DE102021127669A1

DE102021127669A1 - Vorrichtung mit mindestens einer led-kette, die von einem durch spannungs-abgreif-knoten in der led-kette vorgespannten stromregler geregelt wird

Info

Publication number: DE102021127669A1
Application number: DE102021127669.1A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Williams; Jose Garcia; Guruprakash Iyer
Original assignee: Fluence Bioengineering Inc
Current assignee: Fluence Bioengineering Inc
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2022-04-28
Also published as: CA3136053A1; US20220132637A1; CN114513874A; US11770885B2

Abstract

Vorrichtungen (100) verschiedener Arten und jede hat mindestens eine LED-Kette (104(1)), die von einem durch Spannungs-Abgreif-Knoten in der LED-Kette (104(1)) vorgespannten Stromregler (212C) gesteuert wird, und einen Schaltkreis zum Implementieren derselben. In manchen Implementierungen weist ein gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellter Schaltkreis einen Stromregler (212C) und eine Strom-Regel-Schaltung (212A) auf. Der Stromregler (212C) ist durch einen Spannungsabfall über eine oder mehrere LEDs in einer LED-Kette (104(1)) vorgespannt und regelt die Strom-Regel-Schaltung (212A) in einer Weise, die den elektrischen Strom in der LED-Kette (104(1)) regelt. In manchen Implementierungen können eine oder mehrere zusätzliche LED-Ketten (104(2), ... 104(N)) und/oder eine oder mehrere andere Vorrichtungen direkt oder indirekt durch den Betrieb des Stromreglers (212C) geregelt werden.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Leistungssteuerung von Ketten von Leuchtdioden (LEDs). Im Speziellen ist die vorliegende Offenbarung auf eine Vorrichtung gerichtet, die mindestens eine LED-Kette aufweist, welche von einem durch Spannungs-Abgreif-Knoten in der LED-Kette vorgespannten Stromregler geregelt wird.
HINTERGRUND
Ketten von Leuchtdioden (LEDs) werden in vielen Anwendungen verwendet. Zum Beispiel werden LED-basierte Beleuchtungs-Vorrichtungen für viele verschiedene Anwendungen verwendet, aufweisend, unter anderem, einen Anbau von Pflanzen in Innenräumen zum Simulieren verschiedener Spektralqualitäten von natürlichem Sonnenlicht, in Reaktion auf welche die Pflanzen in ihrer Entwicklung reagieren. Ingenieure suchen kontinuierlich nach Möglichkeiten, diese LEDbasierten Beleuchtungs-Vorrichtungen kostengünstiger und robuster zu machen.
ÜBERSICHT ÜBER DIE OFFENBARUNG
In einer Implementierung ist die vorliegende Offenbarung auf eine Vorrichtung gerichtet. Die Vorrichtung weist auf: eine erste Leuchtdioden-(LED)-Kette, die eine erste Mehrzahl von LED-Baugruppen, die miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind, aufweist, eine betriebsfähig mit der ersten LED-Kette verbundene Strom-Regel-Schaltung, um einen elektrischen Strom in der ersten LED-Kette zu regeln, und einen Stromregler, der betriebsfähig mit der Strom-Regel-Schaltung verbunden ist und eine Vorspannung für den Betrieb verwendet, in welchem der Stromregler betriebsfähig eingerichtet ist, die Strom-Regel-Schaltung zum Regeln des elektrischen Stroms zu veranlassen, und der Stromregler ist elektrisch zu Vorspannungs-Abgreif-Knoten in der ersten LED-Kette verbunden, um die Vorspannung bereitzustellen, wobei eine oder mehrere der ersten Mehrzahl von LED-Baugruppen zwischen den Vorspannungs-Abgreif-Knoten angeordnet sind, so dass die Vorspannung durch einen Spannungsabfall über das eine oder die mehreren der zwischen den Vorspannungs-Abgreif-Knoten angeordneten LEDs bereitgestellt wird.
In manchen Implementierungen hat die LED-Kette im Betrieb ein Ende mit einer höheren Spannung und ein Ende mit einer niedrigeren Spannung, wobei die erste Mehrzahl von LED-Baugruppen mindestens eine erste LED-Baugruppe, die an dem Ende höherer Spannung angeordnet ist, und mindestens eine zweite LED-Baugruppe, die der ersten LED-Baugruppe elektrisch nachgeschaltet angeordnet ist, aufweist, und wobei die in die LED-Kette abgreifenden Vorspannungs-Abgreif-Knoten auf einer gegenüberliegenden Seite der zweiten LED-Baugruppe angeordnet sind. In manchen Implementierungen regelt die Strom-Regel-Schaltung den elektrischen Strom in der LED-Kette an einer Stelle in der LED-Kette, die näher an dem Ende niedrigerer Spannung ist als die Vorspannungs-Abgreif-Knoten. In manchen Implementierungen regelt die Strom-Regel-Schaltung den elektrischen Strom in der LED-Kette an einer Stelle in der LED-Kette, die näher an dem Ende höherer Spannung ist als die Vorspannungs-Abgreif-Knoten.
In manchen Implementierungen weist die Strom-Regel-Schaltung einen linearen Stromregler auf, welcher den elektrischen Strom in der ersten LED-Kette regelt. In manchen Implementierungen weist die Strom-Regel-Schaltung einen Schalt-Stromregler auf, welcher den elektrischen Strom in der ersten LED-Kette regelt. In manchen Implementierungen weist der Stromregler einen Strom-Sensor auf, welcher den elektrischen Strom in der ersten LED-Kette erfasst. In manchen Implementierungen weist der Stromregler einen Strom-Mess-Operationsverstärker auf. In manchen Implementierungen weist die Vorrichtung ferner ein Gehäuse auf, welches die erste LED-Kette, die Strom-Regel-Schaltung und den Stromregler enthält. In manchen Implementierungen weist die Vorrichtung ferner eine Energieversorgung auf, die mit der ersten LED-Kette elektrisch gekoppelt ist zum Versorgen der ersten LED-Kette und die in das Gehäuse integriert ist.
In manchen Implementierungen weist die Vorrichtung ferner eine zweite LED-Kette auf, die von der ersten LED-Kette mit Energie versorgt wird. In manchen Implementierungen hat die LED-Kette im Betrieb ein Ende mit einer höheren Spannung und ein Ende mit einer niedrigeren Spannung und die zweite LED-Kette ist elektrisch mit den Vorspanungs-Knoten innerhalb der ersten LED-Kette verbunden. In manchen Implementierungen wird die zweite LED-Kette durch eine induktive Kopplung mit der ersten LED-Kette mit Energie versorgt. In manchen Implementierungen hat die erste LED-Kette einen ersten Spektralinhalt und die zweite LED-Kette hat einen von dem ersten Spektralinhalt der ersten LED-Kette verschiedenen zweiten Spektralinhalt und eine Schaltungsanordnung der Vorrichtung ist so eingerichtet, dass durch den Stromregler verursachte Veränderungen des elektrischen Stroms in der ersten LED-Kette einen elektrischen Strom in der zweiten LED-Kette verändern, um eine durch die Vorrichtung ausgegebene Mischung des ersten Spektralinhalts und des zweiten Spektralinhalts zu verändern. In manchen Implementierungen weist die Veränderung der Mischung eine Veränderung zwischen nah-roter Ausgabe und fern-roter Ausgabe auf.
In manchen Implementierungen weist die erste LED-Kette eine induktive Wicklung in elektrischer Reihe mit der ersten Mehrzahl von LED-Baugruppen auf, wobei die Vorrichtung ferner eine oder mehrere elektrische Lasten aufweist, die induktiv mit der induktiven Wicklung gekoppelt sind, um die eine oder mehreren elektrischen Lasten mit Energie zu versorgen. In manchen Implementierungen weisen die ein oder mehreren elektrischen Lasten mindestens eines von einer zweiten LED-Kette, einer Regel-Schaltung, einer Energie-Speicher-Vorrichtung und einem Funkempfänger auf. In manchen Implementierungen weisen die ein oder mehreren elektrischen Lasten eine zweite LED-Kette, eine Dimmer-Schaltung und eine kabelgebundene oder drahtlose Haushalts-Steuer-Schaltung auf. In manchen Implementierungen ist die Vorrichtung eingerichtet, eine oder mehrere Pflanzen zu beleuchten. In manchen Implementierungen weist die Vorrichtung ferner einen Funkempfänger auf, der eingerichtet ist, mit einer Fernbedienung drahtlos zu kommunizieren.
Figurenliste
Zum Zweck der Veranschaulichung der Offenbarung zeigen die Zeichnungen Aspekte einer oder mehrerer Implementierungen der Offenbarung. Allerdings versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diese in den Zeichnungen gezeigten genauen Anordnungen und Instrumentalitäten beschränkt ist, wobei in den Zeichnungen:

1 ein Diagramm auf hoher Ebene von einer Vorrichtung gemäß verschiedenen Implementierungen ist, die mindestens eine LED-Kette und ein Strom-Regel-System, das unter Verwendung von Vorspannungs-Abgreifern innerhalb einer LED-Kette der mindestens einen LED-Kette vorgespannt ist, enthält.
2 ein Schaltungsdiagramm ist, der eine beispielhafte elektrische Schaltung, welche in der Vorrichtung von 1 verwendet werden kann, gemäß verschiedenen Implementierungen veranschaulicht, in welcher ein elektrischer Strom in der LED-Kette unter Verwendung eines linearen Stromreglers geregelt wird.
3A ein Schaltungsdiagramm ist, der eine beispielhafte elektrische Schaltung, welche in der Vorrichtung von 1 verwendet werden kann, gemäß verschiedenen Implementierungen veranschaulicht, in welcher ein elektrischer Strom in der LED-Kette unter Verwendung eines schaltenden Stromreglers geregelt wird.
3B ein Schaltungsdiagramm ist, der eine beispielhafte elektrische Schaltung für die Regel-Blöcke der in 3A dargestellten Schaltung gemäß verschiedenen Implementierungen darstellt.
4 ein Schaltungsdiagramm ist, der eine beispielhafte elektrische Schaltung, welche in der Vorrichtung von 1 verwendet werden kann, gemäß verschiedenen Implementierungen veranschaulicht, in welchem die Schaltung eine erste LED-Kette, eine zweite LED-Kette, die von der ersten LED-Kette mit Energie versorgt wird, und ein Strom-Regel-System, das eingerichtet ist, einen elektrischen Strom durch die Haupt-LED-Kette zu regeln, aufweist.
5 ein Schaltungsdiagramm ist, der eine beispielhafte elektrische Schaltung, welche in der Vorrichtung von 1 verwendet werden kann, gemäß verschiedenen Implementierungen darstellt, in welchem die Schaltung eine Haupt-LED-Kette und eine Hilfs-LED-Kette, die mittels einer Vorspannung über eine in der Haupt-LED-Kette elektrisch in Reihe geschaltete Spule mit Energie versorgt wird, aufweist.
6 ein Schaltungsdiagramm ist, der eine beispielhafte elektrische Schaltung, welche in der Vorrichtung von 1 verwendet werden kann, gemäß verschiedenen Implementierungen darstellt, in welchem die Schaltung eine erste LED-Kette und eine oder mehrere elektrische Lasten, die durch induktives Koppeln mit einer mit der ersten LED-Kette elektrisch in Reihe geschalteten induktiven Wicklung mit Energie versorgt werden, aufweist.
7A bis 7E Kurvenverläufe von Strom oder Spannung an verschiedenen Stellen innerhalb der Schaltung von 5 mit ansteigender System-Eingangs-Spannung gemäß verschiedenen Implementierungen sind.
8A bis 8D Kurvenverläufe von Strom oder Spannung an verschiedenen Stellen innerhalb der Schaltung von 6 sind während die System-Eingangs-Spannung verändert wird, um das Verhältnis von nah-roter und fern-roter Licht-Ausgabe durch Kombination der Haupt-LED-Kette und der Hilfs-LED-Kette zu verändern, gemäß verschiedenen Implementierungen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung ist in einigen Aspekten auf Vorrichtungen, wie unter anderem beispielsweise Leuchten, Vorrichtungen für künstliches Sonnenlicht und Vorrichtungen für Akzentbeleuchtung, gerichtet, die mindestens eine Leuchtdioden-(LED)-Kette aufweisen, welche unter Verwendung eines Strom-Regel-Systems geregelt wird, welches eingerichtet ist, unter Verwendung einer Vorspannung zu arbeiten, die mittels Vorspannungs-Abgreif-Knoten in der LED-Kette, die angeordnet sind, um einen Vorwärts-Spannungsabfall über die Vorspannungs-Abgreif-Knoten auszunutzen, erlangt wird. Diese Vorspannungs-Abgreif-Knoten können elektrisch über eine oder mehrere LED-Baugruppen innerhalb der LED-Kette hinweg angeordnet sein. Dieser Ansatz verwendet den Vorwärts-Spannungsabfall der ein oder mehreren LED-Baugruppen in der LED-Kette, um die Vorspannungen und Ströme zum Betreiben des Strom-Regel-Systems zu erzeugen und um den Betriebsstrom bereitzustellen, indem ein kleiner Prozentsatz des Stroms von einer oder mehreren LED-Baugruppen in der LED-Kette „gestohlen“ wird. In manchen Implementierungen sind Schaltelemente zum Regeln eines Stroms in der LED-Kette mit der LED-Kette elektrisch in Reihe geschaltet und brauchen nur bei einer ausreichend hohen Spannung zu arbeiten, um diesen Strom zu regeln. Die Verringerung der Schaltelement-Eingangs-Spannung in solchen Implementierungen hilft, die C*V Verluste zu reduzieren und ermöglicht die Verwendung von Bauelementen, wie beispielsweise Operationsverstärkern, Referenzspannungs-/Operationsverstärker-Kombinationen, MOSFETs, Schalt-Typ Stromreglern, etc., die in großen Mengen mit integrierten Komponenten hergestellt werden, um so die Anzahl und Kosten der Bauelemente zu verringern und eine hohe Zuverlässigkeit zu erreichen. Die Vorspannungs-Abgreif-Knoten in der LED-Kette ermöglichen die Verwendung einer einfachen Regelung ohne den Leistungsabfall, der herkömmlicherweise vorhanden ist, wenn Energie von der Haupt-Energieversorgung zum Bereitstellen von Spannungs-Schienen zur Regelung abgegriffen wird. Die internen (bezogen auf die LED-Kette) Vorspannungs-Abgreif-Knoten der vorliegenden Offenbarung ermöglichen dem Strom-Regel-System auch dann zu arbeiten, wenn die in die Schaltelemente eingespeiste Spannung unterhalb der Betriebsspannung für die Regel-Schaltung liegt.
Zusätzliche Vorteile des Verwendens interner Vorspannungs-Abgreif-Knoten der vorliegenden Offenbarung weisen auf, aber sind nicht darauf beschränkt:

- Die Energieversorgung, die zum Versorgen interner Vorspannungen benötigt wird, kann entfallen. Das Strom-Regel-System braucht im stationären Betrieb nicht länger der vollen Eingangs-Spannung der Energieversorgung zu widerstehen. Wird ein Schaltelement in Reihe mit der LED-Kette verwendet, entfällt das Problem, dass das Schaltelement das verfügbare Spannungspotential unter den für die Versorgung erforderlichen Wert absenkt.
- Kostengünstige Komponenten können verwendet werden, wobei weiterhin eine Licht-Ausgabe über alle außer den niedrigsten Betriebspunkten bereitgestellt wird, wenn die Energieversorgung zur Regelung nicht von der Impedanz-Beschränkung des Stroms durch die LED-Kette für den bevorzugten Betriebsbereich abhängig ist.

- Der Strompfad um die Schalt-Komponente bzw. den linearen Regler herum ermöglicht die Verwendung kostengünstiger, hochvolumiger, zuverlässiger Komponenten. Werden Vorspannungs-Abgreif-Knoten intern der LED-Kette zum Implementieren einer Regelung für die Schalt-Komponente bzw. den linearen Regler verwendet, ist der Betrieb der Regelung unabhängig von dem Betrieb der Schalt-Komponente. Die LED-Kette kann bei einem kleineren Strom als diesem Schwellenwert betrieben werden, bis der Strom für die Regelung erreicht ist. An diesem Punkt blinken LEDs unterhalb des Vorspannungs-Abgriffs auf und gehen wieder aus, es sei denn, eine Hysterese-Steuerung ist mit Sorgfalt implementiert zur Degradation der Kapazität oder eines Anstiegs eines Verlustes über die Zeit. In manchen Implementierungen kann dieses Blinken als eine visuelle Anzeige implementiert sein, wie beispielsweise dafür, dass das Strom-Regel-System arbeitet, dass eine Fehlerdiagnose erforderlich ist und/oder zur Inbetriebnahme einer entsprechenden Lampe oder einer anderen Vorrichtung.
- Die Möglichkeit, eine gekoppelte Wicklung zu der Spule hinzuzufügen, um eine Steuerung einer zweiten LED-Kette bereitzustellen.
- Die Möglichkeit, eine gekoppelte Wicklung nebenzuschließen, um eine Impedanz zu der Primärwicklung zu reflektieren, um so Energieeinsparungen bei niedrigeren Implementierungskosten zu realisieren und/oder zu steuern, welche Wicklung(en) mehr Strom empfangen.
- Die Möglichkeit, eine Regelung des sekundären Nebenschlusses in Verbindung mit einem Betrieb des Haupt-Konverters auszuüben.
- Die Möglichkeit, die gekoppelte Wicklung zu verwenden, um Energie zu anderen Schaltung(en), wie beispielsweise Sensoren und/oder ein eingebautes Drahtlos-Modul, das in die Vorrichtung eingebettet ist, bereitzustellen, wodurch die Notwendigkeit teurer Drahtlos-Modul-Gehäuse und zugehöriger Energie und die Notwendigkeit für eine dedizierte Energieversorgung für das Drahtlos-Regel-System entfallen.

Der Ausdruck „LED-Kette“ und ähnliche Ausdrücke, wie hierin verwendet, beziehen sich auf eine Mehrzahl (2 oder mehr) von LED-Baugruppen, die elektrisch in Reihe oder in Reihe-parallel miteinander verbunden sind. Zur Vereinfachung schließt hierin und in den beigefügten Ansprüchen jede Bezugnahme auf eine in Reihe-verbundene LED-Kette, d.h., eine Mehrzahl von LED-Baugruppen und/oder eine Mehrzahl von LEDs, die miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind, aufweisend, LED-Baugruppen und/oder LEDs, die elektrisch in Reihe-parallel verbunden sind, mit ein, es sei denn, eine in Reihe-parallele elektrische Verbindung ist explizit ausgeschlossen. Eine „LED-Baugruppe“ ist eine diskrete Baugruppe, die jede Anzahl an LEDs, Linse(n), Konfektionierung und Anschlüssen (z.B. Kontakten, Kontaktfüßen, Kabeln oder anderen Leitern) zum elektrischen Verbinden der LED-Baugruppe zu Schaltung(en) zum Versorgen der LED-Baugruppe mit Energie enthalten kann. Solche Energie-bereitstellende(n) Schaltung(en) kann/können durch eine gedruckte Schaltung, eine Rückwandplatine, eine Verdrahtung oder andere makroskopische Schaltung(en), in welche die LED-Baugruppe integriert sein kann, bereitgestellt werden/sein. Zur Einfachheit kann der Ausdruck „LED“, wie hierin und in den beigefügten Ansprüchen verwendet, abhängig vom Kontext der Verwendung oder solange eine bestimmte Bedeutung nicht explizit ausgeschlossen ist entweder eine „LED-Baugruppe“ oder eine individuelle Leuchtdiode bedeuten. Vorrichtungen, die ein Strom-Regel-System, das intern relativ zu einer LED-Kette vorgespannt ist, aufweisen, können eine breite Vielfältigkeit von Schaltungen zum Implementieren des Strom-Regel-Systems aufweisen. Ferner kann die durch das Strom-Regel-System geregelte Schaltung viele verschiedene Konfigurationen aufweisen. Beispiele dieser Schaltungen werden nachfolgend beschrieben. In manchen Implementierungen ist die vorliegende Offenbarung auf eine oder mehrere Komponenten einer Vorrichtung dieser Offenbarung gerichtet, wie beispielsweise hierin in Verbindung mit 2 bis 8D beschriebene Schaltungen und Schaltungsanordnungen.
Vor dem Zuwenden zu einigen beispielhaften Schaltungen, stellt 1 eine beispielhafte Vorrichtung 100 dar, in welche gemäß der vorliegenden Offenbarung eingerichtete Schaltungen und/oder Schaltungsanordnungen eingefügt werden können. Die Vorrichtung 100 weist eine oder mehrere LED-Ketten 104(1) bis 104(N) und ein oder mehrere Strom-Regel-Systeme 108 (zur Einfachheit ist nur eins gezeigt) auf. Das Strom-Regel-System 108 ist mindestens zu einer ersten der LED-Ketten (hier: erste LED-Kette 104(1)) elektrisch verbunden, um mittels der ersten LED-Kette elektrisch vorgespannt zu sein, und ist auch mit der ersten LED-Kette betriebsfähig verbunden, um einen elektrischen Strom durch die erste LED-Kette zu regeln. Die Vorrichtung 100 weist mindestens eine Energieversorgung 112, die zum Versorgen der ersten LED-Kette mit Energie über die mindestens eine erste LED-Kette 104(1) elektrisch verbunden ist, und eine Schaltung, die intern relativ zu der ersten LED-Kette mit Energie versorgt wird, wie beispielsweise eine Schaltung des Strom-Regel-Systems 108, auf. Werden zusätzliche LED-Ketten 104(2) bis 104(N) bereitgestellt, kann jede davon in einer geeigneten Weise mit Energie versorgt werden, wie unter anderem beispielsweise direkt mittels derselben Energieversorgung 112, welche die erste LED-Kette 104(1) mit Energie versorgt, mittels durch einen Spannungsabfall intern der ersten LED-Kette erlangter Energie, mittels eines induktiven Koppelns mit der ersten LED-Kette oder mittels einer von der die erste LED-Kette mit Energie versorgenden Energieversorgung verschiedenen Energieversorgung (nicht gezeigt). In manchen Implementierungen können eine oder mehrere optionale elektrische Lasten 116 anders als eine oder mehrere zusätzliche LED-Ketten 104(2) bis 104(N) alternativ oder zusätzlich Energie von intern der ersten LED-Kette 104(1) erlangen, wie beispielsweise durch induktives Koppeln oder ein Spannungs-Bias über elektrische Knoten innerhalb der ersten LED-Kette. Beispiele anderer Lasten, welche jede elektrische Last 116 aufweisen kann, sind, unter anderem, aber sind nicht darauf beschränkt: Funkempfänger, Dimmer-Schaltung(en) und Energie-Speicher-Vorrichtungen.
In manchen Implementierungen sind alle Komponenten der Vorrichtung 100, d.h. die Energieversorgung(en) 112, die LED-Kette(n) 104 und das/die Strom-Regel-System(e) 108 und jede (der) optionale(n) andere(n) elektrische(n) Last(en) 116, die vorhanden sein können, in ein optionales Gehäuse 120 integriert, um eine diskrete Vorrichtung bereitzustellen. In manchen Implementierungen können manche der Komponenten, zum Beispiel alle der Komponenten außer der/den Energieversorgung(en) 112, in ein einziges Gehäuse (nicht gezeigt) integriert sein, wobei die Energieversorgung(en) extern zu dem Gehäuse angeordnet ist/sind. In manchen Implementierungen können manche der Komponenten in mehrere separate Gehäuse (nicht gezeigt) integriert sein, die miteinander verbunden sein können. Zum Beispiel kann jedes Gehäuse eine oder mehrere LED-Ketten 104, ein oder mehrere Strom-Regel-Systeme 108 und eine oder mehrere optionale andere elektrische Lasten 116 aufweisen, um diskrete Vorrichtungen zu bilden, wobei eine oder mehrere Energieversorgungen 112 extern zu den mehreren Gehäusen angeordnet sind, wie beispielsweise in ein eigenes diskretes Gehäuse integriert. In diesem Beispiel kann jede der mehreren Vorrichtungen elektrisch zu der/den Energieversorgung(en) mittels geeigneter elektrischer Kabel verbunden sein. Die räumliche Anordnung der Vorrichtung kann praktisch jede gewünschte räumliche Anordnung sein, solange die hierin offenbarten grundsätzlichen Strom-Regel-Prinzipien implementiert sind. Beispiele elektrischer Schaltungen, die in Vorrichtung 100 oder anderen Vorrichtungen verwendet werden können, werden nachstehend beschrieben. Der Fachmann versteht, dass diese Beispiele lediglich veranschaulichend sind und dass viele andere elektrische Schaltungen, welche die grundsätzlichen Strom-Regel-Prinzipien der vorliegenden Offenbarung implementieren, basierend auf einem Verständnis dieser Prinzipien aus der vorliegenden Offenbarung ohne übermäßige Experimente vorgenommen werden können.
2 veranschaulicht eine beispielhafte Schaltung 200, die in jeder geeigneten Vorrichtung, wie beispielsweise der Vorrichtung 100 von 1, verwendet werden kann. Bezugnehmend auf 2, weist die Schaltung 200 eine Energieversorgung 204 und eine von der Energieversorgung getriebene LED-Kette 208 auf. In diesem Beispiel ist die Energieversorgung 204 eine Konstant-Spannungs-Energieversorgung. In anderen Implementierungen kann die Energieversorgung 204 von einem anderen Typ als einer Konstant-Spannungs-Energieversorgung sein, wie unter anderem beispielsweise eine Variabel-Spannungs-Energieversorgung, eine KonstantStrom-Energieversorgung oder eine Energieversorgung, die einen Strom-Einstellpunkt mit Spannungs- und Leistungs-Grenzen aufweist. Die LED-Kette 208 hat ein Ende höherer Spannung 208A, ein Ende niedrigerer Spannung 208B und eine Mehrzahl von LED-Baugruppen 208(1) bis 208(N) (nur manche sind beschriftet, um Unordnung zu vermeiden), die zwischen dem Ende höherer Spannung und dem Ende niedrigerer Spannung der LED-Kette miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind. Jede der LED-Baugruppen 208(1) bis 208(N) kann eine für die Anwendung der Schaltung 200 geeignete LED-Baugruppe sein. Grundsätzlich gibt es keine Beschränkung für die Art der LED-Baugruppen 208(1) bis 208(N).
Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Schaltung 200 ein Strom-Regel-System 212 zum Regeln des Pegels eines elektrischen Stroms in der LED-Kette 208 auf. In diesem Beispiel weist das Strom-Regel-System 212 eine Strom-Regel-Schaltung 212A, eine Strom-Mess-Schaltung 212B und einen Stromregler 212C auf. Die Strom-Regel-Schaltung 212A weist Schaltung(en) zum Steuern des Stroms, wie beispielsweise einen linearen Regler (bzw. linearen Stromregler) (gezeigt) oder einen schaltenden Stromregler, auf. In einem Beispiel weist die Strom-Regel-Schaltung 212A einen MOSFET-basierten linearen Stromregler auf. Die Strom-Regel-Schaltung 212A kann an jeder geeigneten Stelle in der LED-Kette 208 angebracht werden, an der der elektrische Strom geregelt werden soll und die thermische Berücksichtigungen erfordert. In manchen Implementierungen kann es vorteilhaft sein, die Strom-Regel-Schaltung 212A als Teil eines Wärme-Management-Plans für Schaltung 200 zu kühlen. Wenn eine zum Implementieren einer Schaltung der vorliegenden Offenbarung verwendete Komponente, wie beispielsweise die Strom-Regel-Schaltung 212A, einen eingebauten Wärmeschutz hat, kann dieser Schutz ausgenutzt werden, indem diese Komponente an einen heißen Punkt nahe einem Vorspannungs-Abgreif-Knoten, wie beispielsweise den Vorspannungs-Abgreif-Knoten 208N(1) und 208N(2), angeordnet wird. Diese Anordnung kann eine Art grober thermischer Rückmeldung bereitstellen.
Die Strom-Mess-Schaltung 212B stellt eine Rückmeldung zu dem Stromregler 212C bereit zum Verwenden beim Regeln der Strom-Regel-Schaltung 212A zum Regeln des Stroms in der LED-Kette 208. Die Strom-Mess-Schaltung 212B kann zum Beispiel unter Verwendung eines Operationsverstärkers oder unter Verwendung einer dualen Referenz/Komparator-Schaltung implementiert sein. In manchen Implementierungen, in denen eine Operationsverstärker-Implementierung der Strom-Mess-Schaltung 212B verwendet wird, kann bevorzugt werden, bei einem höheren Potential vorzuspannen. In manchen Implementierungen, in denen eine duale Referenz/Komparator-Variante für die Strom-Mess-Schaltung 212B verwendet wird, kann bevorzugt werden, die Vorspannung umzukehren und bei einem niedrigeren Potential vorzuspannen. Die Strom-Mess-Schaltung 212B kann an jeder geeigneten Stelle innerhalb der LED-Kette 208 angeordnet werden, die für thermische Berücksichtigungen geeignet ist. In manchen Implementierungen ist es erwünscht, die Strom-Mess-Schaltung, wie beispielsweise die Strom-Mess-Schaltung 201B, an einer kalten Stelle zu belassen.
In diesem Beispiel ist der Stromregler 212C elektrisch mit Vorspannungs-Abgreif-Knoten 208N(1) und 208N(2) verbunden, um dem Stromregler eine Vorspannung bereitzustellen. Wie der Fachmann leicht erkennen wird, können die Vorspannung, welche der Stromregler 212C zum Arbeiten benötigt, und der Spannungsabfall über jede LED-Baugruppe 208(1) bis 208(N) verwendet werden, um die Anzahl an LED-Baugruppen, die elektrisch zwischen den Vorspannungs-Abgreif-Knoten 208N(1) und 208N(2) angeordnet sind, zu ermitteln. Wird ein dualer Referenz/Komparator für die Strom-Mess-Schaltung 212B verwendet, dann sollte der Stromregler 212C mit Knoten 208N(3) und Knoten 208N(4) auf gegenüberliegenden elektrischen Seiten der Strom-Mess-Schaltung verbunden sein. Der Stromregler 212C stellt eine Vorspannung zum Treiben der Strom-Regel-Schaltung 212A mittels eines Knotens 212A(1) bereit. In manchen Implementierungen kann der Stromregler 212C ein Paar von Operationsverstärkern (nicht gezeigt) aufweisen, wobei ein Operationsverstärker eine Referenz einstellt und der andere Operationsverstärker die Referenz mit einer Ausgabe der Strom-Mess-Schaltung 212B vergleicht. Die Strom-Regel-Schaltung 212A und die Strom-Mess-Schaltung 212B können innerhalb der LED-Kette 208 elektrisch in Reihe verbunden sein.
In einem spezifischen Beispiel der Schaltung 200 von 2 weist die Strom-Regel-Schaltung 212A ein geregeltes Element, wie beispielsweise einen linearen Regler, in elektrischer Reihe mit der LED-Kette 208 auf. Dieses geregelte Element ist bereitgestellt zum Programmieren und Begrenzen des Stroms durch die LED-Kette 208 auf einen Maximalwert unter Verwendung von Komparatoren (nicht dargestellt) des Stromreglers 212, welche durch die gesteuerte LED-Kette 208 vorgespannt sind. In manchen Instanziierungen kann ein kommerziell verfügbarer linearer Regler-Controller-integrierter Schaltkreis implementiert sein zum Regeln eines kommerziell verfügbaren linearer Regler-Controller-integrierter Schaltkreises, der thermischen Schutz aufweist, und diese können zusammen implementiert sein, um den Stromregler 212 zu verkörpern. Die Konfiguration der Schaltung 200 ermöglicht der LED-Kette 208 unterhalb des Strom-Limits mit minimalen Verlusten in dem Weitergebungs-Element zu arbeiten. Wenn das Strom-Limit erreicht ist, begrenzt der lineare Regler den Strom in die LED-Kette 208. Die Vorspannung für das geregelte Element (in einer Implementierung ein FET) und die Strom-Mess-Schaltung 212B (welche einen Mess-Widerstand (nicht gezeigt) und zwei Spannungs-Referenzen der Serie TLV43 (verfügbar von Texas Instruments Inc., Dallas, Texas) oder ähnliche Komparatoren mit Referenzen aufweisen kann) wird aus einem Vorwärts-Abfall der LED-Baugruppen 208(1) bis 208(N) in der gesteuerten LED-Kette 208 abgeleitet. Solch eine Anordnung ermöglicht eine kostengünstige und einfache Implementierung der Vorspannungs-Versorgung bei gleichzeitiger Reduzierung von Verlusten und Hochspannungsbelastungen in einer typischen Implementierung, in welcher die Vorspannung von dem Eingang (volle Bus-Spannung) der LED-Kette 208 oberhalb des Endes höherer Spannung 208A der LED-Kette abgegriffen wird.
Wenn ein TLV431 Spannungsregler (verfügbar von Texas Instruments Inc., Dallas, Texas) oder ähnlicher Spannungsregler verwendet wird, kann die Referenz (gemeinsamer Knoten) für die Strom-Mess-Rückmeldung von der Strom-Mess-Schaltung 212B so erzeugt werden, dass diese unterhalb der Kathode der oberen LED-Baugruppe an der Unterseite des Mess-Widerstands liegt. Die Vorspannung von der LED-Baugruppe unten in der LED-Kette 208 ermöglicht, dies mit einem zweiten TLV431 Spannungsregler zu realisieren ohne dass zwei Erfass-Punkte oder eine kompliziertere Gleichtakt-Unterdrückung des Signals erforderlich ist. Für die Strom-Mess-Rückmeldung kann eine niedrige Impedanz verwendet werden. Ein Strom-Mess-Operationsverstärker mit festgesetzter Verstärkung kann aufgrund der geringeren Komponenten-Anzahl und der geringeren Leistung verwendet werden. Eine Reihen-Beschränkung und eine parallele transiente Klemme können mit der LED-Kette 208 verwendet werden, um Schäden durch Überspannungs-Ereignisse zu verhindern, zum Beispiel, wenn die LED-Kapazität aufgeladen wird oder während Feld-Überspannungs-Ereignissen. Verbindungen können zu der Anode einer LED-Baugruppe weiter oben in der LED-Kette 208 durch eine, zwei oder mehr LED-Baugruppen und zu der Kathode einer benachbarten LED-Baugruppe hergestellt werden. Diese Verbindungs-Punkte können als Referenzen oder Vorspannungen für die Strom-Regel-Regelung verwendet werden.
3A veranschaulicht eine Schaltung 300, welche in jeder geeigneten Vorrichtung, wie beispielsweise der Vorrichtung 100 von 1 und/oder in der Schaltung 200 von 2 wie nachstehend beschrieben, implementiert sein kann. Bezugnehmend auf 3A, weist die Schaltung 300 eine LED-Kette 304 und ein Strom-Regel-System 308 auf. Eine Energieversorgung ist aus Gründer der Einfachheit nicht dargestellt. Das Strom-Regel-System 308 weist eine Strom-Regel-Schaltung 308A und einen Stromregler 308B auf. In diesem Beispiel kann die Strom-Regel-Schaltung 308A durch eine Vorspannung, V_BIAS, elektrisch vorgespannt sein, welche mittels eines Vorspannungs-Abgreif-Knotens 312 bereitgestellt werden kann.
In diesem Beispiel weist der Stromregler 308B Regel-Blöcke 308B(1) und 308B(2) auf, welche eine Strom-Erfassung und eine Vorspannung für die Strom-Regel-Schaltung 308A bereitstellen. Der Regel-Block 308B(1) regelt die Spannung des Knotens 316 auf einen konstanten Wert unter Knoten 320. Der Regel-Block 308B(2) regelt den Strom in Knoten 324 basierend auf der Spannung von Knoten 328 relativ zu dem Knoten 316. Die Reihen-Anordnung des Stromreglers 308B und der Strom-Regel-Schaltung 308A kann verändert werden, zum Beispiel basierend auf einem Layout einer gedruckten Leiterplatte, auf welcher die Schaltung implementiert ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der Knoten 332 elektrisch mit dem Knoten 312 verbunden sein kann oder dass der Knoten 312 elektrisch weiter oben in der LED-Kette 304 in Richtung des Endes höherer Spannung 304A der LED-Kette verbunden sein kann. Die Anzahl an LED-Baugruppen 304(1) bis 304(N) zwischen Knoten 332 und Knoten 336 werden mittels des Vorwärts-Spannungsabfalls ermittelt.
Wie voranstehend erwähnt, kann die Schaltung 300 von 3A in der Schaltung 200 von 2 implementiert sein. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem das Ende höherer Spannung 304A und das Ende niedrigerer Spannung 304B der LED-Kette 304 über die Energieversorgung 204 in 2 elektrisch verbunden werden, wodurch die LED-Kette 208 und das Strom-Regel-System 212 mit der LED-Kette 304 und dem Strom-Regel-System 308 von 3A ersetzt werden.
In diesem Beispiel ist die Strom-Regel-Schaltung 308A so gezeigt, dass diese einen N-Kanal MOSFET 308A(1), welcher ein Verarmungs-Typ oder Anreichungs-Typ MOSFET sein kann, aufweist. In einer Exemplifizierung kann der N-Kanal MOSFET 308A(1) ein Anreichungs-Typ-Leistungs-FET sein. Zum Einschalten des N-Kanal MOSFET 308A(1) wird Strom von dem Vorspannungs-Abgreif-Knoten 312 gezogen. Zum Ausschalten oder Erhöhen seines Widerstands (zum Verringern eines Stroms in der LED-Kette 304) fließt Strom von Knoten 324 in die Basis eines NPN Bipolartransistors (BJT) 308A(2).
Regel-Block 308B(1) erzeugt eine Referenz für Regel-Block 308B(2), so dass ein ausreichender Spannungs-Anstieg von Knoten 328 zu Knoten 320 über einen Strom-Mess-Widerstand 338 in einem Strom in Knoten 324 resultiert. Der Strom in Knoten 324 spannt den NPN BJT 308A(2) vor, so dass Strom von dem Gate des N-Kanal MOSFET 308A(1) abgezogen wird. Der Strom kann durch diese Schleife geregelt werden. In manchen Implementierungen und wie in 3B zu sehen, kann ein Kondensator 342 oder ein komplizierter Kompensations-Block zwischen den Ausgang und den Eingang der Operationsverstärker/Referenz-Kombination 344 des Regel-Blocks 308B(2) angeordnet werden. Dies ist dort, wo jede gewünschte Kompensation leicht eingefügt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass ähnliche Schaltungen mit P-Kanal Vorrichtungen oder Vorrichtung anderer Materialen hergestellt werden können, aber derzeit sind N-Kanal Vorrichtungen preiswerter.
In der in 3A gezeigten Implementierung sind ein V_switch REF Knoten 346 und Knoten 324 separat gezeigt, um anzeigen, dass diese in anderen Implementierungen alle weiter unten in der LED-Kette 308 (für N-Kanal Implementierungen oder weiter oben in der LED-Kette für P-Kanal Implementierungen) angeordnet sein können. Diese Flexibilität kann hilfreich sein, zum Beispiel zum „Verstecken“ der Strom-Regel-Schaltung 308A an Stellen, die für ein Austreten von Licht nicht benötigt werden, und/oder zum effektiveren Reduzieren der Wärme, welcher der Schalter (z.B. N-Kanal MOSFET 308A(1)) ausgesetzt ist, indem diese in eine Ecke einer entsprechenden Leiterplatte (nicht gezeigt) entfernt von anderen Wärmequellen versetzt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Design der beispielhaften Schaltung von 3A dadurch motiviert war, bestimmte vergleichsweise preiswerte Komparator/Referenz-Kombinations-Vorrichtungen, welche 0,4 V - 1,4 V Referenzen verwenden, verwenden zu wollen. In einer Implementierung könnte so viel Spannung aufgrund des Leistungsabfalls nicht auf den Mess-Widerstand 338 fallen. Allerdings ermöglicht das Absenken der Referenz-Spannung in den/die Komparator/Referenz unterhalb des Mess-Widerstands 338 die Verwendung eines Mess-Widerstands geringerer Leistung und einen/eine kostengünstigeren/kostengünstigere Komparator/Referenz. Strom-Mess-Operationsverstärker mit guter Gleichtakt-Unterdrückung sind eleganter mit weniger Komponenten und können in Produkten verwendet werden, in denen die Kosten der gesamten Baugruppe geringer sind.
Wie voranstehend erwähnt, ist der Strom-Mess-Widerstand 338 in der Implementierung bereitgestellt, um einen Spannungsabfall nach dem Strom-Mess-Widerstand zu erzeugen, der in einem guten Bereich für den Komparator ist. Schaltungen gemäß dem Stand der Technik haben keinen Regel-Block 308B(1). Vielmehr wurde der Regel-Block 308B(2) mit dem Knoten 336 verbunden und ein geregelter Strom einer kombinierten Spannung des Mess-Widerstands 338 und einer Diode (nicht gezeigt) wurde mit Knoten 336 verbunden. Der Vorwärts-Abfall einer LED verändert sich mit Strom und Spannung. Der Regel-Block 308B(1) beseitigt diese Schwankungen, indem eine steifere untere Referenz an den Regel-Block 308B(2) bereitgestellt wird.
3B stellt eine Operationsverstärker/Referenz-basierte Implementierung der Blöcke 308B(1) und 308B(2) von 3A dar, wobei Knoten 332 elektrisch mit Knoten 312 verbunden ist. Wie in 3B zu sehen, weist der Regel-Block 308B(1) in dieser Implementierung eine Operationsverstärker/Referenz-Kombination 340 auf und Regel-Block 308B(2) weist eine Operationsverstärker-Referenz-Kombination 344 auf. In einer spezifischen Implementierung kann jede der Operationsverstärker/Referenz-Kombinationen 340 und 344 der Blöcke 308B(1) und 308B(2) eine Kleinstleistung, eine Niederspannungsreferenz, wie beispielsweise eine LT6650 Niederspannungsreferenz verfügbar von Linear Technology Corporation, Milpitas, California, welche eine 400 mV Referenz und einen Schiene-zu-Schiene-Operationsverstärker aufweist, sein. In anderen Implementierungen kann jede der Operationsverstärker/Referenz-Kombinationen 340 und 344 in einer anderen Weise implementiert sein.
Der Strom-Mess-Widerstand 338 wird an Knoten 328 und an Knoten 320 gemessen. Die Operationsverstärker/Referenz-Kombination 344 hat eine eingebaute Referenz-Spannung, die größer ist als für einen Betrieb des Strom-Mess-Widerstands vorgesehen. Ein Strom-Mess-Widerstand-Netzwerk geringer Leistung kann verwendet werden, wenn die eingebaute Referenz mit einer erzeugten Referenz verglichen wird. Die Operationsverstärker/Referenz-Kombination 344 kann auf Knoten 308A'(3) referenziert werden, aber die Spannungs-Variationen der LED-Baugruppen 304(1) bis 304(N), die dem Strom-Mess-Widerstand zwischen Knoten 320 und Knoten 308A'(3) nachgeschaltet sind, sind in der Rückmeldung enthalten, was aufgrund der Veränderung der Impedanz der LED zu höheren Strömen bei höheren Temperaturen führen kann. Die Operationsverstärker/Referenz-Kombination 340 stellt eine Referenz zu dem Komparator der Operationsverstärker/Referenz-Kombination 344 bei einem geregelten Wert unter Knoten 320 bereit. Die Operationsverstärker/Referenz-Kombination 340 bietet eine weitere Kompensationsfilter- und externe Regel-Eingangs-Option. Eine Spannung an Knoten 328, die größer ist als die Referenz der Operationsverstärker/Referenz-Kombination 344, wird Strom in Knoten 324 weiterleiten. Strom in Knoten 324 spannt den NPN BJT 308B(2) vor, indem Strom von dem Gate-Knoten des N-Kanal MOSFET 308A(1) genommen wird. Dies wird den Widerstand des N-Kanal MOSFET 308A(1) erhöhen, wodurch der Strom in der LED-Kette 304 begrenzt wird. Der Strom von Knoten 332 in Knoten 312 hinein kann den Widerstand des N-Kanal MOSFET 308A(1) verringern, vorausgesetzt dass das Gate nicht durch den NPN BJT 308A(2) heruntergedrückt ist. Die Operationsverstärker/Referenz-Kombination 344 leitet ausreichend Strom weiter, um die Spannung über den Mess-Widerstand 338 zu begrenzen. Ströme unterhalb des Limits sind erlaubt.
Die Strom-Regel-Schaltung 308A' von 3B ist eine leicht modifizierte Version der Strom-Regel-Schaltung 308A von 3A. Die Strom-Regel-Schaltung 308A' von 3B weist einen Schutz-Block 308A'(1) auf, welcher zum Beispiel einen Kondensator mit kleinem Wert (nicht gezeigt) und eine transiente Schutzeinrichtung (nicht gezeigt), wie beispielsweise eine Transorb- oder Transient-Supressordiode, aufweisen kann. Der Schutz-Block 308A'(1) kann bereitgestellt werden/sein, wenn das schaltende Element (z.B. MOSFET 308A'(1)) keine eigene Schutz-Schaltung aufweist.
4 stellt eine Schaltung 400 dar, die ein Strom-Regel-System 404 aufweist, welches eine Strom-Regel-Schaltung (nicht dargestellt, aber innerhalb des Strom-Regel-Systems 404 angeordnet) und einen Stromregler (nicht dargestellt, aber auch innerhalb des Strom-Regel-Systems 404 angeordnet) aufweist. Das Strom-Regel-System 404 ist mittels Vorspannungs-Abgreif-Knoten 408N(1) und 408N(2) innerhalb einer LED-Kette 412 vorgespannt. In diesem Beispiel ist die Vorspannung zwischen den Vorspannungs-Abgreif-Knoten 408N(1) und 408N(2) gleich dem Spannungsabfall innerhalb der LED-Kette 412 zwischen zwei der LED-Baugruppen, und zwar LED-Baugruppen 412(1) und 412(2). Der Rest der LED-Baugruppen innerhalb der LED-Kette 412 sind aus Gründen der Einfachheit nicht gekennzeichnet. Wie voranstehend in Verbindung mit anderen Implementierungen erörtert, können die Stellen der Vorspannungs-Abgreif-Knoten 408N(1) und 408N(2) in der LED-Kette 412 und die Anzahl an zwischen den Vorspannungs-Abgreif-Knoten angeordneten LED-Baugruppen in Abhängigkeit der relevanten Parameter der implementierten Schaltung variieren. Ähnlich kann, auch wenn die Stelle der Strom-Regel-Schaltung (hier innerhalb des Strom-Regel-Systems 404 angeordnet) als an dem Ende niedriger Spannung 412B der LED-Kette 412 angeordnet gezeigt ist, diese in anderen Designs an einer anderen Stelle angeordnet sein, wie beispielsweise zwischen LED-Baugruppen innerhalb der LED-Kette.
In diesem Beispiel weist die Schaltung 400, als Optionen, eine erste Hilfs-Last 416 und eine zweite Hilfs-Last 420 auf, von denen jede durch das Strom-Regel-System 404 mit Energie versorgt wird. In der gezeigten Implementierung weist die erste Hilfs-Last 416 eine zweite LED-Kette 416B auf, welche dieselben Licht-Ausgabe-Charakteristika (z.B. Spektralinhalt) wie die LED-Kette 412 oder von den Licht-Ausgabe-Charakteristika der LED-Kette 412 verschiedene Licht-Ausgabe-Charakteristika (z.B. Spektralinhalt) aufweisen kann. Die zweite Hilfs-Last 420, falls vorhanden, kann eine oder mehrere von einer Vielzahl von Lasten aufweisen, wie unter anderem beispielsweise eine LED-Kette, eine Standard-Dimm-Schnittstelle, eingebaute Kommunikationen (z.B. Funkempfänger) oder Regel-Schaltung(en) (z.B. für Energieumwandlung, Haushalt, Beleuchtungssteuerungen oder jede andere Anwendung).
In manchen Implementierungen und wie nachstehend beschrieben, kann die zweite LED-Kette 416B in Verbindung mit dem Strom-Regel-System 404 mittels einer Verbindung 424 arbeiten, um das Verhältnis zwischen dem Strom in der LED-Kette 412, mittels einer optionalen Verbindung 428, und dem Strom in der zweiten LED-Kette 416B zu verändern. Die optionale Verbindung 428 ist im Wesentlichen wie Knoten 640 für die Schutz-Wicklung 628 in 6. Diese kann verwendet werden, wenn ein großer Regel-Bereich unter den verschiedenen LED-Ketten gewünscht ist. In manchen Implementierungen kann die erste Hilfs-Last 416 einen Schalter (nicht gezeigt) zum Modifizieren der reflektierten Impedanz aufweisen. Eine Abstimmung zwischen dem Strom-Regel-System 404 und dem zweiten Hilfs-Block 420, falls vorhanden, kann mit einer Verbindung 432 vereinfacht werden. In manchen Implementierungen kann das Strom-Regel-System 404 einen Schalter (nicht gezeigt) zum Kurzschließen des Eingangs zu der Strom-Regel-Schaltung innerhalb des Strom-Regel-Systems aufweisen. Solch eine Implementierung kann mit einem kostengünstigen Schaltelement implementiert werden und kann Wicklungs-Verluste bei kleinen Strömen vermeiden.
In manchen Implementierungen kann die zweite LED-Kette 416B unter Verwendung eines von der ersten LED-Kette 412 abgegriffenen Stroms mit Energie versorgt werden. In manchen Implementierungen, in welchen die optionale Verbindung 428 vorhanden ist, kann die zweite LED-Kette 416 von dieser Verbindung mit Energie versorgt werden. In manchen Beispielen, in denen die optionale Verbindung 428 implementiert ist, kann eine Steuerung der zweiten LED-Kette 416B mittels einer externen Steuerung (nicht gezeigt, aber ein herkömmliches Steuerschema verwendend) oder Parametern einer Vorrichtung, von welcher die Schaltung 400 ein Teil ist, erfolgen. In dem Kontext einer Beleuchtung zum künstlichen Anbau können Parameter einer solchen Vorrichtung unter anderem eine Rückmeldung von Messungen einer Höhe eines Anbaupflanzen-Kronendaches, Spektral-Reflexionsgrad-Messungen, thermischen Messungen oder anderen Messungen aufweisen. Wenn die zweite Hilfs-Last 420 eine Regel-Schaltung (nicht gezeigt) aufweist, kann eine solche Regel-Schaltung zum Steuern der ersten LED-Kette 412 und der zweiten LED-Kette 416B verwendet werden.
Die Schaltung 400 von 4 kann in der Vorrichtung 100 von 1 verwendet werden und/oder eine oder mehrere der verschiedenen Komponenten und Merkmale der Schaltung 400, wie beispielsweise die erste Hilfs-Last 416 und die zweite Hilfs-Last 420, können in einer anderen Schaltung der vorliegenden Offenbarung, wie beispielsweise Schaltung 200 von 2, implementiert sein. Es wird auch darauf hingewiesen, dass Schaltung(en) anderer offenbarter Implementierungen, wie beispielsweise Schaltung(en) der Schaltungsanordnung der Strom-Regel-Schaltung 308A, 308A' und Blöcke 308B(1) und 308B(2) von 3A und 3B, in der Schaltung 400 von 4 implementiert sein können. Der Fachmann wird leicht verstehen, wie Schaltungs-Komponenten und -Blöcke zu kombinieren und anzupassen sind, um Schaltungen vorzunehmen, welche unter Verwendung der breiten Prinzipien dieser Offenbarung arbeiten.
5 stellt eine Schaltung 500 dar, welche zum Beispiel in der Vorrichtung 100 von 1 verwendet werden kann und/oder zum Beispiel für in Beziehung stehende Schaltkreise in hierin offenbarten Schaltungen, wie beispielsweise Schaltung 200 von 2 und Schaltung 400 von 4, ersetzt werden kann. Bezugnehmend auf 5, weist Schaltung 500 ein Strom-Regel-System 504 auf, welches eine Strom-Regel-Schaltung 504A und einen mittels zwei Vorspannungs-Abgreif-Knoten 508(1) und 508(2) innerhalb einer LED-Kette 512 vorgespannten Stromregler 504B aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass, auch wenn dieses Beispiel die Vorspannungs-Abgreif-Knoten 508(1) und 508(2) mit nur einer einzigen LED-Baugruppe 512(1) zwischen diesen zeigt, so dass die Vorspannung für das Strom-Regel-System 404 nur dem Spannungsabfall innerhalb der LED-Kette 512 über diese LED-Baugruppe 512(1) entspricht, die Vorspannungs-Abgreif-Knoten in anderen Implementierungen über mehr als eine einzige LED-Baugruppe angeordnet sein können und/oder an einer anderen Stelle in der LED-Kette angeordnet sein können, wie an anderer Stelle hierin beschrieben.
Die Schaltung 500 von 5 weist ferner eine zweite LED-Kette 516 auf, welche elektrisch durch eine Gleichrichter-Diode 520 über eine Spule 524 mit der LED-Kette 512 verbunden ist. Eine optionale Verbindung 528 und eine gleichrichtende Diode 532 können bereitgestellt sein, wie beispielsweise an einem Energie-Rückgewinnungs-Knoten. In manchen Implementierungen kann die zweite LED-Kette 516 gesperrt oder weggelassen werden, um Verbindung 528 mit der LED-Kette 512 zum Haupt-Gleichrichtungs-Knoten für einen Inverswandler mit invertiertem Ausgang zu machen. Wenn vorhanden, kann Block 536 eine niedrige Impedanz über den Eingang der Strom-Regel-Schaltung 504A bei sehr kleinen Strömen und/oder niedriger Versorgungs-Einspeisung bereitstellen, wodurch effektiv ein elektrischer Kurzschluss um die Strom-Regel-Schaltung herum bereitgestellt wird. Der Fachmann versteht, dass bei manchen Varianten der Strom-Regel-Schaltung 504A ein Gleichrichter 540 verwendet werden kann. In diesem Beispiel ist ein Kondensator 542 bereitgestellt, um die negative Seite der Energieversorgung (nicht gezeigt) elektrisch nachgeschaltet der LED-Kette 512 zu verbinden. Dieser Kondensator 542 ist bereitgestellt, um den Kapazitätsteiler beim Start zu ermitteln. Die LED-Kette 512 hat eine niedrige Kapazität relativ zu den anderen Blöcken in der Reihe. Die Einschalt-Leistung beim Start kann in einem Transienten-Schutz verbraucht werden. Mit dem Kondensator 542 werden Einschalt-Ströme und Transienten nicht durch parasitäre Impedanzen in der Schaltung beherrscht.
Die Schaltung 500 von 5 weist auch einen Strom-Mess-Block 546 auf. In dem gezeigten Beispiel ist der Strom-Mess-Block 546 zu der Strom-Regel-Schaltung 504A elektrisch nachgeschaltet angeordnet. In anderen Implementierungen und wie an anderer Stelle hierin bezüglich einer anderen Implementierung beschrieben, kann der Strom-Mess-Block 546 in Abhängigkeit der Design-Parameter der Strom-Regel-Schaltung 504A elektrisch vorgeschaltet sein.
Die Schaltung 500 von 5 kann in der Vorrichtung 100 von 1 verwendet werden und/oder eine oder mehrere der verschiedenen Komponenten und Merkmale der Schaltung 500, wie beispielsweise die zweite LED-Kette 516 und deren Verbindungen, können in einer anderen Schaltung der vorliegenden Offenbarung, wie beispielsweise Schaltung 200 von 2 und/oder Schaltung 400 von 4, implementiert sein. Es wird auch darauf hingewiesen, dass Schaltung(en) anderer offenbarter Implementierungen, wie beispielsweise Schaltung(en) der Schaltungsanordnung der Strom-Regel-Schaltung 308A, 308A' und Blöcke 308B(1) und 308B(2) von 3A und 3B, in dem Strom-Regel-System 504 von 5 implementiert sein können. Der Fachmann wird leicht verstehen, wie Schaltungs-Komponenten und -Blöcke zu kombinieren und anzupassen sind, um Schaltungen vorzunehmen, welche unter Verwendung der breiten Prinzipien dieser Offenbarung arbeiten. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass, wenn die zweite LED-Kette 516 weggelassen ist, wie der Fachmann verstehen wird, verbleibende Abschnitte der Schaltung 500 in einem Buck/Boost-Modus funktionieren können, wobei die Spule 524 Strom durch Gleichrichter 532 zu Knoten 528 zurückführt. Ein Filtern und ein Verbinden des Knotens 528 zu dem Eingang der Haupt-Kette kann vorteilhaft sein, beispielsweise wenn die erste LED-Kette 512 eine 200V-400V LED-Kette ist.
6 stellt eine Schaltung 600 dar, welche zum Beispiel in der Vorrichtung 100 von 1 verwendet werden kann und/oder zum Beispiel für in Beziehung stehende Schaltkreise in hierin offenbarten Schaltungen, wie beispielsweise Schaltung 200 von 2 und Schaltung 400 von 4, ersetzt werden kann. Bezugnehmend auf 6, weist die Schaltung 600 ein Strom-Regel-System 604 auf, welches eine Strom-Regel-Schaltung 604A und einen mittels zwei Vorspannungs-Abgreif-Knoten 608(1) und 608(2) innerhalb einer Haupt-LED-Kette 612 vorgespannten Stromregler 604B aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass, auch wenn dieses Beispiel die Vorspannungs-Abgreif-Knoten 608(1) und 608(2) mit nur einer einzigen LED-Baugruppe 612(1) zwischen diesen zeigt, so dass die Vorspannung für das Strom-Regel-System 404 nur dem Spannungsabfall innerhalb der Haupt-LED-Kette 612 über dieser LED-Baugruppe 612(1) entspricht, die Vorspannungs-Abgreif-Knoten in anderen Implementierungen über mehr als eine einzige LED-Baugruppe angeordnet sein können und/oder an einer anderen Stelle in der LED-Kette angeordnet sein können, wie an anderer Stelle hierin beschrieben. In diesem Beispiel weist die Schaltung 600 einen Strom-Mess-Block 614 auf, welcher mit dem Stromregler 604B mittels eines Knotens 614(A) verbunden ist. In dem gezeigten Beispiel weist die Strom-Regel-Schaltung 604A einen N-Kanal MOSFET 604A(1) und das Gate des MOSFET ist mit einem Gate-Ansteuer-Knoten 604A(2) verbunden. Ein Source-Kontakt des N-Kanal MOSFET 604A(1) ist mit dem Stromregler 604B mittels einer Verbindung 604A(3) verbunden.
Die Schaltung 600 von 6 weist ferner eine Primärwicklung 616 in elektrischer Reihe mit der Haupt-LED-Kette 612 auf. In diesem Beispiel ist jede einer ersten Sekundärwicklung 620, einer zweiten Sekundärwicklung 624 und einer Schutz-Wicklung 628 mit der Primärwicklung 616 gekoppelt. In der gezeigten Implementierung stellt die erste Sekundärwicklung 620 Energie zu einer ersten Hilfs-Last 632 bereit und die zweite Sekundärwicklung 624 stellt Energie zu einer zweiten Hilfs-Last 636 bereit. Jede der ersten Hilfs-Last 632 und der zweiten Hilfs-Last 636 kann jede geeignete elektrische Last sein, wie unter anderem beispielsweise eine oder mehrere LED-Ketten, eine Standard-Dimm-Schnittstelle, eingebaute Kommunikationen (z.B. Funkempfänger) oder Regel-Schaltung(en) (z.B. für Energieumwandlung, Haushalt, Beleuchtungssteuerungen oder jede andere Anwendung). Grundsätzlich gibt es keine andere Beschränkung für die Art der elektrischen Last für die erste Hilfs-Last 632 und die zweite Hilfs-Last 636 als dass diese einen für die Schaltung 600 geeigneten Energie-Bedarf haben und dass diese die erforderliche Funktionalität für die Vorrichtung, die die Schaltung implementiert, bereitstellen. In manchen Implementierungen kann die Schutz-Wicklung 628 in elektrischer Kommunikation mit zum Beispiel einem Speicherelement (nicht gezeigt) sein.
Energie kann in Verbindung mit dem Betrieb des Strom-Regel-Systems 604 durch die erste Sekundärwicklung 620 und die zweite Sekundärwicklung 624 und die Schutz-Wicklung 628 durch eine von der ersten Hilfs-Last 632 (z.B. LED-Kette(n)) reflektierte Impedanz übertragen werden. Mit ansteigender Impedanz der ersten Hilfs-Last 632 wird mehr der in der Primärwicklung 616 gespeicherten Energie durch die Schutz-Wicklung 628 übertragen. In manchen Implementierungen kann der Knoten 640 mit dem Knoten 644 oder mit einem Knoten (nicht gezeigt) innerhalb der Haupt-LED-Kette 612 unter Verwendung einer Kapazität (nicht gezeigt) elektrisch verbunden sein. Die Kapazität kann ausgewählt werden, um ein Oszillieren an dem Anbringungspunkt der Diode 648 zu minimieren. In manchen Implementierungen kann Knoten 652 elektrisch mit Knoten 656 verbunden sein. Wird ein kleiner Beitrag von der Schutz-Wicklung 628 erwartet, kann es erwünscht sein, die Energie lokaler abzuführen. Ist in einer bestimmten Anwendung ausreichend Energie vorhanden, kann es erwünscht sein, diese zu dem Eingang zurückzuführen.
Die Schutz-Wicklung 628 kann dort angeordnet werden, wo der Energie-Wiederherstellungs-Speicher am zweckmäßigsten ist. Die Effizienz hiervon wird typischerweise durch die Verluste zwischen der Schutz-Wicklung 628 und der Primärwicklung 616, die Gleichrichter-Auswahl und dem Verhältnis von Wicklungs-Kapazität zu Eingangs-Knoten-Impedanz dominiert. Wird ein Gleichrichter (nicht gezeigt) von der Verbindung des Anschlusses der Primärwicklung 616 an die Strom-Regel-Schaltung 604A zu einem Punkt weiter oben in der Haupt-LED-Kette 612, der mit der Primärwicklung in einer typischen Invertierter-Buck-Wandler Art und Weise verbunden ist, hinzugefügt, dann kann weiterhin Energie rückgewonnen werden, wenn die Verluste zwischen der Primärwicklung 616 und der Schutz-Wicklung 628 klein genug sind. Diese Konfiguration würde die Strom-Regel-Schaltung 604A viel höheren Spannungs-Belastungen aussetzen, aber kann einen größeren Bereich von Strömen in den verschiedenen Regel-LED-Ketten ermöglichen. Diode 648 benötigt in diesem Fall eine schnelle Rückwärts-Erholung und ein Abfangen und Dämpfen der Energie parallel zu der Kapazität der Diode 648. Je geringer die Verluste zwischen der Primärwicklung 616 und der Schutz-Wicklung 628 sind, desto mehr Energie kann rückgewonnen werden. Ein Verringern von Verlusten erhöht üblicherweise die Zwischen-Wicklungs-Kapazität und es gibt einen Kompromiss, wenn diese höhere Kapazität elektromagnetische Interferenz-Probleme verursacht, die gedämpft werden sollten, was zu einem gewissen Leistungsabfall führt. Der Fachmann versteht, dass bei manchen Varianten der Strom-Regel-Schaltung 604A ein Gleichrichter 660 verwendet werden kann.
In einer beispielhaften alternativen Implementierung kann der Knoten 652 elektrisch mit der Senke der Strom-Regel-Schaltung 604A (d.h. zwischen der Primärwicklung 616 und der Strom-Regel-Schaltung 604A in 6) verbunden sein und der Knoten 640 kann zum Beispiel mit den Vorspannungs-Abgreif-Knoten 608(1) und 608(2) oder weiter oben in der LED-Kette 612, wie beispielsweise bis hin zu Knoten 644, verbunden sein. Dies ermöglicht die in der Primärwicklung 616 und der Schutz-Wicklung 628 gespeicherte Energie als Strom durch die Diode 648 abzuführen. Dies kann in dem Gesamtsystem verwendet werden, um den Großteil der Energie in dem System zu der LED-Kette 612 zu leiten. In manchen Anwendungen ist die LED-Kette 612 die einzige Lichtquellen-Last und die erste Wicklung 620 und die zweite Wicklung 624 werden zum Beispiel nur als Hilfs-Lasten und Sensorik verwendet. Die erste Wicklung 620 und die zweite Wicklung 624 können entfallen, wenn keine Resonanzschaltung vorhanden ist.
Das Hinzufügen eines zweiten Strom-Mess-Blocks (nicht gezeigt) in Reihe mit der Diode 648 kann bei dieser Konfiguration eine verbesserte Regelung bei Betriebsarten mit geringer Leistung bereitstellen. Wenn eine Regelung bei niedrigen Leistungs-Pegeln nicht kritisch ist, wird der hinzukommende Strom-Mess-Block nicht benötigt. Aufgrund der hohen Rate von Spannungsveränderungen an diesen Knoten können Strom-Mess-Transformator oder Strom-Mess-Optokoppler verwendet werden, um das Layout und die Komplexität zu vereinfachen.
Die Schaltung 600 von 6 kann in der Vorrichtung 100 von 1 verwendet werden und/oder eine oder mehrere der verschiedenen Komponenten und Merkmale der Schaltung 600, wie beispielsweise die erste Hilfs-Last 632 und/oder die zweite Hilfs-Last 636 und die Schutz-Wicklung 628 und deren jeweilige Verbindungen mit der Primärwicklung 616, können in einer anderen Schaltung der vorliegenden Offenbarung, wie beispielsweise Schaltung 200 von 2 und/oder Schaltung 400 von 4, implementiert sein. Es wird auch darauf hingewiesen, dass Schaltung(en) anderer offenbarter Implementierungen, wie beispielsweise Schaltung(en) der Schaltungsanordnung der Strom-Regel-Schaltung 308A, 308A' und Blöcke 308B(1) und 308B(2) von 3A und 3B, in dem Strom-Regel-System 604 von 6 implementiert sein können. Der Fachmann wird leicht verstehen, wie Schaltungs-Komponenten und -Blöcke zu kombinieren und anzupassen sind, um Schaltungen vorzunehmen, welche unter Verwendung der breiten Prinzipien dieser Offenbarung arbeiten.
BEISPIELHAFTE IMPLEMENTIERUNGEN
Eine beispielhafte Implementierung verwendet einen Spitzenstrom-Modus-Schalter als Strom-Regel-Schaltung in Reihe mit einer Haupt-LED-Kette. Dieser Spitzenstrom-Modus-Schalter, bzw. einfach „Schalter,“ wurde zunächst mit dem Ausgang des Schalters als ein Buck-Boost in drei rote LED-Baugruppen implementiert. Dies war primär als ein geregeltes maximales Strom-Limit für die Haupt-LED-Kette gedacht, wobei die roten LED-Baugruppen nur als kostengünstige Anzeiger von Strom in der Haupt-LED-Kette fungieren. Andere Modi von Signalisierungs-Systemen sind auch möglich und können beispielsweise nur während einer Inbetriebnahme oder einem Anzeigen von Fehlerbedingungen des Systems verwendet werden.
Eine andere beispielhafte Implementierung nutzt die Schaltung 500 von 5 aus. Bezugnehmend nun auf 7A bis 7E und auch auf 5, 7A bis 7E zeigt beispielhafte Kurvenverläufe für eine ansteigende System-Eingangs-Spannung an Knoten 544 (5), wie durch den Spannungs-Kurvenverlauf 700 von 7A dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Diagramme von 7A bis 7E eine gemeinsame Zeitachse teilen. Mit der ansteigenden Spannung an Knoten 544 (5) des Spannungs-Kurvenverlaufs 700 von 7A, zeigt 7B den entsprechenden Strom-Kurvenverlauf 704 an dem Block 536 (5), zeigt 7C den entsprechenden Strom-Kurvenverlauf 708 des Stroms an der Strom-Regel-Schaltung (5), zeigt 7D den entsprechenden Spannungs-Kurvenverlauf 712 der Spannung an dem Block 536 (5) und zeigt 7E den entsprechenden Strom-Kurvenverlauf 716 des Stroms durch die LED-Kette 512.
Der Umschaltpunkt und der Einstellpunkt können auf verschiedene Werte verändert werden. Der Wert der Kapazität an dem V_in-Knoten (in diesem Beispiel ein Knoten zwischen dem Eingangs-Ende der Spule 524 und dem Ausgang des Strom-Mess-Blocks 546) dominiert die Verzögerung des Starts des Strom-Regel-Systems 504 mit ansteigender System-Eingangs-Spannung. In dem Fall einer rapide ansteigenden System-Eingangs-Spannung an Knoten 544 dominiert der Wert der Kapazität an dem V_in-Knoten die Verzögerung bevor das Strom-Regel-System 504 den Strom in der Haupt-LED-Kette 512 begrenzen kann. In der beispielhaften Implementierung wurde das Strom-Regel-System 504 eingestellt, näher bei 150 mA zu begrenzen. V_in steigt mit der System-Spannung. Wenn es zu wenig Hysterese zwischen der Nebenanschluss-Abschaltung und der Steuerung des Strom-Regel-System 504 gibt, dann führt dies zu einem Blinken in jeder mit der LED-Kette 512 in Reihe geschalteten LED und/oder auch in möglicherweise gekoppelten Wicklungs-Lasten. In der beispielhaften Implementierung wurde dieses Blinken vermieden. Allerdings kann das Blinken in manchen Anwendungen ein hilfreiches visuelles Signal für jemanden sein, der das System abstimmt, um sicherzustellen, dass die LED-Ketten, hier die LED-Ketten 512 und 516, in einen anderen Betriebsmodus übergegangen sind. Wenn der Strom-Limit-Modus des Strom-Regel-Systems 504 aufgrund der Hilfs-LED-Kette, hier LED-Kette 516, ein anderes Spektrum bereitstellt, wäre dies beim Einrichten eines Systems eine Vergewisserung, dass die Steuerungen korrekt eingestellt wurden. Der Ausgang kann auch ganz oder teilweise mit einem Block ähnlich der Hilfs-Last 416 nebengeschaltet werden, wobei der Schalter aber arbeiten darf.
In einem Beispiel, bei dem eine herkömmlich gesteuerte Energieversorgung mit mehreren parallelen LED-Ketten verbunden ist, gibt es Unterschiede zwischen den Strömen in den parallelen LED-Ketten. Wird, geregelt durch einen Spitzenstrom-Modus-Schalter (d.h. Strom-Regel-Schaltung), mehr Energie von der Haupt-LED-Kette umgeleitet, dann kann die Haupt-LED-Kette als eine Primärlichtquelle für die Anwendung dienen und eine Spektral-Modifikation mit derzeit verwendeten Regel-Systemen ermöglichen. Solch eine Energieversorgung ist typischerweise extern geregelt, um die Energie zu der Last zu verringern zum Verringern der Licht-Ausgabe. Dies kann in Verbindung mit dem Spitzenstrom-Modus-Schalter dieser Implementierung verwendet werden. Werden in einer oder mehreren parallelen Ketten von der Haupt-LED-Kette verschiedene Spektren verwendet, ermöglicht diese Konfiguration eine Spektral-Verschiebung mit geregelter ausgegebener Energie von der Energieversorgung. Mit zunehmender Leistung der Energieversorgung steigt der Licht-Anteil von der durch den Spitzenstrom-Modus-Schalter geregelten Haupt-LED-Kette. Dies ermöglicht eine Last, die bei niedrigeren Leistungs-Leveln ein anderes Verhältnis von Nah-Rot (ungefähr 600 nm bis ungefähr 700 nm Wellenlänge) zu Fern-Rot (ungefähr 700 nm bis ungefähr 800 nm Wellenlänge) hat als bei hohen Leistungs-Pegeln. Das Verhältnis ändert sich mit der Energie in der Last und der Standard-Steuerung der Energieversorgung.
In einer anderen beispielhaften Implementierung, die eine Haupt-LED-Kette und eine zweite, bzw. Hilfs-, LED-Kette, die in einer Licht-Leiste ausgeführt sind, verwendet, kann die Haupt-LED-Kette den gesamten gewünschten Spektralinhalt und fern-roten Inhalt aber einen verringerten nah-roten Inhalt enthalten und die Hilfs-LED-Kette enthält den von der Haupt-LED-Kette fehlenden nah-roten Inhalt. Diese Implementierung kann für Quellen für künstliches Sonnenlicht zum Anbau bestimmter Arten von Pflanzen geeignet sein. Wie bekannt, reagieren bestimmte Pflanzen in bekannter Weise auf veränderte Lichtbedingungen, darunter ein Verändern des Verhältnisses von nah-rotem bis fern-rotem Inhalt im Laufe des Tages, wenn sich die Position der Sonne am Himmel verändert oder wenn die Pflanze beschattet wird. In dieser Implementierung kann die Hilfs-LED-Kette gesteuert werden, um mehr nah-roten Inhalt einzubringen, indem das Verhältnis von Nah-Rot bis Fern-Rot basierend auf einem Regeln der Haupt-LED-Kette und der Hilfs-LED-Kette verändert wird. Das Regeln dieses Verhältnisses kann basierend auf System-Eingangs-Parametern und/oder mittels externer und/oder interner Signale verändert werden. In einem Beispiel wird die Schaltung 600 von 6 verwendet, wobei die Haupt-LED-Kette 604 den verringerten nah-roten Inhalt aufweist und die erste Hilfs-Last 632 die Hilfs-LED-Kette ist, die den von der Haupt-LED-Kette fehlenden nah-roten Inhalt aufweist.
In dieser Implementierung kann der Strom in der Haupt-LED-Kette dimmbar, aber an einem Maximum geregelt, sein, und die Hilfs-LED-Kette kann an den Enden der Licht-Leiste hinzugefügt werden. Dies ermöglicht einen Betrieb der Licht-Leiste bei keinem oder kleinem Strom in der Ende-Hilfs-LED-Kette, wenn nur Anbaugeräte, wie beispielsweise Wasser-Pumpen an diesen Enden angeordnet sind, und auch einen Inhalt-ändernden Betrieb, wenn Pflanzen an diesen Enden angeordnet sind. Diese hinzugefügte Flexibilität in dem Betrieb des Systems ermöglicht Veränderungen eines Anbauprodukt- oder Gestell-Abstands, wodurch ein Erfordernis einer Rekonfiguration der Licht-Leiste und mehrerer SKU-Einheiten reduziert wird.
Wird die Licht-Leiste auf niedrigere Werte gedimmt, verbleiben die Spektral-Verhältnisse vergleichsweise nah beieinander anders als bei Schwankungs-verursachten thermischen Effekten. Bei einem ausgewählten Punkt auf der Dimm-Kurve können einer oder mehrere der Bereiche des Spektrums durch weiteres Dimmen verringert werden. An dem Ende der Dimm-Kurve kann die Vorrichtung abschalten. Eine mögliche Implementierung wäre, den nah-roten Inhalt unter den ausgewählten Punkt zu verringern. Dies könnte bei manchen Kultursorten einen gewünschten Effekt haben, indem die Spektral-Veränderung bei Sonnenaufgang/Sonnenuntergang nachgeahmt wird. Dies ermöglicht weiterhin die Veränderung der Aspiration an dem Ende des Licht-Zyklus, um ein Vorhandensein von zu viel Feuchtigkeit beim Abschalten der Beleuchtungen zu verhindern.
In manchen Implementierungen darf die Eingangs-Spannung, V_in, zu der Strom-Regel-Schaltung nicht unter den Versorgungs-Bedarf für den Stromregler fallen, da die Vorspannungs-Versorgung für den Stromregler von den Vorspannungs-Abgreif-Knoten innerhalb einer LED-Kette gespeist ist.
Die relativen Last-Ströme können geregelt werden. Dies kann als eine Funktion von Eingangs-Spannungs-Pegeln eingestellt oder extern gesteuert werden. Wenn das System an einer einfachen Versorgung betrieben wird, kann die Eingangs-Spannung der einzig verfügbare Eingangs-Kanal sein. Geeignete Totzonen können eingefügt werden, um den Effekt von Leitungsverlusten zu minimieren. Wenn das System extern geregelt ist, können primäre oder sekundäre Nebenanschluss- und-Last-Ströme durch eine Kommunikation über den gespeisten Gleichstrom oder andere Mittel, die durch die Wechsel-Last-Energie oder die Haupt-LED-Kette mit Energie versorgt werden, eingestellt werden.
In einer bestimmten Instanziierung ist der vorgesehene Betrieb einer Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung, wie beispielsweise der Vorrichtung 100 von 1 (z. B. die Schaltung 600 von 6 implementierend) alles zu bieten, was normalerweise in einem Wachstums-Spektrum vorhanden ist, außer den gesamten nah-roten Inhalt bei einer niedrigen System-Eingangs-Spannung. Bei höheren System-Eingangs-Spannungen wird nah-roter Inhalt hinzugefügt. Auf diese Weise würde das System ein Dimmen und eine Verhältnis-Änderung des Rot-Inhalts bieten. Als beispielhafte Ergänzungen zu diesem Betrieb können externe Regelungen in die Regel-Punkte für die Haupt- und Hilfs-LED-Ketten eingebunden werden. Wie voranstehend erörtert, ist eine Versorgung externer Lasten eine andere Option, die für Kommunikations- und Erfassungs-Module genutzt werden kann.
Als ein Beispiel und Bezugnehmend auf 8A bis 8D und auch auf 6, stellt 8A einen beispielhaften Spannungs-Kurvenverlauf 800 der System-Eingangs-Spannung an Knoten 644 dar, und 8B bis 8D zeigen einen Strom-Kurvenverlauf 804 für die entsprechenden Ströme in der Haupt-LED-Kette 612 (6), einen Strom-Kurvenverlauf 808 für die entsprechenden Ströme in einer Hilfs-LED-Kette in der ersten Hilfs-Last 632 und einen Strom-Kurvenverlauf 812 für die entsprechenden Ströme der Strom-Regel-Schaltung 604A, welche in 8B bis 8D als I_LED1, I_LED2 und SCHALT-STROM gekennzeichnet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Diagramme von 8A bis 8D eine gemeinsame Zeitachse teilen. Wenn die System-Eingangs-Spannung (Kurvenverlauf 800 von 8A) die Vorwärts-Spannung der Haupt-LED-Kette 612 (6) übersteigt, begrenzt das Strom-Regel-System 604 den Strom I_LED1 in der Haupt-LED-Kette, wie durch den Strom-Kurvenverlauf 804 von 8B angezeigt. Die in das Strom-Regel-System 604 eingegebene Spannung steigt mit der ansteigenden System-Eingangs-Spannung. Wenn diese einen vordefinierten Punkt erreicht (z.B. weniger als 10 Volt wie hier gezeigt) wird der Hilfs-LED-Kette der ersten Hilfs-Last 632 erlaubt, Strom I_LED2 weiterzuleiten, wie bei Kurvenverlauf 808 von 8C angezeigt. Wenn die System-Eingangs-Spannung weiter ansteigt, wird auch die Hilfs-LED-Kette geregelt. Ein Teil davon führt zu Energie-Verlusten in der Regelung der Hilfs-LED-Kette und ein Teil wird durch die Schutzdiode zurück zur Kapazität des Knotens 644 der Haupt-LED-Kette 612 geführt. Der SCHALT-STROM in 8D ist die Spannung des Mess-Widerstands für den Schalt-Konverter und repräsentiert den Strom in dem Schalter in der Strom-Regel-Schaltung 604A. An verschiedenen Punkten in der System-Eingangs-Spannung können verschiedene Verhältnisses des Spektrums erreicht werden.
In diesem Beispiel verwendet die Strom-Erfassung der Haupt-LED-Kette 612 die Strom-Mess-Operationsverstärker-Option. Dies stellt eine Rückmeldung für das Strom-Regel-System 604 und den Kurzschluss/Nebenanschluss-Betrieb bereit. Es gibt Schalter-Controller mit integrierten FETs, die derzeit mit niedrigen Kosten und sehr guten Ergebnissen in Automobil-Zuverlässigkeits-Tests verfügbar sind. Diese bieten keine einfache Abschalt-Funktion. Um mit diesen Bauteilen zu arbeiten, wurde ein FET parallel zu dem Konverter hinzugefügt, um diese bei kleinen/gedimmten Strömen in der Haupt-LED-Kette 612 kurzzuschließen. Dies resultiert auch in einer höheren Effizienz bei kleinen/gedimmten Strömen in der Haupt-Kette als wenn der Konverter in Betrieb wäre. Der Strom durch die Schutzdiode 648 in Knoten 640 fällt ab, wenn die Hilfs-LED-Kette der ersten Hilfs-Last 632 aktiviert ist.
Das Voranstehende ist eine ausführliche Beschreibung veranschaulichender Implementierungen der Offenbarung. Es wird darauf hingewiesen, dass in der vorliegenden Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen nebenordnende konjunktive Sprache, wie beispielsweise in den Ausdrücken „mindestens eines von X, Y und Z“ und „ein oder mehrere von X, Y und Z“ verwendet, sofern nicht ausdrücklich anders angeben oder angedeutet, bedeuten soll, dass jedes Element in der verbindenden Liste in jeder Anzahl ohne jedes andere Element in der Liste oder in jeder Anzahl in Kombination mit jedem oder allen anderen Element(en), von denen jedes auch in jeder Anzahl vorhanden sein kann, in der verbindenden Liste vorhanden sein kann. In Anwendung dieser allgemeinen Regel umfassen die nebenordnenden konjunktiven Ausdrücke in den voranstehenden Beispielen, in welchen die verbindende Liste aus X, Y und Z besteht, jeweils: ein oder mehrere von X; ein oder mehrere von Y; ein oder mehrere von Z; ein oder mehrere von X und ein oder mehrere von Y; ein oder mehrere von Y und ein oder mehrere von Z; ein oder mehrere von X und ein oder mehrere von Z; und ein oder mehrere von X, ein oder mehrere von Y und ein oder mehrere von Z.
Verschiedene Modifikationen und Ergänzungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Merkmale jeder der voranstehend beschriebenen verschiedenen Implementierungen können auf geeignete Weise mit Merkmalen anderer beschriebener Implementierungen kombiniert werden, um eine Vielzahl von MerkmalsKombinationen in zugehörigen neuen Implementierungen bereitzustellen. Ferner ist das hierin beschriebene lediglich veranschaulichend für die Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung, auch wenn das Voranstehende eine Anzahl separater Implementierungen beschreibt. Außerdem, auch wenn bestimmte Verfahren hierin als in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt veranschaulich und/oder beschrieben werden, ist die Reihenfolge sehr variabel innerhalb fachmännischen Handelns, um Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu erreichen. Dementsprechend soll diese Beschreibung nur als Beispiel dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht anderweitig beschränken.
Beispielhafte Implementierungen wurden voranstehend offenbart und in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht. Es wird durch den Fachmann verstanden, dass verschiedene Veränderungen, Auslassungen und Ergänzungen zu dem, was hierin spezifisch offenbart ist, vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Eine Vorrichtung (100), aufweisend: eine erste Leuchtdioden-(LED)-Kette (104(1)), die eine erste Mehrzahl von LED-Baugruppen, die miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind, aufweist; eine betriebsfähig mit der ersten LED-Kette (104(1)) verbundene Strom-Regel-Schaltung (212A), die eingerichtet ist, einen elektrischen Strom in der ersten LED-Kette (104(1)) zu regeln; und einen Stromregler (212C), der betriebsfähig mit der Strom-Regel-Schaltung verbunden ist und eine Vorspannung (V_BIAS) für den Betrieb verwendet, wobei: der Stromregler (212C) betriebsfähig eingerichtet ist, die Strom-Regel-Schaltung (212A) zum Regeln des elektrischen Stroms zu veranlassen; und der Stromregler (212C) elektrisch mit den Vorspannungs-Abgreif-Knoten (208N(1) und 208N(2)) in der ersten LED-Kette (104(1)) verbunden ist, um die Vorspannung (V_BIAS) bereitzustellen, wobei eine oder mehrere der ersten Mehrzahl von LED-Baugruppen zwischen den Vorspannungs-Abgreif-Knoten (208N(1) und 208N(2)) angeordnet sind, so dass die Vorspannung (V_BIAS) durch einen Spannungsabfall über das eine oder die mehreren der zwischen den Vorspannungs-Abgreif-Knoten (208N(1) und 208N(2)) angeordneten LEDs bereitgestellt wird.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei: die LED-Kette (104(1)) im Betrieb ein Ende mit einer höheren Spannung und ein Ende mit einer niedrigeren Spannung hat; die erste Mehrzahl von LED-Baugruppen mindestens eine erste LED-Baugruppe, die an dem Ende höherer Spannung angeordnet ist, und mindestens eine zweite LED-Baugruppe, die der ersten LED-Baugruppe elektrisch nachgeschaltet angeordnet ist, aufweist; und die in die LED-Kette (104(1)) abgreifenden Vorspannungs-Abgreif-Knoten (208N(1) und 208N(2)) auf einer gegenüberliegenden Seite der zweiten LED-Baugruppe angeordnet sind.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die Strom-Regel-Schaltung (212A) den elektrischen Strom in der LED-Kette (104(1)) an einer Stelle in der LED-Kette (104(1)) regelt, die näher an dem Ende niedrigerer Spannung ist als die Vorspannungs-Abgreif-Knoten (208N(1) und 208N(2)).
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die Strom-Regel-Schaltung (212A) den elektrischen Strom in der LED-Kette (104(1)) an einer Stelle in der LED-Kette (104(1)) regelt, die näher an dem Ende höherer Spannung ist als die Vorspannungs-Abgreif-Knoten (208N(1) und 208N(2)).
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Strom-Regel-Schaltung (212A) einen linearen Stromregler (212C) aufweist, welcher den elektrischen Strom in der ersten LED-Kette (104(1)) regelt.
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Strom-Regel-Schaltung (212A) einen schaltenden Stromregler (212C) aufweist, welcher den elektrischen Strom in der ersten LED-Kette (104(1)) regelt.
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Stromregler (212C) einen Strom-Sensor aufweist, welcher den elektrischen Strom in der ersten LED-Kette (104(1)) erfasst.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei der Stromregler (212C) einen Strom-Mess-Operationsverstärker aufweist.
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend ein Gehäuse, welches die erste LED-Kette (104(1)), die Strom-Regel-Schaltung (212A) und den Stromregler (212C) enthält.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, ferner aufweisend eine Energieversorgung, die mit der ersten LED-Kette (104(1)) elektrisch gekoppelt ist zum Versorgen der ersten LED-Kette (104(1)) und die in das Gehäuse integriert ist.
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend eine zweite LED-Kette (104(2)), die von der ersten LED-Kette (104(1)) mit Energie versorgt wird.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei: die LED-Kette (104(1)) im Betrieb ein Ende mit einer höheren Spannung und ein Ende mit einer niedrigeren Spannung hat; und die zweite LED-Kette (104(2)) elektrisch mit dem Vorspannungs-Knoten innerhalb der ersten LED-Kette (104(1)) verbunden ist.
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die zweite LED-Kette (104(2)) durch eine induktive Kopplung mit der ersten LED-Kette (104(1)) mit Energie versorgt wird.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 13, wobei: die erste LED-Kette (104(1)) einen ersten Spektralinhalt hat und die zweite LED-Kette (104(2)) einen von dem ersten Spektralinhalt der ersten LED-Kette (104(1)) verschiedenen zweiten Spektralinhalt hat; und eine Schaltungsanordnung der Vorrichtung (100) so eingerichtet ist, dass durch den Stromregler (212C) verursachte Veränderungen des elektrischen Stroms in der ersten LED-Kette (104(1)) einen elektrischen Strom in der zweiten LED-Kette (104(2)) verändern, um eine durch die Vorrichtung (100) ausgegebene Mischung des ersten Spektralinhalts und des zweiten Spektralinhalts zu verändern.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei die Veränderung der Mischung eine Veränderung zwischen nah-roter Ausgabe und fern-roter Ausgabe aufweist.
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die erste LED-Kette (104(1)) eine induktive Wicklung in elektrischer Reihe mit der ersten Mehrzahl von LED-Baugruppen aufweist, wobei die Vorrichtung (100) ferner eine oder mehrere elektrische Lasten aufweist, die induktiv zu der induktiven Wicklung gekoppelt sind, um die eine oder mehreren elektrischen Lasten mit Energie zu versorgen.
Die Vorrichtung (100) nach Anspruch 16, wobei die ein oder mehreren elektrischen Lasten mindestens eines aufweisen von einer zweiten LED-Kette (104(2)), einer Regel-Schaltung, einer Energie-Speicher-Vorrichtung und einem Funkempfänger.
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei die ein oder mehreren elektrischen Lasten eine zweite LED-Kette (104(2)), eine Dimmer-Schaltung und eine kabelgebundene oder drahtlose Haushalts-Steuer-Schaltung aufweisen.
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Vorrichtung (100) eingerichtet ist, eine oder mehrere Pflanzen zu beleuchten.
Die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, ferner aufweisend einen Funkempfänger, der eingerichtet ist, mit einer Fernbedienung drahtlos zu kommunizieren.