mit dem Gate und über ihre Kathode mit der Source verbunden ist und/oder eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden an ihrer Kathodenseite mit dem Gate und an ihrer Anodenseite mit der Source verbunden ist, und/oder bei dem Feldeffekttransistor des zweiten Schaltelements ist eine Source mit dem Leitungsabschnitt der Kathodenanschlussleitung verbunden, der von dem Feldeffekttransistor aus in Richtung zu dem Kathodenanschluss hin führt, ein Drain ist mit dem Leitungsabschnitt der Kathodenanschlussleitung verbunden, der von dem Feldeffekttransistor aus in Richtung von dem Kathodenanschluss weg führt, ein Gate ist mit dem entsprechenden LED-Strang verbunden und wobei ferner eine Zenerdiode über ihre Kathode mit dem Gate und über ihre Anode mit der Source verbunden ist und/oder eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden an ihrer Anodenseite mit dem Gate und an ihrer Kathodenseite mit der Source verbunden ist
Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass dem LED-Strang über die Zenerdioden und/oder die antiparallel zu ihr geschaltete Leuchtdiode oder Serienschaltung von Leuchtdioden ein Betriebsstrom zugeführt wird und dass der Feldeffekttransistor bei Betrieb des LED-Strangs die an ihn angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch miteinander verbindet und bei Ausfall des LED-Strangs die an ihn angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch voneinander trennt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Zenerdiode in Serie zwischen den LED-Strang, der ohne Zwischenschaltung eines zweiten Schaltelements mit der Kathodenanschlussleitung verbunden ist, und die Kathodenanschlussleitung geschaltet, und/oder eine Zenerdiode ist in Serie zwischen den LED-Strang, der ohne Zwischenschaltung eines ersten Schaltelements mit der Anodenanschlussleitung verbunden ist, und die Anodenanschlussleitung geschaltet und/oder eine Zenerspannung jeder Zenerdiode ist um wenige zehntel Volt größer ist als eine Flussspannung oder Summe der Flussspannungen der antiparallel zu der Zenerdiode angeschlossenen Leuchtdiode oder Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden.
Dadurch kann beispielsweise ein Spannungsausgleich in den LED-Strängen erzielt werden, die kein erstes bzw. zweites Schaltelement aufweisen, bzw. es kann beispielsweise erreicht werden, dass im Normalbetrieb kein Betriebsstrom durch die Zenerdioden fließt und somit die Effizienz der Schaltungsanordnung verbessert ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist bei dem Bipolartransistor des ersten Schaltelements ein Emitter mit dem Leitungsabschnitt der Anodenanschlussleitung verbunden, der von dem Bipolartransistor aus in Richtung zu dem Anodenanschluss hin führt, ein Kollektor ist mit dem Leitungsabschnitt der Anodenanschlussleitung verbunden, der von dem Bipolartransistor aus in Richtung von dem Anodenanschluss weg führt, eine Basis ist über einen Widerstand mit dem entsprechenden LED-Strang verbunden und eine Diode ist in Flussrichtung zwischen die Anodenanschlussleitung und den entsprechenden LED-Strang geschaltet, und/oder bei dem Bipolartransistor des zweiten Schaltelements ist ein Emitter mit dem Leitungsabschnitt der Kathodenanschlussleitung verbunden, der von dem Bipolartransistor aus in Richtung zu dem Kathodenanschluss hin führt, ein Kollektor ist mit dem Leitungsabschnitt der Kathodenanschlussleitung verbunden, der von dem Bipolartransistor aus in Richtung von dem Kathodenanschluss weg führt, eine Basis ist über einen Widerstand mit dem entsprechenden LED-Strang verbunden und eine Diode ist in Flussrichtung zwischen die Kathodenseite des entsprechenden LED-Strangs und die Kathodenanschlussleitung geschaltet.
Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass dem LED-Strang über die Dioden ein Betriebsstrom zugeführt wird und dass der Bipolartransistor bei Betrieb des LED-Strangs die an ihn angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch miteinander verbindet und bei Ausfall des LED-Strangs die an ihn angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch voneinander trennt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Diode in Flussrichtung zwischen den LED-Strang, der ohne Zwischenschaltung eines zweiten Schaltelements mit der Kathodenanschlussleitung verbunden ist, und die Kathodenanschlussleitung geschaltet, und/oder eine Diode ist in Flussrichtung zwischen den LED-Strang, der ohne Zwischenschaltung eines ersten Schaltelements mit der Anodenanschlussleitung verbunden ist, und die Anodenanschlussleitung geschaltet.
Dadurch kann beispielsweise ein Spannungsausgleich in den LED-Strängen erzielt werden, die kein erstes bzw. zweites Schaltelement aufweisen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Bipolartransistoren als Darlingtontransistoren ausgeführt und jeweils zwei Dioden sind in Serie zwischen einen LED-Strang und die Anodenanschlussleitung sowie zwischen den LED-Strang und die Kathodenanschlussleitung geschaltet.
Dadurch kann beispielsweise eine Stromverstärkung der Bipolartransistoren erhöht werden, wodurch ein geringerer Basisstrom zum Erzielen des leitenden Zustands erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße LED-Modul enthält zumindest eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.
Mit einem solchen LED-Modul können beispielsweise die Wirkungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bei einem LED-Modul erzielt werden.
Die erfindungsgemäße LED-Leuchte enthält eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und/oder ein erfindungsgemäßes LED-Modul und einen Treiber, der mit dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss der Schaltungsanordnung verbunden ist.
Mit einer solchen LED-Leuchte können beispielsweise die Wirkungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bei einer LED-Leuchte erzielt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Treiber ein Konstantstromtreiber.
Dadurch kann beispielsweise ein besonders einfacher Betrieb parallelgeschalteter LED-Stränge verwirklicht werden.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.

1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3a zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3b zeigt ein schematisches Schaltbild einer Abwandlung der in 3a gezeigten Schaltungsanordnung
4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Im Folgenden werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung 10. Die Schaltungsanordnung kann auf einem in eine LED-Leuchte einsetzbaren LED-Modul verwirklicht sein oder direkt in der LED-Leuchte.
Die Schaltungsanordnung 10 enthält eine Mehrzahl von LED-Strängen, 11a, 11b, 11c, die jeweils aus einer Mehrzahl in Serie geschalteter Leuchtdioden 12 gebildet sind. In der Figur sind als nicht einschränkendes Beispiel drei LED-Stränge 11a, 11b, 11c parallel zueinander geschaltet. Die Anzahl der Leuchtdioden pro Strang sowie die Anzahl parallelgeschalteter Stränge kann beliebig gewählt sein. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn alle LED-Stränge einer betrachteten Schaltungsanordnung mit Leuchtdioden gleichen Typs bestückt sind, und wenn die Anzahl der Leuchtdioden pro Strang innerhalb derselben Schaltungsanordnung jeweils gleich ist. Somit wird sichergestellt, dass die Betriebsspannung jedes LED-Strangs innerhalb derselben Schaltungsanordnung nahezu gleich ist.
Die Anodenseiten der LED-Stränge 11a, 11b, 11c sind über erste Schaltelemente 13 mit einer Anodenanschlussleitung 14 verbunden. Ein Ende der Anodenanschlussleitung 14 ist mit einem Anodenanschluss 15 verbunden, der zum Anschließen eines Pluspols eines in der Figur nicht gezeigten Treibers vorgesehen ist. Als Treiber wird dabei vorzugsweise ein Konstantstromtreiber verwendet.
Ebenso sind die Kathodenseiten der LED-Stränge über zweite Schaltelemente 16 mit einer Kathodenanschlussleitung 17 verbunden. Ein Ende der Kathodenanschlussleitung 17 ist mit einem Kathodenanschluss 18 verbunden, der zum Anschließen eines Minuspols des Treibers vorgesehen ist.
Die ersten und zweiten Schaltelemente 13, 16 sind dabei in Serie in die Anodenanschlussleitung 14 und in die Kathodenanschlussleitung 17 geschaltet und teilen diese in Leitungsabschnitte 14a, 14b, 14c bzw. 17a, 17b, 17c.
Die ersten und zweiten Schaltelemente 13, 16 erfüllen dabei eine doppelte Funktion: Zum einen leiten sie eine über den Anoden- bzw. Kathodenanschluss 13, 16 zugeführte Spannung an den jeweiligen LED-Strang 11a, 11b, 11c weiter, so dass durch diesen ein Betriebsstrom fließen kann. Zum anderen verbinden Sie die Leitungsabschnitte 14a, 14b, 14c bzw. 17a, 17b, 17c miteinander, wenn die entsprechenden LED-Stränge 11a, 11b, 11c in Betrieb sind, also Strom führen. Führt einer der LED-Stränge keinen Strom bzw. unterschreitet der durch den LED-Strang fließende Strom einen vorbestimmten Grenzwert, trennen die Schaltelemente die benachbarten Leitungsabschnitte voneinander ab.
Die LED-Stränge sind jeweils in umgekehrter Reihenfolge an der Anodenanschlussleitung 14 und an der Kathodenanschlussleitung 17 angeschlossen. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel sind der LED-Strang 11a, der LED-Strang 11b und der LED-Strang 11c in dieser Reihenfolge von dem Anodenanschluss 15 aus gesehen an der Anodenanschlussleitung 14 angeschlossen. Dagegen sind der LED-Strang 11c, der LED-Strang 11b und der LED-Strang 11a in dieser Reihenfolge von dem Kathodenanschluss 18 aus gesehen an der Kathodenanschlussleitung 17 angeschlossen, also in umgekehrter Reihenfolge, als sie an der Anodenanschlussleitung 14 angeschlossen sind.
Der am nächsten an dem Anodenanschluss 15 an der Anodenanschlussleitung 14 angeschlossene und somit am weitesten entfernt von dem Kathodenanschluss 18 an der Kathodenanschlussleitung 17 angeschlossene LED-Strang 11a ist direkt mit der Kathodenanschlussleitung 17 verbunden und nicht über ein zweites Schaltelement 16. Ebenso ist der am nächsten an dem Kathodenanschluss 18 an der Kathodenanschlussleitung 17 angeschlossene und somit am weitesten entfernt von dem Anodenanschluss 15 an der Anodenanschlussleitung 14 angeschlossene LED-Strang 11c direkt mit der Anodenanschlussleitung 14 verbunden und nicht über ein erstes Schaltelement 13. Die verbleibenden LED-Stränge (bei dem in 1 gezeigten Beispiel lediglich der LED-Strang 11b) sind sowohl über ein erstes Schaltelement 13 mit der Anodenanschlussleitung 14 als auch über ein zweites Schaltelement 16 mit der Kathodenanschlussleitung 17 verbunden. Somit ist jeder LED-Strang über mindestens ein Schaltelement zwischen die beiden Anschlussleitungen 14, 17 geschaltet.
Bei der oben beschriebenen Anordnung ist keiner der LED-Stränge 11a, 11b, 11c direkt oder über ein entsprechendes Schaltelement 13, 16 sowohl mit dem Anodenanschluss 15 als auch mit dem Kathodenanschluss 18 verbunden. Zwischen jedem LED-Strang 11a, 11b, 11c und zumindest dem Anodenanschluss 15 oder dem Kathodenanschluss 18 liegt zumindest ein erstes oder zweites Schaltelement 13, 16 eines anderen LED-Strangs 11a, 11b, 11c.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung 10 bei Ausfall eines der LED-Stränge 11a, 11b, 11c erläutert:

Fällt der LED-Strang 11a aus, trennt das zugeordnete erste Schaltelement 13 die Leitungsabschnitte 14a und 14b elektrisch voneinander. Auch wenn die beiden verbleibenden LED-Stränge 11b und 11c mit dem Kathodenanschluss 18 verbunden bleiben, ist keiner von ihnen mehr mit dem Anodenanschluss 15 verbunden.

Fällt der LED-Strang 11b aus, trennt das zugeordnete erste Schaltelement 13 die Leitungsabschnitte 14b und 14c elektrisch voneinander, und das zugeordnete zweite Schaltelement 16 trennt die Leitungsabschnitte 17b und 17c elektrisch voneinander. Somit ist der verbleibende LED-Strang 11a nur noch mit dem Anodenanschluss 15 verbunden, aber nicht mehr mit dem Kathodenanschluss 18. Der verbleibende LED-Strang 11c ist nur noch mit dem Kathodenanschluss 18 verbunden, aber nicht mehr mit dem Anodenanschluss 15.
Fällt der LED-Strang 11c aus, trennt das zugeordnete zweite Schaltelement 16 die Leitungsabschnitte 17a und 17b elektrisch voneinander. Auch wenn die beiden verbleibenden LED-Stränge 11a und 11b mit dem Anodenanschluss 15 verbunden bleiben, ist keiner von ihnen mehr mit dem Kathodenanschluss 18 verbunden.
Allgemein ausgedrückt wird durch die oben beschriebene Schaltungsanordnung 10 erreicht, dass die von dem Anodenanschluss 15 aus gesehen hinter dem ausgefallenen LED-Strang an der Anodenanschlussleitung 14 angeschlossenen LED-Stränge (in 1 rechts von dem ausgefallenen LED-Strang) nicht mehr mit dem Anodenanschluss 15 verbunden sind, und dass die von dem Kathodenanschluss 18 aus gesehen hinter dem ausgefallenen LED-Strang an der Kathodenanschlussleitung 17 angeschlossenen LED-Stränge (in 1 links von dem ausgefallenen LED-Strang) nicht mehr mit dem Kathodenanschluss 18 verbunden sind.
Die Schaltungsanordnung 10 erzielt also die Wirkung, dass bei Ausfall eines LED-Strangs keiner der verbleibenden LED-Stränge sowohl mit dem Anodenanschluss 15 als auch mit dem Kathodenanschluss 18 verbunden ist. Somit bildet keiner der verbleibenden LED-Stränge mehr einen geschlossenen Stromkreis mit dem an den Anodenanschluss und an den Kathodenanschluss angeschlossenen Treiber. Daher kann bei Ausfall eines LED-Strangs keiner der verbleibenden LED-Stränge überlastet werden. Damit wird verhindert, dass die Sicherheit der Leuchte gefährdet wird oder dass einer der verbleibenden LED-Stränge selbst ausfällt. Es ist also nicht erforderlich, für jeden einzelnen LED-Strang einen eigenen Strombegrenzungsmechanismus vorzusehen. Dabei ist unerheblich, welcher oder wie viele der LED-Stränge ausfallen, da in jedem Fall der Stromkreis durch die verbleibenden LED-Stränge und den Treiber unterbrochen wird.
Die Funktion der ersten und zweiten Schaltelemente 13, 16 kann auf unterschiedliche Weise verwirklicht sein. Ein erstes Beispiel dafür ist in 2 dargestellt. Dabei sind Elemente, die den in 1 gezeigten entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht erneut beschrieben.
2 zeigt eine Schaltungsanordnung 20, bei der jedes der ersten und zweiten Schaltelemente 13, 16 einen Bipolartransistor 21, 22 enthält. Dabei sind die Bipolartransistoren der ersten Schaltelemente 13 als pnp-Transistoren 21 gebildet und die Bipolartransistoren der zweiten Schaltelemente 16 als npn-Transistoren 22.
Ein Emitter jedes pnp-Transistors 21 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 14a, 14b der Anodenanschlussleitung 14 verbunden, der von dem Transistor 21 aus in Richtung zu dem Anodenanschluss 15 hin führt. Ein Kollektor jedes pnp-Transistors 21 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 14b, 14c der Anodenanschlussleitung 14 verbunden, der von dem Transistor 21 aus in Richtung von dem Anodenanschluss 15 weg führt. Eine Basis jedes pnp-Transistors 21 ist mit der Anodenseite des entsprechenden LED-Strangs 11a, 11b verbunden.
Ein Emitter jedes npn-Transistors 22 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 17a, 17b der Kathodenanschlussleitung 17 verbunden, der von dem Transistor 22 aus in Richtung zu dem Kathodenanschluss 18 führt. Ein Kollektor jedes npn-Transistors 22 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 17b, 17c der Kathodenanschlussleitung 17 verbunden, der von dem Transistor 22 aus in Richtung von dem Kathodenanschluss 18 weg führt. Eine Basis jedes npn-Transistors 22 ist mit der Kathodenseite des entsprechenden LED-Strangs 11b, 11c verbunden.
In jedem LED-Strang wird ein zusätzlicher Spannungsabfall durch die Basis-Emitter-Spannungen des ersten bzw. zweiten Schaltelements 13, 16 erzeugt. Dadurch entstünde in den Strängen, die nur eines der beiden Schaltelemente 13, 16 enthalten, eine andere Spannungsverteilung als in den Strängen, die beide Schaltelemente 13, 16 enthalten. Um die dort fehlende Basis-Emitter-Spannung zu kompensieren, ist jeweils eine Diode 23 in Serie zu jedem der LED-Stränge 11a, 11c geschaltet, die kein erstes bzw. zweite Schaltelement 13, 16 aufweisen. Eine Vorwärtsspannung der Dioden 23 ist so gewählt, dass sie der Sättigungsspannung der Basis-Emitter-Diode des entsprechenden Transistors 21, 22 weitestgehend entspricht. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Dioden durch die Basis-Emitter-Strecke entsprechender Transistoren gebildet werden, deren Kollektoren unbeschaltet belassen werden (Open-Collector-Betrieb).
Im Normalbetrieb der Schaltungsanordnung 20 fließt durch jeden LED-Strang 11a, 11b, 11c ein Betriebsstrom durch die Basis-Emitter-Strecke des pnp-Transistors 21 (oder die stattdessen vorgesehene Diode 23), die Serienschaltung der Leuchtdioden 12 und die Basis-Emitter-Strecke des npn-Transistors 22 (oder die stattdessen vorgesehene Diode 23). Dieser Betriebsstrom sorgt als Basisstrom der jeweiligen Transistoren 21, 22 dafür, dass die Kollektor-Emitter-Strecken der entsprechenden Transistoren 21, 22 leitend werden und somit die Betriebsströme für die nach ihnen an der entsprechenden Leitung angeschlossenen LED-Stränge durchleiten.
Fällt ein LED-Strang aus und wird hochohmig, fließt durch ihn kein Betriebsstrom mehr. Somit fließt auch kein Basisstrom durch die an diesen Strang angeschlossenen Transistorbasen. Damit werden diese Transistoren nichtleitend und trennen die an ihnen angeschlossenen Leitungsabschnitte elektrisch voneinander. Wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben wird dadurch die Stromversorgung der anderen LED-Stränge unterbrochen, weil keiner der verbleibenden LED-Stränge mehr sowohl mit dem Anodenanschluss 15 als auch mit dem Kathodenanschluss 18 verbunden ist. Somit können mit der Schaltungsordnung 20 die gleichen Wirkungen erzielt werden wie mit der Schaltungsordnung 10.
Bei dem in 2 gezeigten Beispiel übernehmen die Transistoren 21, 22 sowohl die Funktion des Zuführens eines Betriebsstroms zu den LED-Strängen 11a, 11b, 11c als auch die Funktion des Verbindens bzw. Trennens der Leitungsabschnitte 14a, 14b, 14c bzw. 17a, 17b, 17c abhängig von dem Betriebszustand des an sie angeschlossenen LED-Strangs.
Diese beiden Funktionen können aber auch getrennt werden, indem eigene Komponenten zur Stromversorgung und -überwachung vorgesehen werden und die Schaltelemente dann in Abhängigkeit von einem erfassten Strom durchgeschaltet oder geöffnet werden.
Ein Beispiel für einen solchen Aufbau ist in 3a dargestellt. Dabei sind Elemente, die den in 1 gezeigten entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht erneut beschrieben.
Gemäß 3a enthält jedes der ersten und zweiten Schaltelemente einen Feldeffekttransistor 31, 32. Dabei sind die Feldeffekttransistoren der ersten Schaltelemente 13 als p-Kanal-MOSFET 31 gebildet und die Feldeffekttransistoren der zweiten Schaltelemente 16 als n-Kanal-MOSFET 32.
Eine Source jedes p-Kanal-MOSFETs 31 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 14a, 14b der Anodenanschlussleitung 14 verbunden, der von dem MOSFET 31 aus in Richtung zu dem Anodenanschluss 15 hin führt. Ein Drain jedes p-Kanal-MOSFETs 31 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 14b, 14c der Anodenanschlussleitung 14 verbunden, der von dem MOSFET 31 aus in Richtung von dem Anodenanschluss 15 weg führt. Ein Gate jedes p-Kanal-MOSFETs 31 ist mit der Anodenseite des entsprechenden LED-Strangs 11a, 11b verbunden. Eine Zenerdiode 33 ist so zwischen Gate und Source jedes p-Kanal-MOSFETs 31 geschaltet, dass ihre Anode mit dem Gate und ihre Kathode mit der Source verbunden sind.
Eine Source jedes n-Kanal-MOSFETs 32 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 17a, 17b der Kathodenanschlussleitung 17 verbunden, der von dem MOSFET 32 aus in Richtung zu dem Kathodenanschluss 18 führt. Ein Drain jedes n-Kanal-MOSFETs 32 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 17b, 17c der Kathodenanschlussleitung 17 verbunden, der von dem MOSFET 32 aus in Richtung von dem Kathodenanschluss 18 weg führt. Ein Gate jedes n-Kanal-MOSFETs 32 ist mit der Kathodenseite des entsprechenden LED-Strangs 11b, 11c verbunden. Eine Zenerdiode 33 ist so zwischen Gate und Source jedes n-Kanal-MOSFETs 32 geschaltet, dass ihre Kathode mit dem Gate und ihre Anode mit der Source verbunden sind.
Zum Spannungsausgleich ist auch je eine Zenerdiode 33 in Rückwärtsrichtung zwischen die Kathodenseite des LED-Strangs 11a und die Kathodenanschlussleitung 17 sowie zwischen die Anodenseite des LED-Strangs 11c und die Anodenanschlussleitung 14 geschaltet.
Somit ist jeder LED-Strang 11a, 11b, 11c in Serie mit zwei in Rückwärtsrichtung angeordneten Zenerdioden 33 zwischen die Anodenanschlussleitung 14 und die Kathodenanschlussleitung 17 geschaltet. Die Zenerdioden 33 übernehmen dabei die Funktion der Stromzufuhr zu den LED-Strängen 11a, 11b, 11c. Sie dienen aber auch zur Überwachung des Betriebsstroms der LED-Stränge 11a, 11b, 11c, indem sie eine Gate-Source-Spannung zum Einschalten der zugehörigen Feldeffekttransistoren erzeugen, die abhängig vom Betriebsstrom des am zugehörigen Gate angeschlossenen LED-Strangs ist.
Im Normalbetrieb der Schaltungsanordnung 30a fließt durch jeden LED-Strang 11a, 11b, 11c ein Betriebsstrom. Dieser Betriebsstrom erzeugt an den Zenerdioden 33 einen Spannungsabfall, der einer Zenerspannung der Zenerdioden 33 entspricht. Diese Zehnerspannung ist so gewählt, dass die Gate-Source-Spannung an dem entsprechenden Transistor groß genug ist, den Transistor zuverlässig durchzuschalten, so dass er die Betriebsströme für die nach ihm an der entsprechenden Leitung angeschlossenen LED-Stränge durchleiten kann.
Fällt ein LED-Strang aus und wird hochohmig, fließt durch ihn kein Betriebsstrom mehr. Somit fällt an den zugeordneten Zenerdioden auch nicht mehr die Zenerspannung ab. Dadurch wird die Gate-Source-Spannung an den entsprechenden Transistoren so klein, dass sie sperren und die an ihnen angeschlossenen Leitungsabschnitte voneinander trennen. Wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben wird dadurch die Stromversorgung der anderen LED-Stränge unterbrochen, weil keiner der verbleibenden LED-Stränge mehr sowohl mit dem Anodenanschluss 15 als auch mit dem Kathodenanschluss 18 verbunden ist. Somit können mit der Schaltungsordnung 30a die gleichen Wirkungen erzielt werden wie mit der Schaltungsordnung 10.
3b zeigt eine Abwandlung der in 3a gezeigten Schaltungsanordnung. Bei dieser Schaltungsanordnung 30b ist antiparallel zu jeder Zenerdiode 33 eine Leuchtdiode 34 oder eine Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden 34 zwischen Gate und Source des jeweiligen Transistors geschaltet. Als Beispiel sind in der Figur zwei Leuchtdioden 34 in Serienschaltung gezeigt. Dabei ist jeweils die Anodenseite der Serienschaltung von Leuchtdioden 34 mit der Kathode der Zenerdiode 33 verbunden und die Kathodenseite der Serienschaltung von Leuchtdioden 34 ist mit der Anode der Zenerdiode 33 verbunden. Die Zenerspannung jeder Zenerdiode 33 ist um wenige zehntel Volt größer gewählt als eine Flussspannung bzw. Summe der Flussspannungen der antiparallel zu ihr angeschlossenen Serienschaltung von Leuchtdioden 34. An den Stellen, an denen ein LED-Strang ohne Schaltelement an der Anoden- oder Kathodenanschlussleitung angeschlossen ist, kann die Zenerdiode 33 entfallen und nur die Serienschaltung von Leuchtdioden 34 vorgesehen sein.
Somit fließt im Normalbetrieb der Betriebsstrom eines LED-Strangs nicht durch die Zenerdiode 33, sondern durch die antiparallel zu ihr angeschlossene Serienschaltung von Leuchtdioden 34. Dabei wird zwar aufgrund der ungefähren Entsprechung zwischen Zenerspannung und der Summe der Flussspannungen ungefähr die gleiche elektrische Leistung verbraucht wie in dem Fall, in der der der Betriebsstrom durch die Zenerdiode 33 fließen würde. Diese Leistung wird jedoch durch die Serienschaltung von Leuchtdioden 34 in zusätzliches Licht umgesetzt. Sie wird also für den Betrieb des LED-Moduls oder der LED-Leuchte genutzt und geht nicht als Verlustleistung in Form von Wärme verloren. Im Normalbetrieb ist die Schaltungsanordnung 30b somit effizienter als die Schaltungsanordnung 30a.
Fällt ein LED-Strang aus und wird hochohmig, fließt auch kein Betriebsstrom mehr durch die zugeordnete Serienschaltung von Leuchtdioden 34, und somit fällt daran auch keine Flussspannung mehr ab. Somit wird auch bei der Schaltungsanordnung 30b die Gate-Source-Spannung an den entsprechenden Transistoren so klein, dass sie sperren und die an ihnen angeschlossenen Leitungsabschnitte voneinander trennen. Die Schaltungsanordnung 30b erzielt also bei Ausfall eines LED-Strangs dieselbe Wirkung wie die Schaltungsanordnung 30a.
Sowohl im Normalfall als auch beim Ausfall eines LED-Strangs ist die Zenerdiode also ohne Funktion und könnte von daher weggelassen werden. Sie erhöht jedoch die Schutzwirkung der Schaltungsanordnung für den Fall, in dem eine Leuchtdiode 34 aus der Serienschaltung von Leuchtdioden 34 ausfällt. In diesem Fall wird die Gate-Source-Spannung an den entsprechenden Transistoren nicht herabgesetzt, sondern kann im Gegenteil noch erhöht werden (insbesondere bei fehlender Zenerdiode). Die auftretende Überspannung würde den betroffenen Feldeffekttransistor noch stärker einschalten (noch niederohmiger machen). Die verbleibenden LED-Stränge würden also nicht durch Unterbrechen des Stromkreises vor Überlastung geschützt werden. Die Überspannung am Gate kann sogar zu einer Zerstörung des Feldeffekttransistors führen, so dass er dauerhaft niederohmig wird. Somit hat die gezeigte Schaltungsanordnung eine höhere Schutzwirkung als in dem Fall, in dem die Zenerdioden wegelassen würden.
Ein weiteres Beispiel für einen Schaltungsaufbau, bei dem die Funktionen des Zuführens eines Betriebsstroms zu den LED-Strängen und des Verbindens bzw. Trennens der Leitungsabschnitte durch separate Elemente verwirklicht werden, ist in 4 dargestellt. Dabei sind Elemente, die den in 1 gezeigten entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht erneut beschrieben.
4 zeigt eine Schaltungsanordnung 40, bei der jedes der ersten und zweiten Schaltelemente einen Bipolartransistor 41, 42 enthält. Wie bei der in 2 gezeigten Schaltungsanordnung 20 sind die Bipolartransistoren der ersten Schaltelemente 13 als pnp-Transistoren 41 gebildet und die Bipolartransistoren der zweiten Schaltelemente 16 als npn-Transistoren 42. Auch die Verschaltung der Emitter-Kollektor- bzw. der Kollektor-Emitter-Strecken der Bipolartransistoren 41, 42 ist ähnlich wie bei der Schaltungsanordnung 20.
Ein Emitter jedes pnp-Transistors 41 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 14a, 14b der Anodenanschlussleitung 14 verbunden, der von dem Transistor 41 aus in Richtung zu dem Anodenanschluss 15 hinführt. Ein Kollektor jedes pnp-Transistors 41 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 14b, 14c der Anodenanschlussleitung 14 verbunden, der von dem Transistor 41 aus in Richtung von dem Anodenanschluss 15 wegführt. Eine Basis jedes pnp-Transistors 41 ist über einen Widerstand 44 mit der Anodenseite des entsprechenden LED-Strangs 11a, 11b verbunden. Eine Diode 43 ist in Flussrichtung zwischen den Emitteranschluss des Transistors 41 und die Anodenseite desselben LED-Strangs geschaltet. Der Transistors 41 wird durch den an der Anodenseite des entsprechenden LED-Strangs 11a, 11b zusätzlich angeschlossenen Widerstand 44 angesteuert.
Ein Emitter jedes npn-Transistors 42 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 17a, 17b der Kathodenanschlussleitung 17 verbunden, der von dem Transistor 42 aus in Richtung zu dem Kathodenanschluss 18 führt. Ein Kollektor jedes npn-Transistors 42 ist mit demjenigen Leitungsabschnitt 17b, 17c der Kathodenanschlussleitung 17 verbunden, der von dem Transistor 42 aus in Richtung von dem Kathodenanschluss 18 weg führt. Eine Basis jedes npn-Transistors 42 ist über einen Widerstand 44 mit der Kathodenseite des entsprechenden LED-Strangs 11b, 11c verbunden. Eine Diode 43 ist in Flussrichtung zwischen die Kathodenseite des entsprechenden LED-Strangs 11b, 11c und den Emitteranschluss des Transistors 42 geschaltet, der durch den Widerstand 44 angesteuert wird, der an der Kathodenseite desselben LED-Strangs zusätzlich angeschlossen ist.
Zum Spannungsausgleich ist auch je eine Diode 43 zwischen die Kathodenseite des LED-Strangs 11a und die Kathodenanschlussleitung 17 sowie zwischen die Anodenseite des LED-Strangs 11c und die Anodenanschlussleitung 14 geschaltet.
Somit ist jeder LED-Strang 11a, 11b, 11c in Serie mit zwei in Flussrichtung angeordneten Dioden 43 zwischen die Anodenanschlussleitung 14 und die Kathodenanschlussleitung 17 geschaltet. Die Dioden 43 übernehmen dabei die Funktion der Stromzufuhr zu den LED-Strängen 11a, 11b, 11c. Sie dienen aber auch zur Überwachung des Betriebsstroms der LED-Stränge 11a, 11b, 11c.
Im Normalbetrieb der Schaltungsanordnung 40 fließt durch jeden LED-Strang 11a, 11b, 11c ein Betriebsstrom. Dieser Betriebsstrom erzeugt an den Dioden 43 einen Spannungsabfall, der einer Durchflussspannung der Dioden 43 entspricht. Diese Durchflussspannung und der Widerstandswert des Widerstands 44 sind so gewählt, dass der Basisstrom, der in den entsprechenden Transistor fließt, groß genug ist, den Transistor zuverlässig durchzuschalten, so dass er die Betriebsströme für die nach ihm an der entsprechenden Leitung angeschlossenen LED-Stränge durchleiten kann.
Fällt ein LED-Strang aus und wird hochohmig, fließt durch ihn kein Betriebsstrom mehr. Somit fällt an den zugeordneten Dioden auch nicht mehr die Durchflussspannung ab. Dadurch wird der in die entsprechenden Transistoren fließende Basisstrom so klein, dass sie sperren und die an ihnen angeschlossenen Leitungsabschnitte voneinander trennen. Wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben wird dadurch die Stromversorgung der anderen LED-Stränge unterbrochen, weil keiner der verbleibenden LED-Stränge mehr sowohl mit dem Anodenanschluss 15 als auch mit dem Kathodenanschluss 18 verbunden ist. Somit können mit der Schaltungsordnung 40 die gleichen Wirkungen erzielt werden wie mit der Schaltungsordnung 10. Ein Vorteil gegenüber der in 3a gezeigten Schaltungsanordnung 30a liegt darin, dass die Verluste, die durch den Betriebsstrom der LED-Stränge in den Überwachungselementen (dort Zenerdioden 33, hier Dioden 43) verursacht werden, geringer sind.
Die Bipolartransistoren 41, 42 können auch als Darlingtontransistoren ausgeführt sein. In diesem Fall sind als Stromüberwachungselemente jeweils zwei in Serie geschaltete Dioden 43 zu verwenden, da sonst keine zum Schalten der Darlingtontransistoren ausreichend hohe Steuerspannung erzeugt wird.
Nicht nur zur Erhöhung der Lichtausbeute des betrachteten Moduls sondern auch zur besseren Ansteuerung der Bipolartransistoren 41, 42 können in der Schaltungsanordnung 40 die Dioden 43 ebenso als Leuchtdioden ausgeführt sein (nicht dargestellt in 4). Die Leuchtdioden können entsprechend den beschriebenen Leuchtdioden 12 ausgeführt sein, die in den LED-Strängen (11a, 11b, 11c) verwendet werden. Die Flussspannung der Leuchtdioden ist um Faktoren höher als die von den nichtleuchtenden Dioden (wie in 4 dargestellt). Damit werden die technischen Anforderungen zur Ansteuerung besagter Darlingtontransistoren erfüllt. Auch die Ansteuerung normaler Bipolartransistoren wird dadurch wesentlich robuster und vor allem unabhängiger von ihren eigenen Toleranzen sowie von denen der Dioden 43, weil mehr Spannung an den Widerständen 44 abfallen kann, und diese somit wesentlich hochohmiger dimensioniert werden können. Somit wird der Steuerstrom für die Bipolartransistoren 41, 42 im Wesentlichen durch den Wert der Widerstände 44 eingestellt. Bei nichtleuchtenden Dioden mit einer Flussspannung ähnlich einer Basis-Emitter-Sättigungsspannung ist der dominante Faktor die sehr toleranzanfällige und sehr kleine Differenz zwischen diesen beiden Spannungen (Flussspannung und Basis-Emitter-Sättigungsspannung). Um daraus trotzdem noch ausreichend Steuerstrom zu generieren, müssen in der dargestellten Variante mit nichtleuchtenden Dioden 43 die Widerstände 44 relativ niederohmig ausgelegt werden, womit sie kaum noch als Strombegrenzer wirken können.
Jede der oben beschriebenen Schaltungsanordnungen 10-40 kann fest in einer LED-Leuchte integriert sein. Sie kann aber auch als LED-Modul gebildet sein und in eine LED-Leuchte eingesetzt sein, wobei das Modul jeweils über den Anodenanschluss und den Kathodenanschluss mit einem in der LED-Leuchte bereitgestellten Treiber elektrisch verbunden ist. Eine so gebildete LED-Leuchte kann ein oder mehrere solcher LED-Module enthalten. In einer weiteren Alternative können die einzelnen LED-Stränge als LED-Module gebildet sein, wobei die Schaltungsanordnung mit den Schaltelementen in der LED-Leuchte angeordnet ist und die LED-Module durch Einsetzen in die Leuchte mit den jeweiligen Schaltelementen verbunden werden.
Bezugszeichenliste

10, 20, 30a, 30b, 40: Schaltungsanordnung
11a-c: LED-Strang
12: Leuchtdiode, LED
13: erstes Schaltelement
14: Anodenanschlussleitung
14a-c,: Leitungsabschnitt
15: Anodenanschluss
16: zweites Schaltelement
17: Kathodenanschlussleitung
17a-17c: Leitungsabschnitt
18: Kathodenanschluss
21: pnp-Transistor
22: npn-Transistor
23: Diode
31: p-Kanal-MOSFET
32: n-Kanal-MOSFET
33: Zenerdiode
34: Leuchtdiode oder Serienschaltung von Leuchtdioden
41: pnp-Transistor
42: npn-Transistor
43: Diode oder Leuchtdiode
44: Widerstand

Claims

Schaltungsanordnung (10, 20, 30a, 30b, 40) für eine LED-Leuchte, enthaltend: eine Mehrzahl von LED-Strängen (11a, 11b, 11c), von denen jeder eine Leuchtdiode (12) oder eine Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden (12) enthält, eine Anodenanschlussleitung (14) zum Verbinden der Mehrzahl von LED-Strängen (11a, 11b, 11c) mit einem Anodenanschluss (15), eine Kathodenanschlussleitung (17) zum Verbinden der Mehrzahl von LED-Strängen (11a, 11b, 11c) mit einem Kathodenanschluss (18), eine Mehrzahl erster Schaltelemente (13), die in Serie in die Anodenanschlussleitung (14) geschaltet sind und sie in einzelne Leitungsabschnitte (14a, 14b, 14c) unterteilt, und eine Mehrzahl zweiter Schaltelemente (16), die in Serie in die Kathodenanschlussleitung (17) geschaltet sind und sie in einzelne Leitungsabschnitte (17a, 17b, 17c) unterteilt, wobei jeder der LED-Stränge (11a, 11b, 11c) über eines der ersten Schaltelemente (13) an der Anodenanschlussleitung (14) angeschlossen ist und/oder über eines der zweiten Schaltelemente (16) an der Kathodenanschlussleitung (17) angeschlossen ist, wobei jedes der Schaltelemente (13, 16) dazu konfiguriert ist, dem an ihm angeschlossenen LED-Strang (11a, 11b, 11c) einen Betriebsstrom zuzuführen, die an ihm angeschlossenen Leitungsabschnitte (14a, 14b, 14c; 17a, 17b, 17c) elektrisch miteinander zu verbinden, wenn der durch den an ihm angeschlossenen LED-Strang (11a, 11b, 11c) fließende Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt, und die an ihm angeschlossenen Leitungsabschnitte (14a, 14b, 14c; 17a, 17b, 17c) elektrisch voneinander zu trennen, wenn der durch den an ihm angeschlossenen LED-Strang (11a, 11b, 11c) fließende Strom einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
Schaltungsanordnung (10, 20, 30a, 30b, 40) gemäß Anspruch 1, bei der die LED-Stränge (11a, 11b, 11c) von dem Anodenanschluss (15) aus gesehen in einer ersten Reihenfolge an der Anodenanschlussleitung (14) angeschlossen sind und die LED-Stränge (11c, 11b, 11a) von dem Kathodenanschluss (18) aus gesehen in einer zweiten Reihenfolge an der Kathodenanschlussleitung (17) angeschlossen sind, die invers zu der ersten Reihenfolge ist.
Schaltungsanordnung (10, 20, 30a, 30b, 40) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der am weitesten entfernt von dem Anodenanschluss (15) an der Anodenanschlussleitung (14) angeschlossene LED-Strang (11c) ohne ein erstes Schaltelement (13) mit der Anodenanschlussleitung (14) verbunden ist und/oder der am weitesten entfernt von dem Kathodenanschluss (18) an der Kathodenanschlussleitung (17) angeschlossene LED-Strang (11 a) ohne ein zweites Schaltelement (16) mit der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist und/oder jeder LED-Strang (11a), der weder am weitesten entfernt von dem Anodenanschluss (15) an der Anodenanschlussleitung (14) angeschlossen ist noch am weitesten entfernt von dem Kathodenanschluss (18) an der Kathodenanschlussleitung (17) angeschlossen ist, sowohl über ein erstes Schaltelement (13) mit der Anodenanschlussleitung (14) verbunden ist als auch über ein zweites Schaltelement (16) mit der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist.
Schaltungsanordnung (20; 40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der jedes der ersten und zweiten Schaltelemente (13, 16) einen Bipolartransistor (21, 22; 41, 42) enthält, wobei der Bipolartransistor (21; 41) jedes ersten Schaltelements (13) vorzugsweise ein pnp-Transistor ist und/oder der Bipolartransistor (22; 42) jedes zweiten Schaltelements (16) vorzugsweise ein npn-Transistor ist.
Schaltungsanordnung (20) gemäß Anspruch 4, bei der bei dem Bipolartransistor (21) des ersten Schaltelements (13) ein Emitter mit dem Leitungsabschnitt (14a, 14b) der Anodenanschlussleitung (14) verbunden ist, der von dem Bipolartransistor (21) aus in Richtung zu dem Anodenanschluss (15) hin führt, ein Kollektor mit dem Leitungsabschnitt (14b, 14c) der Anodenanschlussleitung (14) verbunden ist, der von dem Bipolartransistor (21) aus in Richtung von dem Anodenanschluss (15) weg führt, und eine Basis mit dem entsprechenden LED-Strang (11a, 11b) verbunden ist, und/oder bei dem Bipolartransistor (22) des zweiten Schaltelements (16) ein Emitter mit dem Leitungsabschnitt (17a, 17b) der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist, der von dem Bipolartransistor (22) aus in Richtung zu dem Kathodenanschluss (18) hin führt, ein Kollektor mit dem Leitungsabschnitt (17b, 17c) der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist, der von dem Bipolartransistor (22) aus in Richtung von dem Kathodenanschluss 18 weg führt, und eine Basis mit dem entsprechenden LED-Strang (11b, 11c) verbunden ist.
Schaltungsanordnung (20) gemäß Anspruch 4 oder 5, bei der eine Diodenstrecke (23) in Serie zu einem LED-Strang (11a, 11c) geschaltet ist, der ohne Zwischenschaltung eines ersten oder zweiten Schaltelements (13, 16) mit der Anodenanschlussleitung (14) oder der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist, wobei die Diodenstrecke (23) vorzugsweise als Basis-Emitter-Strecke eines Bipolartransistors gebildet ist, dessen Kollektor unbeschaltet belassen ist.
Schaltungsanordnung (30a, 30b) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der jedes der ersten und zweiten Schaltelemente (13, 16) einen Feldeffekttransistor (31, 32) enthält, wobei der Feldeffekttransistor (31) jedes ersten Schaltelements (13) vorzugsweise ein p-Kanal-MOSFET ist und/oder der Feldeffekttransistor (32) jedes zweiten Schaltelements (16) vorzugsweise ein n-Kanal-MOSFET ist.
Schaltungsanordnung (30a, 30b) gemäß Anspruch 7, bei der bei dem Feldeffekttransistor (31) des ersten Schaltelements (13) eine Source mit dem Leitungsabschnitt (14a, 14b) der Anodenanschlussleitung (14) verbunden ist, der von dem Feldeffekttransistor (31) aus in Richtung zu dem Anodenanschluss (15) hin führt, ein Drain mit dem Leitungsabschnitt (14b, 14c) der Anodenanschlussleitung (14) verbunden ist, der von dem Feldeffekttransistor (31) aus in Richtung von dem Anodenanschluss (15) weg führt, ein Gate mit dem entsprechenden LED-Strang (11a, 11b) verbunden ist, wobei ferner eine Zenerdiode (33) über ihre Anode mit dem Gate und über ihre Kathode mit der Source verbunden ist und/oder eine Leuchtdiode (34) oder eine Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden (34) an ihrer Kathodenseite mit dem Gate und an ihrer Anodenseite mit der Source verbunden ist, und/oder bei dem Feldeffekttransistor (32) des zweiten Schaltelements (16) eine Source mit dem Leitungsabschnitt (17a, 17b) der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist, der von dem Feldeffekttransistor (32) aus in Richtung zu dem Kathodenanschluss (18) hin führt, ein Drain mit dem Leitungsabschnitt (17b, 17c) der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist, der von dem Feldeffekttransistor (32) aus in Richtung von dem Kathodenanschluss 18 weg führt, ein Gate mit dem entsprechenden LED-Strang (11b, 11c) verbunden ist und eine Zenerdiode (33) über ihre Kathode mit dem Gate und über ihre Anode mit der Source verbunden ist und/oder eine Leuchtdiode (34) oder eine Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden (34) an ihrer Anodenseite mit dem Gate und an ihrer Kathodenseite mit der Source verbunden ist.
Schaltungsanordnung (30a, 30b) gemäß Anspruch 7 oder 8, bei der eine Zenerdiode (33) und/oder eine Leuchtdiode (34) oder eine Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden (34) in Serie zwischen den LED-Strang (11a), der ohne Zwischenschaltung eines zweiten Schaltelements (16) mit der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist, und die Kathodenanschlussleitung (17) geschaltet ist, und/oder eine Zenerdiode (33) und/oder eine Leuchtdiode (34) oder eine Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden (34) in Serie zwischen den LED-Strang (11c), der ohne Zwischenschaltung eines ersten Schaltelements (13) mit der Anodenanschlussleitung (14) verbunden ist, und die Anodenanschlussleitung (14) geschaltet ist und/oder eine Zenerspannung jeder Zenerdiode (33) um wenige zehntel Volt größer ist als eine Flussspannung oder Summe der Flussspannungen der antiparallel zu der Zenerdiode (33) angeschlossenen Leuchtdiode (34) oder Mehrzahl von zueinander in Serie geschalteten Leuchtdioden (34).
Schaltungsanordnung (40) gemäß Anspruch 4, bei der bei dem Bipolartransistor (41) des ersten Schaltelements (13) ein Emitter mit dem Leitungsabschnitt (14a, 14b) der Anodenanschlussleitung (14) verbunden ist, der von dem Bipolartransistor (41) aus in Richtung zu dem Anodenanschluss (15) hin führt, ein Kollektor mit dem Leitungsabschnitt (14b, 14c) der Anodenanschlussleitung (14) verbunden ist, der von dem Bipolartransistor (41) aus in Richtung von dem Anodenanschluss (15) weg führt, eine Basis über einen Widerstand (44) mit dem entsprechenden LED-Strang (11a, 11b) verbunden ist und eine Diode (43) in Flussrichtung zwischen die Anodenanschlussleitung 14 und den entsprechenden LED-Strang (11a, 11b) geschaltet ist, und/oder bei dem Bipolartransistor (42) des zweiten Schaltelements (16) ein Emitter mit dem Leitungsabschnitt (17a, 17b) der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist, der von dem Bipolartransistor (42) aus in Richtung zu dem Kathodenanschluss (18) hin führt, ein Kollektor mit dem Leitungsabschnitt (17b, 17c) der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist, der von dem Bipolartransistor (42) aus in Richtung von dem Kathodenanschluss 18 weg führt, eine Basis über einen Widerstand (44) mit dem entsprechenden LED-Strang (11b, 11c) verbunden ist und eine Diode (43) in Flussrichtung zwischen die Kathodenseite des entsprechenden LED-Strangs (11b, 11c) und die Kathodenanschlussleitung (17) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung (40) gemäß Anspruch 10, bei der eine Diode (43) in Flussrichtung zwischen den LED-Strang (11 a), der ohne Zwischenschaltung eines zweiten Schaltelements (16) mit der Kathodenanschlussleitung (17) verbunden ist, und die Kathodenanschlussleitung (17) geschaltet ist, und/oder eine Diode (43) in Flussrichtung zwischen den LED-Strang (11c), der ohne Zwischenschaltung eines ersten Schaltelements (13) mit der Anodenanschlussleitung (14) verbunden ist, und die Anodenanschlussleitung (14) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung (40) gemäß Anspruch 10 oder 11, bei der die Bipolartransistoren (41, 42) als Darlingtontransistoren ausgeführt sind und jeweils zwei Dioden (43) in Serie zwischen einen LED-Strang (11a, 11b, 11c) und die Anodenanschlussleitung (14) sowie zwischen den LED-Strang (11a, 11b, 11c) und die Kathodenanschlussleitung (17) geschaltet sind.
Schaltungsanordnung (40) gemäß Anspruch 10, 11 oder 12, bei der eine Diode (43) oder eine Serienschaltung aus zwei Dioden (43) als eine Leuchtdiode (12) ausgeführt ist.
LED-Modul zum Einsetzen in eine LED-Leuchte, enthaltend zumindest eine Schaltungsanordnung (10, 20, 30a, 30b, 40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
LED-Leuchte, enthaltend zumindest eine Schaltungsanordnung (10, 20, 30a, 30b, 40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder ein LED-Modul gemäß Anspruch 14 und einen Treiber, der mit dem Anodenanschluss (15) und dem Kathodenanschluss (18) der Schaltungsanordnung (10, 20, 30a, 30b, 40) verbunden ist, zum Zuführen einer Spannung oder eines Stroms zu der Schaltungsanordnung (10, 20, 30a, 30b, 40).
LED-Leuchte gemäß Anspruch 15, bei der der Treiber ein Konstantstromtreiber ist.