DE19918336A1 - Light source from several LEDs connected in series - Google Patents
Light source from several LEDs connected in seriesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle, aufweisend eine Mehrzahl von hintereinandergeschalteten LEDs, die in Reihe mit einem Vorwiderstand geschaltet sind.The invention relates to a light source, comprising a plurality of Series-connected LEDs, which are in series with a series resistor are switched.
LEDs - lichtemittierende Dioden - haben einen sehr hohen Wirkungsgrad, was die Umsetzung von Strom in Licht angeht. Besonders hoch ist dieser Wirkungsgrad bei LEDs für grünes Licht. Aber auch sogenannte "Weißlicht-LEDs" haben einen insbesondere im Verhältnis zu Glühlampen sehr guten Wirkungsgrad. Der gute Wirkungsgrad und ihre lange Lebensdauer und damit hohe Ausfallsicherheit machen sie für bestimmte Anwendungen besonders geeignet. Zu solchen Anwendungen zählen typischerweise Beleuchtungen von Anzeigetafeln, Nachtbeleuchtungen, beispielsweise in Hotels oder Krankenhäusern, Notbeleuchtungen und ähnliche Beleuchtungsinstallationen, bei denen es nicht auf einen gebündelten kräftigen Lichtstrahl in erster Linie ankommt.LEDs - light-emitting diodes - have a very high one Efficiency in terms of converting electricity into light. This efficiency is particularly high for LEDs for green light. But also so-called "white light LEDs" have a particularly in Very good efficiency in relation to incandescent lamps. The good Efficiency and their long lifespan and thus high Resilience makes them special for certain applications suitable. Such applications typically include lighting of display boards, night lights, for example in hotels or Hospitals, emergency lights and the like Lighting installations where it is not bundled on one strong light beam arrives in the first place.
Eine derartige Schaltung aus mehreren hintereinandergeschalteten LEDs in Reihe mit einem Vorwiderstand ist gebräuchlich, insbesondere wenn eine höhere Lichtintensität beabsichtigt ist. Ein weiterer Vorteil der Hintereinanderschaltung der LEDs liegt darin, daß dadurch ein höherer Spannungsabfall über die Lichtquelle zustande kommt. Typischerweise hat eine LED eine "Betriebsspannung" von etwa 2 V. Werden in der Hintereinanderschaltung beispielsweise 20 LEDs betrieben, womit für typische Anwendungen eine ausreichende Lichtintensität erreicht wird, so erfordert diese Anordnung eine Betriebsspannung in der Größenordnung von 40 V. Dieser Wert unterscheidet sich deutlich von der normalerweise zur Verfügung stehenden Netzspannung von 230 V bzw. 110 V, so daß die Spannung für den LED-Betrieb entweder mit einem Transformator entsprechend heruntertransformiert werden muß oder über einen Vorwiderstand auf diesen Wert gebracht wird.Such a circuit consisting of several LEDs connected in series in series with a series resistor is common, especially when a higher light intensity is intended. Another advantage of Series connection of the LEDs is that a higher Voltage drop across the light source occurs. Typically an LED has an "operating voltage" of about 2 V. In the For example, 20 LEDs are operated in series, which means for typical applications sufficient light intensity is achieved, so this arrangement requires an operating voltage in the Magnitude of 40 V. This value differs significantly from the normally available mains voltage of 230 V or 110 V, so that the voltage for LED operation either with must be transformed down according to a transformer or brought to this value via a series resistor.
Auch bei Anwendungen, bei denen die Netzspannung auf die erforderliche Betriebsspannung für die Anordnung aus LEDs heruntertransformiert ist, ist ein in Reihe mit den LEDs geschalteten Vorwiderstand erforderlich. Würden LEDs ohne einen solchen Vorwiderstand betrieben werden, so stiege der Strom durch die LED an, was zu einem Erwärmen der LED und schließlich zu ihrer Zerstörung führen würde. Das Zwischenschalten des Vorwiderstands führt dazu, daß ein Stromanstieg in der LED durch einen höheren Spannungsabfall am Vorwiderstand kompensiert wird.Even in applications where the mains voltage is limited to Operating voltage required for the arrangement of LEDs is stepped down, is connected in series with the LEDs Series resistor required. Would LEDs without one Series resistor are operated, the current through the LED increased, causing the LED to heat up and eventually destroy would lead. Interposing the series resistor leads to the fact that a current increase in the LED due to a higher voltage drop on the Series resistor is compensated.
Der günstige Wirkungsgrad der LED für die Umsetzung von Strom zu Licht wird verständlicherweise durch die betriebsbedingten Verluste im Vorwiderstand sowie ggf. bei der Transformation beeinträchtigt, was die Einsatzmöglichkeiten von LEDs massiv behindert. Dazu kommt, daß die erforderliche Betriebsspannung typischer LED-Lichtquellen für den Betrieb an der Spannung des öffentlichen Netzes, insbesondere nach deren Gleichrichtung, nicht geeignet ist. Die Verwendung von Transformatoren zur Spannungsanpassung ist einerseits mit Kostenaufwand verbunden und andererseits auch aus Platzgründen nicht immer leicht realisierbar, wohingegen ein größerer Vorwiderstand zu deutlich höheren Verlusten führt.The favorable efficiency of the LED for the implementation of electricity too Light is understandably caused by operational losses in the Series resistor and possibly in the transformation affects what the Possible uses of LEDs severely hampered. In addition, the required operating voltage of typical LED light sources for the Operation on the voltage of the public network, especially after their rectification is not suitable. The use of Transformers for voltage adjustment is on the one hand with Cost associated and on the other hand not for reasons of space always easy to implement, whereas a larger series resistor too leads to significantly higher losses.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lichtquelle aus einer Mehrzahl von hintereinandergeschalteten LEDs bereitzustellen, die an der Spannung des öffentlichen Netzes betreibbar ist und bei der übermäßige Leistungsverluste im Vorwiderstand vermieden sind.The invention is therefore based on the object of a light source to provide a plurality of series-connected LEDs that is operable at the voltage of the public network and at excessive power losses in the series resistor are avoided.
Gemäß der Erfindung wird dies bei der vorangehend geschilderten
Lichtquelle dadurch erreicht,
According to the invention, this is achieved in the light source described above by
- a) daß der Stromkreis der LEDs zusätzlich zu dem Vorwiderstand einen schnellen elektronischen Schalter und als Stromquelle eine Gleichrichterschaltung, die im Betrieb an die Spannung des öffentlichen Stromnetzes angeschlossen ist, aufweist;a) that the circuit of the LEDs in addition to the series resistor fast electronic switch and as a power source Rectifier circuit that operates on the voltage of the public Power network is connected, has;
- b) daß der schnelle elektronische Schalter an einen Impulsgeber angeschlossen ist, der Impulse mit einer Wiederholfrequenz von mindestens 70 Hz liefert;b) that the fast electronic switch to a pulse generator is connected, the pulse with a repetition frequency of delivers at least 70 Hz;
- c) daß der Vorwiderstand kleiner ist, als er das für Betrieb bei konstantem Strom wäre, und daß die Anordnung so aufgebaut ist, daß die Stromamplitude an den LEDs größer als der bei Konstantbetrieb zulässige Maximalstrom ist.c) that the series resistor is smaller than that for operation would be constant current, and that the arrangement is so constructed that the current amplitude at the LEDs is greater than that during constant operation permissible maximum current is.
Es ist bekannt, eine Mehrzahl von LEDs mit gepulstem Strom zu betreiben. So beschreibt DE-A-35 35 240 eine Verkehrssignaleinrichtung mit einer Lichtquelle aus einer Mehrzahl von LEDs, die im Frequenzbereich von etwa 15 bis 35 Hz gespeist werden. Diese geringe Wiederholungsfrequenz wird verwendet, um durch ein sichtbares schnelles Blinken oder Flimmern die Aufmerksamkeit der Verkehrsteilnehmer zu erhöhen. In der gleichen Schrift ist auf Stand der Technik Bezug genommen, bei dem LEDs mit Stromimpulsen mit bis zu doppelter Netzfrequenz, d. h. 100 bzw. 120 Hz, betrieben werden. Grund dafür soll eine Erhöhung der momentan zugeführten elektrischen Leistung sein, um eine Erhöhung der Lichtintensität hervorzubringen.It is known to provide a plurality of pulsed current LEDs operate. DE-A-35 35 240 describes a traffic signal device with a light source from a plurality of LEDs, which in the Frequency range of about 15 to 35 Hz can be fed. This minor Repetition rate is used to go through a visible rapid blinking or flickering the attention of the Increase road users. In the same document is on the status of Technology referred to, in which LEDs with current pulses of up to double the network frequency, d. H. 100 or 120 Hz. The reason for this is an increase in the current electrical supply Performance to bring about an increase in light intensity.
Dieser Stand der Technik lehrt jedoch weder, den Vorwiderstand kleiner zu wählen, als er das für den Betrieb bei konstantem Strom wäre, und er lehrt ferner nicht, eine Stromamplitude an den LEDs vorzusehen, die größer ist als der bei Konstantbetrieb zulässige Maximalstrom durch die LEDs.However, this prior art does not teach the series resistor to be smaller to choose than it would be for constant current operation, and he also does not teach to provide a current amplitude on the LEDs that is greater than the maximum current through the LEDs.
Der mögliche Energieeinsparungseffekt soll im nachfolgenden anhand eines einfachen Beispiels veranschaulicht werden. Dabei wird der Fall des Konstantbetriebs mit dem Betrieb mit Strompulsen verglichen: Das Beispiel beruht auf der Netzspannung von 110 V, die im gleichgerichteten Zustand einen annähernd konstanten Strom mit einer Spannung in der Größenordnung von 150 V liefert. Es sollen jeweils 20 LEDs in Serie an dieser Spannung angelegt betrachtet werden. In beiden Fällen wird von einer Gesamtleistung von 1,5 W ausgegangen.The possible energy saving effect should be based on in the following a simple example. This will be the case of constant operation compared to operation with current pulses: Das Example is based on the mains voltage of 110 V, which in the rectified state with an approximately constant current Provides voltage in the order of 150 V. There should be 20 LEDs are considered in series at this voltage. In both Cases, a total power of 1.5 W is assumed.
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- Konstantbetrieb: Bei einem Konstantstrom von 10 mA und einer
typischen Betriebsspannung einer LED von 2 V ergibt sich folgendes:
Erforderlicher Vorwiderstand: (150 V-20 × 2 V)/10 mA = 11 kOhm
Verlustleistung: I2 × R = 10 mA × 10 mA × 11 kOhm = 1,1 W
Umgesetzte Leistung in den LEDs: 40 V × 10 mA = 0,4 W
Gesamtleistung 1,5 W, "Wirkungsgrad": 0,4 W/1,5 W = 26,6%.- Constant operation: With a constant current of 10 mA and a typical operating voltage of an LED of 2 V, the following results:
Required series resistor: (150 V-20 × 2 V) / 10 mA = 11 kOhm
Power loss: I 2 × R = 10 mA × 10 mA × 11 kOhm = 1.1 W
Implemented power in the LEDs: 40 V × 10 mA = 0.4 W
Total power 1.5 W, "efficiency": 0.4 W / 1.5 W = 26.6%. -
- Betrieb mit Stromimpulsen: Bei Stromimpulsen von 100 mA steigt die
Betriebsspannung pro LED von 2 V auf ca. 4 V an. Es wird ein
Tastverhältnis (Impulsdauer/Periodendauer) von 1/10 angenommen.
Insgesamt ergeben sich damit folgende Vergleichswerte:
Erforderlicher Widerstand: (150 V - 20 × 4 V)/100 mA = 700 Ohm
Verlustleistung I2 × R = 100 mA × 100 mA × 700 Ohm × 1/10 = 0,7 W
Umgesetzte Leistung in den LEDs: 80 V × 100 mA × 1/10 = 0,8 W
Gesamtleistung 1,5 W "Wirkungsgrad": 0,8 W/1,5 W = 53%.- Operation with current pulses: With current pulses of 100 mA, the operating voltage per LED increases from 2 V to approx. 4 V. A duty cycle (pulse duration / period) of 1/10 is assumed. Overall, the following comparison values result:
Resistance required: (150 V - 20 × 4 V) / 100 mA = 700 Ohm
Power loss I 2 × R = 100 mA × 100 mA × 700 ohms × 1/10 = 0.7 W.
Implemented power in the LEDs: 80 V × 100 mA × 1/10 = 0.8 W
Total power 1.5 W "efficiency": 0.8 W / 1.5 W = 53%.
Wie man unschwer erkennt, wird bei Konstantbetrieb ca. 3/4 der elektrischen Energie im Widerstand in Wärme umgewandelt, während es im zweiten Beispiel deutlich weniger als die Hälfte ist. Besonders günstig ist, daß bei einem gepulsten Betrieb innerhalb typischer Betriebsgrenzen der LEDs im wesentlichen keine Einbußen bei deren Lebensdauer auftreten.As you can easily see, about 3/4 of the time in constant operation electrical energy in resistance is converted into heat while it is is significantly less than half in the second example. Especially it is favorable that in a pulsed operation within typical Operating limits of the LEDs essentially no loss in their Lifetime occur.
Vorzugsweise ist der Impulsgeber der Lichtquelle so ausgebildet, daß das Tastverhältnis (Impulsdauer/Periodendauer) des an die LEDs angelegten Stroms kleiner als 1/3, vorzugsweise kleiner als 10-1, noch bevorzugter kleiner als 10-2 und noch weiter bevorzugt kleiner 10-3 ist. Insgesamt kann gesagt werden, daß ein möglichst kleines Tastverhältnis besonders bevorzugt ist. Zur Erzielung einer ausreichenden Helligkeit muß jedoch bei einem sehr kurzen Tastverhältnis ein sehr hoher Strom in kurzer Zeit in die LEDs gebracht werden. Bei sehr kleinem Tastverhältnis können in der Praxis Probleme auftreten.The pulse generator of the light source is preferably designed such that the pulse duty factor (pulse duration / period) of the current applied to the LEDs is less than 1/3, preferably less than 10 -1 , more preferably less than 10 -2 and even more preferably less than 10 - 3 is. Overall, it can be said that the smallest possible duty cycle is particularly preferred. To achieve sufficient brightness, however, a very high current must be brought into the LEDs in a short time with a very short duty cycle. In practice, problems can arise with a very small duty cycle.
Vorzugsweise ist der Impulsgeber so ausgebildet, daß die Wiederholfrequenz größer als 130 Hz, vorzugsweise größer als 400 Hz, noch bevorzugter größer als 1 kHz und besonders bevorzugt größer als 10 kHz ist. Weiterhin ist der Impulsgeber vorzugsweise so ausgebildet, daß die Impulsdauer kleiner oder gleich 10-3 Sekunden, vorzugsweise kleiner 10-5 Sekunden und besonders bevorzugt kleiner als 10-6 Sekunden ist.The pulse generator is preferably designed such that the repetition frequency is greater than 130 Hz, preferably greater than 400 Hz, more preferably greater than 1 kHz and particularly preferably greater than 10 kHz. Furthermore, the pulse generator is preferably designed such that the pulse duration is less than or equal to 10 -3 seconds, preferably less than 10 -5 seconds and particularly preferably less than 10 -6 seconds.
Vorzugsweise ist die Länge der Impulspausen bei konstant gehaltener Impulslänge und konstantem Strom variierbar. Damit läßt sich ein "Dimmen" der Lichtquelle realisieren. Je länger die Pause zwischen den einzelnen Stromimpulsen ist, desto geringer ist die in die LEDs eingebrachte Leistung und folglich die, von den LEDs abgegebenen Lichtleistung, umso geringer. So kann man sich leicht vorstellen, daß eine unendlich lange Impulspause dem abgeschalteten Zustand entspricht. Es ist besonders günstig, in einen hohen Frequenzbereich für den Betrieb der Lichtquelle zu gehen, wenn ein großer dimmbarer Bereich abgedeckt werden soll, insbesondere um ein Flimmern des Lichts der Lichtquelle zu vermeiden.The length of the pulse pauses is preferably kept constant Variable pulse length and constant current. With that one can Realize "dimming" of the light source. The longer the break between the individual current pulses, the lower the level in the LEDs power and consequently the output from the LEDs Light output, the lower. It is easy to imagine that an infinitely long pulse pause corresponds to the switched off state. It is particularly convenient in a high frequency range for the Operation of the light source to go when a large dimmable area should be covered, especially to flicker the light of the Avoid light source.
Vorzugsweise ist die Anordnung so aufgebaut, daß der angelegte Strom um mehr als den Faktor 2, vorzugsweise um mehr als den Faktor 5, noch bevorzugter um mehr als den Faktor 10 und ganz besonders bevorzugt um mehr als den Faktor 20 größer als der bei Konstantbetrieb zulässige Maximalstrom ist. Die Stromspannungskennlinie der LED gibt zu jedem Stromwert eine bestimmte "Betriebsspannung" an. Eine typische Strom-Spannungs-Kennlinie für LEDs folgt einem exponentiellen Verhalten. Grundsätzlich wird die Betriebsspannung umso größer, je größer die Stromstärke ist. Bei Konstantbetrieb kann die Stromstärke in der LED nicht beliebig erhöht werden. Das würde letztendlich zu einer Zerstörung der LED führen. Bei gepulstem Betrieb läßt sich die Stromstärke in der LED gegenüber dem Konstantbetrieb ganz beträchtlich erhöhen. Bemessungsregel ist, die Impulse so kurz zu wählen, daß sich die LED in der Impulsdauer nicht wesentlich erwärmt und insbesondere daß die Wärmeabfuhr von der LED weg so hoch ist, daß es nicht von Periodendauer zu Periodendauer zu einer Temperaturerhöhung in der LED kommt. Typischerweise stellen die Zuleitungen zu den LEDs den den maximalen Impulsstrom begrenzenden Faktor dar. Die LED-Chips sind typischerweise mit extrem dünnen Gold- oder Silberdrähten gebondet oder elektrisch angeschlossen. Beim Stromüberlastung tritt häufig im Bereich dieser Verbindung ein Versagen auf. Die typenspezifischen Leistungsdaten geben Aufschluß über diese typabhängige Grenze. Generell kann man davon ausgehen, daß sich die "Betriebsspannung" einer LED bis zu diesen Wert um den Faktor 2 bis 3 erhöhen läßt, d. h. von typisch 2 V auf bis zu 5-6 V.The arrangement is preferably constructed such that the current applied by more than a factor of 2, preferably by more than a factor of 5, even more preferred by a factor of 10 and very special preferably greater by a factor of 20 than that in constant operation permissible maximum current is. The current-voltage characteristic of the LED gives a specific "operating voltage" for each current value. A typical current-voltage characteristic for LEDs follows one exponential behavior. Basically, the operating voltage is all the more larger, the greater the current. In constant operation, the Current in the LED can not be increased arbitrarily. That would ultimately lead to destruction of the LED. With pulsed operation the current in the LED can be compared to constant operation increase considerably. The design rule is, the impulses are so short choose that the LED does not heat up significantly in the pulse duration and in particular that the heat dissipation away from the LED is so high that it's not from period to period to one Temperature increase in the LED is coming. Typically, the Supply lines to the LEDs limit the maximum pulse current The LED chips are typically extremely thin Gold or silver wires bonded or electrically connected. At the Power overload often fails in this connection area on. The type-specific performance data provide information about this type-dependent limit. In general, one can assume that the "Operating voltage" of an LED up to this value by a factor of 2 to 3 increases, d. H. from typically 2 V up to 5-6 V.
Vorzugsweise sind der Impulsgeber und der schnelle elektronische Schalter so ausgebildet, daß sie gemeinsam mit dem Vorwiderstand eine Strombegrenzung durch die LEDs bewirken. Insbesondere kann man den schnellen elektronischen Schalter so ansteuern, daß er nach Art eines regelbaren Widerstands arbeitet. Das führt zu einem sehr sicheren und konstanten Betrieb, was eine Zerstörung der LEDs durch das Auftreten von Stromspitzen selbst im Bereich von deren Betriebsgrenze verhindert. Dadurch kann insbesondere der Vorwiderstand besonders klein gewählt werden, was die an dem Vorwiderstand abgegebene Verlustleistung deutlich verringert.The pulse generator and the fast electronic are preferred Switch designed so that they together with the series resistor Effect current limitation through the LEDs. In particular, you can Control fast electronic switch so that it is like a adjustable resistance works. That leads to a very safe and constant operation, causing destruction of the LEDs by the occurrence prevented from current peaks even in the area of their operating limit. As a result, the series resistor in particular can be chosen to be particularly small be what the power dissipated at the series resistor significantly reduced.
Vorzugsweise ist der Impulsgeber mit einer elektronischen Schaltung
aufgebaut, die aufweist:
The pulse generator is preferably constructed with an electronic circuit which has:
- a) einen von einer Konstantstromquelle aufladbaren Kondensator;a) a capacitor that can be charged by a constant current source;
- b) einen mit zwei Widerständen gebildeten Spannungsteiler zur Erzeugung einer Referenzspannung;b) a voltage divider formed with two resistors Generating a reference voltage;
- c) einen an die Referenzspannung und die Kondensatorspannung angeschlossenen Unijunktionstransistor, der zündet, sobald die Kondensatorspannung etwas kleiner als die Referenzspannung wird; und c) one to the reference voltage and the capacitor voltage connected uni-function transistor, which ignites as soon as the Capacitor voltage becomes slightly smaller than the reference voltage; and
- d) einen an den Unijunktionstransistor und den Kondensator angeschlossenen Schalter, der durch das Zünden des Unijunktionstransistors für die Dauer eines Impulses leitend geschaltet wird.d) one to the uni-function transistor and the capacitor connected switch which by igniting the Unijunction transistor switched on for the duration of a pulse becomes.
Ein derartiger Aufbau läßt sich im wesentlichen aus Standardbauteilen realisieren. Bei der bevorzugten zusätzlichen Verwendung eines MOSFET-Bauelements als schnellem elektronischen Schalter läßt sich relativ günstig ein solches Vorschaltgerät für die LEDs realisieren. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit zu einer weiteren Integration der entsprechenden Schaltung zu einem integrierten Schaltkreis. Das entsprechende Vorschaltgerät kann bei entsprechender Stückzahl zu äußerst günstigen Konditionen hergestellt werden. Vorzugsweise ist die elektronische Schaltung des Impulsgebers parallel zu dem Stromkreis der LEDs an die Gleichrichterschaltung angeschlossen. Die Gleichrichterschaltung kann beispielsweise eine Ein-Weg- Gleichrichterschaltung oder auch eine Brückengleichrichterschaltung sein, wobei sie vorzugsweise mit einem Glättungskondensator ausgestattet ist, um einen im wesentlichen konstanten Strom zur Verfügung zu stellen. Der parallele Anschluß der elektronischen Schaltung des Impulsgebers an den Stromkreis der LED ist von daher besonders günstig, als daß keine zusätzlichen Netzbauteile für den Schaltkreis erforderlich sind und der Aufbau deutlich vereinfacht ist. Andere Anschlußmöglichkeiten könne jedoch auch vorgesehen sein. Insbesondere wird darauf hingewiesen, daß die vorstehend beschriebene elektronische Schaltung zusammen mit einer Mehrzahl von LEDs, einem schnellen elektronischen Schalter und einen Vorwiderstand, und insbesondere ohne die Gleichrichterschaltung zum Anschluß an die Spannung des öffentlichen Stromnetzes und ohne, daß der Vorwiderstand wesentlich kleiner ist, als es für den Betrieb bei konstantem Strom erforderlich wäre, für selbständig erfinderisch angesehen wird.Such a structure can essentially be made up of standard components realize. In the preferred additional use of a MOSFET device can be used as a fast electronic switch to implement such a ballast for the LEDs relatively cheaply. There is also the possibility of further integration of the corresponding circuit to an integrated circuit. The Corresponding ballast can with a corresponding quantity extremely favorable conditions. Preferably, the electronic circuit of the pulse generator in parallel with the circuit of the LEDs connected to the rectifier circuit. The Rectifier circuit can, for example, a one-way Rectifier circuit or a bridge rectifier circuit be, preferably with a smoothing capacitor is equipped to provide a substantially constant current To make available. The parallel connection of the electronic It is therefore necessary to connect the pulse generator to the LED circuit particularly cheap than that no additional network components for the Circuitry are required and the structure is significantly simplified. However, other connection options could also be provided. In particular, it is pointed out that the one described above electronic circuit together with a plurality of LEDs, one fast electronic switch and a series resistor, and especially without the rectifier circuit for connection to the Voltage of the public grid and without that the series resistor is much smaller than it is for operation with constant current would be required to be considered inventive independently.
Vorzugsweise ist der Vorwiderstand zwischen dem schnellen elektronischen Schalter und dem Basispotential der Schaltung vorgesehen, während die LEDs zwischen dem schnellen elektronischen Schalter und dem hohen Potential vorgesehen sind und noch weiter bevorzugt ist eine Spannungsbegrenzungsdiode zur Begrenzung der Ansteuerspannung des schnellen elektronischen Schalters vorgesehen, wodurch eine Strombegrenzung durch die LEDs bewirkt wird. Mit dieser Schaltung kann man den schnellen elektronischen Schalter in der oben geschilderten Art eines regelbaren Widerstands ansteuern und den konstanten Stromfluß durch die LEDs sicherstellen.Preferably the series resistor is between the fast one electronic switch and the base potential of the circuit provided while the LEDs between the fast electronic Switches and the high potential are provided and still further a voltage limiting diode is preferred for limiting the Control voltage of the fast electronic switch provided, whereby the current is limited by the LEDs. With this circuit you can use the fast electronic switch in the Control the type of adjustable resistor described above and the Ensure constant current flow through the LEDs.
Vorzugsweise sind mindestens einige der Mehrzahl von LEDs "Weißlicht-LEDs". Gerade für Beleuchtungszwecke, insbesondere als Nachtbeleuchtung ist weißes Licht besonders bevorzugt. Dabei kann es sich bei den Weißlicht-LEDs entweder um solche LEDs handeln, bei denen auf einem Chip in einer Ebene mehrere LEDs mit unterschiedlicher Farbe angeordnet sind. Typischerweise sind dabei vier LEDs - eine rote, eine grüne und zwei blaue - räumlich sehr eng beieinander angeordnet. Dieser LEDs werden auch typischerweise in Hintereinanderschaltung betrieben. Das Auge faßt das Licht dieser LEDs in additiver Mischung als weißes Licht auf. Seit kurzem sind auch Weißlicht-LEDs erhältlich, bei denen es sich um blaue LEDs handelt, die mit Phosphor beschichtet sind. Durch die blaue Strahlung der LEDs werden in dem Phosphor die Elektronen in höhere Energieniveaus angeregt und erzeugen bei der Rückkehr in den Grundzustand das weiße Licht.Preferably at least some of the plurality are LEDs "White light LEDs". Especially for lighting purposes, especially as Night lighting is particularly preferred for white light. It can the white light LEDs are either such LEDs, at with several LEDs on one chip in one level are arranged in different colors. There are typically four LEDs - one red, one green and two blue - spatially very narrow arranged together. These LEDs are also typically in Operated in series. The eye catches the light of these LEDs in an additive mixture as white light. Recently, too White light LEDs available, which are blue LEDs, which are coated with phosphor. Due to the blue radiation of the LEDs in the phosphorus the electrons become higher energy levels excited and produce the white when returning to the basic state Light.
In dem Fall der Anordnung einer Mehrzahl von additiven Weißlicht- LEDs, d. h. Weißlicht-LEDs, die aus verschiedenfarbigen Einzel-LEDs aufgebaut sind, kann es vorteilhaft sein, die LEDs jeweils gleicher Farbe jeweils in Reihe mit einem separaten Vorwiderstand, einem separaten schnellen elektronischen Schalter und einem separaten Impulsgeber vorzusehen, so daß durch eine Abstimmung der Helligkeiten der einzelnen Farben in Summe Licht einer bestimmten Farbe erzeugt werden kann. In the case of arranging a plurality of additive white light LEDs, i. H. White light LEDs that consist of different colored individual LEDs are constructed, it can be advantageous to have the LEDs of the same color each in series with a separate series resistor, a separate one fast electronic switch and a separate pulse generator to be provided so that by adjusting the brightness of the individual colors in total produces light of a certain color can be.
Es ist besonders bevorzugt, die beschriebene Lichtquelle, d. h. die Anordnung aus LEDs, elektrisch schnellem Schalter, Vorwiderstand, Impulsgeber und Gleichrichterschaltung mit einem üblichen Befestigungssockel zu versehen, der mit einer üblichen Befestigungsfassung verwendet werden kann. Das ermöglicht es, ohne die vorhandene Beleuchtungsstruktur zu ändern, bisher gebräuchliche Lampen, beispielsweise Glühlampen, durch die erfindungsgemäße Lichtquelle zu ersetzen.It is particularly preferred to use the described light source, i. H. the Arrangement of LEDs, fast electrical switch, series resistor, Pulse generator and rectifier circuit with a usual Fastening base to be provided with a usual Mounting bracket can be used. That makes it possible without to change the existing lighting structure, previously used Lamps, for example incandescent lamps, by the invention To replace light source.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verkehrssignalanlage, aufweisend mindestens eine Lichtquelle der vorangehend beschriebenen Art. Gerade bei Verkehrssignalanlagen, d. h. bei typischen Ampelanlagen ist der Einsatz von LED-Lichtquellen besonders günstig. So ist ein wesentlicher Kostenfaktor bei Verkehrssignalanlagen der relativ häufig erforderliche Austausch der üblichen Lampen. Durch den Einsatz einer Lichtquelle der vorangehend beschriebenen Art lassen sich die Austauschintervalle um den Faktor 2 oder mehr verlängern, was zu einer mehr als Halbierung der üblichen Wartungskosten führt. Andererseits macht sich auch der geringere Energieverbrauch der LEDs bei den laufenden Betriebskosten deutlich bemerkbar. Dazu kommt, daß sich durch die Verwendung von farblich passenden Lichtquellen, beispielsweise roten, gelben und grünen Lichtquellen in Ampelanlagen die Energieausnutzung sich weiter verbessern läßt. So ist der Lichtverlust in den den entsprechenden Farbfiltern (Filter für grünes Licht, Filter für rotes Licht, Filter für gelbes Licht) äußerst gering. Aus zwei Gründen ist es vorteilhaft, die Farbfilter dennoch beizubehalten. Einerseits spielt hier der schon erwähnte Gesichtspunkt der einfachen Austauchbarkeit der konventionellen Lampen durch die erfindungsgemäße Lichtquelle eine Rolle. Andererseits können die Filter dazu dienen, Streulicht, beispielsweise durch Sonneneinstrahlung drastisch zu reduzieren. Das gilt insbesondere dann, wenn die Filter in ihrem Durchlaßbereich an das sehr schmale Frequenzband der LEDs angepaßt sind. The invention further relates to a traffic signal system comprising at least one light source of the type described above. Straight in traffic signal systems, d. H. in typical traffic light systems Use of LED light sources particularly cheap. So is an essential one Cost factor for traffic signal systems the relatively often required Replacement of the usual lamps. By using a light source The exchange intervals can be of the type described above extend by a factor of 2 or more, resulting in a more than Halves the usual maintenance costs. On the other hand, also the lower energy consumption of the LEDs in the current Operating costs clearly noticeable. In addition, the Use of color-matching light sources, for example red, yellow and green light sources in traffic lights use energy can be further improved. So is the loss of light in the corresponding color filters (filters for green light, filters for red Light, filter for yellow light) extremely low. It is for two reasons advantageous to keep the color filter anyway. On the one hand, plays here the already mentioned aspect of the simple exchangeability of the conventional lamps by the light source according to the invention Role. On the other hand, the filters can serve to scatter light, for example, to reduce it drastically by solar radiation. The applies in particular if the filter is connected to the very narrow frequency band of the LEDs are adapted.
Gerade im Zusammenhang mit den Verkehrssignalanlagen ist die Verwendung der Lichtquelle mit üblichen Befestigungssockeln besonders bevorzugt.Especially in connection with the traffic signal systems Use of the light source with usual mounting bases in particular prefers.
Besonders bevorzugt ist auch die Möglichkeit der Variation der Impulspause in diesem Zusammenhang. Man kann sich leicht vorstellen, daß bei Verkehrssignalanlagen die Beleuchtungsintensität im Tag- bzw. Nachtbetrieb deutlich unterschiedlich sein kann und muß. Tagsüber muß eine relativ hohe Intensität vorherrschen, um auch bei widrigster Sonnenbestrahlung ein sicheres Erkennen des Signalzustands zu gewährleisten. Nachts hingegen ist darauf zu achten, daß die Beleuchtungsintensität nicht übermäßig ist, um ein Geblendetwerden von Verkehrsteilnehmern sicher zu verhindern. Der beschriebene Dimmeffekt kann hier vorteilhaft genutzt werden. Es ist sogar vorstellbar, die Intensität abhängig von der tatsächlichen Lichtsituation jeweils momentan zu erfassen, beispielsweise mit einer Photozelle, und die momentan erforderliche Lichtintensität der Signalanlage anhand dieser Information, beispielsweise automatisch, anzupassen. Selbst bei Tag ist mit einer derartigen Regelung nur selten ein Betrieb der Signalanlage erforderlich, bei dem höchste Intensität der Lichtquelle gefordert ist. Damit läßt sich eine noch weitergehende Energieeinsparung realisieren. The possibility of varying the is also particularly preferred Impulse pause in this context. It's easy to imagine that with traffic signal systems the lighting intensity during the day or Night operation can and must be significantly different. During the day a relatively high intensity to prevail even in the most adverse Sun exposure to a reliable detection of the signal state guarantee. At night, however, it is important to ensure that the Illumination intensity is not excessive to be dazzled by To prevent road users safely. The described dimming effect can be used to advantage here. It is even conceivable that Intensity depending on the actual lighting situation currently to be recorded, for example with a photocell, and the currently required light intensity of the signal system based on this Adjust information, for example automatically. Even during the day with such a control, the signal system rarely operates required, where the highest intensity of the light source is required. This enables even greater energy savings to be achieved.
Die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigen:The invention and embodiments of the invention are as follows based on an exemplary embodiment shown in the drawing explained. Show it:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Lichtquelle; Fig. 1 shows schematically the structure of a light source according to the invention;
Fig. 2 schematisch den Aufbau einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtquelle; Fig. 2 shows schematically the construction of another embodiment of the light source according to the invention;
Fig. 3 eine Darstellung der Stromimpulse über die Zeit; und Fig. 3 is a representation of the current pulses over time; and
Fig. 4 einen schematischen Schaltplan einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtquelle. Fig. 4 is a schematic circuit diagram of a possible embodiment of the light source according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtquelle aufweisend eine Mehrzahl von hintereinandergeschalteten lichtemittierenden Dioden (LEDs) 2, die in Reihe mit einem Vorwiderstand 4 geschaltet sind. In dem Stromkreis der LEDs befindet sich ferner ein schneller elektronischer Schalter 6. Als Stromquelle ist eine Gleichrichterschaltung 8 vorgesehen, die für den direkten Anschluß an die Spannung des öffentlichen Stromnetzes, d. h. typischerweise 230 V bzw. 110 V Wechselspannung, ausgebildet ist. Die Gleichrichterschaltung kann beispielsweise eine Ein-Weg-Gleichrichterschaltung oder eine Brückenschaltung sein, in der zur Glättung der gleichgerichteten Wechselspannung beispielsweise ein Kondensator vorgesehen ist. So stellt die Gleichrichterschaltung beim Anschluß an ein 100 V-Stromnetz dem Stromkreis der LEDs eine Spannung in der Größenordnung von 150 V zur Verfügung, während bei Betrieb am 230 V-Stromnetz dem Stromkreis eine im wesentlichen konstante Spannung in der Größenordnung von 320 V zur Verfügung gestellt wird. Der schnelle elektronische Schalter 6 ist an einen Impulsgeber 10 angeschlossen. Der Impulsgeber 10 liefert an den schnellen elektronischen Schalter 6 Steuersignale zum Öffnen und Schließen des Stromkreises. Die Steuersignale bestimmen die Länge der Impulsdauer, bestimmen die Wiederholfrequenz der Impulse und damit das Tastverhältnis, d. h. das Verhältnis von Impulsdauer zu der Periodendauer. Die Höhe des Stroms durch die LEDs 2 ist in erster Linie von dem Gesamtwiderstand im Stromkreis der LEDs, d. h. insbesondere von der Größe des Vorwiderstands 4, bestimmt. Fig. 1 shows a light source according to the invention comprising a plurality of series-connected light-emitting diodes (LEDs) 2, which are connected in series with a series resistor. 4 There is also a fast electronic switch 6 in the circuit of the LEDs. A rectifier circuit 8 is provided as the current source, which is designed for direct connection to the voltage of the public power grid, ie typically 230 V or 110 V AC voltage. The rectifier circuit can be, for example, a one-way rectifier circuit or a bridge circuit in which, for example, a capacitor is provided for smoothing the rectified AC voltage. For example, the rectifier circuit provides the circuit of the LEDs with a voltage in the order of 150 V when connected to a 100 V power supply system, while when operating on the 230 V power supply system the circuit has an essentially constant voltage in the order of 320 V supply is provided. The fast electronic switch 6 is connected to a pulse generator 10 . The pulse generator 10 supplies the fast electronic switch 6 with control signals for opening and closing the circuit. The control signals determine the length of the pulse duration, determine the repetition frequency of the pulses and thus the duty cycle, ie the ratio of the pulse duration to the period. The amount of current through the LEDs 2 is primarily determined by the total resistance in the circuit of the LEDs, ie in particular by the size of the series resistor 4 .
Der schnelle elektronische Schalter 6 selbst kann beispielsweise ein Transistor und insbesondere ein MOSFET-Transistor sein. Als besonders geeignet haben sich n-Kanal MOSFETs gezeigt, weil sie zum einen preisgünstiger und zum anderen auch schneller schaltend sind als ein p- Kanal MOSFET mit gleicher elektrischer Belastbarkeit. Zur Vermeidung von Verlusten sollte der schnelle elektronische Schalter 6 im leitenden Zustand nur einen sehr geringen Widerstand aufweisen. Es sollte ferner besonders kurze Ein- und Ausschaltzeiten haben, um einen besonders steilen Flankenanstieg und -abfall der Stromimpulse zu ermöglichen.The fast electronic switch 6 itself can be, for example, a transistor and in particular a MOSFET transistor. N-channel MOSFETs have proven to be particularly suitable because, on the one hand, they are cheaper and, on the other hand, they switch faster than a p-channel MOSFET with the same electrical load capacity. To avoid losses, the fast electronic switch 6 should have only a very low resistance in the conductive state. It should also have particularly short switch-on and switch-off times in order to enable a particularly steep rise and fall of the current pulses.
Die spezielle Art und Anzahl der LEDs 2 wird abhängig von dem beabsichtigten Verwendungszweck gewählt. LEDs werden in unterschiedlichsten Farben und mit unterschiedlichsten Betriebsdaten geliefert. Dabei gibt es sogenannte "Weißlicht-LEDs", die ein weißes Licht liefern, wie es typischerweise zu Beleuchtungszwecken besonders erwünscht ist. Bisher waren käufliche Weißlicht-LEDs aus einer Mehrzahl von LEDs unterschiedlicher Farbe aufgebaut, beispielsweise einer grünen, einer roten und zwei blauen LEDs, die in einer Ebene räumlich sehr nahe beieinander angeordnet waren. Durch die additive Farbmischung hat sich für den Betrachter der Eindruck eines blauen Lichts ergeben. Seit kurzem gibt es daneben einen Typ von Weißlicht- LED, der nicht nach dem Prinzip der additiven Farbmischung arbeitet. Diese Weißlicht-LEDs beruhen auf einer blauen LED, die an ihrer Lichtabgabeseite eine Phosphorbeschichtung aufweist. Das Licht der blauen LED regt die Elektronen in den Phosphoratomen auf höhere Energieniveaus an. Bei der Rückkehr in die darunterliegenden Energieniveaus wird von den Phosphoratomen weißes Licht abgegeben. Das geschieht mit einem derart guten Wirkungsgrad, daß bei einer erfindungsgemäßen Lichtquelle, die mit derartigen Weißlicht-LEDs arbeitet, eine Wirkungsgradverbesserung um bis zu Faktor 2 gegenüber üblichen Leuchtstofflampen erzielt werden kann. Auch mit den bisher gängigen additiven Weißlicht-LEDs lassen sich Wirkungsgradverbesserungen in dieser Größenordnung verwirklichen.The special type and number of LEDs 2 is selected depending on the intended use. LEDs are supplied in a wide variety of colors and with a wide variety of operating data. There are so-called "white light LEDs" that deliver white light, as is typically particularly desirable for lighting purposes. Up to now, commercially available white light LEDs were made up of a plurality of LEDs of different colors, for example one green, one red and two blue LEDs, which were arranged very close together in one plane. The additive color mixing gave the viewer the impression of blue light. Recently there has also been a type of white light LED that does not work on the principle of additive color mixing. These white-light LEDs are based on a blue LED that has a phosphor coating on its light-emitting side. The light from the blue LED stimulates the electrons in the phosphorus atoms to higher energy levels. On returning to the underlying energy levels, white light is emitted by the phosphorus atoms. This is done with such a high efficiency that an improvement in efficiency by up to a factor of 2 compared to conventional fluorescent lamps can be achieved with a light source according to the invention which works with such white light LEDs. Efficiency improvements of this magnitude can also be achieved with the conventional additive white light LEDs.
Schaltet man bei den bisher bekannten additiven Weißlicht-LEDs, die aus Dioden unterschiedlicher Farben bestehen die Dioden gleicher Farbe 2r, 2g, 2b (für rot, grün und blau) der einzelnen LEDs in der in Fig. 2 gezeigten Weise hintereinander und bildet man einen im wesentlichen separaten Stromkreis für jede Farbe in diesen LEDs, d. h. mit separatem schnellen elektronischen Schalter 6r, 6g, 6b und separatem Impulsgeber 10r, 10g, 10b, so kann durch Variation der Helligkeit der einzelnen Farben in den LEDs durch die additive Farbmischung im Prinzip jede gewünschte Farbe erzeugt werden.With the previously known additive white light LEDs, which consist of diodes of different colors, the diodes of the same color 2 r, 2 g, 2 b (for red, green and blue) of the individual LEDs are switched in succession and in the manner shown in FIG. 2 forms a substantially separate circuit for each color in these LEDs, ie with separate fast electronic switch 6 r, 6 g, 6 b and separate pulse generator 10 r, 10 g, 10 b, so by varying the brightness of the individual colors in In principle, any desired color can be generated for the LEDs by the additive color mixing.
Konventionsgemäß ist in dem Stromkreis der LEDs die obere Schiene 12 auf dem hohen Potential, während sich die untere Schiene 14 auf dem Bezugspotential, beispielsweise Erdung, befindet. In Fig. 1 und 2 ist der Vorwiderstand 4 zwischen dem schnellen elektronischen Schalter 6 und dem Basispotential 14 gezeigt. Er kann jedoch genauso gut zwischen dem schnellen elektronischen Schalter 6 und dem hohen Potential 12 vorgesehen sein.Conventionally, in the circuit of the LEDs, the upper rail 12 is at the high potential, while the lower rail 14 is at the reference potential, for example ground. In Figs. 1 and 2 of the resistor 4 between the rapid electronic switch 6 and the base potential 14 is shown. However, it can equally well be provided between the fast electronic switch 6 and the high potential 12 .
In der Fig. 3 sind die Stromimpulse gezeigt, wie sie von dem Nadelimpulsgeber 10 in Verbindung mit dem schnellen elektronischen Schalter 6 an die LEDs 2 angelegt werden. Man erkennt einzelne relativ kurze Impulse, die in regelmäßigen Abständen aufeinander folgen. In der Fig. 3 ist auf der Querachse die Zeit t und auf der Hochachse der Strom I angegeben. Man erkennt die konstante Höhe der Impulse, die einem konstanten Impulsstrom II entspricht. Die Impulsdauer ist mit TI angegeben. Die Periodendauer, d. h. beispielsweise die Dauer vom Beginn eines Impulses bis zum Beginn des darauffolgenden Impulses, ist mit T angegeben. Die Wiederholfrequenz ist damit als 1/T bestimmt. FIG. 3 shows the current pulses as they are applied to the LEDs 2 by the needle pulse generator 10 in connection with the fast electronic switch 6 . One recognizes individual relatively short impulses that follow one another at regular intervals. In Fig. 3 is t and indicated on the vertical axis the current I on the transverse axis represents time. One recognizes the constant level of the pulses, which corresponds to a constant pulse current I I. The pulse duration is indicated with T I. The period, ie for example the duration from the beginning of a pulse to the beginning of the following pulse, is indicated by T. The repetition frequency is thus determined as 1 / T.
Die Zeit zwischen zwei Impulsen, d. h. die Impulspause ist als TP angegeben.The time between two pulses, ie the pulse pause is given as T P.
In Fig. 3 ist ferner der Strom IK als der Maximalstrom angegeben, mit dem die LEDs im Konstantbetrieb höchstens betrieben werden können. Die in der Fig. 3 dargestellten Größenverhältnisse entsprechen in etwa den Größenverhältnissen, die der Vergleichsrechnung in der Beschreibungseinleitung zugrundeliegen.In Fig. 3, the current I K is also specified as the maximum current with which the LEDs can be operated at most in constant operation. The size relationships shown in FIG. 3 correspond approximately to the size relationships on which the comparative calculation is based in the introduction to the description.
Fig. 4 zeigt schematisch einen Schaltplan einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Lichtquelle. Generell entspricht Fig. 4 in ihrem Aufbau im wesentlichen der Fig. 1. So erkennt man ganz links in Fig. 4 den Stromkreis der LEDs 2 mit dem schnellen elektronischen Schalter 6 und dem Vorwiderstand 4. Der Impulsgeber 10 ist mit einer unterbrochenen Linie zur Begrenzung in dem Schaltkreis dargestellt. Man erkennt insbesondere, daß der Impulsgeber 10 an das hohe Potential 12 bzw. das Bezugspotential 14 des Stromkreises der LEDs 2 angeschlossen ist. Fig. 4 is a circuit diagram schematically shows a possible embodiment of an LED light source according to the invention. In general, FIG. 4 essentially corresponds to FIG. 1 in its construction . Thus, on the far left in FIG. 4, the circuit of the LEDs 2 with the fast electronic switch 6 and the series resistor 4 can be seen . The pulse generator 10 is shown with a broken line for limitation in the circuit. It can be seen in particular that the pulse generator 10 is connected to the high potential 12 or the reference potential 14 of the circuit of the LEDs 2 .
Im folgenden wird mehr ins Detail gehend auf den Impulsgeber 10 eingegangen. Die wesentlichen Bauteile dieses Schaltkreises sind der Kondensator C1, der von einer konstanten Stromquelle aufladbar ist, ein mit den zwei Widerständen R13 und R14 gebildeter Spannungsteiler zur Erzeugung einer Referenzspannung UR, ein an die Referenzspannung UR und die Kondensatorspannung UC angeschlossener Unijunktionstransistor UJT, der zündet, sobald die Kondensatorspannung UC etwas kleiner als die Referenzspannung UR wird, und ein an den Unijunktionstransistor UJT und den Kondensator C1 angeschlossener Schalter S1, der durch das Zünden des Unijunktionstransistors UJT für die Dauer eines Impulses leitend geschaltet wird.The pulse generator 10 is discussed in more detail below. The essential components of this circuit are the capacitor C1, which can be charged by a constant current source, a voltage divider formed with the two resistors R13 and R14 for generating a reference voltage U R , a uni-function transistor UJT connected to the reference voltage U R and the capacitor voltage U C , which ignites as soon as the capacitor voltage U C becomes slightly lower than the reference voltage U R , and a switch S1 connected to the unijunction transistor UJT and the capacitor C1, which is switched on by the ignition of the unijunction transistor UJT for the duration of a pulse.
In der vorliegenden Schaltung besteht die Konstantstromquelle zur Aufladung des Kondensators C1 aus dem Transistor T1, den Widerständen R1 und R2 und den Dioden D20 und D21. Der Unijunktionstransistor UJT ist aus zwei Transistoren T3 und T5 gebildet. Der Schalter S1 ist von dem Transistor T4 und den Widerständen R9 und R10 gebildet. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß insbesondere die Konstantstromquelle und der Schalter S1 auch völlig anders aufgebaut sein können. Beispielsweise gibt es IC- Schaltungen, die als Ersatz für den gezeigten Aufbau des Schalters S1 dienen können. Ähnliche Schaltungen können auch als Konstantstromquelle für den Kondensator C1 verwendet werden. Auch für den Unijunktionstransistor UJT lassen sich andere Realisierungsmöglichkeiten vorstellen.In the present circuit, there is the constant current source for Charging the capacitor C1 from the transistor T1, the Resistors R1 and R2 and diodes D20 and D21. The Unijunction transistor UJT consists of two transistors T3 and T5 educated. The switch S1 is from the transistor T4 and the Resistors R9 and R10 are formed. It was especially important noted that in particular the constant current source and the switch S1 can also be constructed completely differently. For example, there are IC Circuits that replace the shown structure of the switch S1 can serve. Similar circuits can also be used as Constant current source can be used for the capacitor C1. Also others can be used for the uni-function transistor UJT Introduce implementation options.
Auch andere Bauelemente des gezeigten Schaltkreises sind nicht zwangsläufig erforderlich. So dient der Transistor T6 im wesentlichen als ein Verstärkungstransistor für die an den schnellen elektronischen Schalter 6 abzugebenden Steuerimpulse. Dieser kann abhängig von der speziellen Wahl des schnellen elektronischen Schalters 6 bzw. von der Wahl des Schalters S1 entfallen. Desweiteren ist beispielsweise ein Pufferkondensator C2 in der Schaltung gezeigt, der zur Stabilisierung der Schaltung vorgesehen aber nicht zwangsläufig erforderlich ist. Auch der Widerstand R11 ist nicht unbedingt erforderlich, er erleichtert im wesentlichen die Wahl und Abstimmung der Widerstände R13 und R14. Im Schaltkreis ist auch eine Spannungsbegrenzerdiode D30 vorgesehen, die den Zweck hat, die Ansteuerspannung an den schnellen elektronischen Schalter 6 zu begrenzen. Auch dieses Bauteil, wenngleich vorteilhaft, ist nicht zwingend erforderlich.Other components of the circuit shown are also not absolutely necessary. The transistor T6 essentially serves as an amplification transistor for the control pulses to be delivered to the fast electronic switch 6 . Depending on the special choice of the fast electronic switch 6 or the choice of the switch S1, this can be omitted. Furthermore, a buffer capacitor C2 is shown in the circuit, for example, which is provided for stabilizing the circuit but is not absolutely necessary. Resistor R11 is also not absolutely necessary, it essentially facilitates the selection and tuning of resistors R13 and R14. A voltage limiter diode D30 is also provided in the circuit, the purpose of which is to limit the drive voltage at the fast electronic switch 6 . This component too, although advantageous, is not absolutely necessary.
Beim Betrieb der Schaltung wird der Kondensator C1 von der Konstantstromquelle geladen, dabei fällt die Kondensatorspannung UC an dem unteren Ende des Kondensators C1 innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls allmählich ab, bis die Kondensatorspannung UC etwas kleiner ist als die von dem aus den Widerständen R13 und R14 gebildeten Spannungsteiler erzeugte Referenzspannung UR. In diesem Augenblick fängt der Unijunktionstransistor UJT an zu leiten. Dabei wird der Kondensator C1 über den Unijunktionstransistor UJT und die Widerstände R9 und R10 entladen. Solang zwischen den Widerständen R9 und R10 Strom fließt, wird der Transistor T4 und über die Widerstände R7, R8 der Transistor T2 leitend geschaltet. Durch das Leitendschalten des Transistors T2 wird der Transistor T1 abgeschaltet, d. h. die Konstantstromquelle wird abgeschaltet und der Ladestrom zu dem Kondensator C1 unterbrochen. Gleichzeitig wird ferner über ein Leitendschalten des Kondensators T6 der Steuerimpuls vom Impulsgeber 10 abgegeben, d. h. an den schnellen elektronischen Schalter angelegt. Sobald der Kondensator C1 entladen ist sperren die Transistoren T4, T2 und T6 und durch das Sperren des Transistors T2 wird der Transistor T1 wieder leitend geschaltet, d. h. die Konstantstromquelle beginnt erneut, den Kondensator C1 zu laden und der Ablauf beginnt von neuem.During operation of the circuit, the capacitor C1 is charged by the constant current source, the capacitor voltage U C at the lower end of the capacitor C1 gradually falling within a defined time interval until the capacitor voltage U C is slightly less than that of the resistors R13 and R14 formed voltage divider generated reference voltage U R. At this moment, the uni-function transistor UJT begins to conduct. The capacitor C1 is discharged via the uni-function transistor UJT and the resistors R9 and R10. As long as current flows between the resistors R9 and R10, the transistor T4 and the resistors R7, R8 the transistor T2 is switched on. By switching transistor T2 on, transistor T1 is switched off, ie the constant current source is switched off and the charging current to capacitor C1 is interrupted. At the same time, the control pulse is also emitted from the pulse generator 10 , ie applied to the fast electronic switch, by switching the capacitor T6 to the on state. As soon as the capacitor C1 is discharged, the transistors T4, T2 and T6 block and by blocking the transistor T2 the transistor T1 is turned on again, ie the constant current source starts again to charge the capacitor C1 and the process begins again.
Aus dem Gesagten ergibt sich, daß man über den Gesamtwiderstand von R9 und R10 die Entladegeschwindigkeit des Kondensators C1 und damit die Impulslänge variieren kann. Andererseits läßt sich über die Änderung der Größe des Widerstands R1 die Größe des Ladestroms der Konstantstromquelle für den Kondensator C1 und damit die Impulspause regeln. Eine Änderung der Kapazität des Kondensators C1 dagegen bewirkt in erster Linie eine Änderung nur der Frequenz bei gleichem Verhältnis von Impulslänge zu Periodendauer, d. h. bei gleichem Tastverhältnis.From what has been said it follows that the total resistance of R9 and R10 the discharge rate of the capacitor C1 and thus the pulse length can vary. On the other hand, the Changing the size of resistor R1 the size of the charging current Constant current source for the capacitor C1 and thus the pulse pause regulate. A change in the capacitance of the capacitor C1, however, primarily causes a change in frequency at the same Ratio of pulse length to period, i.e. H. with the same Duty cycle.
In der praktischen Anwendung ist die Möglichkeit der Variation der Länge der Impulspause bei gleicher Impulslänge eine sehr günstige Möglichkeit, um die den Dioden zugeführte Strommenge und damit die Intensität des Lichts der Lichtquelle zu regeln. Gerade bei Beleuchtungszwecken ist eine derartige Art der Regelung besonders wünschenswert, da auf diese Weise besonders einfach die Möglichkeit des Dimmens der Lichtquelle eröffnet ist.In practice, the possibility of varying the Length of the pulse pause with the same pulse length is a very favorable one Possibility to change the amount of current supplied to the diodes and thus the Regulate the intensity of the light from the light source. Especially with Such a type of regulation is special for lighting purposes desirable because in this way the possibility is particularly simple dimming of the light source is opened.
Wie vorangehend bereits ausgeführt, ist es erforderlich, den Strom durch die LEDs 2 zu begrenzen. Das wird in der vorliegenden Schaltung in einem bestimmten Maße von dem Vorwiderstand 4 bewirkt. Durch eine geringe Modifikation der Schaltung läßt sich diese Strombegrenzung über den Impulsgeber 10 und den schnellen elektronischen Schalter 6 verbessern, d. h. sehr präzise regeln. Zu diesem Zweck ist eine Spannungsbegrenzerdiode D30, beispielsweise eine Zenerdiode vorgesehen. Diese Diode D30 begrenzt die Ansteuerspannung an den schnellen elektronischen Schalter 6. Der schnelle elektronische Schalter 6 wird dann nicht zwangsläufig vollständig leitend geschaltet sondern wird in der Art eines regelbaren Widerstands betrieben. Voraussetzung ist jedoch, daß der Vorwiderstand 4 zwischen dem schnellen elektronischen Schalter 6 und dem Bezugspotential 14 vorgesehen ist. Im einzelnen ist der Mechanismus folgendermaßen: Wenn der Strom durch die LEDs 2 ansteigt, steigt die Spannung, die an dem Vorwiderstand 4 abfällt, was die wirksame Spannung zwischen dem Gate G und der Source 5 des als MOSFET vorgesehenen schnellen elektronischen Schalters 6 verringert. Diese Spannungsverringerung verringert die Leitfähigkeit des MOSFETs, d. h. erhöht dessen Widerstand und begrenzt damit den Strom durch den MOSFET. Damit ist durch die Begrenzung der Ansteuerspannung des MOSFETs einerseits und durch die Anordnung des Vorwiderstands 4 zwischen der Source S des MOSFETs und dem Bezugspotential 14 ein Regelkreis für den Stromfluß durch den MOSFET vorgegeben. Dieser Regelkreis ist im wesentlichen unabhängig von dem Geschehen zwischen dem hohen Potential 12 und dem Drain D des MOSFET 6, d. h. der Strecke, in der die LEDs 2 vorgesehen sind. Damit läßt sich im Prinzip jede beliebige Anzahl von LEDs hintereinandergeschaltet betreiben, sofern sie in der Summe ihrer Betriebsspannungen in einem vernünftigen Verhältnis zu der zur Verfügung stehenden Spannung stehen.As already stated above, it is necessary to limit the current through the LEDs 2 . This is caused to a certain extent by the series resistor 4 in the present circuit. By modifying the circuit a little, this current limitation can be improved via the pulse generator 10 and the fast electronic switch 6 , ie it can be regulated very precisely. For this purpose, a voltage limiter diode D30, for example a zener diode, is provided. This diode D30 limits the drive voltage to the fast electronic switch 6 . The fast electronic switch 6 is then not necessarily switched completely conductive, but is operated in the manner of an adjustable resistor. However, the prerequisite is that the series resistor 4 is provided between the fast electronic switch 6 and the reference potential 14 . In detail, the mechanism is as follows: as the current through the LEDs 2 increases, the voltage across the series resistor 4 increases , which reduces the effective voltage between the gate G and the source 5 of the fast electronic switch 6 provided as a MOSFET. This voltage reduction reduces the conductivity of the MOSFET, ie increases its resistance and thus limits the current through the MOSFET. Thus, by limiting the control voltage of the MOSFET on the one hand and by arranging the series resistor 4 between the source S of the MOSFET and the reference potential 14, a control circuit for the current flow through the MOSFET is predetermined. This control loop is essentially independent of what is happening between the high potential 12 and the drain D of the MOSFET 6 , ie the path in which the LEDs 2 are provided. In principle, any number of LEDs can be operated in series, provided that the sum of their operating voltages is in a reasonable ratio to the available voltage.
Claims (14)
- a) daß der Stromkreis der LEDs (2) zusätzlich zu dem Vorwiderstand (4) einen schnellen elektronischen Schalter (6) und als Stromquelle eine Gleichrichterschaltung (8), die im Betrieb an die Spannung des öffentlichen Stromnetzes angeschlossen ist, aufweist;
- b) daß der schnelle elektronische Schalter (6) an einen Impulsgeber (10) angeschlossen ist, der Impulse mit einer Wiederholfrequenz von mindestens 70 Hz liefert;
- c) daß der Vorwiderstand (4) kleiner ist, als er das für Betrieb bei konstantem Strom wäre,
- d) und daß die Anordnung so aufgebaut ist, daß die Strom amplitude an den LEDs (2) größer als der bei Konstantbetrieb zulässige Maximalstrom ist.
- a) that the circuit of the LEDs ( 2 ) in addition to the series resistor ( 4 ) has a fast electronic switch ( 6 ) and as a current source a rectifier circuit ( 8 ), which is connected to the voltage of the public power grid during operation;
- b) that the fast electronic switch ( 6 ) is connected to a pulse generator ( 10 ) which delivers pulses with a repetition frequency of at least 70 Hz;
- c) that the series resistor ( 4 ) is smaller than it would be for operation at constant current,
- d) and that the arrangement is constructed so that the current amplitude at the LEDs ( 2 ) is greater than the maximum current permissible in constant operation.
- a) einen von einer Konstantstromquelle aufladbaren Kondensator (C1);
- b) einen mit zwei Widerständen (R13, R14) gebildeten Spannungsteiler zur Erzeugung einer Referenzspannung (UR);
- c) einen an die Referenzspannung (UR) und die Kondensatorspannung (UC) angeschlossenen Unijunktionstransistor (UJT), der zündet, sobald die Kondensatorspannung (UC) etwas kleiner als die Referenzspannung (UR) wird;
- d) und einen an den Unijunktionstransistor (UJT) und den Kondensator (C1) angeschlossenen Schalters (S1), der durch das Zünden des Unijunktionstransistors (UJT) für die Dauer eines Impulses (TI) leitend geschaltet wird.
- a) a capacitor (C1) which can be charged by a constant current source;
- b) a voltage divider formed with two resistors (R13, R14) for generating a reference voltage (U R );
- c) to the reference voltage (U R) and the capacitor voltage (U C) connected unijunction transistor (UJT), which ignites as soon as the capacitor voltage U C) is somewhat smaller than the reference voltage (U R) (;
- d) and a switch (S1) connected to the unijunction transistor (UJT) and the capacitor (C1), which is switched on by the ignition of the unijunction transistor (UJT) for the duration of a pulse (T I ).
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