DE19814745A1

DE19814745A1 - Schaltung für eine LED-Leuchte

Info

Publication number: DE19814745A1
Application number: DE19814745A
Authority: DE
Inventors: Dieter Raisch; Siegfried Hornung
Original assignee: APAG Elektronik AG
Current assignee: APAG Elektronik AG
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1999-10-07

Abstract

Bei einer Schaltung für eine LED-Leuchte mit mehreren in Reihe geschalteten LEDs (D3, D4, D5) und mit einer Versorgungsspannung (U¶B¶) ist in den Stromkreis der LEDs ein, vorzugsweise steuerbarer, variabler Widerstand (Transistor T1) eingefügt, der bei hohen Versorgungsspannungen des LED-Stromkreises hochohmig und bei niedrigen Versorgungsspannungen niederohmig ist. Der variable Widerstand arbeitet in Bereichen hoher Versorgungsspannungen hochohmiger und begrenzt den LED-Strom und damit auch die Überwärmung der Komponenten. In Bereichen niedriger Versorgungsspannungen wird er wesentlich niederohmiger als die nominalen Vorwiderstände und ermöglicht auch bei sehr niedrigen Versorgungsspannungen noch einen günstigen LED-Strom und damit noch eine minimale Beleuchtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung für eine LED-Leuchte mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden (LEDs) und mit einer Versorgungsspannung.

Leuchten werden vor allem im Automobil-Sektor immer häufiger als LED-Leuchten ausgelegt, wobei üblicherweise Vorwider stände und/oder Dioden (Verpolschutz) zur Strombegrenzung/- bestimmung eingesetzt werden. Aufgrund des großen Versor gungsspannungsbereichs (nach der üblichen Definition 8-16 V oder 6-18 V bei nominal 12-13 V Gleichspannung) kann der Versorgungsstrom schwanken und sich somit die Helligkeit der LEDs ändern. Die niedrig definierte Versorgungsspannung von 6-8 V erlaubt nur eine Reihenschaltung von maximal zwei LEDs, deren Schwellspannung beim Nominalstrom jeweils größer als 2 V ist. Damit wird bereits für mehr als zwei LEDs die Bestromung unzureichend. Mit der deshalb erforderlichen Par allelschaltung von LED-Gruppen wird allerdings die Stromauf nahme wesentlich und oft in unzulässiger Weise erhöht.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mehr LEDs als sonst üblich in Reihe geschaltet werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso überraschend einfache wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, daß in den Stromkreis der LEDs, ein vorzugsweise steuerbarer, variabler Widerstand eingefügt ist, der bei hohen Versor gungsspannungen hochohmig und bei niedrigen Versorgungsspan nungen niederohmig ist.

Mit dieser Schaltung lassen sich die oben genannten Nachtei le weitgehend eliminieren. Der variable Widerstand arbeitet in Bereichen hoher Versorgungsspannungen hochohmiger und be grenzt den LED-Strom und damit auch die Überwärmung der Kom ponenten. In Bereichen niedriger Versorgungsspannungen wird er wesentlich niederohmiger als die nominalen Vorwiderstände und ermöglicht auch bei sehr niedrigen Versorgungsspannungen noch einen günstigen LED-Strom und damit noch eine minimale Beleuchtung. Das ist umso mehr der Fall, weil die LED- Schwellspannung bei kleinen Strömen kleiner als 2 V wird.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist im An steuerstromkreis für den variablen Widerstand eine Z-Diode, z. B. eine Zener-Diode, vorgesehen. Diese Z-Diode sperrt bei niedrigen Versorgungsspannungen und öffnet bei hohen Versor gungsspannungen, d. h., der gesamte Versorgungsspannungsbe reich ist in zwei Spannungsbereiche unterteilt.

Vorzugsweise ist der variable Widerstand als ein Transistor, z. B. als npn-Transistor, ausgebildet, mit dem die Spannung-/ Stromregelung erfolgt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Transistor und den LEDs ein Emitter-Vorwiderstand vorge sehen, der bei Versorgungsspannungen höher als die nominale Versorgungsspannung die Funktion einer Emitter-Gegenkopplung zum Transistor und somit die Stromregel-/Strombegrenzungs funktion, insbesondere ab ca. 80-150 (200)% der Versorgungs spannung, übernimmt. Gleichzeitig können die LEDs durch ihre größere Flußspannung bei hohem Strom gegen die Emitter-Ba sis-Spannung (Strombegrenzungseffekt) koppeln.

Besonders bevorzugt sind solche Ausführungsformen der Schal tung, bei denen die Ansteuerung des Transistors und somit die Spannungs-/Stromregelung über einen Spannungsteiler für die Versorgungsspannung erfolgt. Dieser Spannungsteiler kann z. B. eine Spannungsteilerkette aus Widerständen und Dioden sein.

Dabei können der Transistor und Elemente des Spannungstei lers gekühlt, insbesondere miteinander thermisch gekoppelt sein, um die Schaltung gegen eine Temperaturdrift zu si chern. Die Temperaturdriften der LEDs, der Basis-Emitter strecke und der Z-Diode können weitgehend durch eine Diode ausgeglichen werden, wobei zur gesamten Kompensation auch zwei Dioden oder ein entsprechender Heißleiter (NTC)-Wider stand notwendig sein können.

Weiterhin kann parallel zu den LEDs und dem variablen Wider stand ein weiterer Widerstand vorgesehen sein, um bei klei nen Leckströmen, welche von dem elektrischen Schalter vor der Versorgung der LEDs ausgehen, noch einen Leckstrom durch die LEDs verhindern zu können.

Schließlich kann noch ein Verpolschutz für die LEDs, z. B. in Form einer Diode, vorgesehen sein.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfin dungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in be liebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaf ten Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird an hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung mit einem Transistor als variablem Widerstand; und

Fig. 2 schematisch den Spannung-Strom-Verlauf mit (Kur ve a) und ohne Kühlung (Kurve b) des Transistors bzw. der Schaltung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung werden drei in Reihe geschaltete LEDs D3, D4, D5 einer Bremsleuchte von einer Versorgungs- oder Betriebsspannung U_B (Autobatterie) versorgt. Zwischen der Versorgungsspannung U_B und den LEDs ist ein steuerbarer variabler Widerstand in Form eines npn- Transistors T1 vorgesehen, dessen Ansteuerung über eine Spannungsteilerkette aus Widerstand R1 und Dioden D1, D2 er folgt. Der Knotenpunkt zwischen Widerstand R1 und Diode D1 ist der Basis des Transistors T1 zugeführt, der einen Emit terfolgeregler bildet. Statt dessen könnte ein gategesteuer ter Power-FET vorgesehen sein. Ein Emitter-Vorwiderstand R2 übernimmt bei Versorgungsspannungen UB höher als die nomina le Versorgungsspannung die Funktion einer Emitter-Gegenkopp lung zum Transistor T1 und somit die Stromregel-/Strombe grenzungsfunktion, insbesondere ab ca. 80-150 (200)% der Ver sorgungsspannung. Gleichzeitig koppeln die LEDs durch ihre größere Flußspannung bei hohem Strom gegen die Emitter-Ba sis-Spannung (Strombegrenzungseffekt). Die Diode D2 ist eine Z-Diode und unterteilt die Versorgungsspannung U_B in zwei verschiedene Spannungsbereiche (niedrig und hoch). Schließ lich ist noch weiterer Widerstand R3 parallel zum Transistor T1 und den LEDs geschaltet, der bei kleinen Leckströmen, welche von dem elektrischen Schalter vor der Versorgung der LEDs ausgehen können, einen Leckstrom durch die LEDs verhin dert.

Der Transistor T1 ist bei hohen Versorgungsspannungen hoch ohmig und bei niedrigen Versorgungsspannungen niederohmig. In Bereichen niedriger Versorgungsspannungen wird er wesent lich niederohmiger als die nominalen Vorwiderstände und er möglicht auch bei sehr niedrigen Versorgungsspannungen noch einen günstigen LED-Strom und damit noch eine minimale Be leuchtung. Das ist umso mehr der Fall, weil die LED-Schwell spannung bei kleinen Strömen kleiner als 2 V wird. In Berei chen hoher Versorgungsspannungen arbeitet der Transistor T1 hingegen hochohmiger und begrenzt den LED-Strom und damit auch die Überwärmung der Komponenten. Die einzelnen Kompo nente der Schaltung sind in Tabelle I spezifiziert.

Tabelle I

D1:	Diode
D2:	Zener-Diode
D3-D5:	Leuchtdioden
T1:	NPN-Transistor
R1:	Basis/Zener-Diode-Vorwiderstand
R2:	Stromsensor-LED-Vorwiderstand
R3:	Leckstrom-Ableit-Widerstand.

Ohne thermische Kopplung des Transistors T1 ergibt sich mit der in Fig. 1 gezeigten Schaltung der in Fig. 2 dargestellte LED-Stromverlauf (Kurve a), während eine Luftkühlung (Kon vektionskühlung) des Transistors T1 bzw. der gesamten Schal tung zur Meßkurve (b) führt. Die gemessenen Strom-/Span nungswerte sind in der nachfolgenden Tabelle 11 aufgelistet, wobei der absolute Grenzwert des Stroms bei 40 mA liegt.

Tabelle II

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung können je nach minima ler bzw. nominaler Versorgungsspannung eine Vielzahl von LEDs in Reihe geschaltet werden. Die genaue Anzahl bestimmt sich wie folgt:

n^LED = U_min/2 V; bei U_min = 8 V ergeben sich 4 LEDs;
bei U_min = 6 V ergeben sich 3 LEDs;
n^LED = (U_nom-4 V)/2 V; bei U_min = 13 V ergeben sich 4 LEDS;
bei U_min = 11,5 V ergeben sich 3 LEDs, da hier die niedrigste Anzahl einzusetzen ist.

Claims

1. Schaltung für eine LED-Leuchte mit mehreren in Reihe geschalteten LEDs (D3, D4, D5) und mit einer Versor gungsspannung (U_B), dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis der LEDs (D3, D4, D5) ein vor zugsweise steuerbarer, variabler Widerstand eingefügt ist, der bei hohen Versorgungsspannungen (U_B) des LED- Stromkreises hochohmig und bei niedrigen Versorgungs spannungen (U_B) niederohmig ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansteuerstromkreis für den variablen Widerstand eine Z-Diode (D2) vorgesehen ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der variable Widerstand als ein Transistor (T1) ausgebildet ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Transistor (T1) und den LEDs (D3, D4, D5) vorgesehenen Emitter-Vorwiderstand (R2).

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß die Ansteuerung des Transistors (T1) über ei nen Spannungsteiler (D1, D2; R1) für die Versorgungs spannung (U_B) erfolgt.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T1) und Elemente des Spannungsteilers (D1, D2; R1) gekühlt, insbesondere miteinander ther misch gekoppelt sind.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß parallel zu den LEDs (D3, D4, D5) und dem variablen Widerstand (R2) ein weiterer Widerstand (R3) vorgesehen ist.

8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch einen Verpolschutz für die LEDs (D1, D2, D3).