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Die
Erfindung betrifft eine Lichtquellenanordnung umfassend ein Leuchtmodul
und eine Lichtsteuereinheit, wobei das Leuchtmodul als Lichtquelle
mindestens eine LED enthält und die Lichtsteuereinheit
eine Stromregelung für die LED aufweist.
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Bekannt
sind aus unterschiedlichen Bereichen Lichtquellenanordnungen, die
modular aufgebaut sind und neben dem eigentlichen Leuchtmodul eine
Lichtsteuereinheit aufweisen, wobei das Leuchtmodul als Austauschteil
konzipiert ist. Insbesondere bei Lichtquellen mit LED-Beleuchtung
muss allerdings der Versorgungsstrom relativ genau auf einen so
genannten Nennstrom eingestellt werden, da ansonsten die Lichtfarbe
der LED-Lichtquelle nicht der gewünschten Farbe entsprechen
und bei Überschreitung des Nennstroms die Lebensdauer der
LED-Lichtquelle herabgesetzt werden kann.
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Aus
der
EP 1411750 B1 ist
ein Stromversorgungssystem für eine LED-Lichtquellenanordnung
mit einem LED-Stromkreis mit wenigstens einer LED und einem Widerstandselement
für eine Typenidentifizierung mit einem Widerstand bekannt,
der einer Spezifikation oder Gebrauchscharakteristik des LED-Stromkreises entspricht.
Dieser Widerstandswert kann mit einer Auswerteeinheit innerhalb
des Stromversorgungssystems ausgewertet und ein Stromwert für
die LED vorgegeben werden.
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Die
DE 101 14 124 A1 bezieht
sich auf eine Schaltungsanordnung, bestehend aus einer Leuchte mit zwei
Anschlussleitungen, deren Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode
(LED) aufweist, und einer einstellbaren Stromquelle zur Stromversorgung
der Leuchte über die Anschlussleitungen. Dabei beinhaltet
die Schaltungsanordnung ein in der Leuchte im Stromkreis parallel
zur LED-Lichtquelle angeordnetes Codierelement, dessen Codierung
den Nennstrom der LED-Lichtquelle repräsentiert. Eine außerhalb
der Leuchte angeordnete Auswerteschaltung, die mit mindestens einer
Anschlussleitung mit der Leuchte verbunden ist, wertet die Codierung
des Codierelements aus und stellt anhand der so ermittelten Codierung
die regelbare Stromquelle auf den Nennstrom der LED-Lichtquelle
ein. Dabei ist lediglich der Typ der LED-Lichtquelle codierbar.
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Dem
Stand der Technik ist gemeinsam, dass die bekannten Lichtquellenanordnungen
nur relativ aufwändig auf unterschiedliche LED-Typen anzupassen
sind und dass sich die durch den längeren Betrieb von LEDs
einstellenden unerwünschten Effekte wie eine Farbverschiebung
und/oder Helligkeitsabweichungen für den Benutzer oder
in der Anwendung sichtbar werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lichtquellenanordnung zu realisieren,
mit der neben der Codierung des Typs der LED auch eine Alterungskompensation
ermöglicht wird.
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Die
Aufgabe wird durch die Lichtquellenanordnung gemäß des
ersten Schutzanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
ergeben sich aus den davon abhängigen Schutzansprüchen.
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Erfindungsgemäß beinhaltet
die Lichtquellenanordnung zumindest ein Leuchtmodul mit einer Speichereinheit,
mit der ein Wert für eine Codierung abhängig vom
LED-Typ vorgebbar ist und dieser Wert mittels einer Auswerteeinheit
detektierbar und die Stromregelung beeinflussbar ist, wobei der
Speichereinheit eine Auswerteeinheit der Lichtsteuereinheit zugeordnet
ist, mit der ein Stromfluss durch die LED in Abhängigkeit der
Zeit bestimmbar ist und diese Messwerte des Stromflusses in der
Speichereinheit speicherbar sind. Damit kann die Strombelastung
der LED über die Zeit erfasst und der Strom durch die LED
nachgeregelt werden, womit eine Alterungskompensation für
die Lichtquellenanordnung realisiert werden. Alternativ kann die
Auswerteeinheit, welche den Stromfluss bestimmt, auch im Leuchtmodul
angeordnet sein. Ebenfalls ist es möglich, dass sich sowohl
eine Auswerteeinheit im Leuchtmodul als auch in der Lichtsteuereinheit
befindet.
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Befindet
sich die Auswerteeinheit in der Lichtsteuereinheit, kann auf diese
Weise eine besonders kostengünstige Lichtquellenanordnung
realisiert werden, weil die Auswerteeinheit ein in der Regel teurer
Logikbaustein ist und auf diesen in den oftmals mehrfach vorhandenen
Leuchtmodulen auf diese Weise verzichtet werden kann. In der Speichereinheit
des Leuchtmoduls werden dann bevorzugt die aktuellen Messwerte für den
Stromfluss und die LED-Typcodierung abgelegt. Bei Inbetriebnahme
des Leuchtmoduls werden dann bevorzugt nur die aktuellen abgelegten
Werte and die Lichtsteuereinheit gesendet. Die Auswerteeinheit in
der Lichtsteuereinheit kann dann auf Basis dieser Werte die weitere
Berechnung des Stromflusses anstellen und in bestimmten Intervallen
und/oder beim Abmelden des Leuchtmoduls zur Speichereinheit des
Leuchtmoduls senden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
in der Speichereinheit die mit der Auswerteeinheit bestimmbaren
Messwerte des Stromflusses innerhalb bestimmter Zeitintervalle mit
der Speichereinheit integrierbar sind. Das zeitliche Integral des
Stromflusses entspricht dabei der Belastung der LED.
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Hinsichtlich
einer einfachen Berechnung – ohne dabei größere
Speicherressourcen zu verbrauchen – ist es vorteilhaft,
wenn zur Integration die Messwerte des Stromflusses für
bestimmte Zeitintervalle mit der Speichereinheit addiert werden.
Dazu kann der Speichereinheit auch eine Recheneinheit zugeordnet
sein, welche diese Aufgabe erfüllt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
dass die Speichereinheit einen elektronischen Speicherbaustein enthält,
mit der ein digitaler Wert zur Codierung vorgebbar ist und dieser
einen Wert für die integrierten Werte des Stromflusses
darstellt. Dieser digitale Wert kann dabei aus den integrierten Messwerten
des Stromflusses bestimmt werden.
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Die
Ausführung von beispielsweise der Speicher-, Rechen- und/oder
Auswerteeinheit erfolgt bevorzugt durch elektronische Bausteine.
Dabei ist es selbstverständlich möglich, dass
in diesen elektronischen Bausteinen die genannten Funktionen zumindest
teilweise integriert sind.
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Hinsichtlich
der Alterungskompensation ist es vorgesehen, dass der digitale Wert
zur Codierung einer kumulierten Belastung der LED entspricht und
von der Auswerteeinheit in der Lichtsteuereinheit auswertbar ist.
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Zum
Schutz der zumindest einen LED und um einen vorzeitigen Ausfall
der LEDs zu verhindern ist es in einer besonders bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, dass dieser digitale Wert zur Codierung und/oder der
integrierte Wert des Stromflusses in der Auswerteeinheit mit einem
Schwellenwert vergleichbar ist und bei Überschreitung des
Schwellenwertes der Strom auf einen niedrigen, für die
LED unkritischen Wert einstellbar oder der Strom unterbrechbar ist.
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Weiterhin
sieht es eine besonders bevorzugte Ausführungsform vor,
dass bei Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes eine
optische und/oder akustische Warnanzeige in der Lichtquellenanordnung
aktivierbar ist. Dies können beispielsweise Warnlampen
und/oder Warnsymbole sein, oder aber auch Signaltöne. Kombinationen
von optischen und akustischen Warnsignalen sind selbstverständlich
ebenfalls möglich. Die Warnanzeigen ermöglichen
es, dass der Benutzer der Lichtquellenanordnung frühzeitig
gewarnt werden bzw. aufgefordert werden kann, die LED und/oder das
Leuchtmodul zu wechseln und/oder den Stromfluss zu reduzieren.
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Hinsichtlich
einer redundanten Identifikation kann es in einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Speichereinheit
mit Vorrichtungen zur analogen Codierung kombiniert ist, wobei die analoge
Codierung mittels Spannungsteilern, welche aus Widerständen
oder aus Widerständen und Dioden gebildet sind, Festspannungsregler
und/oder anderen elektronischen Bauteilen erfolgt. Damit kann eine
besonders kostengünstige Art der Codierung bereitgestellt
werden.
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen näher
beschrieben. Es zeigen
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1 Eine
Lichtquellenanordnung mit einer Speichereinheit für eine
Codierung eines Leuchtmoduls,
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2 eine
weitere Ausführungsform der Lichtquellenanordnung und
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3a bis 3c weitere
Möglichkeiten zur Codierung des Leuchtmoduls.
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1 zeigt
eine Lichtquellenanordnung (
1), die im Wesentlichen aus
einem Leuchtmodul (
10) und einer Lichtsteuereinheit (
20)
zusammengesetzt ist.
| Bezugszeichenliste: | |
| 1 | Lichtquellenanordnung |
| 10 | Leuchtmodul |
| 11 | LED(s) |
| 12 | Speichereinheit |
| 13 | Auswerteeinheit |
| 14 | Spannungsteiler |
| 15 | Diode |
| 16 | Widerstand |
| 17 | Potentiometer |
| 20 | Lichtsteuereinheit |
| 21 | Stromregelung |
| 22 | Auswerteeinheit |
| 23 | Spannungsversorgung |
| 24 | Bedieneinheit |
| 25 | Versorgungsanschluss |
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Das
Leuchtmodul (10) weist mindestens eine oder mehrere LEDs
(11) auf, die in Reihe und/oder parallel zueinander verschaltet
sein können, z. B. mehrere in Reihe ver-schaltet oder auch
mehrere LEDs parallel verschaltet oder mehrere LED Reihen parallel
zueinander verschaltet.
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Zusätzlich
ist im Leuchtmodul (10) eine Speichereinheit (12)
integriert. Diese Speichereinheit (12) kann auf einem Halbleiterspeicherelement,
bspw. einem Flash-Speicher oder einem EEPROM basieren. Dieser Speicher
enthält einen Identifikationswert, der zur Festlegung des
maximal erlaubten Stromes durch die LED oder LEDs (11)
dient. Die Information kann beispielsweise in einem hexadezimalen
Code vorliegen. Alternativ kann dieser Wert auch durch einen Schal ter,
beispielsweise mittels eines Dip-Schalter, oder mittels Leiterbrücken
generiert werden.
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Die
Speichereinheit (12) wird durch eine Auswerteeinheit (22),
die in der Lichtsteuereinheit (20) integriert ist, ausgewertet.
Durch eine in der Auswerteeinheit (22) abgelegte Kennlinie
lässt sich, entsprechend der codierten Werte in der Speichereinheit
(12), der erlaubte Maximalstrom durch die LEDs (11)
berechnen. Werden unterschiedliche Kennlinien in der Auswerteeinheit
(12) hinterlegt, ist sie und damit die gesamte Lichtquelleneinheit
(1) für die Verwendung unterschiedlicher Lichtmodule
(10) mit in der Regel unterschiedlichen LEDs (11)
geeignet.
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Mit
Hilfe der abgelegten Kennlinie wird dabei eine Führungsgröße
ermittelt, die die Stromregelung (21) steuert, die den
Strom durch die LEDs (11) regelt. Die Menge des durch die
Stromregelung (21) bereitgestellten Stroms lässt
sich durch das Bedienelement (24) innerhalb der festgelegten
Grenzen variieren. Hiefür wird die Information des Bedienelementes
(24) bevorzugt ebenfalls in der Auswerteeinheit (22)
ausgewertet und in die Ermittlung der Führungsgröße
einbezogen.
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Eine
integrierte Spannungsversorgung (23) dient zur Versorgung
der Lichtsteuereinheit (20) und des Leuchtmoduls (10).
Dabei kann es sich um ein Weitbereichseingangsnetzteil handeln oder
auch um eine Niederspannungsversorgung. Der Anschluss an das externe
Stromnetz erfolgt über den Versorgungsanschluss (25).
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2 stellt
eine Modifikation des Leuchtmoduls (10) dar. Hier ist zusätzlich
eine Auswerteeinheit (13) integriert. Diese ermittelt die
Betriebsdauer des Leuchtmoduls (20) und legt in der Speichereinheit
(12) die aktuellen Werte fest. Nach Abschalten der Lichtsteuereinheit
(20) bleibt somit ein Wert für die Betriebsstundenzahl
erhalten. Dieser kann somit auch bei einem Trennen des Leuchtmoduls
(10) von der Lichtsteuereinheit (20) erhalten
bleiben und ist somit in der Lage, auch beim Einsatz in anderen
ebenfalls mit geeigneten Lichtsteuereinheiten versehenen Lichtquellenanordnungen
die Betriebsstundenzahl des Lichtmoduls (10) auszuwerten.
Auf diese Weise wird das Leuchtmodul (10) tauglich für
mehrere Arbeitsplätze.
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Da
bei LEDs (11) üblicherweise im Laufe ihrer Betriebsdauer
die Helligkeit abnimmt, kann mittels der Größe
für die Betriebsdauer des Leuchtmoduls (10) die
Lichtsteuereinheit (20) derart gesteuert werden, dass die
Stromregelung (21) einen je nach detektiertem Wert für
die Betriebsdauer höheren Strom erzeugt und die Helligkeitsverluste
der LEDs damit ausgeglichen werden.
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Neben
einer Integration der Betriebszeit der LEDs (11) können
mittels der Auswerteeinheit (13) auch die Stromwerte über
die Zeit integriert werden, so dass der Auswerteeinheit (22)
ein Wert für die Berechnung eines kumulierten Stromflusses übermittelt
werden kann, welchen die Lichtsteuereinheit (20) zur Nachregelung
dem Leuchtmodul (10) zur Verfügung stellen muss.
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In 3 sind weitere Möglichkeit einer
modifizierten Ausführung des Leuchtmoduls (10)
dargestellt, bei denen eine einfache Codierung für das
Leuchtmodul (10) ermöglicht wird. Diese Codierung
kann zusätzlich zur Speichereinheit (12) im Leuchtmodul
(10) verbaut sein.
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In
den gezeigten Beispielen ist die Speichereinheit (12) als
einfache analoge Referenzspannungsquelle ausgeführt, wobei
eine Auswertung in der Auswerteeinheit (22) der Lichtsteuereinheit
(20) mittels eines Analog-Digital-Wandler oder mittels
eines oder mehrerer Komparatoren erfolgt.
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Die
in 3a gezeigte Variante zeigt einen Spannungsteiler,
der aus einem Festwiderstand und einen austauschbaren, veränderbaren
Widerstand (16) gebildet ist. Abhängig von dessen
Wert lässt sich über den Spannungsteiler als Identifikationsspannung
ein bestimmter Spannungswert einstellen welcher einem bestimmten
LED-Typ entspricht.
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Die
Variante in 3b zeigt einen Spannungsteiler
mit integriertem Potentiometer (17). Die Funktion ist die
gleiche wie bei der in 3a gezeigten Variante. Allerdings
lässt sich eine genauere Identifikationsspannung einstellen.
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Eine
weiter Möglichkeit ergibt sich aus der in 3c gezeigten
Anordnung. Die Identifikationsspannung wird hier mittels ein oder
mehrere Dioden (15) codiert, die mit einem Festwiderstand
einen Spannungsteiler bilden.
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In
einer Variante sind ein oder mehrere Dioden in Durchlassrichtung
orientiert mit dem Festwiderstandswert in Reihe geschaltet, wobei
an den Dioden jeweils die Durchlassspannung, typischerweise 0,6
bis 0,7 V für Siliziumdioden und ca. 0,3 V für
Germaniumdioden abfällt. Je nach Anzahl dieser Dioden kann
die Identifikationsspannung in diesen Spannungsschritten variiert
und je nach Typ der LEDs (11) festgelegt werden.
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In
einer anderen Variante ist eine Zener-Diode, in Sperrrichtung orientiert,
mit dem Festwiderstandswert in Reihe geschaltet, wobei in diesem
Fall die Zener-Spannung als Identifikationsspannung ausgewertet werden
kann.
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Grundsätzlich
sind auch andere elektronische Bauteile verwendbar, die eine charakteristische Strom-Spannungs-Kennlinie
aufweisen und mittels geeigneter Beschaltung einen bestimmten Wert
für die Identifikationsspannung liefern. So können
beispielsweise auch so genannte Festspannungsregler zur Identifikation
verwendet werden. Diese besitzen eine definierte Ausgangsspannung,
die entsprechend, wie oben beschrieben, ausgewertet werden kann.
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Die
erfindungsgemäßen Lichtquellenanordnungen (1)
können in labortechnischen, industriellen oder medizinischen
Anwendungen eingesetzt werden, in de nen es insbesondere auf eine
hohe Konstanz der Beleuchtungsstärke ankommt. Vorstellbar
ist ferner der Einsatz bei Applikationen im Bereich Luftfahrt und/oder Architektur.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1411750 [0003]
- - DE 10114124 A1 [0004]