DE102022002465B3

DE102022002465B3 - light emitting diode circuit

Info

Publication number: DE102022002465B3
Application number: DE102022002465.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Gottke
Original assignee: Baumer Optronic GmbH
Current assignee: Baumer Optronic GmbH
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2023-09-07
Anticipated expiration: 2042-07-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenschaltung, umfassend Leuchtmittel, die wenigstens eine Leuchtdiode umfassen und so ausgebildet sind, dass in einem Leuchtzustand die Helligkeit der Leuchtmittel durch das Einprägen eines Diodenstroms einstellbar ist, Stromregelmittel, die einen Steuerkontakt, einen Eingangs- und einen Ausgangskontakt umfassen, und so ausgebildet sind, dass in Reaktion auf ein am Steuerkontakt anliegendes Einschaltsignal und das Anliegen einer zwischen dem Eingangs- und Ausgangskontakt abfallenden minimalen Nennspannung ein zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangskontakt fließender Laststrom einregelbar ist, wobei die Leuchtmittel und die Stromregelmittel eine erste Reihenschaltung mit einer Eingangsklemme und einer Masseklemme ausbilden, Spannungsregelmittel, die eingangsseitig mit einer Energiequelle und ausgangsseitig mit der Eingangsklemme der ersten Reihenschaltung elektrisch verbunden sind, und die so ausgebildet sind, dass über einen Spannungsregelkreis eine ausgangsseitig erfassbare Spannung der ersten Reihenschaltung in Abhängigkeit eines Sollwertes einregelbar ist.The present invention relates to a light-emitting diode circuit, comprising lighting means which include at least one light-emitting diode and are designed such that in a lighting state the brightness of the lighting means can be adjusted by impressing a diode current, current control means which include a control contact, an input and an output contact, and are designed in such a way that a load current flowing between the input and output contact can be regulated in response to a switch-on signal present at the control contact and the presence of a minimum nominal voltage falling between the input and output contact, the lighting means and the current control means having a first series connection an input terminal and a ground terminal, voltage control means, which are electrically connected on the input side to an energy source and on the output side to the input terminal of the first series circuit, and which are designed so that a voltage of the first series circuit that can be detected on the output side can be adjusted depending on a setpoint value via a voltage control circuit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenschaltung.The present invention relates to a light emitting diode circuit.

Aus dem Stand der Technik sind Leuchtdiodenschaltungen zum Realisieren einer Beleuchtung allgemein bekannt. Im Vergleich zu klassischen Glühbirnen zeichnen sich Leuchtdioden (LED) bei längeren Betriebslaufzeiten durch einen geringen Energieverbrauch aus. Moderne Leuchtdioden lassen sich zudem zu immer geringeren Kosten herstellen, was die wachsende Dominanz der Leuchtdioden für sämtliche Beleuchtungsanwendungen weiter unterstützt.Light-emitting diode circuits for implementing lighting are generally known from the prior art. Compared to classic light bulbs, light-emitting diodes (LED) are characterized by low energy consumption over longer operating times. In addition, modern light-emitting diodes can be produced at ever lower costs, which further supports the growing dominance of light-emitting diodes for all lighting applications.

Eine Leuchtdiode ist ein Halbleiterbauelement mit einer charakteristischen Spannungs-Strom-Kennlinie (UI-Kennlinie). Bei einer Leuchtdiode besteht ein charakteristischer Zusammenhang zwischen der über der Leuchtdiode abfallenden Diodenspannung sowie dem durch die Leuchtdiode fließenden Diodenstrom. Die Helligkeit einer Leuchtdiode ist unmittelbar vom Diodenstrom abhängig. Die Diodenspannung, die auch als Schwell-, Fluss- oder Durchlassspannung bezeichnet wird, hängt neben dem Diodenstrom auch von der Farbe der Leuchtdiode und vom konkreten Leuchtdiodentyp ab.A light-emitting diode is a semiconductor component with a characteristic voltage-current characteristic (UI characteristic). In the case of a light-emitting diode, there is a characteristic relationship between the diode voltage drop across the light-emitting diode and the diode current flowing through the light-emitting diode. The brightness of a light-emitting diode is directly dependent on the diode current. The diode voltage, which is also referred to as threshold, forward or forward voltage, depends not only on the diode current but also on the color of the light-emitting diode and on the specific type of light-emitting diode.

Ferner weist die UI-Kennlinie einer Leuchtdiode eine Temperaturabhängigkeit auf, weshalb die Diodenspannung in einem Dauerleuchtbetrieb, der zu einem inneren Temperaturanstieg der Leuchtdiode führt, ausgehend von einer anfänglichen maximalen Flussspannung abfällt. Die maximale Flussspannung einer Leuchtdiode unterliegt zudem exemplarischen Streuungen und Serienstreuungen.Furthermore, the UI characteristic curve of a light-emitting diode has a temperature dependency, which is why the diode voltage drops from an initial maximum forward voltage in continuous lighting operation, which leads to an internal temperature rise in the light-emitting diode. The maximum forward voltage of a light-emitting diode is also subject to exemplary spreads and series spreads.

Bei einer Leuchtdiodenschaltung ist daher der maximal mögliche Spannungsabfall bei einem gewünschten Diodenstrom der Leuchtdiode zu berücksichtigen. Ebenso ist die thermische Abhängigkeit der Diodenspannung bei der Auslegung der Leuchtdiodenschaltung zu beachten.In the case of a light-emitting diode circuit, the maximum possible voltage drop for a desired diode current of the light-emitting diode must therefore be taken into account. The thermal dependence of the diode voltage must also be taken into account when designing the light-emitting diode circuit.

Eine aus dem Stand der Technik bekannte Leuchtdiodenschaltung umfasst ein Leuchtmittel mit wenigstens einer Leuchtdiode sowie Stromregelmittel, die zum Einregeln eines konstanten Diodenstroms ausgebildet sind. Die Leuchtmittel und die Stromregelmittel sind seriell verschalten und werden durch übergeordnete Spannungsregelmittel mit einer konstanten Eingangsspannung versorgt. Somit kann ein konstanter Diodenstrom für eine gleichbleibende Helligkeit des Leuchtmittels auch bei Spannungsschwankungen, die in der Versorgungsspannung auftreten, eingeregelt werden.A light-emitting diode circuit known from the prior art comprises a lighting means with at least one light-emitting diode and current control means which are designed to regulate a constant diode current. The lighting means and the current control means are connected in series and are supplied with a constant input voltage by higher-level voltage control means. In this way, a constant diode current can be regulated to ensure that the brightness of the light source remains the same, even with voltage fluctuations that occur in the supply voltage.

Umfasst das Leuchtmittel beispielsweise eine Reihenschaltung aus zehn weißen Leuchtdioden und soll die Leuchtdiodenschaltung für einen Temperaturbereich von - 40°C bis 85°C ausgelegt werden, so kann die summierte Flussspannung unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen im Bereich von beispielsweise 38V liegen. Bei 25°C würde hingegen die typische summierte Flussspannung nur bei 28V liegen und bei minimaler Temperatur und unter Berücksichtigung aller Bauteiltoleranzen kann die entsprechende Flussspannung noch deutlich tiefer liegen. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn zusätzlich noch die Stromstärke durch die Leuchtdioden variiert wird, um die Helligkeit der Leuchtdioden anzupassen.For example, if the illuminant comprises a series connection of ten white LEDs and if the LED circuit is to be designed for a temperature range of -40°C to 85°C, the total forward voltage can be in the range of 38V, for example, taking into account the operating conditions. At 25°C, on the other hand, the typical total forward voltage would only be 28V and at minimum temperature and taking into account all component tolerances, the corresponding forward voltage can be significantly lower. This is the case above all when the current intensity through the light-emitting diodes is also varied in order to adjust the brightness of the light-emitting diodes.

Daher wird die Eingangsspannung, die mittels der Spannungsregelmittel aus der Versorgungsspannung erzeugt wird, deutlich höher gewählt als die im momentanen Arbeitspunkt notwendig summierte Flussspannung.The input voltage, which is generated from the supply voltage by means of the voltage control means, is therefore selected to be significantly higher than the forward voltage that is necessary summed up at the current operating point.

Dies führt bei einer Stromregelung zu hohen Längsverlusten über den Stromregelmittel, weshalb eine erhöhte Verlustleistung entsteht und folglich nur ein geringer Wirkungsgrad durch die bekannten Leuchtdiodenschaltungen erzielt wird.In the case of current control, this leads to high longitudinal losses via the current control means, which is why an increased power loss occurs and consequently only a low degree of efficiency is achieved by the known light-emitting diode circuits.

Die Verlustleistung fällt normalerweise an einem einzelnen Bauelement, meist ein Transistor, an. Dies führt zu einem thermischen Hotspot an diesem Bauelement. Das Bauelement muss zum einen für die Leistungsaufnahme ausgelegt sein und zum anderen muss eine entsprechende thermische Ableitung der Verlustleistung gewährt sein. Alternativ kann die Leistung schaltungstechnisch auf mehrere Bauteile aufgeteilt werden. Dies ist schaltungstechnisch aufwendiger, allerdings können dann kritische thermische Hotspots minimiert oder sogar vollständig vermieden werden. Auf die Gesamtverlustleistung hat dies aber keinen Einfluss.The power dissipation usually occurs at a single component, usually a transistor. This leads to a thermal hotspot on this component. On the one hand, the component must be designed for the power consumption and, on the other hand, a corresponding thermal dissipation of the power loss must be guaranteed. Alternatively, the circuitry can be used to split the power between several components. This is more complex in terms of circuitry, but critical thermal hotspots can then be minimized or even completely avoided. However, this has no influence on the total power loss.

Zudem kommt es bei bekannten Leuchtdiodenschaltungen oft zu einer Einschaltverzögerung der Leuchtdiode, die sich durch eine reduzierte Helligkeit zeigt. Die Einschaltverzögerung entsteht durch das Einschaltverhalten klassischer Leuchtdiodenschaltungen, bei denen sich der Diodenstrom unmittelbar nach dem Einschalten nur verzögert auf den für eine gewünschte Helligkeit hinterlegten Sollwert einregeln lässt. Die Einschaltverzögerung bekannter Leuchtdiodenschaltungen liegt für die vorliegende Erfindung im Bereich von mehr als 10µsec.In addition, with known light-emitting diode circuits, there is often a switch-on delay of the light-emitting diode, which is reflected in reduced brightness. The switch-on delay is caused by the switch-on behavior of classic light-emitting diode circuits, in which the diode current can only be adjusted to the setpoint value stored for a desired brightness with a delay immediately after switching on. For the present invention, the switch-on delay of known light-emitting diode circuits is in the range of more than 10 μsec.

Für Beleuchtungsanwendungen, die für das menschliche Sehen ausgelegt sind, ist eine solche Verzögerung aufgrund der kurzen Dauer sowie dem geringen Helligkeitsverlust unproblematisch, da das menschliche Auge nur etwa 15 Bilder pro Sekunde erfassen kann und somit die Verzögerung nicht wahrnehmen kann. Für eine industrielle Beleuchtung mit kurzen Lichtpulsen ist eine Verzögerung von mehr als 10µsec hingegen nicht akzeptabel.For lighting applications that are designed for human vision, such a delay is unproblematic due to the short duration and the low loss of brightness, since the human eye can only capture about 15 frames per second and thus cannot perceive the delay. For an industrial lighting with short light pulses, however, a delay of more than 10 µsec is unacceptable.

Weiterhin ist aus dem gattungsbildenden Stand der Technik die DE 10 2019 005 029 A1 bekannt, die eine Leuchtdiodenschaltung mit Leuchtmitteln, Stromregelmitteln und Spannungsregelmitteln offenbart. Auch aus der DE 10 2007 014 399 A1 ist eine Leuchtdiodenschaltung bekannt, bei der die über den Leuchtmitteln abfallende Spannung im Betrieb verändert wird.Furthermore, from the generic state of the art DE 10 2019 005 029 A1 known, which discloses a light-emitting diode circuit with lighting means, current control means and voltage control means. Also from the DE 10 2007 014 399 A1 a light-emitting diode circuit is known in which the voltage drop across the light sources is changed during operation.

Folglich liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leuchtdiodenschaltung anzugeben, die zum einen für einen effizienten Leuchtbetrieb und zum anderen für eine industrielle Beleuchtung geeignet ist.Consequently, the object of the present invention is to overcome the disadvantages known from the prior art. In particular, the object of the present invention is to specify a light-emitting diode circuit which is suitable for efficient lighting operation on the one hand and for industrial lighting on the other.

Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1 according to the invention.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous developments of the invention are described in the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Leuchtdiodenschaltung mit Leuchtmitteln, die wenigstens eine LED umfassen und so ausgebildet sind, dass in einem Leuchtzustand die Helligkeit der Leuchtmittel durch das Einprägen eines Diodenstroms einstellbar ist.The present invention includes a light-emitting diode circuit with lighting means, which include at least one LED and are designed such that the brightness of the lighting means can be adjusted in a lighting state by impressing a diode current.

Ferner umfasst die erfindungsgemäße Leuchtdiodenschaltung Stromregelmittel, die einen Steuerkontakt, einen Eingangs- und einen Ausgangskontakt umfassen, und so ausgebildet sind, dass in Reaktion auf ein am Steuerkontakt anliegendes Einschaltsignal oder einer Sollwertvorgabe ungleich von Null und das Anliegen einer zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangskontakt abfallenden minimalen Nennspannung ein zwischen dem Eingangs- und Ausgangskontakt fließender Laststrom einregelbar ist.Furthermore, the light-emitting diode circuit according to the invention comprises current control means, which comprise a control contact, an input contact and an output contact, and are designed in such a way that in response to a switch-on signal present at the control contact or a setpoint specification unequal to zero and the presence of a between the input and the output contact falling minimum nominal voltage, a load current flowing between the input and output contact can be regulated.

Die Stromregelmittel können im Rahmen der vorliegenden Erfindung rein analog ausgebildet sein, wobei mittels analogen Messmitteln der Strom, der durch die Leuchtdiode fließt, erfasst und insbesondere als Spannungssignal abgebildet wird. Bei einer analogen Ausgestaltung wird auch der Referenzwert analog bereitgestellt, wobei durch Vergleichsmittel, insbesondere durch einen analogen Komparator, ein Schaltvorgang ausgelöst und/oder getriggert wird. Die Stromregelmittel werden insbesondere durch eine Pulsweitenmodulation angesteuert.Within the scope of the present invention, the current control means can be of a purely analog design, with the current flowing through the light-emitting diode being recorded by means of analog measuring means and in particular mapped as a voltage signal. In an analog configuration, the reference value is also provided in analog form, with a switching process being initiated and/or triggered by comparison means, in particular by an analog comparator. The current control means are controlled in particular by pulse width modulation.

Alternativ können die Stromregelmittel zumindest bereichsweise auch digital ausgebildet sein, wobei zunächst mittels digitalen Messmitteln eine Digitalisierung des Diodenstroms erfolgt, wobei in Mikrocontrollermitteln dann der digitalisierte Diodenstrom mit einem Sollwert verglichen wird, um somit rein digital ein Ansteuersignal zu erzeugen. Das Ansteuersignal kann dann rein digital oder mittels einer Analogschaltung zum Erzeugen eines Schaltvorgangs für die getaktet betriebenen Stromregelmittel genutzt werden. Bei einem digitalen Reglerkonzept kann es auch vorgesehen sein, dass eine digital bestimmte Regelgröße über einen Digital-Analogwandler wieder in eine analoge Größe, insbesondere analoge Spannung, gewandelt wird, wobei dann über diese Größe der Strom in der Reihenschaltung begrenzt wird.Alternatively, the current control means can also be digital, at least in some areas, with the diode current first being digitized using digital measuring means, with the digitized diode current then being compared with a setpoint value in microcontroller means in order to generate a purely digital drive signal. The control signal can then be used purely digitally or by means of an analog circuit to generate a switching process for the clocked current control means. In a digital controller concept, it can also be provided that a digitally determined controlled variable is converted back into an analog variable, in particular analog voltage, via a digital-to-analog converter, the current in the series circuit then being limited via this variable.

Die Leuchtmittel und die Stromregelmittel sind als eine erste Reihenschaltung elektrisch verschalten, wobei die erste Reihenschaltung eine Eingangsklemme und eine Masseklemme umfassen. Die erste Reihenschaltung ist über die Eingangs- und die Masseklemme elektrisch mit den weiteren Komponenten der Leuchtdiodenschaltung, insbesondere mittelbar mit einer Energiequelle und dem Erdpotential der Leuchtdiodenschaltung, verschaltet.The lighting means and the current control means are electrically connected as a first series circuit, the first series circuit comprising an input terminal and a ground terminal. The first series connection is electrically connected to the other components of the light-emitting diode circuit, in particular indirectly to an energy source and the ground potential of the light-emitting diode circuit, via the input terminal and the ground terminal.

Zudem umfasst die erfindungsgemäße Leuchtdiodenschaltung Spannungsregelmittel, die eingangsseitig, zumindest mittelbar, mit einer Energiequelle und ausgangsseitig, insbesondere mittelbar, mit der Eingangsklemme der ersten Reihenschaltung elektrisch verschalten sind. Die Spannungsregelmittel sind so ausgebildet, dass eine hinsichtlich der Spannungsregelmittel ausgangsseitig erfassbare Spannung, insbesondere eine Spannung die an oder in der ersten Reihenschaltung anliegt, in Abhängigkeit eines Sollwertes oder Referenzwertes über einen Spannungsregelkreis der Spannungsregelmittel einregelbar ist.In addition, the light-emitting diode circuit according to the invention comprises voltage control means which are electrically connected, at least indirectly, to an energy source on the input side and, in particular indirectly, to the input terminal of the first series connection on the output side. The voltage control means are designed such that a voltage that can be detected on the output side of the voltage control means, in particular a voltage present at or in the first series circuit, can be regulated as a function of a desired value or reference value via a voltage control circuit of the voltage control means.

Die Spannungsregelmittel ist auch entweder analog oder digital ausgebildet, um aus den erfassten Spannungen eine Regelabweichung zu bestimmen, die dann zum Generieren eines Ansteuersignals weiterverarbeitet wird.The voltage control means is also designed either analogously or digitally in order to determine a control deviation from the detected voltages, which is then further processed to generate a control signal.

Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Leuchtdiodenschaltung Umschaltmittel, die zum Auswählen des Spannungsregelkreises so ausgebildet sind, dass in dem Leuchtzustand die über den Stromregelmitteln abfallende Spannung in Abhängigkeit der minimalen Nennspannung einregelbar ist, um die Verlustleistung der Leuchtdiodenschaltung im Leuchtzustand zu minimieren.Furthermore, the light-emitting diode circuit according to the invention comprises switching means which are designed to select the voltage control circuit in such a way that in the light-up state the voltage drop across the current control means can be regulated as a function of the minimum nominal voltage in order to minimize the power loss of the light-emitting diode circuit in the light-up state.

Der Leuchtzustand kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einem gepulsten Leuchtbetrieb oder in einem dauerhaften Leuchtbetrieb der Leuchtmittel aktiviert werden.Within the scope of the present invention, the lighting state can be activated in a pulsed lighting mode or in a permanent lighting mode of the lighting means.

Die Umschaltmittel sind ferner zum Auswählen des Spannungsregelkreises so ausgebildet, dass in einem Nicht-Leuchtzustand die über die erste Reihenschaltung abfallende Spannung, insbesondere die an der ersten Reihenschaltung anliegende Eingangsspannung, in Abhängigkeit eines zeitlich variierenden Spannungssollwerts einregelbar ist, um ein unmittelbares Einschalten des Leuchtmittels bei einer vorgegebenen Helligkeit beim Aktivieren des Leuchtzustands zu realisieren.The switching means are also designed to select the voltage control circuit in such a way that, in a non-illuminated state, the voltage drop across the first series connection, in particular the input voltage present at the first series connection, can be regulated as a function of a voltage setpoint value that varies over time, in order to ensure that the lighting means is switched on immediately to realize a predetermined brightness when activating the lighting state.

Im Nicht-Leuchtzustand fließt kein Diodenstrom, wobei dennoch die über der Reihenschaltung abfallende Spannung durch die Spannungsregelmittel in Abhängigkeit des sich zeitlich ändernden Sollwerts eingeregelt wird. Über der ersten Reihenschaltung fällt im Nicht-Leuchtzustand somit eine Spannung über der Reihenschaltung ab.In the non-illuminated state, no diode current flows, although the voltage drop across the series circuit is regulated by the voltage control means as a function of the desired value that changes over time. A voltage drops across the first series circuit in the non-illuminated state.

Der Sollwert der über die erste Reihenschaltung abfallenden Spannung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung über die Zeit variiert, um den im Nicht-Leuchtzustand sich einstellenden Anstieg der Schwellspannung, der insbesondere durch den inneren Temperaturabfall in den Leuchtdioden aufgrund der Deaktivierung des Leuchtzustands verursacht wird, auszugleichen.Within the scope of the present invention, the target value of the voltage drop across the first series connection is varied over time in order to compensate for the increase in the threshold voltage that occurs in the non-illuminated state, which is caused in particular by the internal temperature drop in the light-emitting diodes due to the deactivation of the luminous state .

Dies hat erfindungsgemäß zur Folge, dass die Stromregelmittel auch nach einer längeren Pause unmittelbar, also ohne eine Verzögerung im Bereich von mehr als 10µsec, den Strom in Abhängigkeit des Sollwertes für eine konstante Helligkeit des Leuchtmittels einregeln können, da es nicht zu einem Spannungseinbruch am Eingang der Reihenschaltung kommt. Konkret bedeutet dies, dass durch die erfindungsgemäße Leuchtdiodenschaltung nach dem Einschalten 90% des Diodenstroms nach 0,5µsec einregelbar sind und die Schaltung nach nur 1,5µsec vollständig eingeschwungen ist und somit 99% des Diodenstroms einregeln kann.According to the invention, this has the consequence that the current control means can regulate the current as a function of the desired value for a constant brightness of the lamp immediately, even after a longer pause, i.e. without a delay in the range of more than 10 μs, since there is no voltage drop at the input of the series connection. In concrete terms, this means that the light-emitting diode circuit according to the invention allows 90% of the diode current to be regulated after 0.5 μsec after switching on, and the circuit has fully settled after only 1.5 μsec and can therefore regulate 99% of the diode current.

Die vorliegende Erfindung hat somit erkannt, dass es zum Minimieren der Verlustleistung erforderlich ist, die im Leuchtzustand über den Stromregelmitteln abfallende Spannung auf die minimale Nennspannung einzuregeln. Die Spannung, die über die Stromregelmittel abfällt, wird somit auf den kleinstmöglichen Wert minimiert. An den Stromregelmitteln liegt folglich gerade noch so viel Spannung an, dass der gewünschte Diodenstrom, der durch die erste Reihenschaltung fließt, eingeregelt werden kann.The present invention has thus recognized that, in order to minimize the power loss, it is necessary to regulate the voltage drop across the current control means to the minimum rated voltage in the luminous state. The voltage that drops across the current control means is thus minimized to the smallest possible value. Consequently, just enough voltage is present at the current control means for the desired diode current flowing through the first series circuit to be able to be regulated.

Zudem hat die vorliegende Erfindung erkannt, dass es zum Vermeiden der Einschaltverzögerung erforderlich ist, dass über der ersten Reihenschaltung eine Spannung anliegt, die so groß ausfällt, dass die anfängliche summierte Schwellspannung sämtlicher Leuchtdioden des Leuchtmittels und wenigstens die minimale Nennspannung der Stromregelmittel bereitgestellt werden kann. Der Wert dieser Spannung ist nicht bekannt, weshalb während dem Nicht-Leuchtzustand der Sollwert der über der ersten Reihenschaltung abfallenden Eingangsspannung entsprechend geändert wird. Vorteilhaft kann somit bei einem folgenden Einschalten des Leuchtmittels, also dem Wechsel vom Nicht-Leuchtzustand in den Leuchtzustand, das Entstehen der Einschaltverzögerung verhindert werden.In addition, the present invention has recognized that, in order to avoid the switch-on delay, it is necessary for a voltage to be present across the first series circuit that is so high that the initial summed threshold voltage of all the light-emitting diodes of the light source and at least the minimum nominal voltage of the current control means can be provided. The value of this voltage is not known, which is why the target value of the input voltage drop across the first series connection is changed accordingly during the non-illuminated state. The occurrence of the switch-on delay can thus advantageously be prevented when the lighting means is subsequently switched on, ie when changing from the non-illuminated state to the illuminated state.

Weiterbildend umfasst die Leuchtdiodenschaltung eine Kompensationseinheit, die zum Generieren des zeitlich variierenden Spannungssollwerts ausgebildet ist. Konkret ist die Kompensationseinheit so eingerichtet, dass der Spannungssollwert im Laufe des Nicht-Leuchtzustands erhöht wird, um den thermischen Drift der Leuchtmittel, insbesondere einen Anstieg der Schwellspannung aufgrund eines Abfalls der Temperatur, zu kompensieren.In a further development, the light-emitting diode circuit includes a compensation unit, which is designed to generate the voltage setpoint value that varies over time. In concrete terms, the compensation unit is set up in such a way that the voltage setpoint is increased in the course of the non-illuminating state in order to compensate for the thermal drift of the lighting means, in particular an increase in the threshold voltage due to a drop in temperature.

Die Kompensationseinheit nutzt hierfür eine hinterlegte Kennlinie, die einen Anstieg des Sollwerts in Abhängigkeit der Dauer des Nicht-Leuchtzustands vorsieht. Die hinterlegte Kennlinie kann insbesondere einen linearen oder schrittweisen oder nicht-linearen Anstieg der über der Reihenschaltung abfallenden Spannung (Eingangsspannung) im Nicht-Leuchtzustand vorsehen.For this purpose, the compensation unit uses a stored characteristic curve that provides for an increase in the target value depending on the duration of the non-illuminated state. The stored characteristic can in particular provide a linear or stepwise or non-linear increase in the voltage drop across the series connection (input voltage) in the non-illuminated state.

Erfindungsgemäß ist es ferner vorgesehen, dass die Umschaltmittel, insbesondere die Kompensationseinheit, so ausgebildet sind, dass der zeitlich variierende Spannungssollwert für eine hinterlegte Zeitspanne der über der ersten Reihenschaltung abfallenden Spannung während des Leuchtzustands entspricht und nach der hinterlegten Zeitspanne auf einen festgelegten Maximalwert gesetzt wird, wobei die Zeitspanne insbesondere in Abhängigkeit der sich im Nicht-Leuchtzustand einstellenden Temperaturänderung festlegbar ist. Weiterbildend ist es ferner vorgesehen, dass die Umschaltmittel so ausgebildet sind, dass der Spannungssollwert während des Nicht-Leuchtzustands bis auf einen hinterlegten Maximalwert erhöht wird, wobei die Steigung des Spannungsanstiegs insbesondere in Abhängigkeit einer Temperaturänderung festgelegt wird.According to the invention, it is further provided that the switching means, in particular the compensation unit, are designed in such a way that the voltage setpoint value, which varies over time, corresponds to the voltage drop across the first series circuit during the lighting state for a stored period of time and is set to a fixed maximum value after the stored period of time, wherein the period of time can be defined in particular as a function of the temperature change occurring in the non-illuminated state. In a further development, provision is also made for the switching means to be designed in such a way that the voltage setpoint is increased to a stored maximum value during the non-illuminated state, with the gradient of the voltage increase being determined in particular as a function of a temperature change.

Die Erhöhung des Spannungssollwerts kann insbesondere linear oder exponentiell oder schrittweise oder stufenweise oder sprunghaft erfolgen. Ferner ist es bevorzugt, wenn die Änderung des Spannungsanstiegs oder die Höhe und/oder die zeitliche Verzögerung des Spannungssprungs in Abhängigkeit von Leuchtdiodentyp und/oder der Anzahl der Leuchtdioden, die das Leuchtmittel ausbilden, abhängen.In particular, the voltage setpoint can be increased linearly or exponentially or in steps or in steps or abruptly. Furthermore, it is preferred if the change in the voltage rise or the level and/or the time delay of the voltage jump depend on the type of light-emitting diode and/or the number of light-emitting diodes that form the lighting means.

Zudem ist es weiterbildend vorgesehen, dass die Leuchtdiodenschaltung zum Erfassen der Temperatur der Leuchtmittel Temperaturerfassungsmittel und zum Auswerten der erfassten Temperatur eine Auswerteeinheit umfasst, wobei die Auswerteeinheit insbesondere zum Festlegen der Zeitspanne in Abhängigkeit eines erfassten Temperaturanstiegs des Leuchtmittels und/oder zum Festlegen der Spannungsänderungsrate in Abhängigkeit eines erfassten Temperaturanstiegs des Leuchtmittels ausgebildet ist.In addition, it is provided in a further development that the light-emitting diode circuit has temperature detection means for detecting the temperature of the lighting means and for evaluating the detected temperature comprises an evaluation unit, wherein the evaluation unit is designed in particular to define the period of time depending on a detected temperature increase of the lamp and/or to define the voltage change rate depending on a detected temperature increase of the lamp.

Vorteilhaft kann somit die zeitliche Veränderung des Sollwerts der Spannung im Nicht-Leuchtzustand auf Grundlage von Messwerten erfolgen, weshalb eine weitere Optimierung im Hinblick auf möglichst geringe Verluste erzielt werden kann.The change in the reference value of the voltage over time in the non-illuminated state can therefore advantageously be based on measured values, which is why further optimization with regard to the lowest possible losses can be achieved.

Eine Weiterbildung sieht ferner vor, dass die Leuchtmittel durch mehrere in Reihe verschaltete LEDs ausgebildet sind. Bei einer solchen Ausführungsform ist es ferner vorgesehen, dass die Spannungsänderung und/oder die Höhe des geänderten Spannungssollwerts in Abhängigkeit der Anzahl der Leuchtdioden erfolgt. Ferner fällt die Variation der summierten Schwellspannung bei einem Leuchtmittel, das eine Reihenschaltung aus mehreren Leuchtdioden umfasst, besonders groß aus, da sich sämtliche Spannungen summieren. Somit ist die erfindungsgemäße Leuchtdiodenschaltung für eine solche Reihenschaltung besonders geeignet und führt zu geringen Verlusten im Leuchtzustand.A development also provides that the lighting means are formed by a plurality of LEDs connected in series. In such an embodiment, it is also provided that the voltage change and/or the level of the changed voltage setpoint takes place as a function of the number of light-emitting diodes. Furthermore, the variation in the summed up threshold voltage is particularly large in the case of a lighting means which comprises a series connection of a plurality of light-emitting diodes, since all the voltages add up. The light-emitting diode circuit according to the invention is therefore particularly suitable for such a series connection and leads to low losses in the lighting state.

Zudem ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch weiterbildend vorgesehen, dass die Leuchtmittel durch mehrere parallel verschaltete Leuchtdioden ausgebildet sind. Ferner ist es bei dieser bevorzugten Ausgestaltung geplant, dass mehrere Leuchtdioden in Reihe verschalten sind, wobei dann mehrere Reihenschaltungen blockartig parallel verschaltet sind. Vorteilhaft kann somit eine Anpassung der erzeugten Helligkeit und des erforderlichen Strom- und Spannungsbereichs der Leuchtmittel erfolgen.In addition, within the scope of the present invention, it is also provided in a further development that the lighting means are formed by a plurality of light-emitting diodes connected in parallel. Furthermore, it is planned in this preferred embodiment that a plurality of light-emitting diodes are connected in series, with a plurality of series circuits then being connected in parallel in the form of blocks. The brightness generated and the required current and voltage range of the lighting means can thus advantageously be adjusted.

Weiterbildend umfasst die vorliegende Erfindung auch wenigstens eine weitere Reihenschaltung, die aus weiteren Leuchtmitteln und aus weiteren Stromregelmitteln ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine weitere Reihenschaltung parallel zu der ersten Reihenschaltung angeordnet ist.In a further development, the present invention also comprises at least one further series circuit, which is formed from further light sources and from further current control means, the at least one further series circuit being arranged in parallel with the first series circuit.

Für die technische Umsetzung der Stromregelmittel ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Stromregelmittel einen einen Kollektoreingang umfassenden Bipolartransistor umfassen, wobei die Leuchtmittel mit dem Kollektoreingang elektrisch leitend verbunden sind, um den Diodenstrom in Abhängigkeit eines konstanten oder einstellbaren Sollwerts des Diodenstroms für eine gewünschte Helligkeit mittels einer elektrischen Beschaltung des Bipolartransistors einzuregeln.For the technical implementation of the current control means, it is preferably provided that the current control means comprise a bipolar transistor having a collector input, with the lighting means being electrically conductively connected to the collector input in order to regulate the diode current as a function of a constant or adjustable target value of the diode current for a desired brightness by means of a adjust the electrical wiring of the bipolar transistor.

Alternativ kann es ferner weiterbildend vorgesehen sein, dass die Stromregelmittel einen einen Draineingang umfassenden Feldeffekt-Transistor umfassen, wobei die Leuchtmittel mit dem Draineingang elektrisch leitend verbunden sind, um den Diodenstrom in Abhängigkeit eines konstanten oder einstellbaren Sollwerts des Diodenstroms für eine gewünschte Helligkeit mittels einer elektrischen Beschaltung des Transistors einzuregeln.Alternatively, it can also be provided in a further development that the current control means comprise a field effect transistor comprising a drain input, with the lighting means being electrically conductively connected to the drain input in order to regulate the diode current as a function of a constant or adjustable setpoint value of the diode current for a desired brightness by means of an electrical adjust the wiring of the transistor.

Schließlich ist es im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leuchtdiodenschaltung geplant, dass die eingangsseitige Energiequelle als eine Gleichspannungsquelle ausgebildet ist, wobei die Spannungsregelmittel zum Hochsetzen und/oder Tiefsetzen der Gleichspannung ausgebildet sind, insbesondere als Hochsetzsteller, Flyback-Steller oder Tiefsetzsteller ausgebildet sind.Finally, as part of a preferred embodiment of the light-emitting diode circuit according to the invention, it is planned that the input-side energy source is designed as a DC voltage source, with the voltage control means being designed to step up and/or step down the DC voltage, in particular being designed as step-up converters, flyback converters or step-down converters.

Die konkrete Wahl der technischen Umsetzung der Spannungsregelmittel beruht auf dem zur Verfügung stehenden Spannungsbereich der Versorgungsspannung und somit auf dem Verhältnis zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung der Spannungsregelmittel. Ferner wird auch die Anzahl und die elektrische Verschaltung der Leuchtmittel berücksichtigt.The concrete selection of the technical implementation of the voltage control means is based on the available voltage range of the supply voltage and thus on the ratio between the input voltage and the output voltage of the voltage control means. The number and electrical wiring of the lamps are also taken into account.

Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die bei den gezeigten Ausführungsformen beispielhaft dargestellte Merkmalskombination kann nach Maßgabe der obigen Ausführungen entsprechend den für einen bestimmten Anwendungsfall notwendigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Leuchtdiodenschaltung durch weitere Merkmale ergänzt werden. Auch können, ebenfalls nach Maßgabe der obigen Ausführungen, einzelne Merkmale bei den beschriebenen Ausführungsformen weggelassen werden, wenn es auf die Wirkung dieses Merkmals in einem konkreten Anwendungsfall nicht ankommt.The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the drawings. The combination of features shown as an example in the embodiments shown can be supplemented by further features in accordance with the above statements corresponding to the properties of the light-emitting diode circuit according to the invention that are necessary for a specific application. Also, also in accordance with the above statements, individual features can be omitted from the described embodiments if the effect of this feature is not important in a specific application.

In den Zeichnungen sind Elemente gleicher Funktion und/oder gleichen Aufbaus stets mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.In the drawings, elements with the same function and/or the same structure are always denoted by the same reference symbols.

Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer Leuchtdiodenschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform und
2: einen schematischen Verlauf ausgewählter Spannungen- und des Diodenstroms der Leuchtdiodenschaltung gemäß der aus der 1 bekannten bevorzugten Ausführungsform.

Show it:

1 : a schematic representation of a light-emitting diode circuit according to a preferred embodiment and
2 : a schematic curve of selected voltages and the diode current of the light-emitting diode circuit according to the from 1 known preferred embodiment.

In der 1 ist ein schematisches Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Leuchtdiodenschaltung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt.In the 1 Figure 12 is a schematic block diagram of the light emitting diode circuit of the present invention Device 1 shown according to a preferred embodiment.

Die Leuchtdiodenschaltung 1 umfasst Leuchtmittel 2, die mehrere Leuchtdioden 3 aufweisen. Die Leuchtdioden 3 sind elektrisch in Reihe verschalten. Die Leuchtmittel 2 sind so ausgebildet, dass die Helligkeit des Leuchtmittels 2 in einem Leuchtzustand des Leuchtmittels 2 durch einen Diodenstrom I_Diode, der durch das Leuchtmittel 2 fließt, einstellbar ist.The light-emitting diode circuit 1 includes lighting means 2 which have a plurality of light-emitting diodes 3 . The light-emitting diodes 3 are electrically connected in series. The lighting means 2 are designed in such a way that the brightness of the lighting means 2 can be adjusted in a lighting state of the lighting means 2 by means of a diode current I _Diode which flows through the lighting means 2 .

Ferner umfasst die Leuchtdiodenschaltung 1 Stromregelmittel 4. Die Stromregelmittel 4 weisen einen Steuerkontakt 5, einen Eingangskontakt 6 und einen Ausgangskontakt 7 auf und sind so ausgebildet, dass in Folge auf ein am Steuerkontakt 5 anliegendes Einschaltsignal und auf das Anliegen einer zwischen dem Eingangs- 6 und Ausgangskontakt 7 abfallenden minimalen Nennspannung (U₂ = U_{N_min}) ein zwischen dem Eingangs- 6 und dem Ausgangskontakt 7 fließender Laststrom einregelbar ist, um in Abhängigkeit des eingeregelten Diodenstroms das Leuchtmittel 2 mit einer vorbestimmten Helligkeit zu betreiben.Furthermore, the light-emitting diode circuit 1 comprises current control means 4. The current control means 4 have a control contact 5, an input contact 6 and an output contact 7 and are designed in such a way that, in response to a switch-on signal present at the control contact 5 and the presence of a switch between the input 6 and Output contact 7 dropping minimum nominal voltage (U ₂ = U _{N_min} ), a load current flowing between the input 6 and the output contact 7 can be regulated in order to operate the lamp 2 with a predetermined brightness as a function of the regulated diode current.

In der dargestellten Leuchtdiodenschaltung 1 bilden die Leuchtmittel 2 und die Stromregelmittel 4 eine erste Reihenschaltung 8 aus, die eingangsseitig eine Eingangsklemme 9 und ausgangsseitig eine Masseklemme 10 umfasst. Die Masseklemme 10 ist mit dem Erdpotential verbunden. Die Eingangsklemme 9 der Reihenschaltung 8 ist mit einem Ausgangskontakt von Spannungsregelmitteln 11 verbunden. Die regelungstechnisch übergeordnete Spannungsregelmittel 11 sind eingangsseitig mit einer Energiequelle 12, insbesondere einer Gleichspannungsquelle, verbunden.In the light-emitting diode circuit 1 shown, the lighting means 2 and the current control means 4 form a first series circuit 8 which comprises an input terminal 9 on the input side and a ground terminal 10 on the output side. The ground terminal 10 is connected to the ground potential. The input terminal 9 of the series circuit 8 is connected to an output contact of voltage control means 11 . The voltage control means 11, which are superordinate in terms of control technology, are connected on the input side to an energy source 12, in particular a DC voltage source.

Erfindungsgemäß sind die Spannungsregelmittel 11 so ausgebildet, dass der Spannungsregelkreis änderbar und im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen einem ersten Spannungsregelkreis und einem zweiten Spannungsregelkreis anpassbar ist. Anders ausgedrückt, die Spannungsregelmittel 11 sind so ausgestaltet, dass entweder die über der Reihenschaltung 8 abfallende Spannung U_LED in Abhängigkeit eines ersten Referenzwerts U_{N_min_Ref} oder die über den Stromregelmitteln 4 abfallende Spannung U₂ in Abhängigkeit eines zweiten Referenzwerts U_{Ramp_Ref} einregelbar ist.According to the invention, the voltage control means 11 are designed in such a way that the voltage control circuit can be changed and, in the exemplary embodiment shown, can be adapted between a first voltage control circuit and a second voltage control circuit. In other words, the voltage control means 11 are designed in such a way that either the voltage U _LED drop across the series circuit 8 can be adjusted as a function of a first reference value U _{N_min_Ref} or the voltage U ₂ drop across the current control means 4 can be adjusted as a function of a second reference value U _{Ramp_Ref} .

Hierfür umfasst die Leuchtdiodenschaltung 1 nicht im Detail dargestellte Messtechnik, um die internen Spannungen, insbesondere die über der Reihenschaltung 8 abfallende Spannung U_LED und die über der Reihenschaltung 8 abfallende Spannung U_LED der Leuchtdiodenschaltung 1 zu erfassen und für den Regelkreis abzubilden.For this purpose, the light-emitting diode circuit 1 includes measuring technology, not shown in detail, in order to detect the internal voltages, in particular the voltage U _LED dropping across the series circuit 8 and the voltage U _LED dropping across the series circuit 8 of the light-emitting diode circuit 1 and map them for the control loop.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leuchtdiodenschaltung 1 Umschaltmittel 13 umfasst, die zum Auswählen und/oder Anpassen des Spannungsregelkreises ausgebildet sind.Furthermore, it is provided according to the invention that the light-emitting diode circuit 1 comprises switching means 13 which are designed to select and/or adapt the voltage control circuit.

Die Umschaltmittel 13 sind hierfür so eingerichtet, dass in dem Leuchtzustand (LED = 1) die über den Stromregelmitteln 4 abfallende Spannung U₂ in Abhängigkeit einer minimalen Nennspannung U_{N_min} als Sollwert, insbesondere in Abhängigkeit des sich zeitlich nicht ändernden Sollwerts U_{N_min_Ref} einregelbar ist.For this purpose, the switching means 13 are set up in such a way that in the illuminated state (LED=1), the voltage U ₂ dropping across the current control means 4 can be adjusted as a function of a minimum nominal voltage U _{N_min} as a setpoint, in particular as a function of the setpoint U _{N_min_Ref} that does not change over time.

Vorteilhaft ermöglicht das Einregeln der über den Stromregelmitteln 4 abfallenden Spannung auf eine minimale Spannung U_{N_Min}, die in Abhängigkeit der Stromregelmittel 4 gewählt wird, die Verlustleistung der erfindungsgemäßen Leuchtdiodenschaltung 1 in einem längeren Leuchtbetrieb der Leuchtmittel 2 zu minimieren. Der Leuchtbetrieb kann durch ein gepulstes und/oder getacktetes oder dauerhaftes Ansteuern der Leuchtmittel 2 erfolgen.Adjusting the voltage drop across the current control means 4 to a minimum voltage U _{N_Min} , which is selected as a function of the current control means 4, advantageously enables the power loss of the light-emitting diode circuit 1 according to the invention to be minimized during prolonged lighting operation of the light means 2. The lighting operation can take place by means of a pulsed and/or clocked or permanent activation of the lighting means 2 .

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Umschaltmittel 13 so ausgebildet sind, dass in einem Nicht-Leuchtzustand, der schematisch in der 2 durch einen Zustand LED = 0 dargestellt ist, die über die erste Reihenschaltung 8 abfallende Spannung U_LED in Abhängigkeit eines zeitlich variierenden Spannungssollwerts U_{Ramp_Ref} einregelbar ist. Erfindungsgemäß vorteilhaft kann somit das Einschalten des Leuchtmittels 2 sofort - also insbesondere ohne eine Verzögerung im Bereich von mehr als 10µsec -, insbesondere im Bereich von weniger als 10µsec, bevorzugt weniger als 5µsec, besonders bevorzugt weniger als 1µsec, bei einer definierten Helligkeit realisiert werden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, dass der Spannungssollwert U_{Ramp_Ref} zeitlich variiert wird.Furthermore, it is provided according to the invention that the switching means 13 are designed so that in a non-illuminated state, which is shown schematically in FIG 2 is represented by a state LED=0, the voltage U _LED dropping across the first series circuit 8 can be adjusted as a function of a voltage setpoint value U _{Ramp_Ref} that varies over time. Advantageously according to the invention, the lighting means 2 can be switched on immediately - i.e. in particular without a delay in the range of more than 10 μs -, in particular in the range of less than 10 μs, preferably less than 5 μs, particularly preferably less than 1 μs, with a defined brightness. According to the invention, this is achieved in that the voltage reference value U _{Ramp_Ref} is varied over time.

Die 2 zeigt stark schematisiert, den Verlauf von relevanten Spannungen und des Diodenstroms I_Diode für die Leuchtdiodenschaltung 1 gemäß der aus der 1 bekannten, bevorzugten Ausführungsform bei einem gepulsten Leuchtbetrieb, der dann in einen Dauerleuchtbetrieb übergeht.The 2 shows highly schematized, the course of relevant voltages and the diode current I _diode for the light-emitting diode circuit 1 according to the from 1 known, preferred embodiment in a pulsed lighting mode, which then changes to a continuous lighting mode.

Bei dem gepulsten Leuchtbetrieb, der für eine technische Beleuchtung vorgesehen ist, wechseln sich der Leuchtzustand und der Nicht-Leuchtzustand periodisch ab. Bei dem Dauerleuchtbetrieb ist der Leuchtzustand dauerhaft aktiviert. Weiterhin sind in den verschiedenen Diagrammen die eingeregelten Spannungen dargestellt.In the case of the pulsed lighting operation, which is provided for technical lighting, the lighting state and the non-lighting state alternate periodically. In the case of continuous lighting operation, the lighting status is permanently activated. The regulated voltages are also shown in the various diagrams.

Im obersten Diagramm, das an der Y-Achse mit „LED“ beschriftet ist, lässt sich der Leuchtzustand ablesen. Für LED = 1 ist der Leuchtzustand des Leuchtmittels 2 aktiv, während für LED = 0 der Nicht-Leuchtzustand des Leuchtmittels 2 aktiv ist und somit das Leuchtmittel deaktiviert ist. Dies lässt sich auch unmittelbar aus dem zweiten Diagramm ablesen, dessen Y-Achse mit I_Diode beschriftet ist und dessen X-Achse zeitlich synchron zum ersten und zum dritten Diagramm ist. Aus einem Vergleich des ersten und des zweiten Diagramms geht hervor, dass nur im aktiven Leuchtzustand ein Diodenstrom durch das Leuchtmittel 2 fließt, weshalb es zum Erzeugen von Licht mittels der Leuchtdioden 3 kommt.In the top diagram, which is labeled "LED" on the Y-axis, the light status can be read. For LED = 1, the lighting state of the illuminant 2 is active, while for LED = 0 the Non-luminous state of the lamp 2 is active and thus the lamp is deactivated. This can also be read directly from the second diagram, whose Y-axis is labeled I _Diode and whose X-axis is synchronized in time with the first and third diagrams. A comparison of the first and second diagrams shows that a diode current only flows through the lighting means 2 in the active lighting state, which is why light is generated by means of the light-emitting diodes 3 .

Weiterhin sind in einem dritten Diagramm verschiedene Spannungen der Leuchtdiodenschaltung zeitlich synchron zum ersten und dem zweiten Diagramm dargestellt.Furthermore, in a third diagram, various voltages of the light-emitting diode circuit are shown synchronous in time with the first and the second diagram.

Bei den abgebildeten Spannungsverläufen handelt es sich um die über der Reihenschaltung 8 abfallende Spannung U_LED, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, um die über den Stromregelmitteln 4 abfallende Spannung U₂, die durch eine gestrichelte und gepunktete Linie dargestellt ist und um den von der Kompensationseinheit 14 generierten Spannungssollwert, der zeitlich so variiert, dass dieser sich im Laufe des aktivierten Nicht-Leuchtzustand (LED = 0), insbesondere in Abhängigkeit der Dauer, erhöht.The voltage curves shown are the voltage U _LED dropping across the series circuit 8, which is represented by a dashed line, the voltage U ₂ dropping across the current control means 4, which is represented by a dashed and dotted line, and the the compensation unit 14 generated voltage setpoint, which varies over time in such a way that it increases over the course of the activated non-illuminating state (LED=0), in particular as a function of the duration.

Die Abweichung zwischen dem Sollwert U_{Ramp_Ref} und der Messspannung U_LED ist durch einen Abtastfehler und durch eine Reglerabweichung begründet.The deviation between the reference value U _{Ramp_Ref} and the measurement voltage U _LED is due to a sampling error and a controller deviation.

Beim erstmaligen Einschalten und/oder dem Aktivieren des Leuchtzustands nach einer längeren Pause wird U_{Ramp_Ref} durch den hinterlegten Spannungsmaximalwert U_max bestimmt. U_max ist so hoch gewählt, dass die Stromregelmittel 4 den hinterlegten Sollwert I_Ref des für den Diodenstrom I_Diode unmittelbar, also ohne eine wesentliche Verzögerung, einregeln können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer unmittelbaren und/oder schnellen Aktivierung des Leuchtzustands eine Dauer von weniger als 10µsec, bevorzugt weniger als 5µsec, besonders bevorzugt weniger als 1µsec, verstanden. Die Sollwert U_max hängt von der maximal möglichen Flussspannung der verwendeten Leuchtdioden 3, der Anzahl der in Reihe verschalteten Leuchtdioden 3 ab sowie der für die Stromregelmittel 4 mindestens erforderlichen Nennspannung U_{N_min} ab.U _{Ramp_Ref} is determined by the stored maximum voltage value U _max when it is switched on for the first time and/or when the lighting state is activated after a longer pause. U _max is selected so high that the current control means 4 can adjust the stored reference value I _Ref des for the diode current I _Diode directly, ie without any significant delay. In the context of the present invention, immediate and/or rapid activation of the luminous state is understood to mean a duration of less than 10 μs, preferably less than 5 μs, particularly preferably less than 1 μs. The target value U _max depends on the maximum possible forward voltage of the light-emitting diodes 3 used, the number of light-emitting diodes 3 connected in series and the minimum nominal voltage U _{N_min} required for the current control means 4 .

Die maximale Flussspannung von Leuchtdioden 4 unterliegt exemplarischen Streuungen und Serienstreuungen. Daher ist der Maximalwert des möglichen Spannungsabfalls bei einem gewünschten Maximalstrom zu berücksichtigen. Ebenso ist die thermische Abhängigkeit der Flussspannung zu berücksichtigen. Wird beispielsweise eine Reihenschaltung von zehn weißen Leuchtdioden 4 realisiert und für einen Arbeitstemperaturbereich von -40°C bis 85°C spezifiziert, so kann die summierte, maximale Flussspannung unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen im Bereich von 38V liegen, wobei bei einem Dauerbetrieb aufgrund des inneren Temperaturanstiegs die summierte Flussspannung nur bei etwa 28V liegt.The maximum forward voltage of light-emitting diodes 4 is subject to exemplary spreads and series spreads. Therefore, the maximum value of the possible voltage drop at a desired maximum current must be taken into account. The thermal dependency of the forward voltage must also be taken into account. If, for example, a series connection of ten white light-emitting diodes 4 is implemented and specified for a working temperature range of -40°C to 85°C, the total maximum forward voltage can be in the range of 38V, taking into account the general conditions, with continuous operation due to the internal temperature increase the total forward voltage is only about 28V.

Fällt über der Reihenschaltung 8 eine große Spannung U_LED ab, führt dies zu zusätzlichen Verlusten, die insbesondere durch den getackteten Betrieb der verwendeten Stromregelmittel 4 verursacht wird. Daher sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Spannungsregelmittel 11 so ausgebildet, dass im aktiven Leuchtzustand (LED = 1) die über den Stromregelmittel 4 abfallende Spannung U₂ auf die minimal zulässige Nennspannung U_{N_min} eingeregelt werden, weshalb sich die Gesamtverluste reduzieren lassen. Sobald der Nicht-Leuchtzustand (LED = 0) aktiviert wird, wird der Regelkreis der Spannungsregelmittel 11 so angepasst, dass die Spannung U_LED, die über der gesamten Reihenschaltung 8 abfällt, in Abhängigkeit des sich zeitlich ändernden Sollwerts U_{Ramp_Ref} eingeregelt wird.If a large voltage U _LED drops across the series circuit 8, this leads to additional losses, which are caused in particular by the clocked operation of the current control means 4 used. Therefore, within the scope of the present invention, the voltage control means 11 are designed in such a way that when the light is active (LED=1), the voltage U 2 dropping across the current control means ₄ is regulated to the minimum permissible nominal voltage U _{N_min} , which is why the overall losses can be reduced. As soon as the non-illuminated state (LED=0) is activated, the control loop of the voltage control means 11 is adjusted in such a way that the voltage U _LED , which drops across the entire series circuit 8, is adjusted as a function of the setpoint value U _{Ramp_Ref} that changes over time.

Unmittelbar nach dem Aktivieren des Nicht-Leuchtzustands (LED=0) entspricht der Sollwert U_{Ramp_Ref} der über der ersten Reihenschaltung 8 abfallenden Spannung U_LED während des vorhergegangenen Leuchtzustands. Im Nicht-Leuchtzustand wird dieser Sollwert für eine festgelegte Zeitspanne T_flat nicht verändert. Im gepulsten Leuchtbetrieb mit T_off < T_flat führt dies zu einem kontinuierlichen Abfallen der Spannung U₂ im Leuchtzustand, bis diese dem vorgegebenen Sollwert der minimalen Nennspannung U_{N_min} entspricht. Wird dieser Zustand erreicht (U₂ = U_{N_min}), wird im gepulsten Betrieb der erfindungsgemäße, besonders effiziente Dauerbetrieb der Leuchtdiodenschaltung 1 erzielt. Es wird noch darauf hingewiesen, dass der Ausgangskondensator 17 zunächst entladen werden muss, weshalb die Spannung U₂ im Leuchtzustand bis zum Erreichen der Nennspannung U_{N_min} nur verzögert abfällt.Immediately after activating the non-illuminated state (LED=0), the target value U _{Ramp_Ref} corresponds to the voltage U _LED dropping across the first series circuit 8 during the previous illuminated state. In the non-illuminated state, this target value is not changed for a fixed period of time T _flat . In pulsed lighting operation with T _off <T _flat , this leads to a continuous drop in voltage U ₂ in the lighting state, until it corresponds to the specified desired value of the minimum nominal voltage U _{N_min} . If this state is reached (U ₂ =U _{N_min} ), the particularly efficient continuous operation according to the invention of the light-emitting diode circuit 1 is achieved in pulsed operation. It is also pointed out that the output capacitor 17 must first be discharged, which is why the voltage U ₂ in the luminous state drops only with a delay until the nominal voltage U _{N_min} is reached.

Nun ist der besonders effiziente Betrieb erreicht, wobei im gepulsten Betrieb mit T_off < T_flat die Verlustleistung der Leuchtdiodenschaltung 1 auf ein Minimum reduziert ist, wobei dennoch ein schnelles Einschalten mit konstanter Helligkeit möglich ist.Particularly efficient operation is now achieved, with the power loss of the light-emitting diode circuit 1 being reduced to a minimum in pulsed operation with T _off <T _flat , rapid switching on with constant brightness still being possible.

Falls die Dauer des Nicht-Leuchtzustands T_off > T_flat ist, wird der Spannungssollwert U_{Ramp_Ref} im dargestellten Ausführungsbeispiel linear bis zum Erreichen des hinterlegten Maximalwerts U_max erhöht, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel während der Zeitspanne T_ramp erfolgt, um bei einem folgenden Aktivieren des Leuchtzustands (LED=1) das schnelle Einregeln des Diodenstroms I_Diode und somit eine Beleuchtung mit konstanter und definierter Helligkeit zu erzielen.If the duration of the non-illuminating state is T _off > T _flat , the voltage reference value U _{Ramp_Ref} in the exemplary embodiment shown is increased linearly until the stored maximum value U _max is reached, which in the present exemplary embodiment takes place during the time period T _ramp in order to Light state (LED=1) the rapid adjustment of the diode current I _diode and to achieve lighting with constant and defined brightness.

Im Leuchtzustand regeln die Spannungsregelmittel 11 wiederum die über den Stromregelmitteln 4 abfallende Spannung U₂ auf die minimale Nennspannung U_{N_min} ein, da U_{N_min} = U_{N_min_Ref} gilt und es sich bei U_{N_Min} um eine hardwarabhängige Konstante handelt.In the luminous state, the voltage control means 11 regulate the voltage U ₂ dropping across the current control means 4 to the minimum nominal voltage U _{N_min} , since U _{N_min} =U _{N_min_Ref} applies and U _{N_Min} is a hardware-dependent constant.

Claims

Light-emitting diode circuit (1), comprising - lighting means (2), which comprise at least one light-emitting diode (3) and are designed such that in a lighting state (LED = 1) the brightness of the lighting means (2) by impressing a diode current (I _diode ) - current control means (4) which comprise an input (6) and an output contact (7) and are designed in such a way that the current control means (4) can be applied in response to a switch-on signal, which can be applied in particular to a control contact (5). or a specified setpoint is not equal to zero and a load current flowing between the input (6) and the output contact (7) can be regulated when a minimum nominal voltage (U _{N_min} ) drops between the input (6) and the output contact (7). , wherein the lighting means (2) and the current control means (4) form a first series circuit (8) with an input terminal (9) and a ground terminal (10) on the output side, - voltage control means (11) which are connected to an energy source (12) on the input side and on the output side are electrically operatively connected to the input terminal (9) of the first series circuit (8), in particular are directly electrically connected, and are designed in such a way that a voltage (U _LED , U ₂ ) of the first series circuit (8) that can be detected on the output side via a voltage control circuit , which can be detected in particular by means of analog and/or digital measuring devices, can be adjusted as a function of a setpoint, - switching means (13) which are designed to select the voltage control circuit in such a way that when the light is on (LED = 1), the current control devices (4 ) dropping voltage (U ₂ ) can be regulated depending on the minimum nominal voltage (U _{N_min} ) in order to minimize the power loss of the light-emitting diode circuit (1) in the light-up state and that in a non-light-up state (LED = 0) the power via the first series connection (8 ) falling voltage (U _LED ) can be regulated as a function of a time-varying voltage reference value (U _{Ramp_Ref} ) in order to switch on the lighting means (2) immediately at a predetermined brightness when the lighting state is activated, characterized in that the switching means (13) are designed in this way are that the time-varying voltage setpoint (U _{Ramp_Ref} ) for a stored period of time (T _flat ) corresponds to the voltage drop across the first series circuit (8) (U _LED ) during the lighting state and after the stored period of time (T _flat ), in particular during a second period of time (T _ramp ) to a specified maximum value (U _max ), the duration of the period of time (T _flat ), in particular as a function of a temperature change occurring in the non-illuminated state (LED = 0), specified and/or is customizable.

LED circuit after claim 1 , characterized in that the light-emitting diode circuit (1) comprises a compensation unit (14) for generating the time-varying reference voltage value (U _{Ramp_Ref} ), which is designed such that the reference voltage value (U _{Ramp_Ref} ) is increased over the course of the non-illuminated state in order to to compensate for thermal drift of the lamps (2), in particular an increase in the threshold voltage of the light-emitting diodes due to an internal temperature drop.

LED circuit after claim 1 or 2 , characterized in that the switching means (13), in particular the compensation unit (14), are designed in such a way that the voltage reference value (U _{Ramp_Ref} ) during the non-illuminated state is increased, in particular continuously, up to a stored maximum value, the slope of the Voltage increase, in particular as a function of a non-illuminated state (LED = 0) adjusting temperature change, can be defined.

Light-emitting diode circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the light-emitting diode circuit (1) for detecting the temperature of the lighting means (2) comprises temperature detection means (15) and for evaluating the detected temperature an evaluation unit (16), the evaluation unit (16) in particular for Is designed to determine the period of time depending on a detected temperature increase of the lamp (2) and / or to determine the voltage change rate depending on a detected temperature increase of the lamp (2).

Light-emitting diode circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the lighting means (2) are formed by a plurality of light-emitting diodes (3) connected in series.

Light-emitting diode circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the lighting means (2) are formed by a plurality of light-emitting diodes (3) connected in parallel.

Light-emitting diode circuit according to one of the preceding claims, characterized by at least one further series circuit, which is formed from at least one further light source (2) and from at least one further current control means (4), the at least one further series circuit being arranged in parallel with the first series circuit (8). and/or is electrically connected.

Light-emitting diode circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the current control means (4) comprise a bipolar transistor comprising a collector input, the lighting means (2) being electrically conductively connected to the collector input in order to regulate the diode current (I _Diode ) as a function of an electrical wiring of the Adjust bipolar transistor.

Light-emitting diode circuit according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the current control means (4) comprise a field effect transistor comprising a drain input, the lighting means being electrically conductively connected to the drain input in order to regulate the diode current (I _Diode ) depending on an electrical wiring of the field effect transistor.

Light-emitting diode circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the input-side energy source (12) is designed as a DC voltage source, the voltage control means (11) being designed to step up and/or step down the DC voltage, in particular designed as a boost converter, flyback converter or step-down converter are.