EP2355621B1 - Temperaturkompensation des Lichtstroms an LED-Leuchten - Google Patents

Temperaturkompensation des Lichtstroms an LED-Leuchten Download PDF

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EP2355621B1
EP2355621B1 EP11153517.5A EP11153517A EP2355621B1 EP 2355621 B1 EP2355621 B1 EP 2355621B1 EP 11153517 A EP11153517 A EP 11153517A EP 2355621 B1 EP2355621 B1 EP 2355621B1
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EP
European Patent Office
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temperature
circuit
signal
current
led
Prior art date
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EP11153517.5A
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EP2355621A3 (de
EP2355621A2 (de
Inventor
Stefan Metzenroth
Clemens Meyer
Michael Woski
Michael Härtl
Robert Strübl
Markus Rhein
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Siteco GmbH
Original Assignee
Siteco GmbH
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Publication date
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Publication of EP2355621A3 publication Critical patent/EP2355621A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/56—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits involving measures to prevent abnormal temperature of the LEDs
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/18—Controlling the intensity of the light using temperature feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters

Definitions

  • the invention relates to a circuit for controlling a lamp, in particular an exterior lamp, a headlamp, a lamp for cold rooms or a vehicle lamp, with at least one LED as the illuminant, and a lighting system which comprises such a circuit.
  • the circuit allows in particular to compensate for a temperature dependence of the luminous flux of the LED.
  • Control circuits for LED lights known from the prior art usually supply the LEDs of the light with a constant electrical current. For example, is beyond DE 198 10 827 A1 a lamp is known which has a temperature sensor which is electrically connected to the control circuit. The temperature sensor is used to detect an LED temperature, which is then compared by the control circuit with a predetermined temperature threshold. If the LED temperature is above the temperature threshold, the control circuit reduces the supply current of the LED in order to prevent the LED from overheating. In this way, premature aging and an increased risk of failure of the LED are to be avoided.
  • WO 01/48495 A1 discloses a sensor circuit for determining a supply current for a non-linear LED depending on the temperature.
  • the circuit comprises a feedback of a part of the supply current through the LED to a temperature-dependent circuit. In this way, the supply current through the LED is kept constant above a threshold temperature.
  • EP 0 492 117 A2 discloses an adjustable temperature compensation power source in which the supply current is adjusted by a load to account for load dependent changes in temperature performance.
  • the object of the present invention is to provide a circuit for the power supply of an LED light which enables an energy-saving power supply of the light.
  • the object is achieved by a circuit according to claim 1 and a lighting system according to claim 7.
  • the circuit serves to supply power to at least one lamp, for example an outdoor lamp, with at least one LED as the illuminant.
  • the circuit has a signal input for receiving a temperature signal and an electrical supply output or an output for a control signal for controlling a supply device with a supply output.
  • the circuit provides an electrical current at the supply output for supplying the LED of the lamp.
  • the circuit uses the received temperature signal, which corresponds to a temperature.
  • the circuit provides the current so that there is a first, lower temperature interval and a second, higher temperature interval, the circuit providing a lower current when the temperature is in the first temperature interval than when it is in the second temperature interval.
  • the received temperature signal can correspond, for example, to a temperature sensed by a temperature sensor, in particular an LED temperature or an ambient temperature of the luminaire.
  • the circuit can further comprise a supply input via which the circuit is supplied with electrical power.
  • the current provided by the circuit at the supply output can be used directly to supply one or more LEDs.
  • the current provided is intended to serve as an input variable for an amplifier arrangement which supplies the LED with electrical power.
  • the invention is based on the observation that the luminous flux of an LED generally decreases at a given current with increasing LED operating temperature.
  • the luminous flux can decrease, in particular linearly or approximately linearly, with increasing temperature over a wide range. Therefore, in the case of control circuits which do not take this effect into account, the luminous flux of an LED outdoor luminaire is increased compared to warmer ambient temperatures in colder ambient temperatures. In this way, a higher luminous flux than necessary can occur, for example, in wintry outside temperatures, which is associated with an unnecessarily high energy consumption or even leads to glare.
  • the supply of the LED with the circuit according to the invention avoids this because the power supply is reduced in the lower temperature interval. Furthermore, the reduction in the current enables a reduction in aging effects of the driven LED, since these are generally temperature and current dependent.
  • the luminous flux of the LED also increases with increasing current.
  • the luminous flux of the LED therefore depends on two sizes: the LED temperature and the current. At the transition from a higher to a lower temperature increases the luminous flux of the LED for a given electrical supply current. To compensate for this increase, the circuit reduces the supply current. On the one hand, this compensates for the temperature dependence of the luminous flux. On the other hand, a current reduction also reduces the electrical power converted in the LED. This results in an energy saving effect.
  • the invention can provide that the electricity provided only partially and / or only compensates for the temperature dependence of the luminous flux in one or a few temperature ranges.
  • the current provided by the circuit is independent of the temperature if this is in the second, higher temperature interval.
  • the current assumes a constant, ie temperature-independent value I K in this temperature interval.
  • I K temperature-independent value
  • the same supply current I K results for all temperatures within the second temperature interval. This prevents the current provided from rising to a certain extent, which could lead to thermal damage to the LED. Since a further temperature rise within the second temperature interval does not cause a further increase in the supply current, a positive feedback loop is avoided, which could cause thermal destruction of the LED or premature aging.
  • the first temperature interval and the second temperature interval adjoin one another at a threshold temperature T S. Since the current provided for temperatures within the first temperature interval is lower than for temperatures within the second temperature interval, this prevents a temperature range between the two temperature intervals in which the current provided takes on unnecessarily high or low values. In particular, if the circuit keeps the current provided for temperatures within the second temperature interval at a constant value I K , this results in the activation behavior leading into a constant current phase. This protects the LED against overcurrent and thus overheating.
  • the circuit provides a current which it carries along a predetermined temperature characteristic curve when the temperature is in the first temperature interval.
  • the temperature characteristic describes the current provided as a function of the temperature.
  • the temperature characteristic curve in the first temperature interval increases monotonically with the temperature. This ensures that an increase in temperature within the first temperature interval does not reduce the Supply current can cause. This avoids that the reduction in the luminous flux due to the temperature increase is additionally increased by a reduction in the supply current.
  • the temperature characteristic curve increases strictly monotonously with the temperature. This prevents the described reduction of the luminous flux from being amplified by the temperature effect through a current effect in the entire first temperature interval.
  • the temperature characteristic can increase linearly, approximately linearly or progressively. In the event that the luminous flux of the LED also decreases linearly with the operating temperature, this temperature dependency can be compensated for in particular by a linear increase in the current.
  • the circuit can have a temperature characteristic curve which has a first temperature interval in which the characteristic curve does not rise linearly, but rather flattens out towards higher temperatures. In this way, there is a smooth transition from the temperature range in which compensation for the temperature dependence is achieved to the range with a constant supply current.
  • the circuit provides a current that is lower than for temperatures in the second temperature interval.
  • the current provided can assume the constant value I R in the third temperature interval.
  • T R can be, in particular if the temperature corresponds to an LED temperature, for example in the interval from 40 ° C. to 170 ° C., in particular between 90 ° C. and 150 ° C.
  • the second and the third temperature interval adjoin one another at the temperature T R.
  • the circuit also has a means for detecting the voltage at the supply output of the circuit. In this way, the voltage applied to the LED can also be determined.
  • the circuit can determine the current provided at the supply output as a function of the determined voltage.
  • the forward voltage of an LED is temperature-dependent. Therefore, in these embodiments there is the advantage that the temperature dependence of the forward voltage can be taken into account in order to conduct the supply current of the LED.
  • the circuit changes the current provided as a function of the voltage detected at the supply output. Since the forward voltage of an LED generally increases with falling temperature, the power converted in the LED also increases with decreasing temperature for a given current. This effect can be taken into account by the circuit modifying the temperature characteristic curve in accordance with the determined voltage.
  • the circuit can vary the temperature characteristic in the lower temperature interval as a function of the determined voltage. Furthermore, the circuit can change the threshold temperature T S as a function of the determined voltage. Furthermore, in some embodiments, the circuit can carry the current, so that the power provided at the supply output is temperature-independent in a temperature interval, for example in the first, lower temperature interval.
  • the circuit may provide the supply current in one embodiment as a direct current.
  • the circuit changes the supply current by changing the current.
  • the circuit can also provide the supply current as a pulsed current by means of pulse width modulation (PWM).
  • PWM pulse width modulation
  • the current provided periodically changes between a minimum value and a maximum value, the effective value of the current being determined by the pulse duty factor.
  • the circuit according to one embodiment effects a change in the current via a change in the duty cycle.
  • the duty cycle is smaller for temperatures in the first temperature interval than for temperatures in the second temperature interval.
  • the circuit provides a modulated current and changes its effective value by changing the minimum and / or maximum value of the current, keeping the pulse duty factor constant, for example.
  • Other current cycles that are periodic in time are also possible.
  • the following and in the claims in the case of a pulsed or a generally periodic current is understood by the term current whose rms value averaged over a period.
  • the circuit can provide various means for carrying the current in dependence on the received temperature signal.
  • the means can be selected so that the circuit can be used together with an intended temperature sensor.
  • the circuit in which the circuit is intended to be used with a temperature sensor that provides a temperature-dependent current or voltage signal, the circuit may use the received signal to provide the current.
  • the circuitry may further include means for amplifying the received signal.
  • the circuit in further embodiments of the circuit which are provided for use with a temperature sensor which has a temperature-dependent resistance, the circuit can have means for determining the resistance.
  • the circuit can provide a current or a voltage at the signal input and can detect the applied voltage or current.
  • the circuit can additionally comprise a subcircuit which has a plurality of sub-signal inputs for receiving a plurality of temperature sub-signals and a signal output for a temperature signal.
  • the signal output of the subcircuit is connected to the signal input of the circuit.
  • the subcircuit is used to determine a temperature signal from the plurality of temperature sub-signals, which uses the circuit to determine the supply current.
  • one temperature sensor can be connected to each of the sub-signal inputs.
  • the subcircuit can determine the temperature signal, for example, by arithmetically averaging the temperatures to which the received temperature sub-signals correspond. The averaging advantageously results in less influence by measurement errors of individual temperature sensors. Weighted averaging of several subsignals is also possible.
  • the subcircuit in this embodiment can have a further input which serves to receive a selection signal.
  • the subcircuit determines the temperature signal as a function of the selection signal. For example, for a specific selection signal, the subcircuit can only use the temperature sub-signals for determining the temperature signal, the selected sub-signal inputs described by the selection signal available.
  • the subcircuit can change the way in which it processes the sub-signals into the temperature signal, depending on the selection signal. For example, in embodiments in which it determines the temperature signal by averaging, the subcircuit can change weighting factors of the individual sub-signals as a function of the selection signal.
  • the user can have the subcircuit take into account only sub-signals that correspond to ambient temperatures when determining the temperature signal, and ignore other sub-signals that correspond to LED temperatures, for example.
  • the circuit has an additional input for receiving an actuating signal and changes the current provided as a function of the received actuating signal.
  • the circuit can, for example, change parameters such as the threshold temperature T S , the current I K , the temperature T R , the reduced current I R and / or other parameters of the temperature characteristic as a function of the control signal.
  • the circuit further includes a memory that has different forms of one or more of these parameters, and the circuit uses the actuating signal to select one of these forms.
  • the circuit alternatively or additionally uses the control signal to determine the parameter directly from the control signal.
  • circuit can be used both with temperature sensors which detect an ambient temperature of the luminaire and with those which detect an LED temperature.
  • the user has the option of individually configuring the circuit depending on the arrangement of the temperature sensor, only one type of circuit being necessary.
  • the object is achieved according to the invention by a lighting system, in particular an outdoor lighting system, which comprises a circuit as described above.
  • the lighting system has at least one LED light with at least one LED.
  • the circuit has a supply output, which is still effectively connected to the LED of the lamp in order to supply the LED with electrical current.
  • the lighting system also has a temperature sensor for detecting a temperature.
  • the signal input of the circuit is effectively connected to the temperature sensor.
  • Such an illumination system has the advantage that the temperature signal required for activation is provided within the system itself.
  • temperature-dependent electrical resistances can be used as temperature sensors.
  • NTC (negative temperature coefficient) resistors and / or PTC (positive temperature coefficient) resistors can be used.
  • electronic components can also be used as temperature sensors that deliver a directly electronically processable signal, for example semiconductor temperature sensors that deliver a current proportional to their temperature.
  • the temperature sensor can be connected directly to the signal input of the circuit, so that the temperature signal corresponds to the temperature determined by the temperature sensor.
  • the lighting system can also have a plurality of temperature sensors, each of which is connected to a sub-signal input of the subcircuit of the circuit. The subcircuit is then set up to process the sub-signals in order to determine a temperature signal. This is then used by the circuit to determine the supply current.
  • the temperature sensor of the lighting system is arranged such that it detects an ambient temperature of the lamp.
  • the temperature sensor can thus determine an outside temperature for an outside lighting system.
  • the present invention provides significant technical benefits.
  • the circuit uses the determined ambient temperature to determine the current that it provides at the supply output for the LED. It is particularly useful here if the temperature sensor is arranged so that the temperature determined does not increase significantly as a result of the operation of the LED itself. Thus, a feedback loop is created by heating the temperature sensor during avoid warming up of the LED shortly after switching on.
  • a lower stationary operating temperature of the LED is set at ambient temperatures below the threshold temperature T S , since the heating effect of the LED is reduced by the reduced current. In this way, temperature-dependent aging effects of the LED can also be reduced.
  • the threshold temperature T S at which the first temperature interval and the second temperature interval adjoin one another, is between 0 ° C. and 50 ° C.
  • a threshold temperature T S between 15 ° C. and 35 ° C. is preferred, and in particular a threshold temperature T S of 25 ° C.
  • the circuit in cooperation with a suitably designed temperature characteristic for the first temperature interval, can thus conduct the current in such a way that a luminous flux which corresponds to the desired luminous flux is achieved even at lower temperatures.
  • the circuit can conduct the supply current in such a way that, even at lower ambient temperatures, a luminous flux is set which corresponds to a desired value at 25 ° C.
  • the value for the threshold temperature T S can also be selected differently depending on the thermal connection of the LED.
  • the threshold temperature can be dimensioned such that heating of the LED above a predetermined limit temperature is avoided.
  • the LED is cooled passively. In this case, the operating temperature of the LED when warmed up is above the ambient temperature of the lamp, so that the threshold temperature T S of the circuit is below the predetermined limit temperature for the operation of the LED.
  • the lighting system can also comprise an actively cooled LED. In the cases under consideration, the person skilled in the art can select the threshold temperature T S, for example, taking into account the cooling capacity achieved under application conditions.
  • the temperature sensor of the lighting system is arranged such that it essentially detects a temperature of an LED of the luminaire.
  • the desired effect of temperature compensation and energy saving can also be used for the warm-up phase of the LED.
  • the LED Immediately after the LED is switched on, it has a lower operating temperature, which increases during a period immediately after the LED is switched on until it reaches a temperature which corresponds to a thermally stationary state.
  • an increased luminous flux is avoided during the warm-up phase immediately after the LED is switched on.
  • the duration of this warm-up phase depends, for example, on the thermal connection to the environment, e.g. B. from a heat sink used.
  • This embodiment makes it possible to initially select and increase the current during the warm-up phase in order to compensate for the drop in luminous flux due to the increase in operating temperature.
  • a threshold temperature T S between 25 ° C. and 100 ° C., preferably between 60 ° C. and 80 ° C. and in particular 70 ° C. has proven to be useful in order to prevent the LED from overheating due to an excessively high supply current.
  • the specific value for the threshold temperature T S can be selected, for example, taking into account an aging model for the LED, the desired service life, the specific application conditions and the physical properties of the LED.
  • This embodiment offers the advantage that the temperature relevant for the aging of the LED is recorded directly, so that the threshold temperature can be determined directly from the variables mentioned, without taking into account the thermal connection of the LED.
  • the temperature sensor and the LED can be thermally connected to a metal layer, for example a copper layer, on a printed circuit board, which in turn is thermally connected to the LED, for example via a thermal pad.
  • the temperature sensor can be arranged in close proximity to the LED.
  • a device can be used as the temperature sensor, which determines the infrared portion of the light emitted by the LED.
  • the circuit can have a plurality of sub-signal inputs which are connected to a plurality of temperature sensors of the lighting system.
  • the circuit can be connected in this way both to a temperature sensor that determines an ambient temperature of a lamp and to a temperature sensor that determines an operating temperature of an LED.
  • the subcircuit determines a temperature signal from the sub-signals transmitted by the temperature sensors using a predetermined algorithm.
  • the temperature signal determined can correspond in particular to an effective or an average temperature.
  • an input be provided for a selection signal so that the user can choose whether the circuit uses an ambient temperature or an LED temperature to determine the supply current.
  • the lighting system has at least one additional LED light with at least one further LED, the supply output of the circuit also being connected to the further LED of the additional LED light in order to supply the further LED with electrical current.
  • a system that comprises several lights can be controlled by means of the same circuit. This saves additional control circuits. In particular, this only requires the arrangement of a single temperature sensor. This can be arranged at a suitable location in order to detect an ambient temperature of the system. Alternatively, the temperature sensor can also be arranged to detect the temperature of an LED of one of the lights. The control of several lights with the same circuit and due to the same temperature results in a homogeneous guidance of the lighting level, whereby particularly bright and particularly dark areas are avoided. This is particularly useful when illuminating a larger area with multiple lights, such as a street or a square.
  • the lighting system can also be provided with a means for providing energy, for example with solar cells.
  • a supply of the LED can be provided in addition or as an alternative to another energy source.
  • One advantage arises, for example, when using the lighting system for outdoor lighting. Here, low temperatures in winter often go hand in hand with reduced solar radiation. The power provided by the solar cells is therefore reduced. On the other hand, this also goes hand in hand with a lower supply current required to achieve a desired luminous flux of the LED.
  • Embodiments of the circuit according to the invention are described below using the Figures 1a to 1c described by means of temperature characteristics which describe the current provided by the circuit as a function of the temperature.
  • the Figures 1a to 1c describe embodiments of circuits according to the invention which are particularly suitable for controlling an LED of an outdoor light, the temperature in this case corresponding to an ambient temperature of the light.
  • 350 mA is a value that can typically be used to supply a single LED. If the luminaire comprises several LEDs in a parallel connection, it is expedient in other embodiments to choose a correspondingly higher current, for example to scale the value specified here with the number of LEDs to be controlled.
  • T S 25 ° C
  • the characteristic shows a linear course.
  • the circuit can reduce the current with a different drop, ie the temperature characteristic curve can have a different slope. For example, values from 1 to 3.5 mA / ° C are possible.
  • the temperature effect on the luminous flux of the LED is counteracted.
  • the slope of the current rise in the first interval is chosen such that the temperature dependence of the luminous flux is compensated for as completely as possible.
  • the supply current can be reduced at other temperatures, in particular at higher temperatures T R , for example between 40 ° C. and 150 ° C.
  • the reduction to current levels I R other than 80 mA can take place, e.g. B. to a value between 20 mA and 300 mA per LED to be controlled, or the current can be switched off completely.
  • the characteristic curve shown describes a further embodiment of a circuit according to the invention, the characteristic curve increasing monotonically in the first and second temperature intervals with a slightly progressive increase.
  • the temperature characteristic curve in the first temperature interval and the second temperature interval runs linearly increasing or progressively increasing over both temperature intervals.
  • the embodiment of a lighting system according to the invention shown comprises a circuit 100 with a signal input 110 and a supply output 120.
  • a temperature sensor 10 is connected to the signal input 110 of the circuit 100.
  • the circuit 100 thus receives a temperature sensed by the temperature sensor 10.
  • Circuit 100 uses this temperature to provide a supply current at supply output 120.
  • four LEDs 20 are connected to the supply output 120.
  • only a single circuit 100 is required to operate four LEDs 20.
  • only one temperature sensor 10 is required in the lighting system shown.

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Ansteuerung einer Leuchte, insbesondere einer Außenleuchte, eines Scheinwerfers, einer Leuchte für Kühlräume oder einer Fahrzeugleuchte, mit mindestens einer LED als Leuchtmittel sowie ein Beleuchtungssystem, das eine derartige Schaltung umfasst. Die Schaltung erlaubt es insbesondere, eine Temperaturabhängigkeit des Lichtstroms der LED zu kompensieren.
  • Aus dem Stand der Technik bekannte Ansteuerschaltungen für LED-Leuchten versorgen die LEDs der Leuchte üblicherweise mit einem konstanten elektrischen Strom. Beispielsweise ist darüber hinaus aus DE 198 10 827 A1 eine Leuchte bekannt, die einen Temperatursensor aufweist, der mit der Ansteuerschaltung elektrisch verbunden ist. Der Temperatursensor dient dazu, eine LED-Temperatur zu erfassen, welche anschließend von der Ansteuerschaltung mit einer vorbestimmten Temperaturschwelle verglichen wird. Falls die LED-Temperatur über der Temperaturschwelle liegt, reduziert die Ansteuerschaltung den Versorgungsstrom der LED, um eine Überhitzung der LED zu vermeiden. Auf diese Weise soll eine vorzeitige Alterung sowie ein erhöhtes Ausfallrisiko der LED vermieden werden.
  • DE 10 2006 046 729 A1 offenbart eine Stromversorgungsschaltung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • WO 01/48495 A1 offenbart eine Sensorschaltung zum Bestimmen eines Versorgungsstroms für eine nicht lineare LED abhängig von der Temperatur. Die Schaltung umfasst eine Rücckopplung eines Teils des Versorgungsstroms durch die LED auf eine temperaturabhängige Schaltung. Oberhalb einer Schwellentemperatur wird der Versorgungsstrom durch die LED auf diese Weise konstant gehalten.
  • EP 0 492 117 A2 offenbart eine Stromquelle mit einstellbarer Temperaturkompensation, in welcher der Versorgungsstrom durch eine Last eingestellt wird, um lastabhängige Änderungen der Leistung der Temperatur zu berücksichtigen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es im Gegensatz hierzu, eine Schaltung zur Stromversorgung einer LED-Leuchte bereitzustellen, welche eine energiesparende Stromversorgung der Leuchte ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltung nach Anspruch 1 und ein Beleuchtungssystem nach Anspruch 7 gelöst.
  • Die Schaltung dient dabei der Stromversorgung wenigstens einer Leuchte, beispielsweise einer Außenleuchte, mit mindestens einer LED als Leuchtmittel. Die Schaltung weist einen Signaleingang zum Empfangen eines Temperatursignals sowie einen elektrischen Versorgungsausgang oder einen Ausgang für ein Steuersignal zur Steuerung einer Versorgungseinrichtung mit einem Versorgungsausgang auf. An dem Versorgungsausgang stellt die Schaltung einen elektrischen Strom zur Versorgung der LED der Leuchte bereit. Hierbei verwendet die Schaltung das empfangene Temperatursignal, welches einer Temperatur entspricht. Die Schaltung stellt den Strom bereit, sodass ein erstes, niedriger liegendes Temperaturintervall und ein zweites, höher liegendes Temperaturintervall existieren, wobei die Schaltung einen geringeren Strom bereitstellt, wenn die Temperatur in dem ersten Temperaturintervall liegt, als wenn sie in dem zweiten Temperaturintervall liegt. Das empfangene Temperatursignal kann beispielsweise einer von einem Temperaturfühler erfassten Temperatur, insbesondere einer LED-Temperatur oder einer Umgebungstemperatur der Leuchte, entsprechen. Die Schaltung kann ferner einen Versorgungseingang umfassen, über den die Schaltung mit elektrischer Leistung versorgt wird. Der von der Schaltung am Versorgungsausgang bereitgestellte Strom kann in einigen Ausführungsformen direkt genutzt werden, um eine oder mehrere LEDs zu versorgen. In anderen Ausführungsformen ist der bereitgestellte Strom vorgesehen, als Eingangsgröße für eine Verstärkeranordnung zu dienen, welche die LED mit elektrischer Leistung versorgt.
  • Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass der Lichtstrom einer LED im Allgemeinen bei einem vorgegebenen Strom mit steigender LED-Betriebstemperatur abnimmt. Dabei kann der Lichtstrom über einen weiten Bereich insbesondere linear oder näherungsweise linear mit steigender Temperatur abnehmen. Daher ist bei Ansteuerschaltungen, die diesen Effekt nicht berücksichtigen, bei kälteren Umgebungstemperaturen der Lichtstrom einer LED-Außenleuchte gegenüber wärmeren Umgebungstemperaturen erhöht. Auf diese Weise kann es beispielsweise bei winterlichen Außentemperaturen zu einem höheren Lichtstrom als erforderlich kommen, der mit einem unnötig hohen Energieverbrauch einhergeht oder der sogar zu einer Blendung führt. Die Versorgung der LED mit der erfindungsgemäßen Schaltung vermeidet dies, weil die Stromversorgung in dem niedriger liegenden Temperaturintervall verringert ist. Ferner ermöglicht die Verringerung des Stromes eines Reduktion von Alterungseffekten der angesteuerten LED, da diese in der Regel temperatur- und stromabhängig sind.
  • Bei der beschriebenen Ansteuerung durch die Schaltung wird berücksichtigt, dass bei gegebener Temperatur der Lichtstrom der LED mit steigendem Strom ebenfalls zunimmt. Der Lichtstrom der LED hängt somit von zwei Größen ab: Der LED-Temperatur und dem Strom. Bei dem Übergang von einer höheren auf eine niedrigere Temperatur steigt bei gegebenen elektrischem Versorgungsstrom der Lichtstrom der LED. Um diesen Anstieg zu kompensieren, verringert die Schaltung den Versorgungsstrom. Dies kompensiert zum einen die Temperaturabhängigkeit des Lichtstroms. Zum anderen bewirkt eine Stromreduktion ebenfalls eine Verringerung der in der LED umgesetzten elektrischen Leistung. Auf diese Weise ergibt sich ein energiesparender Effekt. Um eine Schädigung oder vorzeitige Alterung zu vermeiden, kann die Erfindung vorsehen, dass der bereitgestellte Strom nur teilweise und/oder nur in einem oder einigen Temperaturbereichen die Temperaturabhängigkeit des Lichtstroms kompensiert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der von der Schaltung bereitgestellte Strom unabhängig von der Temperatur, wenn diese in dem zweiten, höher liegenden Temperaturintervall liegt. Der Strom nimmt in diesem Temperaturintervall einen konstanten, d. h. temperaturunabhängigen Wert IK an. Auf diese Weise ergibt sich für alle Temperaturen innerhalb des zweiten Temperaturintervalls der gleiche Versorgungsstrom IK. Es wird hierdurch vermieden, dass der bereitgestellte Strom über ein gewisses Maß hinaus ansteigt, wodurch es zu einer thermischen Schädigung der LED kommen könnte. Da ein weiterer Temperaturanstieg innerhalb des zweiten Temperaturintervalls keine weitere Erhöhung des Versorgungsstromes bewirkt, wird eine positive Feedback-Schleife vermieden, die eine thermische Zerstörung der LED oder eine vorzeitige Alterung verursachen könnte.
  • Erfindungsgemäß grenzen das erste Temperaturintervall und das zweite Temperaturintervall an einer Schwelltemperatur TS aneinander. Da der bereitgestellte Strom für Temperaturen innerhalb des ersten Temperaturintervalls geringer ist als für Temperaturen innerhalb des zweiten Temperaturintervalls, wird hierdurch vermieden, dass es zwischen den beiden Temperaturintervallen einen Temperaturbereich gibt, in welchem der bereitgestellte Strom unnötig hohe oder niedrige Werte annimmt. Insbesondere wenn die Schaltung den bereitgestellten Strom für Temperaturen innerhalb des zweiten Temperaturintervalls auf einem konstanten Wert IK hält, ergibt sich dabei ein Einmünden des Ansteuerverhaltens in eine Konstantstromphase. Dies schützt die LED vor einem Überstrom und somit vor einer Überhitzung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Schaltung einen Strom bereit, den sie entlang einer vorbestimmten Temperaturkennlinie führt, wenn die Temperatur in dem ersten Temperaturintervall liegt. Die Temperaturkennlinie beschreibt den bereitgestellten Strom in Abhängigkeit der Temperatur. Dabei ist die Temperaturkennlinie in dem ersten Temperaturintervall monoton steigend mit der Temperatur. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine Erhöhung der Temperatur innerhalb des ersten Temperaturintervalls keine Reduktion des Versorgungsstroms bewirken kann. Hierdurch wird vermieden, dass die Reduktion des Lichtstroms durch die Temperaturerhöhung noch zusätzlich durch eine Reduktion des Versorgungsstroms verstärkt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform steigt die Temperaturkennlinie streng monoton mit der Temperatur. Hierdurch wird in dem gesamten ersten Temperaturintervall verhindert, dass die beschriebene Reduktion des Lichtstromes durch den Temperatureffekt durch einen Stromeffekt verstärkt wird. Insbesondere kann die Temperaturkennlinie dabei linear, näherungsweise linear oder progressiv zunehmend ansteigen. Für den Fall, dass der Lichtstrom der LED ebenfalls linear mit der Betriebstemperatur abnimmt, kann diese Temperaturabhängigkeit in besonderem Maße durch eine lineare Erhöhung des Stromes kompensiert werden.
  • In weiteren Ausführungsformen kann die Schaltung eine Temperaturkennlinie aufweisen, welche ein erstes Temperaturintervall besitzt, in welchem die Kennlinie nicht linear ansteigt, sondern vielmehr zu höheren Temperaturen hin abflacht. Auf diese Weise ergibt sich ein fließender Übergang von dem Temperaturbereich, in dem eine Kompensation der Temperaturabhängigkeit erreicht wird, zu dem Bereich mit konstantem Versorgungsstrom.
  • Erfindungsgemäß existiert ein drittes Temperaturintervall, das höher als das zweite Temperaturintervall liegt. Für Temperaturen innerhalb dieses dritten Temperaturintervalls stellt die Schaltung einen Strom bereit, der niedriger ist als für Temperaturen in dem zweiten Temperaturintervall. Beispielsweise kann der bereitgestellte Strom in dem dritten Temperaturintervall den konstanten Wert IR annehmen. Hierdurch wird ab einer bestimmten Temperatur TR der Versorgungsstrom der LED und somit die Versorgungsleistung reduziert, sodass eine Überhitzung der LED vermieden wird. TR kann dabei, insbesondere falls die Temperatur einer LED-Temperatur entspricht, beispielsweise in dem Intervall von 40°C bis 170°C liegen, insbesondere zwischen 90°C und 150°C. Das zweite und das dritte Temperaturintervall grenzen erfindungsgemäß bei der Temperatur TR aneinander.
  • Gemäß weiterer Ausführungsformen weist die Schaltung darüber hinaus hin ein Mittel zum Erfassen der Spannung an dem Versorgungsausgang der Schaltung auf. Auf diese Weise kann zusätzlich die an der LED liegende Spannung ermittelt werden. Die Schaltung kann den an dem Versorgungsausgang bereitgestellten Strom in Abhängigkeit der ermittelten Spannung bestimmen. Im Allgemeinen ist die Flussspannung einer LED temperaturabhängig. Daher ergibt sich in diesen Ausführungsformen der Vorteil, dass die Temperaturabhängigkeit der Flussspannung berücksichtig werden kann, um den Versorgungsstrom der LED zu führen. In einer Ausführungsform verändert die Schaltung den bereitgestellten Strom in Abhängigkeit der an dem Versorgungsausgang erfassten Spannung. Da die Flussspannung einer LED im Allgemeinen mit sinkender Temperatur steigt, nimmt auch die umgesetzte Leistung in der LED bei gegeben Strom mit sinkender Temperatur zu. Dieser Effekt kann berücksichtigt werden, indem die Schaltung die Temperaturkennlinie entsprechend der ermittelten Spannung modifiziert. Insbesondere kann die Schaltung die Temperaturkennlinie in dem niedriger liegenden Temperaturintervall in Abhängigkeit der ermittelten Spannung variieren. Ferner kann die Schaltung die Schwelltemperatur TS in Abhängigkeit der ermittelten Spannung verändern. Weiterhin kann in einigen Ausführungsformen die Schaltung den Strom führen, sodass die am Versorgungsausgang bereitgestellte Leistung in einem Temperaturintervall, beispielsweise in dem ersten, niedriger liegenden Temperaturintervall temperaturunabhängig ist.
  • Die Schaltung kann den Versorgungsstrom in einer Ausführungsform als einen Gleichstrom bereitstellen. In diesem Falle bewirkt die Schaltung eine Veränderung des Versorgungsstromes über eine Veränderung der Stromstärke. Alternativ kann die Schaltung den Versorgungsstrom auch als einen gepulsten Strom mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM) bereitstellen. Hierbei wechselt der bereitgestellte Strom zeitlich periodisch zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert, wobei der Effektivwert des Stromes durch das Tastverhältnis bestimmt wird. In diesem Falle bewirkt die Schaltung gemäß einer Ausführungsform eine Veränderung des Stromes über eine Veränderung des Tastverhältnisses. So ist für Temperaturen in dem ersten Temperaturintervall das Tastverhältnis kleiner als für Temperaturen in dem zweiten Temperaturintervall. In weiteren Ausführungsformen stellt die Schaltung einen modulierten Strom bereit und verändert dessen Effektivwert, indem sie den Minimal- und/oder Maximalwert des Stromes verändert, wobei sie das Tastverhältnis beispielsweise konstant hält. Auch andere, zeitlich periodische Stromverläufe sind möglich. In Anbetracht der geschilderten Ausführungsformen wird im Folgenden und in den Ansprüchen im Falle eines gepulsten oder eines allgemein periodischen Stromes unter dem Begriff Strom dessen zeitlich über eine Periode gemittelte Effektivwert verstanden.
  • Die Schaltung kann verschiedene Mittel vorsehen, um den Strom in Abhängigkeit des empfangenen Temperatursignals zu führen. Das Mittel kann so gewählt werden, dass die Schaltung zusammen mit einem vorgesehenen Temperaturfühler verwendbar ist. In einigen Ausführungsformen, in welchen die Schaltung vorgesehen ist, um mit einem Temperaturfühler verwendet zu werden, der ein temperaturabhängiges Strom- oder Spannungssignal liefert, kann die Schaltung das empfangene Signal benutzen, um den Strom bereitzustellen. Zusätzlich kann die Schaltung weiterhin ein Mittel umfassen, um das empfangene Signal zu verstärken. In weiteren Ausführungsformen der Schaltung, die zur Verwendung mit einem Temperaturfühler vorgesehen sind, der einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist, kann die Schaltung Mittel zum Bestimmen des Widerstandes aufweisen. Beispielsweise kann die Schaltung an dem Signaleingang einen Strom oder eine Spannung bereitstellen und die anliegende Spannung bzw. den Strom erfassen.
  • Darüber hinaus kann die Schaltung in einer weiteren Ausführungsform zusätzlich eine Teilschaltung umfassen, die mehrere Subsignaleingänge zum Empfangen mehrerer Temperatursubsignale und einen Signalausgang für ein Temperatursignal aufweist. Der Signalausgang der Teilschaltung ist dabei mit dem Signaleingang der Schaltung verbunden. Die Teilschaltung dient dazu, aus den mehreren Temperatursubsignalen ein Temperatursignal zu ermitteln, das die Schaltung zum Bestimmen des Versorgungsstromes nutzt. An die Subsignaleingänge kann beispielsweise jeweils ein Temperaturfühler angeschlossen werden. Die Teilschaltung kann das Temperatursignal beispielsweise durch eine arithmetische Mittelung der Temperaturen ermitteln, denen die empfangenen Temperatursubsignale entsprechen. Durch die Mittelung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine geringere Beeinflussung durch Messfehler einzelner Temperaturfühler. Auch eine gewichtete Mittelung mehrerer Subsignale ist möglich.
  • Ferner kann die Teilschaltung in dieser Ausführungsform einen weiteren Eingang aufweisen, der dazu dient, ein Auswahlsignal zu empfangen. Die Teilschaltung bestimmt das Temperatursignal in Abhängigkeit des Auswahlsignals. Beispielsweise kann die Teilschaltung bei einem bestimmten Auswahlsignal nur die Temperatursubsignale zur Bestimmung des Temperatursignals verwenden, die an durch das Auswahlsignal beschriebenen, ausgewählten Subsignaleingängen vorliegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Teilschaltung die Art, wie sie die Subsignale zu dem Temperatursignal verarbeitet, in Abhängigkeit des Auswahlsignals verändern. Beispielsweise kann die Teilschaltung in Ausführungsformen, in denen sie das Temperatursignal durch Mittelung bestimmt, Gewichtungsfaktoren der einzelnen Subsignale in Abhängigkeit des Auswahlsignals verändern. Hierdurch hat der Anwender die Möglichkeit, die Schaltung individuell auf ein konkretes Beleuchtungssystem hin zu konfigurieren, ohne dass es der Herstellung einer spezifischen Schaltung bedarf. Es genügt die Herstellung eines einzigen Schaltungstyps, der anschließend entsprechend konfiguriert werden kann. Beispielsweise kann der Anwender die Teilschaltung veranlassen, bei der Bestimmung des Temperatursignals nur Subsignale zu berücksichtigen, die Umgebungstemperaturen entsprechen, und andere Subsignale, die z.B. LED-Temperaturen entsprechen, unberücksichtigt zu lassen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltung einen zusätzlichen Eingang zum Empfangen eines Stellsignals auf und verändert den bereitgestellten Strom in Abhängigkeit des empfangenen Stellsignals. Dabei kann die Schaltung beispielsweise Parameter wie die Schwelltemperatur TS, den Strom IK, die Temperatur TR, den reduzierten Strom IR und/oder andere Parameter der Temperaturkennlinie in Abhängigkeit des Stellsignals verändern. In einigen Ausführungsformen weist die Schaltung weiterhin einen Speicher auf, der verschiedene Ausprägungen einer oder mehrerer dieser Parameter aufweist, und die Schaltung verwendet das Stellsignal, um eine dieser Ausprägung auszuwählen. In anderen Ausführungsformen verwendet die Schaltung das Stellsignal alternativ oder zusätzlich, um den Parameter direkt aus dem Stellsignal zu ermitteln. Diese Ausführungsformen bieten beispielsweise den Vorteil, dass die Schaltung sowohl mit Temperaturfühlern, die eine Umgebungstemperatur der Leuchte, als auch mit solchen, die eine LED-Temperatur erfassen, verwendet werden kann. Der Anwender hat hier die Möglichkeit, die Schaltung je nach Anordnung des Temperaturfühlers individuell zu konfigurieren, wobei nur die Herstellung eines einzigen Schaltungstyps nötig ist.
  • In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Beleuchtungssystem, insbesondere ein Außenbeleuchtungssystem gelöst, welches eine Schaltung umfasst, wie sie oben beschrieben ist. Darüber hinaus weist das Beleuchtungssystem mindestens eine LED-Leuchte mit wenigstens einer LED auf. Die Schaltung weist einen Versorgungsausgang auf, der weiterhin mit der LED der Leuchte wirksam verbunden ist, um die LED mit elektrischem Strom zu versorgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Beleuchtungssystem ferner einen Temperaturfühler zum Erfassen einer Temperatur auf. Dabei ist der Signaleingang der Schaltung mit dem Temperaturfühler wirksam verbunden. Ein solches Beleuchtungssystem weist den Vorteil auf, dass das zur Ansteuerung benötigte Temperatursignal innerhalb des Systems selbst bereitgestellt wird. Als Temperaturfühler können beispielsweise temperaturabhängige elektrische Widerstände eingesetzt werden. Insbesondere können NTC-(Negative Temperature Coefficient)-Widerstände und/oder PTC-(Positive Temperature Coefficient)-Widerstände verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können auch elektronische Bauteile als Temperaturfühler eingesetzt werden, die ein direkt elektronisch verarbeitbares Signal liefern, beispielsweise Halbleiter-Temperaturfühler, die einen zu ihrer Temperatur proportionalen Strom liefern.
  • Der Temperaturfühler kann dabei direkt mit dem Signaleingang der Schaltung verbunden sein, sodass das Temperatursignal der von dem Temperaturfühler ermittelten Temperatur entspricht. Alternativ kann das Beleuchtungssystem auch mehrere Temperaturfühler aufweisen, die jeweils mit einem Subsignaleingang der Teilschaltung der Schaltung verbunden sind. Die Teilschaltung ist dann eingerichtet, ein Verarbeiten der Subsignale durchzuführen, um ein Temperatursignal zu ermitteln. Dieses wird anschließend von der Schaltung verwendet, um den Versorgungsstrom zu bestimmen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Temperaturfühler des Beleuchtungssystems so angeordnet, dass er eine Umgebungstemperatur der Leuchte erfasst. Für ein Außenbeleuchtungssystem kann der Temperaturfühler somit eine Außentemperatur ermitteln. Insbesondere bei einem Außenbeleuchtungssystems, das beispielsweise jahreszeitlichen oder tageszeitlichen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, ergibt sich durch die vorliegende Erfindung ein wesentlicher technischer Nutzen. Die Schaltung verwendet die ermittelte Umgebungstemperatur, um den Strom zu bestimmen, den sie an dem Versorgungsausgang für die LED bereitstellt. Hierbei ist es insbesondere nützlich, wenn der Temperaturfühler angeordnet ist, sodass sich die ermittelte Temperatur durch den Betrieb der LED selbst nicht wesentlich erhöht. Somit wird eine Feedback-Schleife durch ein Erwärmen des Temperaturfühlers während eines Warmlaufens der LED kurz nach dem Einschalten vermieden. Ferner stellt sich in dieser Ausführungsform bei Umgebungstemperaturen unterhalb der Schwelltemperatur TS eine niedrigere stationäre Betriebstemperatur der LED ein, da der Erwärmungseffekt der LED durch den verringerten Strom reduziert ist. Auf diese Weise können zusätzlich temperaturabhängige Alterungseffekte der LED reduziert werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, in welcher der Temperaturfühler angeordnet ist, um eine Umgebungstemperatur der Leuchte zu erfassen, liegt die Schwelltemperatur TS, bei welcher das erste Temperaturintervall und das zweite Temperaturintervall aneinandergrenzen, zwischen 0°C und 50°C. Bevorzugt ist hierbei eine Schwelltemperatur TS zwischen 15°C und 35°C, und insbesondere eine Schwelltemperatur TS von 25°C. Insbesondere im Zusammenwirken mit einer geeignet ausgelegten Temperaturkennlinie für das erste Temperaturintervall kann die Schaltung den Strom somit derart führen, dass auch bei niedrigeren Temperaturen ein Lichtstrom erreicht wird, der dem gewünschten Lichtstrom entspricht. So kann die Schaltung den Versorgungsstrom beispielsweise derart führen, dass sich auch bei niedrigeren Umgebungstemperaturen ein Lichtstrom einstellt, der einem gewünschten Wert bei 25°C entspricht.
  • Der Wert für die Schwelltemperatur TS kann je nach thermischer Anbindung der LED auch anders gewählt werden. Beispielsweise kann die Schwelltemperatur dabei je nach verwendeter Leuchte so bemessen sein, dass eine Erwärmung der LED über eine vorbestimmte Grenztemperatur hinaus vermieden wird. In einer Ausführungsform des Beleuchtungssystems wird die LED passiv gekühlt. In diesem Fall liegt die Betriebstemperatur der LED im warmgelaufenen Zustand über der Umgebungstemperatur der Leuchte, sodass die Schwelltemperatur TS der Schaltung unter der vorbestimmten Grenztemperatur für den Betrieb der LED liegt. Das Beleuchtungssystem kann jedoch alternativ oder zusätzlich auch eine aktiv gekühlte LED umfassen. Der Fachmann kann in den betrachteten Fällen die Schwelltemperatur TS beispielsweise unter Berücksichtigung der unter Anwendungsbedingungen erreichten Kühlleistung wählen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Temperaturfühler des Beleuchtungssystems so angeordnet, dass er im Wesentlichen eine Temperatur einer LED der Leuchte erfasst. Auf diese Weise kann der gewünschte Effekt der Temperaturkompensation und der Energieeinsparung auch für die Warmlaufphase der LED nutzbar gemacht werden. Direkt nach dem Einschalten der LED weist diese eine geringere Betriebstemperatur auf, die sich während eines Zeitraums unmittelbar nach dem Einschalten erhöht, bis sie eine Temperatur erreicht, die einem thermisch stationären Zustand entspricht. In dieser Ausführungsform wird ein erhöhter Lichtstrom während der Warmlaufphase unmittelbar nach dem Einschalten der LED vermieden. Die Dauer dieser Warmlaufphase hängt beispielsweise von der thermischen Anbindung an die Umgebung, z. B. von einem verwendeten Kühlkörper ab. Diese Ausführungsform ermöglicht es, den Strom während der Warmlaufphase zunächst geringer zu wählen und zu erhöhen, um den Lichtstromabfall durch die Betriebstemperaturerhöhung zu kompensieren. Hierbei erweist sich insbesondere eine Schwelltemperatur TS zwischen 25°C und 100°C, bevorzugt zwischen 60°C und 80°C und insbesondere von 70° C als sinnvoll, um eine Überhitzung der LED durch einen zu hohen Versorgungsstrom zu vermeiden. Der konkrete Wert für die Schwelltemperatur TS kann dabei beispielsweise unter Berücksichtigung eines Alterungsmodells für die LED, der gewünschten Lebensdauer, der konkreten Anwendungsbedingungen und der physikalischen Eigenschaften der LED gewählt werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die für die Alterung der LED maßgebliche Temperatur unmittelbar erfasst wird, sodass die Schwelltemperatur unmittelbar aus den genannten Größen ermittelt werden kann, ohne die thermische Anbindung der LED zu berücksichtigen. Um die Temperatur einer LED möglichst genau zu erfassen, ist es dabei beispielsweise möglich, den Temperaturfühler und die LED auf dem gleichen Träger anzuordnen. Beispielsweise kann der Temperaturfühler mit einer Metallschicht, beispielsweise einer Kupferschicht, auf einer Leiterplatte thermisch verbunden sein, die ihrerseits mit der LED, beispielsweise über ein Thermo-Pad thermisch verbunden ist. Ferner kann der Temperaturfühler in unmittelbarer räumlicher Nähe zu der LED angeordnet sein. Alternativ kann als Temperaturfühler auch eine Vorrichtung verwendet werden, die den Infrarotanteil des von der LED ausgesandten Lichts ermittelt.
  • In weiteren Ausführungsformen kann die Schaltung mehrere Subsignaleingänge aufweisen, die mit mehreren Temperaturfühlern des Beleuchtungssystems verbunden sind. Insbesondere kann die Schaltung auf diese Weise sowohl mit einem Temperaturfühler verbunden sein, der eine Umgebungstemperatur einer Leuchte ermittelt, als auch mit einem Temperaturfühler, der eine Betriebstemperatur einer LED ermittelt. Die Teilschaltung ermittelt aus den von den Temperaturfühlern übertragenen Subsignalen ein Temperatursignal mittels eines vorbestimmten Algorithmus. Das ermittelte Temperatursignal kann insbesondere einer effektiven oder einer mittleren Temperatur entsprechen. Zusätzlich kann wie oben beschrieben ein Eingang für ein Auswahlsignal vorgesehen sein, sodass der Anwender auswählen kann, ob die Schaltung eine Umgebungstemperatur oder eine LED-Temperatur zur Bestimmung des Versorgungsstroms verwendet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Beleuchtungssystem mindestens eine zusätzliche LED-Leuchte mit wenigstens einer weiteren LED auf, wobei der Versorgungsausgang der Schaltung außerdem mit der weiteren LED der zusätzlichen LED-Leuchte verbunden ist, um die weitere LED mit elektrischem Strom zu versorgen. In dieser Ausführungsform kann ein System, das mehrere Leuchten umfasst, mittels derselben Schaltung angesteuert werden. Hierdurch werden zusätzliche Ansteuerschaltungen eingespart. Insbesondere ist hierdurch auch nur die Anordnung eines einzigen Temperaturfühlers nötig. Dieser kann an einer geeigneten Stelle angeordnet sein, um eine Umgebungstemperatur des Systems zu erfassen. Alternativ kann der Temperaturfühler auch angeordnet sein, um die Temperatur einer LED einer der Leuchten zu erfassen. Die Ansteuerung mehrerer Leuchten mit der gleichen Schaltung und aufgrund der gleichen Temperatur ergibt eine homogene Führung des Beleuchtungsniveaus, wobei besonders helle und besonders dunkle Stellen vermieden werden. Dies bietet einen besonderen Nutzen bei der Beleuchtung einer größeren Fläche durch mehrere Leuchten, wie beispielsweise eines Straßenzuges oder eines Platzes.
  • In weiteren Ausführungsformen kann das Beleuchtungssystem ferner mit einem Mittel zur Energiebereitstellung, beispielsweise mit Solarzellen versehen sein. Hierdurch kann zusätzlich oder alternativ zu einer anderen Energiequelle eine Versorgung der LED bereitgestellt werden. Ein Vorteil ergibt sich beispielsweise bei der Verwendung des Beleuchtungssystems zur Außenbeleuchtung. Hier gehen niedrige Temperaturen im Winter oft mit einer verminderten Sonneneinstrahlung einher. Die von den Solarzellen bereitgestellte Leistung ist daher erniedrigt. Dies geht andererseits auch mit einem niedrigeren benötigten Versorgungsstrom zum Erreichen eines gewünschten Lichtstroms der LED einher.
  • Weitere Vorteile und konstruktive Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
    • Figuren 1a bis 1d
    zeigen Stromverläufe, die jeweils durch eine Schaltung gemäß einer Ausführungsform bereitgestellt werden.
    Figur 2
    zeigt eine schematische Abbildung eines Beleuchtungssystems gemäß einer Ausführungsform.
  • Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltung werden im Folgenden unter Verwendung der Figuren 1a bis 1c mittels Temperaturkennlinien beschrieben, die den durch die Schaltung bereitgestellten Strom in Abhängigkeit der Temperatur beschreiben. Die Figuren 1a bis 1c beschreiben dabei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Schaltungen, die insbesondere zur Ansteuerung einer LED einer Außenleuchte geeignet sind, wobei die Temperatur in diesem Fall einer Umgebungstemperatur der Leuchte entspricht.
  • Die durch Figur 1a beschriebene Schaltung stellt an dem Versorgungsausgang einen Strom von IK=350 mA für Temperaturen über einer Schwelltemperatur TS von 25°C bereit. Hierbei ist 350 mA ein Wert, der typischerweise zur Versorgung einer einzelnen LED verwendet werden kann. Falls die Leuchte mehrere LEDs in einer Parallelschaltung umfasst, ist es in anderen Ausführungsformen zweckmäßig, einen entsprechend höheren Strom zu wählen, beispielsweise den hier angegeben Wert mit der Anzahl der anzusteuernden LEDs zu skalieren. Unterhalb einer Schwelltemperatur von TS = 25°C zeigt die Kennlinie einen linearen Verlauf. Dabei stellt die Schaltung beispielsweise bei einer Temperatur von -10°C einen Strom von 250 mA bereit. Die Schaltung reduziert den Strom in dieser Ausführungsform also unterhalb von TS = 25°C linear mit einem Abfall von etwa 2,86 mA/°C. In anderen Ausführungsformen kann die Schaltung den Strom mit einem anderen Abfall reduzieren, d.h. die Temperaturkennlinie eine andere Steigung aufweisen. Beispielsweise sind Werte von 1 bis 3,5 mA/°C möglich. Durch die Reduktion des Stroms bei sinkender Temperatur wird dem Temperatureffekt auf den Lichtstrom der LED entgegengewirkt. In dem schraffierten Bereich 200 in Figur 1a ist der bereitgestellte Strom gegenüber dem Wert von IK = 350 mA, der bei Temperaturen über der Schwelltemperatur von TS = 25°C erreicht wird, reduziert. Als weiterer Effekt ergibt sich hierdurch die oben beschriebene Energieeinsparung. In einigen Ausführungsformen wird die Steigung des Stromanstiegs in dem ersten Intervall so gewählt, dass die Temperaturabhängigkeit des Lichtstroms möglichst vollständig kompensiert wird.
  • Figur 1b beschreibt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung, die als weiteres Merkmal eine Reduktion des bereitgestellten Stromes bei Überschreiten einer Temperatur von TR = 55°C aufweist. Die Kennlinie weist somit drei Abschnitte auf: Für Temperaturen unterhalb der Schwelltemperatur TS von 25°C stellt die Schaltung einen Strom bereit, der linear mit der Temperatur ansteigt. Für Temperaturen zwischen TS = 25°C und TR = 55°C stellt die Schaltung einen Strom bereit, der IK = 350 mA beträgt. Um eine thermische Überlastung der LED zu vermeiden, reduziert die Schaltung bei einer Temperatur von über TR = 55°C den Strom auf IR = 80 mA. Hierdurch wird die angesteuerte LED vor Überhitzung geschützt. Für die Temperatur TR können auch andere Werte gewählt werden, beispielsweise zwischen 20°C und 60°C und insbesondere zwischen 30°C und 50°C, wenn die Temperatur einer Umgebungstemperatur entspricht. In anderen Ausführungsformen, bei denen die Temperatur einer LED-Temperatur entspricht, kann eine Reduktion des Versorgungsstromes bei anderen, insbesondere bei höheren Temperaturen TR, beispielsweise zwischen 40°C und 150°C vorgesehen sein. Darüber hinaus kann in anderen Ausführungsformen die Reduktion auf andere Stromniveaus IR als 80 mA erfolgen, z. B. auf einen Wert zwischen 20 mA und 300 mA pro anzusteuernder LED, oder der Strom kann vollständig abgeschaltet werden.
  • Die in der Figur 1c beschriebene Kennlinie, welche eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung verwendet, weist erste und zweite Temperaturintervalle auf, wobei der durch die Schaltung bereitgestellte Strom in beiden Intervallen in Abhängigkeit der Temperatur linear erhöht wird. Erst wenn die Temperatur TR = 45°C überschreitet, reduziert die Schaltung den Strom auf IR = 80 mA. Durch die Fortsetzung des linear ansteigenden Bereichs bis TR = 45°C ergibt sich ein größerer Temperaturbereich, über den die Temperaturabhängigkeit des LED-Lichtstroms kompensiert werden kann.
  • Die in der Figur 1d gezeigte Kennlinie beschreibt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung, wobei die Kennlinie in dem ersten und dem zweiten Temperaturintervall monoton steigend mit einer leicht progressiven Zunahme verläuft. Der Strom steigt dabei bis zu einer Temperatur TR = 70°C bis auf einen Wert von 420 mA an, um dann bei TR auf einen Wert von IR = 120 mA reduziert zu werden. Die leicht progressive Zunahme des Stroms in Abhängigkeit der Temperatur ist bei der Ansteuerung einiger LED-Leuchten besonders vorteilhaft, um eine Temperaturabhängigkeit des Lichtstroms zu kompensieren, die ihrerseits nicht vollständig linear ist. Auf diese Weise wird in allen Betriebspunkten innerhalb des Bereichs von -10°C bis TR = 70° ein annähernd gleicher Lichtstrom erreicht.
  • Bei den in den Figuren 1c und 1d dargestellten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Schaltungen verläuft die Temperaturkennlinie in dem ersten Temperaturintervall und dem zweiten Temperaturintervall durchgängig über beide Temperaturintervalle linear ansteigend bzw. progressiv zunehmend.
  • Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems umfasst eine Schaltung 100 mit einem Signaleingang 110 und einem Versorgungsausgang 120. Ein Temperaturfühler 10 ist mit dem Signaleingang 110 der Schaltung 100 verbunden. Die Schaltung 100 empfängt auf diese Weise eine von dem Temperaturfühler 10 erfasste Temperatur. Die Schaltung 100 verwendet diese Temperatur, um einen Versorgungsstrom an dem Versorgungsausgang 120 bereitzustellen. An den Versorgungsausgang 120 sind in der gezeigten Ausführungsform vier LEDs 20 angeschlossen. In dieser Ausführungsform ist nur eine einzige Schaltung 100 nötig, um vier LEDs 20 zu betreiben. Ebenfalls ist in dem dargestellten Beleuchtungssystem nur ein Temperaturfühler 10 nötig.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Temperaturfühler
    20
    LED
    100
    Schaltung
    110
    Signaleingang
    120
    Versorgungsausgang
    200
    Reduktionsbereich

Claims (11)

  1. Schaltung (100) zur Stromversorgung einer Leuchte mit mindestens einer LED (20) als Leuchtmittel, wobei die Schaltung (100) einen Signaleingang (110) zum Empfangen eines Temperatursignals und einen elektrischen Versorgungsausgang (120) oder einen Steuersignalausgang zur Ansteuerung einer elektrischen Versorgungseinrichtung mit einem Versorgungsausgang aufweist, wobei der Versorgungsausgang (120) einen elektrischen Strom zur Versorgung der mindestens einen LED (20) der Leuchte bereitstellt, und
    wobei das Temperatursignal einer Umgebungstemperatur des Leuchtmittels oder der Temperatur des Leuchtmittels selbst entspricht,
    wobei die Schaltung (100) einen geringeren Strom bereitstellt, wenn das Temperatursignal in einem ersten Temperaturintervall liegt, als wenn das Temperatursignal in einem zweiten an einer ersten Schwellentemperatur (TS) angrenzendem höher liegendem Temperaturintervall liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) den Strom bereitstellt, so dass dieser von dem Temperatursignal unabhängig ist, wenn das Temperatursignal in dem zweiten Temperaturintervall liegt, und wobei die Schaltung einen geringeren Strom bereitstellt, wenn das Temperatursignal in einem dritten Temperaturintervall liegt, als wenn das Temperatursignal in dem zweiten Temperaturintervall liegt, wobei das dritte Temperaturintervall höher als das zweite Temperaturintervall liegt und an einer zweiten Schwellentemperatur (TR) an diesem angrenzt.
  2. Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schaltung (100) den Strom entlang einer vorbestimmten Temperaturkennlinie führt, wenn das Temperatursignal in dem ersten Temperaturintervall liegt, wobei die Temperaturkennlinie in dem ersten Temperaturintervall monoton steigend, bevorzugt streng monoton steigend, und insbesondere linear oder progressiv steigend verläuft.
  3. Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche weiterhin ein Mittel zum Erfassen einer elektrischen Spannung an dem Versorgungsausgang umfasst.
  4. Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schaltung (100) an dem Versorgungsausgang einen Gleichstrom bereitstellt oder wobei die Schaltung (100) an dem Versorgungsausgang einen gepulsten Strom bereitstellt, wobei ein geringerer Strom einem kleineren Tastverhältnis des gepulsten Stromes entspricht.
  5. Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche weiterhin eine Teilschaltung umfasst, welche mehrere Subsignaleingänge zum Empfangen von Temperatursubsignalen und einen Signalausgang aufweist, wobei der Signalausgang mit dem Signaleingang der Schaltung wirksam verbunden ist, und wobei die Teilschaltung an dem Signalausgang in Abhängigkeit der empfangenen Temperatursubsignalen ein Temperatursignal bereitstellt.
  6. Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche weiterhin einen zusätzlichen Eingang zum Empfangen eines Stellsignals umfasst, wobei die Schaltung (100) den bereitgestellten Strom in Abhängigkeit des empfangenen Stellsignals verändert.
  7. Beleuchtungssystem, Folgendes umfassend:
    die Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an dem Signaleingang, an dem das Temperatursignal, welches einer Umgebungstemperatur des Leuchtmittels oder einer Temperatur des Leuchtmittels selbst entspricht, anliegt, ein Temperaturfühler das Temperatursignal bereitstellt,
    wobei der Versorgungsausgang (120) mit der mindestens einen LED (20) der Leuchte wirksam verbunden ist, um die LED mit elektrischem Strom zu versorgen.
  8. Beleuchtungssystem nach Anspruch 7 mit einem Temperaturfühler (10) zum Erfassen der Umgebungstemperatur des Leuchtmittels oder der Temperatur des Leuchtmittels selbst, wobei der Signaleingang (110) der Schaltung mit dem Temperaturfühler verbunden ist, und
    wobei der Temperaturfühler (10) angeordnet ist, um die Umgebungstemperatur der Leuchte oder die Temperatur des Leuchtmittels selbst zu erfassen.
  9. Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, wobei die erste Schwelltemperatur (TS) zwischen 0 Grad Celsius und 50 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 15 Grad Celsius und 35 Grad Celsius, und insbesondere 25 Grad Celsius beträgt.
  10. Beleuchtungssystem nach Anspruch 7,
    wobei die erste Schwelltemperatur (TS) zwischen 60 Grad Celsius und 80 Grad Celsius, und insbesondere 70 Grad Celsius beträgt.
  11. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, welches mindestens eine weitere LED (20) oder eine zusätzliche LED-Leuchte mit wenigstens einer weiteren LED (20) umfasst, wobei der Versorgungsausgang (120) der Schaltung darüber hinaus mit der weiteren LED (20) wirksam verbunden ist, um die weitere LED (20) mit elektrischem Strom zu versorgen.
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