EP2395815B1 - Leuchtmittel mit LED und Treiberschaltung sowie Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels - Google Patents

Leuchtmittel mit LED und Treiberschaltung sowie Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels Download PDF

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EP2395815B1
EP2395815B1 EP10165431.7A EP10165431A EP2395815B1 EP 2395815 B1 EP2395815 B1 EP 2395815B1 EP 10165431 A EP10165431 A EP 10165431A EP 2395815 B1 EP2395815 B1 EP 2395815B1
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EP
European Patent Office
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voltage
regulator
output
leds
resistor
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EP10165431.7A
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EP2395815A1 (de
Inventor
Norbert Wittschief
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Atlas Elektronik GmbH
Original Assignee
Atlas Elektronik GmbH
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Publication date
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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]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • 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
    • H05B45/59—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits for reducing or suppressing flicker or glow effects

Definitions

  • the invention relates to a light source with LEDs (light-emitting diodes) and a driver circuit for the electrical supply of the LEDs according to the preamble of claim 1, wherein the driver circuit is designed for operation with a sinusoidal AC mains voltage. Furthermore, the invention relates to a method for operating the luminous means according to the preamble of claim 9.
  • lamps with LEDs for artificial lighting are used in addition to filament lamps.
  • LEDs require less electrical energy than filament lamps and are therefore already used today in many areas instead of filament lamps.
  • LEDs operate at a defined operating point, which is characterized by a constant voltage setting or a constant current setting.
  • the defined operating point for operating LEDs is set by a so-called LED driver, also called driver circuit.
  • the driver circuit is connected with its driver input to a voltage supply and generates at its driver output a constant voltage or a constant current for operating the LEDs.
  • Clocked LED drivers also called step-down converters, control the LEDs according to the principle of switching power supplies.
  • These drivers have an oscillator that clocks an electronic switch. By clocking the electronic switch coils and capacitors in one Output circuit periodically connected to a supply voltage in the input circuit. It is thereby stored a defined energy in the coils and capacitors. Consequently, a voltage and a current in the output circuit, which are supplied by the coils or capacitors and, inter alia, also depend on the clock frequency.
  • the LEDs are operated at an operating point that can be regulated by adjusting the clock frequency.
  • clocked LED drivers are very expensive because they are very complex due to their operation and the associated structure.
  • these drivers often have an unfavorable electromagnetic compatibility, as due to the switching operations create interference fields. In order to ensure electromagnetic compatibility, therefore, often have to be taken anti-interference measures.
  • the complexity of clocked drivers thus arises not only by the structure required for the function, but also because of the devices for filtering.
  • the US2004013139 A1 relates to field effect transistors (FETs) which are used to regulate current in a light emitting diode (LED).
  • FETs are voltage controlled devices with output current controlled by voltage. Since voltage can be controlled with few or no auxiliary circuits, FETs provide a way of current regulation where cost, complexity, and possibly size, are relevant.
  • the US4723312 relates to a high-speed LED drive circuit for optical communication systems in which an impedance circuit between the collector and the emitter of a driver transistor and another transmitter side impedance circuit are provided.
  • the light emitting diode is connected to the collector side of the driver transistor.
  • the LED is driven by an input pulse signal applied to the base of the driver transistor.
  • LED drivers which belong to the group of linear LED drivers. These drivers convert a supply voltage to an LED voltage in the manner of a voltage divider. By designing resistors in the driver, a defined operating point for the supply of the LEDs is set.
  • controllers in such LED drivers are used to continue to produce a stable operating point for the LEDs in the event of fluctuations in the supply voltage and in the event of fluctuations in the load caused by the LEDs. This stable operating point is necessary to ensure a long life of the LEDs.
  • linear LED drivers appear much cheaper compared to clocked LED drivers, since the linear LED drivers, for a much simpler principle, provide a constant current or voltage to supply the LEDs at the operating point.
  • the start-up range represents the time range starting with the switching on of the supply voltage at the time of connection until reaching the operating point of the LEDs.
  • LEDs when using several LEDs, high demands are placed on the controller with regard to its deliverable current for supplying the LEDs.
  • the use of multiple LEDs is often necessary to achieve the required brightness or emission characteristic when an incandescent lamp is to be replaced by LEDs.
  • Conventional regulators are designed to have either high withstand voltage or high current. If a controller is to have a high dielectric strength and at the same time deliver a high current, this can only be achieved by using several voltage regulators. It will be chosen according to conventional considerations voltage regulator, each having a high dielectric strength and but each provide only a small amount of power. The voltage regulators are then connected in parallel in such a way that a sufficient total current results from the sum of the individual currents of the regulators for supplying the LEDs.
  • the invention is therefore based on the object to find a cost driver circuit that provides a required to supply one or more LEDs power from a high supply voltage available.
  • the invention solves this problem by a luminous means according to claim 1 and a method for operating a luminous means according to claim 9.
  • the lighting device according to the invention with a driver circuit is inventively designed so that low demands are placed on the dielectric strength of the controller.
  • the invention relates to a light source with LEDs connected in series and / or in parallel and a driver circuit for the electrical supply of the LEDs.
  • the driver circuit is designed for operation with a sinusoidal AC line voltage and has a driver input for supplying the sinusoidal AC mains voltage and a driver output connected to the LEDs and a rectifier circuit.
  • the driver input is configured to supply the sinusoidal AC line voltage to the rectifier circuit
  • the rectifier circuit is configured to rectify the sinusoidal AC line voltage.
  • the rectifier circuit has at least one regulator connected in series with the driver output, which regulator is designed in such a way as to receive the rectified sinusoidal AC line voltage within the range of a defined voltage or current value.
  • the regulator is connected in parallel with at least one capacitor or at least one resistor or at least one parallel connection of at least one capacitor and at least one resistor.
  • the driver circuit is designed in such a way that a smaller proportion of the rectified sinusoidal AC mains voltage is applied across the regulator in the starting region of the LEDs than via the LEDs.
  • the high current can flow into the capacitor until it falls back into the range of a normal value after reaching the range of the operating point.
  • the voltage withstand requirements are reduced.
  • At least one resistor can be connected in parallel to the regulator. Also, this resistor is suitable to choose in terms of its resistance value. If one considers the voltage across the LEDs in the starting region, initially only a very small voltage drops across the LEDs in the latter. The majority of the supply voltage would thus rest on the controller. Also in this case, a regulator with low dielectric strength could be destroyed.
  • the suitable determination of the resistance value causes a high current to flow through the resistor in the start-up area, thus reducing the voltage across the regulator. Again, the requirements for dielectric strength are reduced.
  • a conventional regulator can be selected exclusively according to the requirements for a current to be supplied for supplying the LEDs.
  • Conventional regulators which have a low dielectric strength but provide a comparatively higher current can be used and the use of several regulators is avoided.
  • a further advantage resulting from the thus made possible use of a regulator with a low dielectric strength is that it has an internal resistance with a lower resistance value than a regulator with a high dielectric strength and thus less energy in the internal resistance is converted into heat.
  • the driver circuit achieves higher energy efficiency and higher efficiency. Due to the higher efficiency and the lower heat losses, the use of heat sinks is unnecessary and the driver circuit is even cheaper.
  • the controller has a voltage regulator, which has a voltage input, a voltage output and a control connection. If, on the output side, the voltage regulator is followed by an electrical component serving as a resistor, by connecting the control terminal to the voltage output of the voltage regulator via the electrical component serving as a resistor, then the Voltage regulator provide a constant current at variable load and acts as a constant current source.
  • a constant current by this is regulated, as can be set by a constant current of the operating point required for LEDs more accurate.
  • the cause is the characteristic diode characteristic which assigns a current value to each voltage value depending on the type of diode. Due to the slope of the diode characteristic in the range of the operating point, this can be set more accurately by controlling the current. Namely, if the regulated current fluctuates slightly, the set voltage remains relatively stable. If one were to regulate the voltage and this would fluctuate slightly, the current fluctuates relatively strong and an operating point or a permissible range of the operating point would be left.
  • the advantage of a precisely set operating point for LEDs is that their service life is significantly increased if the range of the operating point is not significantly exceeded.
  • the electrical component serving as a resistor has a resistance value which is variable.
  • the electrical component serving as a resistance is designed to adjust the resistance value.
  • the controller is connected downstream of the driver output. As a result, the controller is at a lower potential level than the driver output.
  • At least one capacitor is connected between a reference potential of the driver circuit and the voltage output of the voltage regulator.
  • a ripple of the regulated voltage can occur, which can lead to an inaccurately adjusted and / or fluctuating operating point with respect to the supply of the LEDs.
  • the advantage of a capacitor connected between a reference potential of the driver circuit and the voltage output of the voltage regulator is that it removes the residual ripple and thereby controls the operating point more precisely.
  • At least one pair of placeholders in particular plug contacts and / or solder pads, provided in the driver circuit, which is designed to the parallel to the regulator capacitor or resistor or parallel to the regulator connected in parallel capacitor and resistor at least one further resistor and / or at least one other capacitor to connect in parallel.
  • the pair of placeholders makes it possible to adapt the driver circuit to different LEDs with regard to its operating point. This is done by connecting in parallel the capacitor or resistor of the capacitor or resistor connected in parallel to the regulator or the parallel circuit of capacitor and resistor connected in parallel to the regulator.
  • Different operating points of LEDs result, for example, from different colors of the LEDs or from production fluctuations, so that such LEDs must be operated in differently defined operating point ranges.
  • different LEDs have different behavior in the starting region, ie in particular in the temporal region immediately after switching on.
  • a design of the driver circuit to continue to meet when using different LEDs only low demands on the dielectric strength of the voltage regulator is thus made possible without the exchange of components.
  • the rectifier circuit has at least one capacitor connected in parallel at its output. Advantage of the rectifier circuit at its output parallel capacitor is that this smoothes the output voltage of the rectifier and thereby reduces the AC voltage component. A possible swinging of the controller is thereby prevented.
  • the driver circuit is designed by determining the capacitance of the rectifier circuit at its output parallel capacitor such that in the event that the sinusoidal AC mains voltage is in the range of their desired peak or nominal effective value, the voltage regulator is operated on the input side with such an input voltage in that the voltage regulator supplies on the output side an output voltage which begins to drop in the range of the minimum of this input voltage.
  • the advantage of such a design is that, in contrast to a designed according to conventional aspects interpretation of an LED driver in the event that the sinusoidal AC mains voltage has its nominal effective value, a lower electrical energy in the driver circuit according to the invention converted into heat and thus a higher efficiency or a higher energy efficiency is achieved.
  • Fig. 1 shows an advantageous embodiment with an advantageous development of the luminous means 10 according to the invention with a driver circuit 12 and a plurality of LEDs 14a to 14c.
  • the driver circuit can be operated, for example, with 60 to 90, preferably 75, LEDs 14a to 14c.
  • the driver circuit 12 has a driver input 16 and a driver output 18.
  • a sinusoidal AC line voltage 20 is supplied via an overload protection 22, via a resistor 24 and the driver input 16 of a rectifier circuit 26.
  • the driver output 18 is connected to the serially connected LEDs 14a to 14c and supplies them with a voltage 27 and a current 28, respectively.
  • Fig. 1 shows in series, connected to the driver output 18 LEDs 14a to c, wherein it is also possible to connect to the driver output 18 parallel LEDs or a parallel circuit of series-connected LEDs.
  • the overload protection 22 is used to prevent too large a power consumption of the lighting means 10 in the event of a defect in the driver circuit 12 or the LEDs 14a to 14c.
  • the resistor 24 has the task to reduce overvoltage spikes, such as by electromagnetic coupling. This resistor 24 is typically low impedance, e.g. from 0.5 to 20 ohms.
  • the fuse 22, the resistor 24 and the driver input 16 form the input-side circuit of the rectifier circuit 26th
  • Terminals or contacts 29, 30 of the rectifier circuit 26 provide a rectified sinusoidal AC line voltage 32 and thus form an output 34 of the rectifier circuit 26.
  • the rectifier circuit 26 is a capacitor 36 connected in parallel at its output 34.
  • This capacitor 36 is shown as an example, wherein also several parallel or in series or a parallel connection of series-connected capacitors, also different types, are conceivable, which are connected in parallel to the output 34 of the rectifier circuit 26.
  • a pair of placeholders 38 is connected in parallel with the output 34 of the rectifier circuit 26.
  • Fig. 1 Although only shows a pair of wildcards by way of example. Alternatively, however, a plurality of parallel pairs of placeholders are possible, which are connected in parallel to the output 34 of the rectifier circuit 26.
  • the capacitor 36 is preferably an electrolytic capacitor, which has the task of smoothing the rectified sinusoidal AC mains voltage. But for this purpose, another type of capacitor can be used.
  • the capacitor 36 is preferably another capacitor, which is preferably a ceramic capacitor, connected in parallel. This is however in Fig. 1 not shown. This additional capacitor is connected in parallel to smooth high-frequency voltage spikes that could cause a regulator downstream of the rectifier circuit to swell.
  • the pair of placeholders 38 allows an increase in capacity, possibly even at a later date, by further capacitors in each case to the pair of placeholders, in particular by plugging or soldering, are attached.
  • Fig. 1 shows a pair of wildcards, wherein also a driver circuit with more than one pair of wildcards is possible.
  • the rectifier circuit 26 is followed by a regulator 40.
  • the regulator input 42 of the regulator 40 is connected to the terminal 30 of the rectifier circuit 26.
  • the controller 40 is the input side, the rectified sinusoidal AC line voltage supplied. It is conceivable that in a further embodiment between the terminal 30 of the rectifier circuit 26 and the input 42 of the controller 40 further electrical components, such as resistors, are serially interposed.
  • the controller 40 has a controller output 44, which is the output side of the controller 40.
  • This regulator output 44 is connected to the input 42 of the regulator 40 via a parallel circuit 46 consisting of a resistor 48, a capacitor 50 and a pair of spacers 52.
  • the controller 40 is thus at his Regulator input 42 and at its controller output 44, a parallel circuit 46 of a resistor 48, a capacitor 50 and a pair of Platzhalter 52 connected in parallel.
  • the voltage 54 applied across the regulator 40 can be limited in different operating states of the driver circuit 12.
  • the pair of placeholders 52 allows an increase in the capacitance or a reduction in the resistance of the parallel circuit 46 by a further capacitor or another resistor, possibly also at a later date, each to a pair of placeholders, in particular by plugging or soldering, is attached.
  • the Fig. 1 shows a pair of wildcards, wherein a driver circuit with multiple wildcards is also possible. Further shows Fig. 1 parallel to the controller 40 parallel circuit 46 with only one resistor 48, a capacitor 50 and a pair of Platzhalter 52. Instead of this parallel circuit 46 is also a parallel circuit 46 with only a single regulator 40 in parallel resistor 48, a single the regulator 40 in parallel switched capacitor 50 or a single controller 40 connected in parallel pair of spacers 52 possible.
  • a parallel circuit 46 consisting of one or more parallel-connected resistors 48 and / or one or more parallel-connected capacitors 50 and / or one or more parallel spacers 52 is possible.
  • the regulator 40 has a voltage regulator 56 with a voltage input 58, a voltage output 60 and a voltage regulating connection 62, the voltage input 58 of the voltage regulator 56 being connected to the regulator input 42 of the regulator 40.
  • the voltage regulating connection 62 is connected to the output 60 of the voltage regulator 56 via a resistor 64. Further, the voltage regulation terminal 62 is connected to the regulator output 44.
  • the voltage output 60 of the voltage regulator 56 is via a capacitor 57 is connected to a reference potential of the driver circuit 12, which smoothes the output voltage of the voltage regulator 56. In the illustrated embodiment, this reference potential of the driver circuit 12 is supplied through the terminal 29 of the output 34 of the rectifier circuit 26. However, the connection 30 of the output 34 of the rectifier circuit 26 or an independent connection as a reference potential is also possible.
  • the regulator 40 includes the voltage regulator 56 and the resistor 64 to operate the regulator 40 as a constant current source.
  • the LEDs 14a to 14c connected in series at the driver output 18 of the driver circuit 12 can be provided with an almost constant current 28 for the supply and thus the current can be regulated in the range of one operating point.
  • This embodiment is selected by way of example in order to show that a single voltage regulator can be used for the device according to the invention, with several voltage regulators having to be used in conventional driver circuits. If the maximum available current of the voltage regulator for supplying the LEDs are not sufficient, if, for example, a very high number of LEDs are connected to the driver output 18, then a parallel connection of several voltage regulators 56, each with correspondingly connected resistors 64 in the controller 40 is possible. For a parallel connection, the voltage inputs 58 of the individual controllers 40 are connected to one another and the voltage outputs 60 of the individual controllers 40 connected to each other.
  • Fig. 2 shows the course of the voltage 32 at the output 34 of the rectifier circuit 26 in the starting region 71 of the LEDs.
  • the starting region 71 identifies a time interval between a turn-on instant 70 and a second instant 72 in which the range of the operating point is reached.
  • the sinusoidal AC line voltage 20 is turned on at the driver input 16 of the driver circuit 12.
  • the profile of the voltage 32 at the output 34 of the rectifier circuit 26 increases sharply in this connection time point 70 and then follows the rectified sinusoidal AC line voltage 32nd
  • Fig. 3 shows the voltage curve of the voltage 27 at the driver output 18 of the driver circuit 12 and via the LEDs 14a to 14c in the starting region 71 of the LEDs.
  • the voltage 32 at the output 34 of the rectifier circuit 26, as in Fig. 2 shown increases abruptly in the turn-on time 70, the voltage across the LEDs 14a to 14c increases from the turn-on time 70 until reaching the second point in time 72, in which the range of the operating point is reached, only very slowly. This is due to the parasitic capacitances that LEDs have. These parasitic capacitances are initially uncharged in an idle state, ie before the turn-on time point 70, and are charged in the startup range 71 after a voltage has been switched on.
  • the controller 40 is despite the in Fig. 2 shown non-constant voltage waveform 32 after or from the time 72 in which the range of the operating point is reached, the voltage curve 27 according to Fig. 3 constantly regulated. The voltage 27 thus runs after reaching this point in time 72, in which the range of the operating point is reached, with a nearly constant voltage value 73.
  • Fig. 4 shows the current flow of the current 28 through the LEDs 14a to 14c in the starting region of the LEDs 14a to 14c.
  • this current increases 28 abruptly up to a maximum 74 and then drops until the time 72, in which the range of the operating point is reached, slowly from.
  • the current from this point in time 72 also proceeds with a nearly constant value 76 due to the regulation of the regulator 40. This behavior is also due to the parasitic capacitances of the LEDs 14a to 14c.
  • the parasitic capacitances of the LEDs can be calculated approximately. If the parasitic capacitance is known, the capacitance of the capacitor 52 connected in parallel to the regulator 40 can be determined such that a smaller proportion of the rectified mains alternating voltage 32 is present across the regulator 40 in the starting region 71 of the LEDs 14a to 14c than via the LEDs 14a to 14c. As a result, due to the strongly rising current 28 through the LEDs 14a to 14c in the starting region 71, no high voltage 54 is currently caused across the regulator 40, which would lead to destruction if the voltage regulator 40 were insufficiently strong.
  • FIG. 11 shows a curve 76 representing the value of the current 28 at a given voltage 27 through the LEDs 14a to 14c at the driver output 18.
  • This curve 76 characterizes the current-voltage behavior of the LEDs 14a to 14c neglecting the above-mentioned parasitic capacitances. Neglecting the parasitic capacitances of the LEDs 14a to 14c, the voltage 27 across the LEDs 14a to 14c and the current 28 through the LEDs 14a to 14c according to the direction of the arrow passes through in the starting region 71 80 along the drawn curve 76.
  • a zero point 82 in this case corresponds to the area shortly after the turn-on time point 70, in that the voltage 27 and the current 28 have almost a value of zero volts or zero amps.
  • the curve 76 is traversed in the start-up region 71 along the arrow direction 80 to an operating point 84, which corresponds to the time 72 in which the region of the operating point is reached.
  • the operating point is shown here by way of example as a point or as a value. Basically, however, the term "operating point" is to be understood here as an area around a point and denotes a permissible area with respect to the voltage or current value in which LEDs are operated.
  • the invention has also recognized that in the starting region, ie between zero point 82 and operating point 84, the voltage regulator is much higher impedance than the LEDs. This means that, in this approach, in the starting region 71, a much higher voltage is likewise applied across the regulator 40 than via the LEDs 14a to 14c. Now you switch, as in Fig. 1 described, a resistor 48 in parallel with the regulator 40, which has a correspondingly lower resistance than the LEDs 14a to 14c, the controller 40 is protected against overvoltage.
  • the resistance value for example, consider a point between the zero point 82 and the operating point 84, for example the point 86. At this point 86, the voltage 27 across the LEDs 14a to 14c has reached about 50% of the voltage reached in the range of the operating point shall be.
  • the LEDs have a resistance value, for example 100 kOhm, at this point.
  • a total resistance value of the LEDs eg 10 MOhm, is achieved. Since the controller 40 in the start-up region 72 has a higher resistance value than the LEDs, for example in the TOhm range, this resistor 48 must be connected in parallel, which is small in relation to the resistance value of the LEDs, for example 200 kOhm.
  • the regulator 40 is connected in parallel with a resistor 48 which has a lower resistance than the LEDs in the starting region 71 between zero point 82 and operating point 84, a higher voltage across the LEDs 14a to 14c than in the voltage regulator 40 is present in this starting region.
  • Fig. 6 shows a further advantageous embodiment with an advantageous development of the luminous means 10 according to the invention with the driver circuit 12 for supplying the LEDs 14a to 14c.
  • the driver circuit 12 differs from the driver circuit 12 Fig. 1 initially by the driver output 18, the controller 40 is connected downstream.
  • the driver output 18 is therefore connected, on the one hand, to the terminal 30 of the output 34 of the rectifier circuit 26 and, on the other hand, to the regulator input 42 of the voltage regulator 56.
  • Fig. 1 assume that the terminal 29 of the output 34 of the rectifier circuit 34 has a reference potential corresponding to a neutral potential relative to the environment of the bulb 10, the regulator input 42, the regulator output 44 and the voltage output 60 of the voltage regulator 56 is at a comparatively lower potential level as the LEDs 14a to 14c.
  • the driver circuit 12 differs from that in FIG Fig. 1 shown driver circuit 12 in that the serving as a resistance device 64 is designed such that it is variable. In this case, about a potentiometer or a drivable transistor as the serving as a resistance electrical component 64 is considered. If the resistance value of the electrical component 64 serving as resistor is changed, then the current 65 changes through the electrical component 64 serving as resistor and thus also the current 28 through the LEDs 14a to 14c. The resulting change in the current 28 through the LEDs 14a to 14c makes them brighter or darker. Adjusting or varying the resistance of the electrical component 64 thus enables dimming of the LEDs 14a to 14c.
  • the resistance value can be changed manually, for example, by turning or pushing an operating element. Since this is usually done by contact with the human hand, usually safety measures are necessary to avoid injuries that can occur due to a voltage caused by high potential difference. In this embodiment, however, no particularly high requirements with respect. Such safety measures necessary because during operation, the majority of the rectified sinusoidal AC mains voltage across the LEDs drops and thereby the regulator input 42, the controller output 44 and the voltage output 60 of the voltage regulator 56 are at a low potential level.
  • Fig. 7 to 9 show the voltage waveforms on or in the driver circuit 12 after the start-up area 71 left and the range of the operating point of the LEDs 14a to 14c is reached.
  • Fig. 7 shows an example of a rectified sinusoidal AC line voltage 88 as it would occur at the output 34 of the rectifier circuit 26, if this output 34 would not be connected.
  • the rectified sinusoidal AC line voltage 88 is within the desired range and thus has a desired peak voltage 90 and nominal peak values 91.
  • the rectifier circuit 26 With the rectifier circuit 26 at its output 34 in parallel capacitor 36, the rectified sinusoidal AC mains voltage would be smoothed in a conventional design of the capacitor 36 and would result in a smoothed rectified sinusoidal voltage 92.
  • the controller 40 would input side operated with such an input voltage 92 that at the output 44 a constant voltage 94 would be delivered.
  • the hatched area 96 shows the power loss in such a design, by converting the electrical energy in the controller 40 converted into heat and would thus correspond to the power loss.
  • Fig. 8 shows exemplary voltage curves of the driver circuit 12, as in connection with Fig. 7 is explained.
  • the sinusoidal AC line voltage 20 is subject to certain tolerated fluctuations, in this figure the case is considered that a sinusoidal AC line voltage 20 is supplied, which is in the lower limit of its tolerance range and thus has a minimum peak voltage 98.
  • the nominal peak voltage 90 is additionally drawn in for comparison.
  • the voltage curve 100 shown by way of example would result.
  • the peak values 102 of the rectified sinusoidal AC line voltage would thus reach a minimum peak voltage 98.
  • the smoothed rectified sinusoidal AC mains voltage 104 would be on the input side to the controller 40.
  • the regulated smoothed rectified sinusoidal AC line voltage would again correspond to the voltage 94, which is nearly constant.
  • the hatched area 96 is substantially smaller than in FIG Fig. 7 , whereby a lower power dissipation than in the case of Fig. 7 arises.
  • Fig. 9 now shows the voltage curve of the driver circuit 12 of the lamp 10, which is designed according to an advantageous development of the driver circuit 12 by determining the capacitance of the at least one capacitor 36 in order to reduce the power loss of the driver circuit 12 in the controller 40. It is the voltage curve in such a design of the capacitor 36 that the sinusoidal AC line voltage 20 in the range of its setpoint, as in Fig. 7 , lies, presented.
  • the peak values 90 are at the target peak voltage 102. Since the circuit of lower capacitance of the capacitor 36 than in the conventional case according to Fig. 7 is designed, the smoothed rectified sinusoidal AC mains voltage 106 falls after reaching the desired peak value 90 faster than in Fig.
  • the rectified smoothed sinusoidal AC line voltage 106 drops so fast that it drops below a voltage level that can be regulated by the regulator 40 before the next peak value 90 is reached. Is this faster sloping smoothed rectified sinusoidal AC line voltage 106 thus on the input side to the controller 40, it causes the output side of the regulator 40, an output voltage 108. This output voltage 108 begins to fall in the range of the minimum 110 of this input voltage.
  • the term "area of the minimum” 110 refers to the temporal area, ie "area” is to be understood in the temporal sense.
  • the series-connected LEDs 14a to 14c are operated in the region 112 with a lower current and a lower voltage than the operating point of the LEDs envisages.
  • the sinusoidal AC mains voltage is usually operated at a frequency of 50 or 60 Hz and results in a frequency of 100 or 120 Hz for the rectified sinusoidal AC mains voltage, the human eye or the human visual system, the brief drop in the output voltage Do not notice the voltage regulator as flickering.
  • This is advantageous, since thus the hatched area 92 with respect to the area substantially smaller than in Fig. 7 is and thus correspondingly less power loss in the controller 40 than in conventional design of the capacitor 36 is formed.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leuchtmittel mit LEDs (Leuchtdioden) und einer Treiberschaltung zur elektrischen Versorgung der LEDs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei die Treiberschaltung zum Betrieb mit einer sinusförmigen Netzwechselspannung ausgelegt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Leuchtmittels nach dem Oberbegriff von Anspruch 9.
  • Gemäß dem Stand der Technik werden neben Glühfadenlampen auch Leuchtmittel mit LEDs zur künstlichen Beleuchtung genutzt. LEDs benötigen weniger elektrische Energie als Glühfadenlampen und werden daher bereits heute in vielen Bereichen statt Glühfadenlampen eingesetzt.
  • Im Gegensatz zu Glühfadenlampen arbeiten LEDs in einem definierten Arbeitspunkt, der sich durch eine konstant einzustellende Spannung oder einen konstant einzustellenden Strom auszeichnet. Der definierte Arbeitspunkt zum Betreiben von LEDs wird durch einen sog. LED-Treiber, auch Treiberschaltung genannt, eingestellt. Die Treiberschaltung wird hierzu mit ihrem Treibereingang an eine Spannungsversorgung angeschlossen und erzeugt an ihrem Treiberausgang eine konstante Spannung oder einen konstanten Strom zum Betreiben der LEDs.
  • Es sind LED-Treiber bekannt, die der Gruppe der getakteten LED-Treiber zuzuordnen sind. Getakteten LED-Treiber, auch Step-Down-Wandler genannt, steuern die LEDs nach dem Prinzip von Schaltnetzteilen an. Dazu weisen diese Treiber einen Oszillator auf, der einen elektronischen Schalter taktet. Durch das Takten des elektronischen Schalters werden Spulen und Kondensatoren in einem Ausgangskreis periodisch mit einer Versorgungsspannung im Eingangskreis verbunden. Es wird dadurch eine definierte Energie in den Spulen und Kondensatoren gespeichert. Folglich stellen sich eine Spannung und ein Strom im Ausgangskreis ein, die von den Spulen oder Kondensatoren geliefert werden und u.a. auch von der Taktfrequenz abhängig sind. Indem nun die LEDs an den Ausgangskreis angeschlossen werden, werden die LEDs in einem Arbeitspunkt betrieben, der durch Einstellen der Taktfrequenz geregelt werden kann.
  • Grundsätzlich sind getaktete LED-Treiber sehr teuer, da sie aufgrund ihrer Funktionsweise und dem damit verbundenen Aufbau sehr komplex sind. Zusätzlich weisen diese Treiber häufig eine ungünstige elektromagnetische Verträglichkeit auf, da aufgrund der Schaltvorgänge Störfelder entstehen. Um eine elektromagnetische Verträglichkeit zu gewährleisten, müssen daher oft Entstörungsmaßnahmen getroffen werden. Die Komplexität von getakteten Treibern entsteht somit nicht nur durch den für die Funktion benötigten Aufbau, sondern auch wegen der Einrichtungen zur Entstörung.
  • Die US2004013139 A1 betrifft Feldeffekttransistoren (FETs), welche verwendet werden, um Strom in einer lichtemittierenden Diode (LED) zu regulieren. FETs sind spannungsgesteuerte Bauteile, wobei der Ausgangsstrom durch Spannung geregelt wird. Da Spannung mit wenigen oder ohne Hilfsschaltungen gesteuert werden kann, ermöglichen FETs eine Möglichkeit der Stromregelung, bei der die Kosten, die Komplexität und ggf. auch die Größe relevant sind.
  • Die US4723312 betrifft eine Hochgeschwindigkeits-LED-Treiberschaltung für optische Kommunikationssysteme, in denen eine Impedanzschaltung zwischen dem Kollektor und dem Emitter eines Treibertransistors und eine andere Impedanzschaltung auf der Senderseite vorgesehen sind. Die Leuchtdiode ist mit der Kollektorseite des Treibertransistors verbunden. Die LED wird durch ein an der Basis des Treibertransistors angelegten Eingangsimpulssignal getrieben.
  • Entsprechend wirkt sich diese Komplexität nachteilig auf die Kosten für derartige LED-Treiber aus. Die Rentabilität beim Ersatz von LEDs mit einer getakteten Treiberschaltung gegenüber dem Einsatz herkömmlicher preisgünstigerer Glühfadenlampen wird dadurch vermindert.
  • Ferner sind LED-Treiber bekannt, die der Gruppe der linearen LED-Treiber zuzuordnen sind. Diese Treiber setzen eine Versorgungsspannung auf eine LED-Spannung nach Art eines Spannungsteilers um. Durch Auslegung von Widerständen im Treiber wird ein definierter Arbeitspunkt für die Versorgung der LEDs eingestellt.
  • Neben den Widerständen werden in derartigen LED-Treibern Regler eingesetzt, um bei Schwankungen der Versorgungsspannung sowie bei Schwankungen der durch die LEDs hervorgerufenen Last weiterhin einen stabilen Arbeitspunkt für die LEDs zu erzeugen. Dieser stabile Arbeitspunkt ist notwendig, um eine lange Lebensdauer der LEDs zu gewährleisten.
  • Zunächst erscheinen lineare LED-Treiber im Vergleich zu getakteten LED-Treibern wesentlich günstiger, da die linearen LED-Treiber nach einem wesentlich einfacheren Prinzip einen konstanten Strom oder eine konstante Spannung zum Versorgen der LEDs im Arbeitspunkt bereitstellen.
  • Wird ein linearer LED-Treiber allerdings im Bereich von hohen Versorgungsspannungen eingesetzt, werden hohe Anforderungen an den Regler bezüglich seiner Spannungsfestigkeit im Anlaufbereich der LEDs gestellt. Der Anlaufbereich stellt den zeitlichen Bereich beginnend mit dem Einschalten der Versorgungsspannung im Anschaltzeitpunkt bis zum Erreichen des Arbeitspunktes der LEDs dar.
  • Wird demnach die Versorgungsspannung eingeschaltet, liegt auf Grund von Ladungsverteilungen im Anlaufbereich der LEDs eine sehr hohe Spannung über dem Ein- und Ausgang des Reglers an. Bei unzureichender Spannungsfestigkeit des Reglers kann dies zu einer Zerstörung des Reglers führen.
  • Ferner werden beim Einsatz mehrere LEDs hohe Anforderungen an den Regler bezüglich seines lieferbaren Stroms zur Versorgung der LEDs gestellt. Der Einsatz mehrere LEDs ist häufig nötig, um die geforderte Helligkeit oder Abstrahleigenschaft zu erreichen, wenn eine Glühfadenlampe durch LEDs ersetzt werden soll.
  • Herkömmliche Regler sind ausgelegt, um entweder hohe Spannungsfestigkeit aufzuweisen oder einen hohen Strom zu liefern. Soll ein Regler einen hohe Spannungsfestigkeit aufweisen und gleichzeitig einen hohen Strom liefern, so ist dies nur durch den Einsatz mehrere Spannungsregler möglich. Es werden dazu nach herkömmlichen Gesichtspunkten Spannungsregler gewählt, die jeweils eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen und dafür aber jeweils nur einen geringen Strom liefern. Die Spannungsregler werden dann derart parallel geschaltet, dass sich ein ausreichender Gesamtstrom aus der Summe der Einzelströme der Regler zur Versorgung der LEDs ergibt.
  • Wird ein linearer Treiber nun nach den o.g. Gesichtspunkten ausgelegt, um eine hohe Spannungsfestigkeit aufzuweisen und gleichzeitig einen hohen Strom liefern zu können, so ist diese Treiberschaltung auf Grund der Anzahl der eingesetzten Regler wiederum teuer.
  • Werden bekannte LED-Treiber deshalb derart ausgelegt, um mit hoher Versorgungsspannung LEDs mit hohem Stromverbrauch zu betreiben, so sind diese aufgrund der Komplexität sehr teuer und dadurch trotz eines reduzierten Energieumsatzes unrentabler gegenüber Glühfadenlampen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Treiberschaltung zu finden, die einen zur Versorgung einer oder mehrerer LEDs benötigten Strom aus einer hohen Versorgungsspannung zur Verfügung stellt.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch ein Leuchtmittel gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels gemäß Anspruch 9.
  • Das erfindungsgemäße Leuchtmittel mit einer Treiberschaltung, wird erfindungsgemäß derart ausgelegt, sodass geringe Anforderungen an die Spannungsfestigkeit des Reglers gestellt werden.
  • Dazu betrifft die Erfindung ein Leuchtmittel mit in Reihe und/oder parallel geschalteten LEDs und einer Treiberschaltung zur elektrischen Versorgung der LEDs. Die Treiberschaltung ist dabei zum Betrieb mit einer sinusförmigen Netzwechselspannung ausgelegt und weist einen Treibereingang zur Zufuhr der sinusförmigen Netzwechselspannung und einen mit den LEDs verbundenen Treiberausgang sowie eine Gleichrichterschaltung auf. Der Treibereingang ist derart ausgebildet, um die sinusförmige Netzwechselspannung der Gleichrichterschaltung zuzuführen und die Gleichrichterschaltung ist derart ausgebildet, um die sinusförmige Netzwechselspannung gleichzurichten. Zudem weist die Gleichrichterschaltung mindestens einen mit dem Treiberausgang in Serie geschalteten Regler auf, der derart ausgebildet ist, um die gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung in den Bereich eines definierten Spannungs- oder Stromwertes zu regeln.
  • Erfindungsgemäß wird dem Regler mindestens ein Kondensator oder mindestens ein Widerstand oder mindestens eine Parallelschaltung von mindestens einem Kondensator und mindesten einem Widerstand parallel geschaltet. Durch Bestimmung der Kapazität des mindestens einen Kondensators bzw. des Widerstandswertes des mindestens einen Widerstands wird die Treiberschaltung derart ausgelegt, dass über dem Regler im Anlaufbereich der LEDs ein geringerer Anteil der gleichgerichteten sinusförmigen Netzwechselspannung als über den LEDs anliegt.
  • Dies wird zunächst durch den dem Regler parallel geschalteten mindestens einen Kondensators erreicht, indem dieser bezüglich seiner Kapazität geeignet bestimmt wird. Da im Anlaufbereich ein hoher Strom durch die LEDs fließt, würde dieser am Regler, der sehr hochohmig ist, eine hohe Potentialdifferenz bzw. Spannung aufbauen. Diese Spannung könnte bei einem Regler mit geringer Spannungsfestigkeit zur Zerstörung führen.
  • Durch geeignete Bestimmung der Kapazität des Kondensators kann jedoch der hohe Strom solange in den Kondensator fließen, bis dieser nach Erreichen des Bereichs des Arbeitspunktes wieder in den Bereich eines normalen Werts abfällt. Da der Strom nun in den Kondensator fließt, anstatt eine hohe Spannung am Regler aufzubauen, werden die Anforderungen bezüglich der Spannungsfestigkeit reduziert.
  • Anstatt der Kapazität oder zusätzlich zur Kapazität kann dem Regler auch mindestens ein Widerstand parallel geschaltet werden. Auch dieser Widerstand ist bezüglich seines Widerstandswertes geeignet zu wählen. Betrachtet man nämlich die Spannung über den LEDs im Anlaufbereich, so fällt in diesem zunächst nur eine sehr geringe Spannung über den LEDs ab. Der Großteil der Versorgungsspannung würde somit über dem Regler anliegen. Auch in diesem Fall könnte ein Regler mit geringer Spannungsfestigkeit zerstört werden.
  • Durch die geeignete Bestimmung des Widerstandswertes hingegen, fließt im Anlaufbereich ein hoher Strom durch den Widerstand und die Spannung über dem Regler wird somit abgebaut. Wieder werden die Anforderungen bezüglich der Spannungsfestigkeit reduziert.
  • Dadurch kann ein herkömmlicher Regler ausschließlich nach den Anforderungen bezüglich eines zu liefernden Stromes zur Versorgung der LEDs gewählt werden. Es können herkömmliche Regler, die eine geringe Spannungsfestigkeit aufweisen, aber einen vergleichsweise höheren Strom liefern, eingesetzt werden und es wird der Einsatz mehrere Regler vermieden.
  • Vorteil einer derartigen Auslegung ist demnach, dass im Gegensatz zu einer nach herkömmlichen Gesichtspunkten gestalteten Auslegung nur ein Regler benötigt wird, um im Anlaufbereich der LEDs eine Spannungsfestigkeit des Regler aufzuweisen, der nicht zu einer Zerstörung des Reglers führt. Somit wird die Treiberschaltung wesentlich günstiger.
  • Ein sich durch den somit ermöglichten Einsatz eines Reglers mit geringer Spannungsfestigkeit ergebender weiterer Vorteil ist, dass dieser einen Innenwiderstand mit einem geringeren Widerstandswert als ein Regler mit einer hohen Spannungsfestigkeit aufweist und somit weniger Energie im Innenwiderstand in Wärme umgewandelt wird. Hierdurch erreicht die Treiberschaltung eine höhere Energieeffizienz und einen höheren Wirkungsgrad. Durch den höheren Wirkungsgrad bzw. die geringeren Wärmeverluste ist der Einsatz von Kühlkörpern unnötig und die Treiberschaltung wird noch günstiger.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung weist der Regler einen Spannungsregler auf, der einen Spannungseingang, einen Spannungsausgang sowie einen Regelanschluss aufweist. Wird dem Spannungsregler ausgangsseitig ein als Widerstand dienendes elektrisches Bauelement nachgeschaltet, indem der Regelanschluss über das als Widerstand dienende elektrische Bauelement mit dem Spannungsausgang des Spannungsreglers verbunden ist, so kann der Spannungsregler einen konstanten Strom bei veränderlicher Last liefern und wirkt als Konstantstromquelle.
  • Gerade im Bereich von LEDs ist es vorteilhaft einen konstanten Strom zu liefern, indem dieser geregelt wird, da sich durch einen konstanten Strom der für LEDs benötigte Arbeitspunkt genauer einstellen lässt. Ursache ist die charakteristische Diodenkennlinie, die jedem Spannungswert abhängig von der Diodenart einen Stromwert zuordnet. Durch die Steigung der Diodenkennlinie im Bereich des Arbeitspunktes, kann dieser durch Regeln des Stroms genauer eingestellt werden. Wenn nämlich der geregelte Strom leicht schwankt, bleibt die eingestellte Spannung verhältnismäßig stabil. Würde man die Spannung regeln und würde diese leicht schwanken, so schwankt der Strom verhältnismäßig stark und ein Arbeitspunkt bzw. ein zulässiger Bereich des Arbeitspunktes würde verlassen werden. Vorteil eines genau eingestellten Arbeitspunktes für LEDs ist, dass ihre Lebensdauer signifikant erhöht wird, wenn der Bereich des Arbeitspunktes nicht signifikant überschritten wird.
  • Ferner ist es vorteilhaft, dass das als Widerstand dienende elektrische Bauelement einen Widerstandswert aufweist, der variabel ist. Hierbei ist das als Widerstand dienende elektrische Bauelement derart ausgebildet ist, um den Widerstandswert einzustellen.
  • Es ergibt sich durch die Einstellbarkeit bzw. Variabilität des Widerstandswertes des als Widerstand dienenden elektrischen Bauelementes der Vorteil, dass eine Veränderung der Helligkeit der LEDs möglich ist, ohne die Auslegung der Treiberschaltung zu verändern und Bauelemente auszutauschen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung ist der Regler dem Treiberausgang nachgeschaltet. Dadurch liegt der Regler auf einem niedrigeren Potentialniveau als der Treiberausgang.
  • Diese Nachschaltung des Reglers, ist dann vorteilhaft, wenn an den Regler bestimmten Sicherheitsanforderungen bzgl. möglicher gesundheitsschädlicher Spannungseinwirkungen unterliegt. Das ist bspw. dann von Bedeutung, wenn der Regler das als Widerstand dienende elektrische Bauelement aufweist, das bspw. manuell einstellbar ist. Werden geringe Anforderungen an die Sicherheit gestellt, verringern sich weiter die Kosten, die zur Erfüllung derartiger Sicherheitsanforderungen aufgewendet werden müssen.
  • Vorteilhafterweise ist zwischen einem Bezugspotential der Treiberschaltung und dem Spannungsausgang des Spannungsreglers mindestens ein Kondensator angeschlossen.
  • Am Ausgang des Reglers kann eine Restwelligkeit der geregelten Spannung auftreten, die zu einem ungenau eingestellten und/oder schwankenden Arbeitspunkt bzgl. der Versorgung der LEDs führen kann. Vorteil eines zwischen einem Bezugspotential der Treiberschaltung und dem Spannungsausgang des Spannungsreglers angeschlossenen Kondensators ist, dass dieser die Restwelligkeit entfernt und dadurch der Arbeitspunkt genauer geregelt wird.
  • Vorteilhafterweise ist mindestens ein Paar Platzhalter, insbesondere Steckkontakte und/oder Lötpads, in der Treiberschaltung vorgesehen, das derart ausgelegt ist, um dem dem Regler parallel geschalteten Kondensator oder Widerstand oder um der dem Regler parallel geschalteten Parallelschaltung aus Kondensator und Widerstand mindestens einem weiteren Widerstand und/oder mindestens einem weiteren Kondensator parallel zu verbinden.
  • Durch das Paar Platzhalter wird es ermöglicht die Treiberschaltung bzgl. ihres Arbeitspunktes an unterschiedliche LEDs anzupassen. Dies geschieht, indem die Kapazität bzw. der Widerstandswert des dem Regler parallel geschalteten Kondensators oder Widerstands oder der dem Regler parallel geschalteten Parallelschaltung aus Kondensator und Widerstand mindestens ein weiteren Widerstand oder mindestens ein weiterer Kondensator parallel geschaltet wird. Unterschiedliche Arbeitspunkte von LEDs ergeben sich bspw. aus unterschiedlichen Farben der LEDs oder aus Produktionsschwankungen, so dass derartige LEDs in unterschiedlich definierten Arbeitspunktbereichen betrieben werden müssen. Derartig unterschiedliche LEDs weisen aufgrund ihrer unterschiedlichen Arbeitspunkte unterschiedliche Verhalten im Anlaufbereich, d.h. insbesondere im zeitlichen Bereich unmittelbar nach dem Einschalten, auf. Eine Auslegung der Treiberschaltung, um beim Einsatz verschiedener LEDs weiterhin nur geringe Anforderungen an die Spannungsfestigkeit des Spannungsreglers erfüllen zu müssen, wird somit ohne Austausch von Bauelementen ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist der Gleichrichterschaltung an ihrem Ausgang mindestens ein Kondensator parallel geschaltet. Vorteil eines der Gleichrichterschaltung an ihrem Ausgang parallel geschalteten Kondensator ist, dass dieser die Ausgangsspannung des Gleichrichters glättet und dadurch den Wechselspannungsanteil reduziert. Ein mögliches Aufschwingen des Reglers wird dadurch verhindert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung, wird die Treiberschaltung durch Bestimmung der Kapazität des der Gleichrichterschaltung an ihrem Ausgang parallel geschalteten Kondensators derart ausgelegt, dass im Falle, dass die sinusförmige Netzwechselspannung im Bereich ihres Sollspitzenwerts oder Solleffektivwerts liegt, der Spannungsregler eingangsseitig mit einer derartigen Eingangsspannung betrieben wird, dass der Spannungsregler ausgangsseitig eine Ausgangsspannung liefert, die im Bereich des Minimums dieser Eingangsspannung abzufallen beginnt.
  • Vorteil einer derartigen Auslegung ist, dass im Gegensatz zu einer nach herkömmlichen Gesichtspunkten gestalteten Auslegung eines LED-Treibers im Falle, dass die sinusförmige Netzwechselspannung ihren Solleffektivwert aufweist, eine geringere elektrische Energie in der erfindungsgemäßen Treiberschaltung in Wärme umgewandelt und somit ein höherer Wirkungsgrad bzw. eine höhere Energieeffizienz erreicht wird.
  • Ein vorteilhaftes Verfahren zur Betreiben eines erfindungsgemäßen Leuchtmittels ist in Anspruch 9 angegeben.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der beigefügten Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1
    ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Leuchtmittels mit vorteilhafter Weiterbildung der Treiberschaltung zur elektrischen Versorgung von LEDs;
    Fig. 2
    den Spannungsverlauf am Ausgang der Gleichrichterschaltung im Anlaufbereich der LEDs;
    Fig. 3
    den Spannungsverlauf an den LEDs im Anlaufbereich der LEDs;
    Fig. 4
    den Stromverlauf an den LEDs im Anlaufbereich der LEDs;
    Fig. 5
    den Strom-/Spannungsverlauf an den LEDs bei Vernachlässigung parasitärer Kapazitäten im Anlaufbereich der LEDs;
    Fig. 6
    ein weiteres Schaltbild des erfindungsgemäßen Leuchtmittels mit weiterer vorteilhafter Weiterbildung der Treiberschaltung zur elektrischen Versorgung von LEDs;
    Fig. 7
    ein Diagramm zur Veranschaulichung von Spannungsverläufen der Treiberschaltung des Leuchtmittels, wie sie bei Auslegung eines Glättungskondensators nach herkömmlichen Gesichtspunkten bei Sollspannung einer sinusförmigen Netzwechselspannung aussehen würden;
    Fig. 8
    ein Diagramm zur Veranschaulichung von Spannungsverläufen der wie in Fig. 6 ausgelegten Treiberschaltung bei einer Spannung im unteren Grenzbereich des Toleranzbereiches der sinusförmigen Netzwechselspannung und
    Fig. 9
    ein Diagramm zur Veranschaulichung von Spannungsverläufen der Treiberschaltung des Leuchtmittels mit vorteilhafter Weiterbildung durch Auslegung des Glättungskondensators bei Sollspannung einer sinusförmigen Netzwechselspannung.
  • Fig. 1 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform mit vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leuchtmittels 10 mit einer Treiberschaltung 12 und einer Mehrzahl von LEDs 14a bis 14c. Die Treiberschaltung kann bspw. mit 60 bis 90, vorzugsweise 75, LEDs 14a bis 14c betrieben werden. Die Treiberschaltung 12 weist einen Treibereingang 16 und einen Treiberausgang 18 auf. Eine sinusförmige Netzwechselspannung 20 wird über eine Überlastsicherung 22, über einen Widerstand 24 und dem Treibereingang 16 einer Gleichrichterschaltung 26 zugeführt. Der Treiberausgang 18 ist mit den in Serie geschalteten LEDs 14a bis 14c verbunden und versorgt diese mit einer Spannung 27 bzw. einen Strom 28. Fig. 1 zeigt in Serie geschaltete, an den Treiberausgang 18 angeschlossene LEDs 14a bis c, wobei es auch möglich ist, an den Treiberausgang 18 parallel geschaltete LEDs oder eine Parallelschaltung aus in Serie geschalteten LEDs anzuschließen.
  • Die Überlastsicherung 22 wird eingesetzt, um bei einem Defekt der Treiberschaltung 12 oder der LEDs 14a bis 14c eine zu große Leistungsaufnahme des Leuchtmittels 10 zu verhindern. Der Widerstand 24 hat die Aufgabe, Überspannungsspitzen, etwa durch elektromagnetische Einkopplung, zu reduzieren. Dieser Widerstand 24 ist in der Regel niederohmig, z.B. von 0,5 bis 20 Ohm, ausgelegt. Die Sicherung 22, der Widerstand 24 und der Treibereingang 16 bilden die eingangsseitige Beschaltung der Gleichrichterschaltung 26.
  • Anschlüsse bzw. Kontakte 29, 30 der Gleichrichterschaltung 26 liefern eine gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung 32 und bilden somit einen Ausgang 34 der Gleichrichterschaltung 26. Der Gleichrichterschaltung 26 ist ein Kondensator 36 an ihrem Ausgang 34 parallel geschaltet. Dieser Kondensator 36 ist exemplarisch eingezeichnet, wobei auch mehrere parallel oder in Serie geschaltete oder eine Parallelschaltung von in Serie geschalteten Kondensatoren, auch verschiedenen Typs, denkbar sind, die dem Ausgang 34 der Gleichrichterschaltung 26 parallel geschaltet sind. Weiterhin ist ein Paar Platzhalter 38 dem Ausgang 34 der Gleichrichterschaltung 26 parallel geschaltet. Fig. 1 zeigt zwar beispielhaft nur ein Paar Platzhalter. Alternativ sind jedoch mehrere parallel geschaltete Paare von Platzhaltern möglich, die dem Ausgang 34 der Gleichrichterschaltung 26 parallel geschaltet sind.
  • Der Kondensator 36 ist vorzugsweise ein Elektrolytkondensator, der die Aufgabe hat, die gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung zu glätten. Hierfür kann aber auch ein anderer Kondensatortyp eingesetzt werden. Dem Kondensator 36 ist vorzugsweise ein weiterer Kondensator, der vorzugsweise ein keramischer Kondensator ist, parallel geschaltet. Dieser ist jedoch in Fig. 1 nicht eingezeichnet. Dieser weitere Kondensator wird parallel geschaltet, um hochfrequente Spannungsspitzen zu glätten, die ein Aufschwingen eines der Gleichrichterschaltung nachgeschalteten Reglers verursachen könnte.
  • Das Paar Platzhalter 38 ermöglicht eine Erhöhung der Kapazität, ggf. auch zu einem späteren Zeitpunkt, indem weitere Kondensatoren jeweils an das Paar von Platzhaltern, insbesondere durch Stecken oder Löten, angebracht werden. Fig. 1 zeigt ein Paar von Platzhaltern, wobei auch eine Treiberschaltung mit mehr als einem Paar Platzhaltern möglich ist.
  • Der Gleichrichterschaltung 26 ist ein Regler 40 nachgeschaltet. Das bedeutet, dass der Reglereingang 42 des Reglers 40 mit dem Anschluss 30 der Gleichrichterschaltung 26 verbunden ist. Somit wird dem Regler 40 eingangsseitig die gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung zugeführt. Es ist denkbar, dass in einer weiteren Ausführungsform zwischen dem Anschluss 30 der Gleichrichterschaltung 26 und dem Eingang 42 des Reglers 40 weitere elektrische Bauelemente, wie Widerstände, seriell zwischengeschaltet sind. Der Regler 40 weist einen Reglerausgang 44 auf, der sich ausgangsseitig des Reglers 40 befindet. Dieser Reglerausgang 44 ist über eine Parallelschaltung 46, bestehend aus einem Widerstand 48, einem Kondensator 50 und einem Paar Platzhaltern 52, mit dem Eingang 42 des Reglers 40 verbunden. Dem Regler 40 ist somit an seinem Reglereingang 42 und an seinem Reglerausgang 44 eine Parallelschaltung 46 eines Widerstands 48, eines Kondensators 50 und einem Paar Platzhaltern 52 parallel geschaltet.
  • Durch Bestimmung des Widerstandswertes des Widerstands 48 sowie durch Bestimmung der Kapazität des Kondensators 50 lässt sich die über dem Regler 40 anliegende Spannung 54 in verschiedenen Betriebszuständen der Treiberschaltung 12 begrenzen.
  • Das Paar Platzhalter 52 ermöglicht eine Erhöhung der Kapazität bzw. eine Verringerung des Widerstandswertes der Parallelschaltung 46, indem ein weiterer Kondensator bzw. ein weiterer Widerstand, ggf. auch zu einem späteren Zeitpunkt, jeweils an ein Paar von Platzhaltern, insbesondere durch Stecken oder Löten, angebracht wird. Die Fig. 1 zeigt ein Paar von Platzhaltern, wobei auch eine Treiberschaltung mit mehreren Platzhaltern möglicht ist. Ferner zeigt Fig. 1 die dem Regler 40 parallel geschaltete Parallelschaltung 46 mit nur einem Widerstand 48, einem Kondensator 50 und einem Paar Platzhalter 52. Anstatt dieser Parallelschaltung 46 ist auch eine Parallelschaltung 46 mit nur einem einzelnen dem Regler 40 parallel geschalteten Widerstand 48, einem einzelnen dem Regler 40 parallel geschalteten Kondensator 50 oder einem einzelnen dem Regler 40 parallel geschalteten Paar von Platzhaltern 52 möglich. Zudem ist auch eine Parallelschaltung 46 bestehend aus einem oder mehreren parallel geschalteten Widerständen 48 und/oder einem oder mehreren parallel geschalteten Kondensatoren 50 und/oder einem oder mehreren parallel geschalteten Platzhaltern 52 möglich.
  • Der Regler 40 weist einen Spannungsregler 56 mit einem Spannungseingang 58, einem Spannungsausgang 60 und einem Spannungsregelanschluss 62 auf, wobei der Spannungseingang 58 des Spannungsreglers 56 mit dem Reglereingang 42 des Reglers 40 verbunden ist. Der Spannungsregelanschluss 62 ist über einen Widerstand 64 mit dem Ausgang 60 des Spannungsreglers 56 verbunden. Ferner ist der Spannungsregelanschluss 62 mit dem Reglerausgang 44 verbunden. Der Spannungsausgang 60 des Spannungsreglers 56 ist über einen Kondensator 57 mit einem Bezugspotential der Treiberschaltung 12 verbunden, der die Ausgangsspannung des Spannungsreglers 56 glättet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dieses Bezugspotential der Treiberschaltung 12 durch den Anschluss 29 des Ausgangs 34 der Gleichrichterschaltung 26 geliefert. Allerdings ist auch der Anschluss 30 des Ausgangs 34 der Gleichrichterschaltung 26 oder ein unabhängiger Anschluss als Bezugspotential möglich.
  • Der Regler 40 weist den Spannungsregler 56 und den Widerstand 64 auf, um den Regler 40 als Konstantstromquelle zu betreiben. Dadurch kann den am Treiberausgang 18 der Treiberschaltung 12 in Reihe geschalteten LEDs 14a bis 14c ein nahezu konstanter Strom 28 zur Versorgung bereit gestellt und der Strom somit in dem Bereich eines Arbeitspunkts geregelt werden.
  • Ein Betrieb des Reglers 40 als Konstantstromquelle ist möglich, da die Spannung über dem Widerstand 64 an dem Spannungsausgang 60 des Spannungsreglers und dem Spannungsregelanschluss 62 gemessen wird. Dabei wird ausgenutzt, dass sich bei Veränderung des Stroms 28 durch die in Reihe geschalteten LEDs 14a bis 14c auch der Strom 65 durch den Widerstand 64 ändert. Durch Änderung des Stroms 65 durch den Widerstand 64 ändert sich auch eine Spannung 66 über dem Widerstand 64, die von dem Spannungsregler 56 ausgeglichen wird. Dadurch stellt sich ein nahezu konstanter Strom 65 durch den Widerstand 64 ein. Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist einen Regler 40 mit nur einem Spannungsregler 56 und einem nachgeschalteten Widerstand 64 auf. Diese Ausführung ist exemplarisch gewählt, um zu zeigen, dass für die erfindungsgemäße Vorrichtung ein einzelner Spannungsregler eingesetzt werden kann, wobei bei herkömmlichen Treiberschaltungen mehrere Spannungsregler eingesetzt werden müssten. Sollte der maximal lieferbare Strom des Spannungsreglers zur Versorgung der LEDs nicht ausreichen, wenn z.B. eine sehr hohe Anzahl von LEDs an den Treiberausgang 18 angeschlossen werden, so ist auch eine Parallelschaltung aus mehreren Spannungsreglern 56 mit jeweils entsprechend verbundenen Widerständen 64 im Regler 40 möglich. Für eine Parallelschaltung werden die Spannungseingänge 58 der einzelnen Regler 40 miteinander und die Spannungsausgänge 60 der einzelnen Regler 40 miteinander verbunden.
  • Fig. 2 zeigt den Verlauf der Spannung 32 am Ausgang 34 der Gleichrichterschaltung 26 im Anlaufbereich 71 der LEDs. Der Anlaufbereich 71 kennzeichnet einen zeitlichen Abschnitt zwischen einem Anschaltzeitpunkt 70 und einem zweiten Zeitpunkt 72, in dem der Bereich des Arbeitspunktes erreicht wird. Im Anschaltzeitpunkt 70 wird die sinusförmige Netzwechselspannung 20 an dem Treibereingang 16 der Treiberschaltung 12 eingeschaltet. Der Verlauf der Spannung 32 am Ausgang 34 der Gleichrichterschaltung 26 steigt in diesem Anschaltzeitpunkt 70 stark an und folgt dann der gleichgerichteten sinusförmigen Netzwechselspannung 32.
  • Fig. 3 zeigt den Spannungsverlauf der Spannung 27 am Treiberausgang 18 der Treiberschaltung 12 bzw. über den LEDs 14a bis 14c im Anlaufbereich 71 der LEDs. Obwohl die Spannung 32 am Ausgang 34 der Gleichrichterschaltung 26, wie in Fig. 2 dargestellt, sprunghaft im Anschaltzeitpunkt 70 ansteigt, steigt die Spannung über den LEDs 14a bis 14c ab dem Anschaltzeitpunkt 70 bis zum Erreichen des zweiten Zeitpunktes 72, in dem der Bereich des Arbeitspunktes erreicht wird, nur sehr langsam an. Ursache hierfür sind die parasitären Kapazitäten, die LEDs aufweisen. Diese parasitären Kapazitäten sind zunächst in einem Ruhezustand, also vor dem Anschaltzeitpunkt 70, ungeladen und werden nach Einschalten einer Spannung im Anlaufbereich 71 geladen.
  • Durch den Regler 40 wird trotz des in Fig. 2 dargestellten nicht konstanten Spannungsverlaufs 32 nach bzw. ab dem Zeitpunkt 72, in dem der Bereich des Arbeitspunktes erreicht wird, der Spannungsverlauf 27 gemäß Fig. 3 konstant geregelt. Die Spannung 27 verläuft also nach Erreichen dieses Zeitpunktes 72, in dem der Bereich des Arbeitspunktes erreicht wird, mit einem nahezu konstanten Spannungswert 73.
  • Fig. 4 zeigt den Stromverlauf des Stromes 28 durch die LEDs 14a bis 14c im Anlaufbereich der LEDs 14a bis 14c. Im Anschaltzeitpunkt 70 steigt dieser Strom 28 sprungartig bis auf ein Maximum 74 an und fällt danach bis zum Zeitpunkt 72, in dem der Bereich des Arbeitspunktes erreicht wird, langsam wieder ab. Wie die Spannung in Fig. 3, verläuft der Strom ab diesem Zeitpunkt 72 aufgrund der Regelung des Reglers 40 ebenfalls mit einem nahezu konstanten Wert 76. Dieses Verhalten ist ebenfalls auf die parasitären Kapazitäten der LEDs 14a bis 14c zurückzuführen.
  • Anhand des Stromverlaufs 28 durch die LEDs 14a bis 14c in Verbindung mit der Spannung 32 am Ausgang 34 der Gleichrichterschaltung 26 lassen sich die parasitären Kapazitäten der LEDs nährungsweise berechnen. Bei Kenntnis der parasitären Kapazität lässt sich nun die Kapazität des dem Regler 40 parallel geschalteten Kondensators 52 derart bestimmen, dass über dem Regler 40 im Anlaufbereich 71 der LEDs 14a bis 14c ein geringerer Anteil der gleichgerichteten Netzwechselspannung 32 als über den LEDs 14a bis 14c anliegt. Dies führt dazu, dass durch den stark ansteigenden Strom 28 durch die LEDs 14a bis 14c im Anlaufbereich 71 gerade keine hohe Spannung 54 über dem Regler 40 hervorgerufen wird, was bei unzureichender Spannungsfestigkeit des Reglers 40 zu einer Zerstörung führen würde.
  • Bestimmt man also die Kapazität des dem Regler 40 parallel geschalteten Kondensators 50, so dass diese im Verhältnis größer ist als die parasitäre Kapazität der LEDs, beispielsweise im Verhältnis 3:1, so liegt ein geringerer Anteil der gleichgerichteten Netzwechselspannung 32 über dem Regler 40 als über den LEDs 14a bis 14c an und einer Zerstörung des Reglers 40 ist entgegengewirkt.
  • Fig. 5 zeigt eine Kurve 76, die den Wert des Stroms 28 bei gegebener Spannung 27 durch die LEDs 14a bis 14c am Treiberausgang 18 darstellt. Auf der waagerechten Achse von Fig. 5 ist hierzu die Spannung 27 und auf der senkrechten Achse der Strom 28 aufgetragen. Diese Kurve 76 kennzeichnet das Strom-Spannungsverhalten der LEDs 14a bis 14c unter Vernachlässigung der o.g. parasitären Kapazitäten. Vernachlässigt man die parasitären Kapazitäten der LEDs 14a bis 14c, so durchläuft im Anlaufbereich 71 die Spannung 27 über den LEDs 14a bis 14c und der Strom 28 durch die LEDs 14a bis 14c gemäß der Pfeilrichtung 80 entlang der eingezeichneten Kurve 76. Ein Nullpunkt 82 entspricht hierbei dem Bereich kurz nach dem Anschaltzeitpunkt 70, indem die Spannung 27 und der Strom 28 nahezu einen Wert von Null Volt bzw. Null Ampere aufweisen. Die Kurve 76 wird im Anlaufbereich 71 entlang der Pfeilrichtung 80 bis zu einem Arbeitspunkt 84, der dem Zeitpunkt 72 entspricht, in dem der Bereich des Arbeitspunktes erreicht wird, zeitlich durchlaufen. Der Arbeitspunkt ist hier exemplarisch als Punkt bzw. als Wert eingezeichnet. Grundsätzlich ist jedoch vorliegend der Begriff "Arbeitspunkt" als ein Bereich um einen Punkt zu verstehen und bezeichnet einen bzgl. des Spannung- bzw. Stromwertes zulässigen Bereich, in dem LEDs betrieben werden.
  • Betrachtet man verschieden Punkte zwischen dem Nullpunkt 82 und dem Arbeitspunkt 84, so kann man in jedem Punkt gemäß der Formel R=U/I einen Widerstandswert, den die LEDs 14a bis 14c aufweisen, berechnen. Im Bereich des Anschaltzeitpunktes weisen die LEDs entsprechend der Kurve 76 einen sehr hohen Widerstand auf, der mit zunehmender Spannung abfällt. Die Erfindung hat zudem erkannt, dass im Anlaufbereich, also zwischen Nullpunkt 82 und Arbeitspunkt 84, der Spannungsregler sehr viel hochohmiger als die LEDs ist. Das bedeutet, dass bei dieser Betrachtungsweise im Anlaufbereich 71 ebenfalls eine sehr viel höhere Spannung über dem Regler 40 als über den LEDs 14a bis 14c anliegt. Schaltet man nun, wie in Fig. 1 beschrieben, einen Widerstand 48 parallel zum Regler 40, der einen entsprechend geringeren Widerstandswert als die LEDs 14a bis 14c aufweist, so wird der Regler 40 vor Überspannung geschützt.
  • Zur Bestimmung des Widerstandswertes betrachtet man beispielsweise einen Punkt zwischen dem Nullpunkt 82 und dem Arbeitspunkt 84, z.B. den Punkt 86. In diesem Punkt 86 hat die Spannung 27 über den LEDs 14a bis 14c etwa 50% der Spannung erreicht, die im Bereich des Arbeitspunktes erreicht werden soll. Die LEDs weisen in diesem Punkt einen Widerstandswert, z.B. 100 kOhm, auf. Durch Serienschaltung von mehreren LEDs, z.B. 100 LEDs, wird ein Gesamtwiderstandswert der LEDs, von z.B. 10 MOhm, erreicht. Da der Regler 40 im Anlaufbereich 72 einen höheren Widerstandswert als die LEDs, z.B. im TOhm-Bereich, aufweist, muss diesem ein Widerstand 48 parallel geschaltet werden, der im Verhältnis zum Widerstandswert der LEDs gering ist, z.B. 200 kOhm beträgt.
  • Schaltet man demnach dem Regler 40 einen Widerstand 48 parallel, der einen geringeren Widerstandswert als die LEDs im Anlaufbereich 71 zwischen Nullpunkt 82 und Arbeitspunkt 84 aufweist, so liegt in diesem Anlaufbereich eine höhere Spannung über den LEDs 14a bis 14c als über dem Spannungsregler 40 an.
  • Fig. 6 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform mit vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leuchtmittels 10 mit der Treiberschaltung 12 zur Versorgung der LEDs 14a bis 14c. Die Treiberschaltung 12 unterscheidet sich von der Treiberschaltung 12 aus Fig. 1 zunächst dadurch, dass dem Treiberausgang 18 der Regler 40 nachgeschaltet ist. Der Treiberausgang 18 ist also einerseits mit dem Anschluss 30 des Ausgangs 34 der Gleichrichterschaltung 26 und andererseits mit dem Reglereingang 42 des Spannungsreglers 56 verbunden.
  • Geht man wie in Fig. 1 davon aus, dass der Anschluss 29 des Ausgangs 34 der Gleichrichterschaltung 34 ein Bezugspotential aufweist, dass einem neutralen Potential gegenüber der Umgebung des Leuchtmittels 10 entspricht, so liegt der Reglereingang 42, der Reglerausgang 44 sowie der Spannungsausgang 60 des Spannungsreglers 56 auf einem vergleichsweise niedrigeren Potentialniveau als die LEDs 14a bis 14c.
  • Ferner unterscheidet sich die Treiberschaltung 12 von der in Fig. 1 gezeigten Treiberschaltung 12 dadurch, dass das als Widerstand dienende Bauelement 64 derart ausgelegt ist, sodass es variabel ist. In diesem Fall kommt etwa ein Potentiometer oder ein ansteuerbarer Transistor als das als Widerstand dienende elektrische Bauelement 64 in Betracht. Wird der Widerstandswert des als Widerstand dienenden elektrischen Bauelements 64 verändert, so verändert sich der Strom 65 durch das als Widerstand dienende elektrische Bauelement 64 und somit auch der Strom 28 durch die LEDs 14a bis 14c. Durch die sich ergebende Veränderung des Stroms 28 durch die LEDs 14a bis 14c werden diese heller bzw. dunkler. Ein Einstellen bzw. die Variation des als Widerstand dienenden elektrischen Bauelements 64 ermöglicht somit ein Dimmen der LEDs 14a bis 14c.
  • Ist das als Widerstand dienende elektrische Bauelement 64 als Potentiometer ausgelegt, so kann der Widerstandswert manuell etwa durch Drehen oder Schieben eines Bedienelements verändert werden. Da dies in der Regel durch den Kontakt mit der menschlichen Hand ausgeführt wird, sind normalerweise Sicherheitsmaßnahmen notwendig, um Verletzungen zu vermeiden, die durch eine durch hohe Potentialdifferenz hervorgerufene Spannung auftreten können. In diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch keine besonders hohen Anforderungen bzgl. derartiger Sicherheitsmaßnahmen notwendig, da im Betrieb der Großteil der gleichgerichteten sinusförmigen Netzwechselspannung über den LEDs abfällt und dadurch der Reglereingang 42, der Reglerausgang 44 sowie der Spannungsausgang 60 des Spannungsreglers 56 auf einem niedrigem Potentialniveau liegen.
  • Die Fig. 7 bis 9 zeigen die Spannungsverläufe an bzw. in der Treiberschaltung 12, nachdem der Anlaufbereich 71 verlassen und der Bereich des Arbeitspunktes der LEDs 14a bis 14c erreicht wird.
  • Fig. 7 zeigt exemplarisch eine gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung 88 wie sie am Ausgang 34 der Gleichrichterschaltung 26 auftreten würde, wenn dieser Ausgang 34 nicht beschaltet wäre. Die gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung 88 liegt im Sollbereich und weist somit eine Sollspitzenspannung 90 und Sollspitzenwerte 91 auf. Mit dem der Gleichrichterschaltung 26 an ihrem Ausgang 34 parallel geschalteten Kondensator 36 würde bei herkömmlicher Auslegung des Kondensators 36 die gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung geglättet werden und ergäbe eine geglättete gleichgerichtete sinusförmige Spannung 92. Der Regler 40 würde eingangsseitig mit einer derartigen Eingangsspannung 92 betrieben, dass am Ausgang 44 eine konstante Spannung 94 geliefert würde. Die schraffierte Fläche 96 zeigt die Verlustleistung bei derartiger Auslegung, die durch Umwandeln der elektrischen Energie im Regler 40 in Wärme umgewandelt erzeugt würde und somit der Verlustleistung entspräche.
  • Fig. 8 zeigt exemplarisch Spannungsverläufe der Treiberschaltung 12, die wie im Zusammenhang mit Fig. 7 erläutert, ausgelegt ist. Da die sinusförmige Netzwechselspannung 20 gewissen tolerierten Schwankungen unterliegt, wird in dieser Figur der Fall betrachtet, dass eine sinusförmige Netzwechselspannung 20 zugeführt wird, die im unteren Grenzbereich ihres Toleranzbereiches liegt und somit eine minimale Spitzenspannung 98 aufweist. Die Sollspitzenspannung 90 ist zum Vergleich zusätzlich eingezeichnet. Es würde sich somit der exemplarisch dargestellte Spannungsverlauf 100 ergeben. Die Spitzenwerte 102 der gleichgerichteten sinusförmigen Netzwechselspannung würden somit eine minimale Spitzenspannung 98 erreichen. Die geglättete gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung 104 läge eingangsseitig an dem Regler 40 an. Die geregelte geglättete gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung entspräche wieder der Spannung 94, die nahezu konstant ist. Die schraffierte Fläche 96 ist wesentlich kleiner als in Fig. 7, wodurch eine geringere Verlustleistung als im Fall von Fig. 7 entsteht.
  • Fig. 9 zeigt nun den Spannungsverlauf der Treiberschaltung 12 des Leuchtmittels 10, der nach vorteilhafter Weiterbildung der Treiberschaltung 12 durch Bestimmung der Kapazität des mindestens einen Kondensators 36 ausgelegt ist, um die Verlustleistung der Treiberschaltung 12 im Regler 40 zu reduzieren. Es wird der Spannungsverlauf bei derartiger Auslegung des Kondensators 36, dass die sinusförmige Netzwechselspannung 20 im Bereich ihres Sollwertes, wie in Fig. 7, liegt, dargestellt. Die Spitzenwerte 90 liegen auf der Sollspitzenspannung 102. Da die Schaltung mit geringerer Kapazität des Kondensators 36 als im herkömmlichen Fall gemäß Fig. 7 ausgelegt ist, fällt die geglättete gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung 106 nach Erreichen des Sollspitzenwertes 90 schneller ab als in Fig. 7. Die gleichgerichtete geglättete sinusförmige Netzwechselspannung 106 fällt so schnell ab, dass sie unter einen vom Regler 40 regelbaren Spannungswert fällt, bevor der nächste Spitzenwert 90 erreicht wird. Liegt diese schneller abfallende geglättete gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung 106 somit eingangsseitig am Regler 40 an, so bewirkt sie ausgangsseitig des Reglers 40 eine Ausgangsspannung 108. Diese Ausgangsspannung 108 beginnt im Bereich des Minimums 110 dieser Eingangsspannung abzufallen. Der Begriff "Bereich des Minimums" 110 bezieht sich auf den zeitlichen Bereich, d.h. "Bereich" ist im zeitlichen Sinn zu verstehen.
  • Es ergibt sich, dass die in Reihe geschalteten LEDs 14a bis 14c im Bereich 112 mit einem geringeren Strom und einer geringeren Spannung betrieben werden, als es der Arbeitspunkt der LEDs vorsieht. Da die sinusförmige Netzwechselspannung jedoch in der Regel mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hz betrieben wird und sich für die gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung eine Frequenz von 100 bzw. 120 Hz ergibt, kann das menschliche Auge bzw. der menschliche Sehapparat das kurzzeitige Abfallen der Ausgangsspannung am Spannungsregler nicht als Flackern bemerken. Dies ist Vorteilhaft, da somit der schraffierte Bereich 92 bzgl. der Fläche wesentlich kleiner als in Fig. 7 ist und somit entsprechend eine geringere Verlustleistung im Regler 40 als bei herkömmlicher Auslegung des Kondensators 36 entsteht.
  • Alle in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.

Claims (13)

  1. Leuchtmittel (10) mit in Reihe und/oder parallel geschalteten LEDs (14a bis 14c) und einer Treiberschaltung (12) zur elektrischen Versorgung der LEDs (14a bis 14c), wobei die Treiberschaltung (12) zum Betrieb mit einer sinusförmigen Netzwechselspannung (20) ausgelegt ist und einen Treibereingang (16) zur Zufuhr der sinusförmigen Netzwechselspannung (20) und einen mit den LEDs (14a bis 14c) verbundenen Treiberausgang (18) sowie eine Gleichrichterschaltung (26) aufweist, wobei der Treibereingang (16) derart ausgebildet ist, um die sinusförmige Netzwechselspannung (20) der Gleichrichterschaltung (26) zuzuführen und die Gleichrichterschaltung (26) derart ausgebildet ist, um die sinusförmige Netzwechselspannung (20) gleichzurichten und die Treiberschaltung (12) ausgangsseitig der Gleichrichterschaltung (26) mindestens einen mit dem Treiberausgang (18) in Serie geschalteten Regler (40) aufweist, wobei der Regler (40) derart ausgebildet ist, um die gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung (32) in den Bereich eines definierten Spannungs- oder Stromwertes zu regeln,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dem Regler (40) mindestens ein Kondensator (50) oder mindestens ein Widerstand (48) oder mindestens eine Parallelschaltung (46) von mindestens einem Kondensator (50) und mindestens einem Widerstand (48) parallel geschaltet ist und die Treiberschaltung (12) durch Bestimmung der Kapazität des Kondensators (50) bzw. des Widerstandswertes des Widerstands (48) derart ausgelegt ist, dass über dem Regler (40) im Anlaufbereich (71) der LEDs (14a bis 14c) ein geringerer Anteil der gleichgerichteten Netzwechselspannung (32) als über den LEDs (14a bis 14c) anliegt.
  2. Leuchtmittel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Regler (40) mindestens einen Spannungsregler (56) aufweist, wobei der Spannungsregler (56) einen Spannungseingang (58), einen Spannungsausgang (60) sowie einen Regelanschluss (62) aufweist und dem Spannungsregler (56) ausgangsseitig mindestens ein als Widerstand dienendes elektrisches Bauelement (64) nachgeschaltet ist und der Regelanschluss (62) über das als Widerstand dienende elektrische Bauelement (64) mit dem Spannungsausgang (60) des Spannungsreglers (56) verbunden ist, wobei der Spannungsregler (56) derart ausgelegt ist, um einen konstanter Strom bei veränderlicher Last zu liefern.
  3. Leuchtmittel nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das als Widerstand dienende elektrische Bauelement (64) einen Widerstandswert aufweist, der variabel und derart ausgebildet ist, um den Widerstandswert des als Widerstand dienenden elektrischen Bauelements (64) einzustellen.
  4. Leuchtmittel nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Regler (40) dem Treiberausgang (18) nachgeschaltet ist und die Treiberschaltung (12) derart ausgelegt ist, sodass der Regler (40) im Betrieb auf einem niedrigerem Potentialniveau liegt als der Treiberausgang (18).
  5. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen einem Bezugspotential der Treiberschaltung (12) und dem Spannungsausgang (60) des Spannungsreglers (56) mindestens ein Kondensator (57) angeschlossen ist.
  6. Leuchtmittel nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens ein Paar Platzhalter (52), insbesondere Steckkontakte und/oder Lötpads, vorgesehen ist, das derart ausgelegt ist, um dem dem Regler (40) parallel geschalteten Kondensator (50) oder Widerstand (48) oder um der dem Regler parallel geschalteten Parallelschaltung (46) aus dem Kondensator (48) und dem Widerstand (50) mindestens einen weiteren Widerstand oder mindestens einen weiteren Kondensator parallel zu schalten.
  7. Leuchtmittel nach einem vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    am Ausgang (34) der Gleichrichterschaltung (26) mindestens ein Kondensator (36) parallel geschaltet ist.
  8. Leuchtmittel nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Treiberschaltung (12) durch Bestimmung der Kapazität des der Gleichrichterschaltung (26) an ihrem Ausgang (34) parallel geschalteten Kondensators (36) derart ausgelegt ist, dass im Falle, dass die sinusförmige Netzwechselspannung (20) im Bereich ihres Sollspitzenwerts oder Solleffektivwerts liegt, der Spannungsregler (56) eingangsseitig mit einer derartigen Eingangsspannung (106) betrieben wird, dass der Spannungsregler (56) ausgangsseitig eine Ausgangsspannung (108) liefert, die im Bereich des Minimums (110) dieser Eingangsspannung (106) abzufallen beginnt.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels (10) mit in Reihe und/oder parallel geschalteten LEDs (14a bis 14c) und einer Treiberschaltung (12) zum elektrischen Versorgen der LEDs (14a bis 14c), wobei die Treiberschaltung (12) zum Betreiben mit einer sinusförmigen Netzwechselspannung (20) ausgelegt ist und einen Treibereingang (16) zum Zuführen der sinusförmigen Netzwechselspannung (20) und einen mit den LEDs (14a bis 14c) verbundenen Treiberausgang (18) sowie eine Gleichrichterschaltung (26) aufweist, wobei die sinusförmige Netzwechselspannung (20) über den Treibereingang (16) der Gleichrichterschaltung (26) zugeführt und durch die Gleichrichterschaltung (26) gleichgerichtet wird und die Treiberschaltung (12) ausgangsseitig der Gleichrichterschaltung (26) mindestens eine mit dem Treiberausgang (18) in Serie geschalteten Regler (40) aufweist, wobei der Regler (40) die gleichgerichtete sinusförmige Netzwechselspannung (32) in den Bereich eines definierten Spannungs- oder Stromwertes regelt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dem Regler (40) mindestens ein Kondensator (50) oder mindestens ein Widerstand (48) oder mindestens eine Parallelschaltung (46) von mindestens einem Kondensator (50) und mindestens einem Widerstand (46) parallel geschaltet ist und die Treiberschaltung (12) durch Bestimmung der Kapazität des mindestens einen Kondensators (50) bzw. des Widerstandswertes des mindestens einen Widerstands (48) derart betrieben wird, dass über dem Regler (40) im Anlaufbereich (71) der LEDs (14a bis 14c) ein geringerer Anteil der gleichgerichteten Netzwechselspannung (32) als über den LEDs (14a bis 14c) anliegt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Regler (40) derart betrieben wird, um einen konstanter Strom bei veränderlicher Last zu liefern, indem der Regler (40) einen Spannungsregler (56) aufweist, wobei der Spannungsregler (56) einen Spannungseingang (58), einen Spannungsausgang (60) sowie einen Regelanschluss (62) aufweist und dem Spannungsregler (56) ausgangsseitig mindestens ein als Widerstand dienendes elektrisches Bauelement (64) nachgeschaltet ist und der Regelanschluss (62) über das als Widerstand dienende elektrische Bauelement (64) mit dem Spannungsausgang (60) des Spannungsreglers (56) verbunden ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das als Widerstand dienende elektrische Bauelement (64) einen Widerstandswert aufweist, der variiert werden kann und insbesondere durch manuelles Einstellen und/oder elektrisches Ansteuern des als Widerstand dienenden elektrischen Bauelements (64) verändert wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Regler (40) einen Reglerausgang (44) aufweist und derart betrieben wird, dass der Reglerausgang (44) auf einem niedrigeren Potential liegt als der Treiberausgang (18), wobei der Regler (40) dem Treiberausgang (18) nachgeschaltet ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Gleichrichterschaltung (26) an ihrem Ausgang (34) mindestens ein Kondensator (36) parallel geschaltet ist und die Treiberschaltung (12) durch Bestimmung der Kapazität des der Gleichrichterschaltung (26) an ihrem Ausgang parallel geschalteten mindestens einen Kondensators (36) derart betrieben wird, dass im Falle, dass die sinusförmige Netzwechselspannung (20) im Bereich ihres Sollspitzenwerts oder Solleffektivwerts liegt, der mindestens eine Spannungsregler (56) eingangsseitig mit einer derartigen Eingangsspannung (106) betrieben wird, dass der mindestens eine Spannungsregler (56) ausgangsseitig eine Ausgangsspannung (108) liefert, die im Bereich des Minimums (110) dieser Eingangsspannung (106) abzufallen beginnt.
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