EP2499882A1 - Schaltungsanordnung für eine led-lichtquelle - Google Patents

Schaltungsanordnung für eine led-lichtquelle

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EP2499882A1
EP2499882A1 EP10788000A EP10788000A EP2499882A1 EP 2499882 A1 EP2499882 A1 EP 2499882A1 EP 10788000 A EP10788000 A EP 10788000A EP 10788000 A EP10788000 A EP 10788000A EP 2499882 A1 EP2499882 A1 EP 2499882A1
Authority
EP
European Patent Office
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light
emitting diode
circuit
diode module
voltage
Prior art date
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Application number
EP10788000A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2499882B1 (de
Inventor
Achim Weil
Björn Bleisinger
Stefan Siebenrock
Ulrich Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
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Publication date
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Publication of EP2499882B1 publication Critical patent/EP2499882B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting diode module with a circuit arrangement for driving an LED light source, which is particularly suitable for use in
  • LED light sources are becoming increasingly important in the lighting sector.
  • the relative to conventional halogen lamps relatively high efficiency and associated relatively low heat radiation and the mechanical robustness and longevity of the individual light-emitting diodes are particularly suitable for use in transportation, for example, as lighting means in a passenger cabin in airplanes, ships, railway cars, etc ..
  • spot illumination with a brightness of usually 150-250 lx at a distance of 40-50 cm the LED light sources are particularly well suited as reading lights (in English reading lights) in passenger aircraft.
  • the light-emitting diode allows comparatively diverse possibilities with regard to a functional design and the installation location of a respective luminaire.
  • the conventional halogen reading lights in the overhead area are replaced by LED reading lights, which are preferably attached with a gooseneck directly to a passenger seat and have an LED module in a bulb head.
  • LED reading lights Such a reading light is characterized in particular by the
  • the light emitting diodes of a respective LED module usually require a driver circuit for setting a suitable operating point, with which a. , voltage supplied from a vehicle electrical system is adapted to the forward voltage of an LED and the constant regulates the diode current.
  • LED modules In aviation (English aviation), high demands are generally placed on electrical and electronic equipment with regard to EMC (Electromagnetic Compatibility). Conducted disturbances, as well as space disturbances, must meet the requirements of the aviation standards of, for example, the RTCA-DO160 or customer specifications such as Boeing's D6-36440 or Airbus ABD0100.
  • Known LED modules therefore typically include linear voltage regulators, which provide a voltage difference between the diode forward voltage and the supplied vehicle electrical system voltage
  • Heat radiation of the LED module are also required by the mentioned standards to comply with limit values.
  • the touch temperature of an aluminum enclosure of an LED module may exceed the ambient temperature by a maximum of 7 ° C.
  • ISPS in-seat power supplies
  • USB Universal Serial Bus
  • a currently used in aviation LED module with a linear voltage regulation is, taking into account a maximum tolerable power loss in each case only for a certain nominal voltage used.
  • LED lamps are preferably equipped with a multi-LED module. which includes several series connected LEDs. The series connection of several LEDs allows a larger voltage drop, so that the linear voltage regulator has to absorb less power loss.
  • 1-LED modules can only be used in the aviation sector for small supply voltages. Compared to the multi-LED modules, they are characterized by a more homogeneous distribution of brightness in their cone of light, so that their use also on larger
  • a major disadvantage of the known LED lights is that for each of the different vehicle electrical systems, ie for the different voltage ranges, a separate LED module with an adapted LED configuration and an adapted voltage regulator can be developed got to. This is particularly disadvantageous in view of the time and technically complicated acceptances or tests for aviation approval. In addition, it is important for a direct operation on a vehicle electrical system special
  • US Pat. No. 7,148,632 B2 describes a light-emitting diode module which activates three groups of LEDs, each of which emits a different light color and whose intensity is adjustable. With provided procedures color and power can be calibrated.
  • This device has a voltage module for a voltage range of 23 V to 33 V, which noticeably limits its range of application.
  • Charge pump assembly to compensate for the voltage drop of a DC battery and thereby the
  • FIG. 2 of this publication shows that this arrangement compensates for a voltage range of approximately 3.4 to 2.4 V, which is completely unsuitable for the purposes of the aviation industry, for example.
  • US 2008/0054862 A1 describes an electronic device with a DC voltage supply, in which the Spännung a feeding battery is controlled by suitable converter for a load to be supplied.
  • the present invention proposes a light-emitting diode module having a housing and at least one.
  • Circuit board comprises, wherein the housing is preferably made of aluminum or a flame retardant plastic.
  • the printed circuit board has at least one light-emitting diode, an LED driver and a drive module, as well as a circuit arrangement.
  • the LED driver provides a constant working point for one through the
  • the circuit arrangement comprises an input for switching on a first voltage and a DC / DC converter as well as a bypass connected in parallel with the DC / DC converter, which by means of a
  • the drive module on the one hand be designed as a PWM module.
  • the drive module on the other hand as a mechanical switch or button
  • the switch or pushbutton can be used either as a mechanical switch or pushbutton or as a semiconductor switch
  • the comparator circuit is preferably between the
  • Input and the down converter module arranged, and adapted to the height of an input voltage of the
  • Detect circuitry and compare with a first and second threshold.
  • Comparator circuit is further. trained to attend
  • the present invention thus provides over the prior art, a universal light-emitting diode module, which can be used as a light source in various lighting devices in aviation technology.
  • the very complex approval procedure for such electronic components is therefore only once again, which is in view of the low numbers typical for aviation technology
  • the wide voltage range of the light-emitting diode module additionally offers the decisive advantage that fluctuations in the supply voltage provided on the electrical system side without Brightness fluctuations are processed by the light source. If, for example, in the case of a generator failure, the vehicle electrical system voltage drops from 28 V to 24 V in battery mode, the light-emitting diode module according to the invention also provides its full lighting intensity in emergency mode, as a result of which it is also preferred as an entrance light . suitable.
  • An advantageous embodiment provides to use a DC / DC converter in the form of an integrated buck converter module.
  • the invention provides to expand the circuit board of the light emitting diode module as a multipart circuit board, wherein the
  • Leiteplattenabitese can thus be folded in the housing of a light emitting diode module to be installed and take only a maximum volume of 12 cm 3 .
  • Surge protection circuit includes a
  • Field effect transistor includes, which limits the supply voltage in the event of overvoltage.
  • Light emitting diode module is between the input and the first filter circuit at least one suppressor diode, at least one varistor or a combination of suppressor diode and Varistor arranged.
  • suppressor diodes react very quickly to overvoltages, but can absorb relatively little energy, although varistors react somewhat more slowly, but can absorb more energy for this purpose.
  • Light emitting diode module are a plurality of suppressor diodes and / or varistors on the light emitting diode and other components of the LED board on the output side and / or input side between the input and the first filter circuit
  • Fig. 1 a block diagram of a
  • Wide-range voltage module for a
  • Fig. 3 a detailed circuit diagram of an alternative
  • 4 shows a circuit diagram of an LED board
  • 5 shows a 3D sectional view of a light-emitting diode module with an axial light exit opening
  • FIG. 6 shows a 3D sectional view of a light-emitting diode module with a radial light exit opening
  • Fig. 7 a measurement diagram for the space-bound
  • Fig. 8 a measurement diagram for the conducted
  • FIG. 1 is the block diagram of a
  • the illustrated range voltage module which is comprised of a light emitting diode module according to the invention with a 1-LED light source.
  • the light-emitting diode module fulfills the requirements of the RTCA-DO160E and is thus suitable
  • the illustrated wide-range voltage module includes an input terminal pair XI .3 and XI.2, at which a 4.5 V to 32.5 V DC voltage is provided from a vehicle electrical system.
  • the module includes a single one
  • High-performance LED Dil operated with a U4 LED driver and a driver, dimmable.
  • the brightness is controlled by a button or switch 12 or by an external connection to the XI .1 connector
  • Control unit adjustable.
  • a DC / DC converter U1 with a parallel-connected bypass 11 provides a DC voltage in the range between 4 V and 8 V for supplying the drive module and the LED driver.
  • a filter and protective zeschlaltung is provided, with which overvoltages and high-frequency disturbances are filtered.
  • FIG. 2 shows a detailed circuit diagram of a wide-range voltage module.
  • the illustrated circuit can essentially be divided into two parts, wherein the upper area shows a voltage supply circuit S1, at whose output a voltage UA between 4 V and 8 V DC is available, and the universal one at a
  • Any input voltage in a voltage range of 4.5 V to 32.5 V DC can be operated. At the bottom
  • Section of Figure 2 is an LED driver circuit
  • Brightness regulation of the high-power light-emitting diode Dil includes.
  • the power supply circuit Sl has input side via a three-pin connector XI, wherein at two of the electrical contacts XI .3 and XI .2 an input voltage is provided.
  • This input voltage may be a 5V DC voltage from an in-seat power supply (ISPS), for example, locally powered in an in-seat passenger-mounted infotainment system, or a 28V DC voltage, typically from an on-board electrical system in a cabin a commercial aircraft is provided and serves to supply a variety of electrical consumers.
  • Terminal XI.2 provides the ground potential (GND) for the circuit, the positive one Input voltage potential is applied to terminal XI .3, whereby this live input line is protected against overcurrents by a fuse Sil.
  • the voltage supply circuit S1 has overvoltage protection in its input region, which is suitable for filtering transient voltage peaks, which are generated, for example, by switching operations within the
  • Breaking voltage is designed for the maximum input voltage of the power supply circuit.
  • Bidirectional ESD Protection Diodes can also be used, as these diodes also provide very fast reaction times with low power losses.
  • the diode D18 in FIG. 2 is one such
  • the output of the voltage supply circuit Sl is preferably operated with a 4 V DC voltage provided by a DC / DC down converter.
  • the invention proposes a buck converter
  • Mass capacitors C4, C5 must be complemented.
  • the output voltage of the buck converter is connected to the Resistor R5. set.
  • the resistor R17 provides a base load for the buck converter.
  • the necessary inductance is also integrated. Due to the short lines within the interconnect level of an IC, the spurious emission typically caused by a transducer can be minimized so that only the conducted disturbances from the IC need to be reduced to aviation requirements.
  • a first filter S2 is provided in the voltage supply circuit S1, the input side next to the suppressor diode D5 is arranged and from the components C2, C17 and L2
  • An additional second filter S5 is provided directly at the voltage input of the converter and comprises the capacitances Cl and C3 as well as the inductance LI.
  • the presently known integrated down-converter Ul require an input voltage of at least 7 V. Nevertheless, the wide lying between 4.5 V to 32.5 V DC
  • Voltage supply circuit Sl a bypass circuit present, with an input voltage up to about 4 V directly through the MOS transistor VI can be switched to the output, provided that it has a voltage below 7V.
  • the transistor VI is connected via a
  • the transistor V4 is coupled via the voltage divider with the resistors R3 and R8 to the input circuit, wherein the voltage divider is dimensioned such that the transistor in the entire input voltage range of 4.5 V to 32.5 V is conductive and a voltage for the transistor V5 provides.
  • the capacitance C16 is provided which, for high-frequency signals which superimpose the input DC voltages, alters the divider ratio of the voltage divider such that the voltage drop across the parallel form of R3 and C16 drops below the threshold voltage of the transistor V4, thus blocking it becomes.
  • the detection of the switching threshold for the input voltage of the present voltage supply circuit Sl is provided by the transistor V5, the resistors R2 and R6 and the Zener diode D7.
  • an input voltage between 32.5 V and approximately 7.5 V
  • a voltage which is sufficiently high for switching on the transistor R2 drops across the resistor R2, which is connected in parallel with the base-emitter diode of the transistor V5.
  • the transistor V5 blocks and the gate potential of the transistor VI is pulled to ground (GND).
  • the thus applied negative gate-source voltage which is below the threshold voltage of the PMOS transistor VI, lets the transistor through, so that the bypass circuit is activated.
  • a resistor Rl is connected to the resistors R2 and R6 of the Switching threshold detection is connected .
  • the resistor Rl forms a parallel circuit with the resistor R2, so that the divider ratio is changed in the switching threshold detection such that to re-become conductive of the transistor V5 a
  • Input voltage of at least 8 V must be.
  • a hysteresis is provided which is about 0.5 V and in the transition region, an uncontrolled back and forth
  • LED Drive circuit for a 1-LED light source shown.
  • This comprises a LED driving chip U4, which operates the Dil LED pulsed at a constant operating point of its U / I characteristic line and is directly operated with a voltage of 4 V to 8 V DC from the power supply circuit.
  • the basic setting of the LED current is carried out by means of the resistors R15 and R16, which have a basic brightness of Specify LED Dil. This basic brightness of
  • LED Dil can be changed via a variable P M signal which is provided to the driver module by a P M block.
  • This PWM module can, for example, in the form of a ikrokontrollers U5
  • a value for a desired ' LED brightness via a button 12 is adjustable.
  • the microcontroller U5 is supplied with a 3 V DC voltage from a voltage regulator module U6, from which also the operating voltage for a driver circuit U2 is provided.
  • the driver circuit U2 drives a standard LED, which is integrated as lighting means in the button 12.
  • the terminal XI .1 of the wide-range voltage module allows setting or changing the brightness of an external second operating unit, which has an identical function to the button 12.
  • Field effect Transisotrs V2 connected so that it is controlled high impedance at an overvoltage at the input XI and thereby for the downstream of this modules limits the supply voltage applied thereto, in particular limited to harmless values for the downstream modules.
  • Field-effect transistor V2 can safely protect the downstream components from overvoltages during operation on the vehicle electrical system, even with a longer overvoltage
  • At least one suppressor diode D5 at least one varistor or a combination of suppressor diodes and varistors is arranged between the input (XI) and the first filter circuit (S2), which are not shown in the drawings except for the diodes D5.
  • the input (XI) the input (XI) and the first filter circuit (S2), which are not shown in the drawings except for the diodes D5.
  • these diodes D5 can also be Bidirectional ESD Protection Diodes, like these
  • Varistors on the light-emitting diode Dil see Figure 4, and other components of the LED board output side and / or input side between the input XI and the first Filter circuit (S2) and / or be arranged between the input (X2) and the LED driver U4.
  • FIG. 3 shows by way of example a circuit U4 '
  • FIG. 4 shows by way of example three suppressor diodes D5, which are connected in parallel with the light-emitting diode Dil, parallel to the switch or pushbutton 11 and parallel to the light-emitting diode D16, which serves for the key illumination.
  • the low emission of electromagnetic interference required in the aviation sector is ensured by an aluminum housing which is grounded at low impedance and picks up the circuit with the light-emitting diode.
  • the housing can be installed with the entire circuit in a preferred embodiment in a 12 cm 3 head of a reading light.
  • the housing can also be made of a flame-retardant plastic.
  • FIG. 5 shows a light-emitting diode module 30 with an axial light exit opening.
  • the module 30 comprises a housing 41 made of aluminum, with a light-emitting diode Dil and a lens 32.
  • Wide-range voltage module is constructed of two printed circuit boards 10a and 10b, which are electrically and mechanically related to a flexible portion, not shown, and thus forming a foldable printed circuit board unit.
  • FIG. 6 shows an alternative light-emitting diode module 40 which has a light exit opening aligned in the radial direction with a lens 42.
  • the power supply circuit Sl additionally includes a prescribed Verpolungsschut circuit S3, which is arranged in front of the comparator circuit S4 in the circuit diagram.
  • a reverse polarity protection z is realized by a diode connected in the load circuit.
  • the MOS transistor V3 is switched into the load circuit, at which a much lower voltage and power dissipation drops in the passband.
  • the voltage drop is controlled by the Zener diode D3.
  • FIG. 7a shows the emission of a light-emitting diode module at full light power and a supply voltage of 5 V.
  • FIGS. 7b to 7d were each carried out at a voltage of 28V.
  • Figures 7b and 7d show the spectra at full luminosity, wherein in the diagram 7d, the wide-range voltage module was measured without housing.
  • the measurement of the graph 7c was performed at 60% luminance of the LED.
  • Diagrams 7e and 7f show further measurement results of the wide-range voltage module without
  • Figures 8a to 8d show the conducted
  • Diagram 8a shows the spectrum at a
  • the diagrams 8b to 8d show the respective Freguenzspektrum with an input voltage of 28 V DC.
  • Light emitting diode module performed.
  • the measured values of FIGS. 8c and 8d were performed at 60% of the maximum light output.
  • Figure 9 illustrates the stability of the brightness of a
  • Light emitting diode module as a function of input voltage from 3.7 V to 35 V, the only surprisingly small

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtdiodenmodul mit einer Schaltungsanordnung zum ansteuern einer LED-Lichtquelle, das insbesondere für den Einsatz im Luftfahrtbereich geeignet ist. Ein erfindungsgemäßes Leuchtdiodenmodul umfasst ein Gehäuse (31, 41) und wenigstens eine Leiterplatte (10a, 10b), die mit wenigstens eine Leuchtdiode (D11) verbunden ist und einen LED-Treiber (U4) sowie einen Ansteuerbaustein (U5), sowie eine Schaltungsanordnung (S1) aufweist. Die Schaltungsanordnung (S1) umfasst einen DC/DC-Wandler (U1) sowie einen zu dem DC/DC-Wandler (U1) parallel geschalteten Bypass (11), der mittels einer Komparatorschaltung (S4) aktivierbar ist. Die Komparatorschaltung (S4) ist vorzugsweise zwischen einem Eingang (X1.3) der Schaltungsanordnung (Sl) und dem DC/DC-Wandler (U1) angeordnet und dazu ausgebildet, die Höhe einer Eingangsspannung der Schaltungsanordnung (S1) zu erfassen und mit einem ersten und zweiten Schwellenwert zu vergleichen, sowie bei Unterschreiten des ersten Schwellenwertes den Bypass zu aktivieren und bei Überschreiten des zweiten Schwellenwertes den Bypass zu deaktivieren.

Description

Schaltungsanordnung für eine LED-Lichtquelle
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtdiodenmodul mit einer Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer LED- Lichtquelle, das insbesondere für den Einsatz im
Luftfahrtbereich geeignet ist.
LED-Lichtquellen gewinnen im Beleuchtungsbereich zunehmend an Bedeutung. Der zu herkömmlichen Halogenlampen relativ hohe Wirkungsgrad und eine damit verbundene vergleichsweise geringe Wärmeabstrahlung sowie die mechanische Robustheit und die Langlebigkeit der einzelnen Leuchtdioden zeichnen sich insbesondere für den Einsatz im Verkehrswesen aus, zum Beispiel als Beleuchtungsmittel in einer Passagierkabine in Flugzeugen, Schiffen, Eisenbahnwagen usw.. Durch eine punktuelle Ausleuchtung mit einer Helligkeit von gewöhnlich 150-250 lx beim Abstand von 40-50 cm eignen sich die LED- Lichtquellen in besonders guter Weise als Leseleuchten (im englischen reading-lights) in Passagierflugzeugen.
Die Leuchtdiode ermöglichen bauartbedingt vergleichsweise vielfältige Möglichkeiten bezüglich einer funktionellen Gestaltung und dem Einbauort einer jeweiligen Leuchte. In Passagierflugzeugen werden zum Beispiel die herkömmlichen Halogen-Leseleuchten im Überkopfbereich durch LED- Leseleuchten ersetzt, die bevorzugt mit einem Schwanenhals direkt an einem Passagiersitz befestigt sind und über ein LED-Modul in einem Leuchtmittelkopf verfügen. Eine solche Leseleuchte zeichnet sich insbesondere durch die
BESTÄTIGUNGSKOPIE Schwenkbarkeit und einer damit verbundenen flexiblen
Ausrichtung eines Lichtkegels aus.
Die Leuchtdioden eines jeweiligen LED-Moduls benötigen zum Einstellen eines geeigneten Arbeitspunktes in der Regel eine Treiberschaltung, mit dem eine ..aus einem Bordnetz bereitgestellte Spannung auf die Vorwärtsspannung einer LED anpasst wird und die den Diodenstrom konstant regelt.
Im Luftfahrtbereich (im- englischen Aviation) werden im Allgemeinen an die elektrischen und elektronischen Geräte hohe Anforderungen bezüglich der EMV (Elektromagnetischen Verträglichkeit) gestellt. Die leitungsgebundenen Störungen sowie die raumgebundenen Störabstrahlungen müssen den in den Luftfahrtnormen zum Beispiel der RTCA-DO160 oder den Kundenspezifischen Vorgaben wie der D6-36440 von Boeing oder der ABD0100 von Airbus erfüllen. Bekannte LED-Module beinhalten daher in der Regel lineare Spannungsregler, die eine Spannungsdifferenz zwischen der Diodenvorwärtsspannung und der bereitgestellten Bordnetzspannung in
Verlustleistung umsetzen. Bei der dabei entstehenden
Wärmeabstrahlung des LED-Moduls sind ebenfalls durch die genannten Normen vorgeschrieben Grenzwerte einzuhalten. Zum Beispiel darf die Berührungstemperatur (im englischen touch temperature) eines Aluminiumgehäuse von einem LED-Modul die Umgebungstemperatur um maximal 7°C übersteigen.
In der gesamten Luftfahrt haben sich verschiedene Typen von Gleichspannungsbordnetze etabliert, die unterschiedliche Nennspannungen aufweisen. Während Sportflugzeuge oftmals ein 12 V/1 V DC Bordnetz haben, sind die Passagierkabinen von modernen Verkehrsflugzeugen in der Regel mit einem 28 V DC Bordnetz ausgerüstet. Zunehmend werden parallel zu der 28 V Spannungsebene zusätzlich andere Versorgungsspannungen durch diverse Netzteile bereitgestellt. Zum Beispiel werden durch so genannte In-Seat-Power-Supplies (ISPS) lokale 5 V Gleichspannungen erzeugt, die zum Beispiel über einen
Universellen Seriellen Bus (USB) unter anderem für eine im Sitz interagierte Unterhaltungselektronik bereitgestellt wird und an der gegebenenfalls auch eine LED-Leseleuchte zu Betreiben ist .
Ein derzeit in der Luftfahrt gebräuchliches LED-Modul mit einer linearen Spannungsreglung, ist unter Berücksichtigung einer maximal tolerierbaren Verlustleistung jeweils nur für eine bestimmte Nennspannung einsetzbar. Um eine solche möglichst geringe Verlustleistung zu gewährleisten, werden die für den 28 V Betrieb ausgelegten LED-Leuchten bevorzugt mit einem Multi-LED-Modul ausgerüstet, . das mehrere in Reihe geschaltete Leuchtdioden beinhaltet. Die Serienschaltung mehrerer LED ermöglicht einen größeren Spannungsabfall, so dass der lineare Spannungsregler weniger Verlustleistung aufnehmen muss. 1-LED-Module können im Luftfahrtbereich derzeit nur für kleine Versorgungsspannungen eingesetzt werden. Im Vergleich zu den Multi-LED-Modulen zeichnen sie sich durch eine homogenere Helligkeitsverteilung in ihrem Lichtkegel aus, so dass ihr Einsatz auch an größeren
Spannungen wünschenswert ist.
Ein wesentlicher Nachteil bei den bekannten LED-Leuchten ist, dass für jedes der unterschiedlichen Bordnetze, d.h. für die unterschiedlichen Spannungsbereiche, ein eigenes LED-Modul mit einer angepassten Leuchtdiodenkonfiguration und einem angepassten Spannungsregler entwickelt werden muss. Diese ist insbesondere im Hinblick auf die zeitlich und technisch aufwendige Abnahmen bzw. Prüfungen für eine Luftfahrt Zulassung nachteilig. Zudem ist es wichtig, für einen direkten Betrieb an einem Bordnetz spezielle
Anforderungen hinsichtlich einer dauerhaften sowie einer kurzzeitig auftretenden Überspannung zu berücksichtigen.
In US 7,148,632 B2 wird ein Leuchtdiodenmodul beschrieben, welches drei Gruppen von LEDs, die jeweils eine andere Lichtfarbe emittieren und deren Intentsität einstellbar ist, ansteuert. Mit bereitgestellten Prozeduren können Farbe und Leistung kalibriert werden. Diese Einrichtung verfügt über ein Spannungsmodul für einen Spannungsbereich von 23 V bis 33 V, welches dessen Einsatzbereich spürbar beschränkt.
US 2006/0220570A1 zeigt ein kostengünstiges Modul zur
Spannungsversorgung von LEDs. Mit einer
Ladungsträgerpumpenanordnung soll der Spannungsabfall einer Gleichstrombatterie kompensiert und hierdurch die
Versorgungsspannung bei abfallender Batteriespannung erhöht werden. Bei ausreichend hoher Batteriespannung wird die Ladungsträgerpumpenandordnung durch einen Bypass
überbrückt, um unerwünschte Verluste in diesem
batteriebetriebenen System zu vermeiden. Insbesondere aus
Figur 2 dieser Publikation ist zu erkennen, dass mit dieser Anordnung ein Spannungsbereich von etwa 3,4 bis 4 , 2 V kompensiert wird, welcher beispielsweise für die Zwecke der Luftfahrtindustrie vollständig ungeeignet ist.
US 2008/0054862 AI beschreibt ein elektronisches Gerät mit einer Gleichstromspannungsversorgung, bei welcher die Spännung einer speisenden Batterie durch geeignete Wandler für eine zu versorgende Last geregelt wird.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher neben anderen auch die Aufgabe gestellt, ein LED-Weitbereichsspannungsmodul bereitzustellen, das insbesondere die im Luftfahrtbereich gültigen Anforderungen erfüllt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein Leuchtdiodenmodul vor, das ein Gehäuse und wenigstens eine . Leiterplatte umfasst, wobei das Gehäuse bevorzugt aus Aluminium oder einem schwer entflammbaren Kunststoff gefertigte ist. Die Leiterplatte weist wenigstens eine Leuchtdiode, einen LED-Treiber und einen Ansteuerbaustein, sowie eine Schaltungsanordnung auf. Der LED-Treiber stellt einen konstanten Arbeitspunkt für einen durch den
Ansteuerbaustein gesteuerten gepulsten Betrieb der
Leuchtdiode bereit. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Eingang zum Anschalten einer ersten Spannung und einen DC/DC-Wandler sowie einen zu dem DC/DC-Wandler parallel geschalteten Bypass umfasst, der mittels einer
Komparatorschaltung aktivierbar ist.
In bevorzugten Ausführungsformen kann der Ansteuerbaustein einerseits als PWM-Baustein ausgeführt sein. Dies
ermöglicht vorteihaft eine Dimmung der LED.
In einer anderen Ausführungsform ist der Ansteuerbaustein andererseits als mechanischer Schalter oder Taster
ausgeführt oder ist mittels eines separaten Schalters oder Tasters oder über einen externen Schalteingang betätigbar. Der Schalter oder Taster kann einerseits als mechanischer Schalter oder Taster oder als Halbleiter-Schalter
ausgeführt sein, der mittels eines μ-Schalters angesteuert werden kann. Aufgrund der sehr geringen Schaltströme können vorteilhaft sehr kleine μ-Schalter, wie beispielsweise ein Schalter wie der OMRON-Schalter Typ D3SH, verwendet werden.
Die Komparatorschaltung ist vorzugsweise zwischen dem
Eingang und dem Abwärtswandlerbaustein angeordnet, und dazu ausgebildet, die Höhe einer Eingangsspannung der
Schaltungsanordnung zu erfassen und mit einem ersten und zweiten Schwellenwert zu vergleichen.
Komparatorschaltung ist weiter. dazu ausgebildet, bei
Unterschreiten des ersten Schwellenwerts den Transistor zur Aktivierung des Bypasses anzusteuern und bei Überschreiten des zweiten Schwellenwerts den Transistor zur Deaktivierung des Bypasses anzusteuern.
Die vorliegende Erfindung stellt somit gegenüber dem Stand der Technik ein universelles Leuchtdiodenmodul bereit, das als Leuchtmittel in verschiedenen Beleuchtungseinrichtungen in der Luftfahrttechnik einsetzbar ist. Die sehr aufwendige Zulassungsprozedur für derartige elektronische Komponenten fällt somit nur noch einmal an, was im Hinblick auf die für die Luftfahrttechnik typischen geringen Stückzahlen
besonders Vorteilhaft ist.
Der Weitspannungsbereich des Leuchtdiodenmoduls bietet zusätzlich den entscheidenden Vorteil, dass Schwankungen in der Bordnetzseitig bereitgestellten Eingangsspannung ohne Helligkeitsschwankungen durch das Leuchtmittel verarbeitet werden. Wenn zum Beispiel bei einem Generatorausfall die Bordnetzspannung von 28 V auf die 24 V im Batteriebetrieb absinkt, bietet das erfindungsgemäße Leuchtdiodenmodul auch im Notbetrieb seine volle LeuchtIntensität , wodurch es sich bevorzugt auch als Einstiegsleuchte .eignet .
Eine vorteilhafte Ausbildungsform sieht vor, ein DC/DC- Wandler in Form eines integrierten Abwärtswandlerbausteins einzusetzen..
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung sieht die Erfindung vor, die Leiterplatte des Leuchtdiodenmoduls als mehrteilige Leiterplatte auszubauen, wobei die
einzelnen Leiterplattenabschnitte miteinander durch
flexible Leiterbahnabschnitte verbunden sind. Die
Leiteplattenabschnitte können somit gefaltet in das Gehäuse eines Leuchtdiodenmoduls eingebaut werden und nehmen lediglich ein maximales Volumen von 12 cm3 ein.
Um bei einer länger anliegenden Spannung die
nachgeschalteten Komponenten vor Überspannungen beim
Betrieb am Bordnetz zu schützen ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung eine
Überspannungsschutzschaltung beinhaltet, die einen
Feldeffekttransistor beinhaltet, der bei Überspannung die Versorgungsspannung begrenzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des
Leuchtdiodenmoduls ist zwischen dem Eingang und der ersten Filterschaltung mindestens eine Suppressordiode , mindestens ein Varistor oder eine Kombination aus Suppressordiode und Varistor angeordnet. In vorteilhafter Weise reagieren Suppressordioden sehr schnell auf Überspannungen, können aber relativ wenig Energie aufnehmen, Varistoren reagieren zwar etwas langsamer, können jedoch dafür mehr Energie aufnehmen .
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
Leuchtdiodenmoduls sind mehrere Suppressordioden und/oder Varistoren an der Leuchtdiode sowie an weiteren Bausteinen der LED-Platine ausgangsseitig und/oder eingangsseitig zwischen dem Eingang und der ersten Filterschaltung
und/oder zwischen dem Eingang und dem LED-Treiber
angeordnet. Bei dieser besonders bevorzugten
Ausführungsform kann insbesondere ein Schutz vor Überspannungen, z.B. infolge von RADAR-Einstrahlung, EMPs oder ähnlichem, erzielt werden, die zwischen LED-Platine und Hauptplatine induziert /eingekoppelt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten, jedoch lediglich beispielhaften Aufführungsform der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1: ein Blockschaltbild eines
Weitbereichsspannungsmoduls für ein
erfindungsgemäßes Leuchtdiodenmodul ,
Fig. 2: einen detaillierten Schaltplan eines
Weitbereichsspannungsmoduls gemäß Figur 1, Fig. 3: einen detaillierten Schaltplan eines alternativen
Weitbereichsspannungsmoduls gemäß Figur 1,
Fig. 4: einen Schaltplan einer LED-Platine, Fig. 5: eine 3D-Schnittansicht eines Leuchtdiodenmoduls mit einer axialen Lichtaustrittsöffnung,
Fig. 6: eine 3D-Schnittansicht eines Leuchtdiodenmoduls mit einer radialen Lichtaustrittsöffnung,
Fig. 7: ein Messdiagramm für die raumgebundenen
Störabstrahlung in einem Frequenzbereich zwischen
150 kHz und 25 MHz,
Fig. 8: ein Messdiagramm für die leitungsgebundenen
Störabstrahlung in einem Frequenzbereich zwischen 150 kHz und 25 MHz,
Fig. 9: ein Messdiagramm für die Stabilität der Helligkeit über die Eingangsspannung.
In der Figur 1 ist das Blockschaltbild eines
eitbereichsspannungsmoduls dargestellt, das von einem erfindungsgemäßen Leuchtdiodenmodul mit einer 1-LED- Lichtquelle umfasst ist. Das Leuchtdiodenmodul erfüllt die Anforderungen der RTCA-DO160E und eignet sich somit
insbesondere als Leselampe oder als Kabinenbeleuchtung im Luftfahrtbereich .
Das dargestellte Weitbereichsspannungsmodul beinhaltet ein Eingangsklemmenpaar XI .3 und XI.2, an dem eine zwischen 4,5 V und 32,5 V große Gleichspannung aus einem Bordnetz bereitgestellt wird. Das Modul umfasst eine einzelne
Hochleistungsleuchtdiode Dil, die mit einem LED-Treiber U4 und einem Ansteuer-Baustein, dimmbar betrieben wird. Die Helligkeit ist über einen Taster oder Schalter 12 oder über eine an dem Anschluss XI .1 anschließbare externe
Bedieneinheit einstellbar. Ein DC/DC-Wandler Ul mit einem parallel geschalteten Bypass 11 stellt eine Gleichspannung im Bereich zwischen 4 V und 8 V zur Versorgung des Ansteuer-Bausteins und des LED- Treibers bereit. Am Eingang des Moduls ist eine Filter und Schut zbeschaltung vorgesehen, mit der Überspannungen und hochfrequente Störungen gefiltert werden.
Die Figur 2 zeigt einen detaillierten Schaltplan eines Weitbereichsspannungsmodul dar. Die dargestellte Schaltung kann im Wesentlichen in zwei Teile aufgeteilt werden, wobei der oberen Bereich eine Spannungsversorgungsschaltung Sl dargestellt, an deren Ausgang eine Spannung UA zwischen 4 V und 8 V DC bereitsteht, und die universell an einer
beliebigen Eingangsspannung im einem Spannungsbereich von 4,5 V bis 32,5 V DC betrieben werden kann. Im unteren
Abschnitt der Figur 2 ist eine LED-Treiberschaltung
dargestellt, die sämtliche Einrichtungen zur
Helligkeitsregulierung der Hochleistungsleuchtdiode Dil beinhaltet .
Die Spannungsversorgungsschaltung Sl verfügt Eingansseitig über eine dreipolige Steckverbindung XI, wobei an zwei der elektrischen Kontakte XI .3 und XI .2 eine Eingangsspannung bereitgestellt wird. Diese Eingangsspannung kann eine 5 V Gleichspannung aus einem In-Seat-Power-Supply (ISPS) sein, mit dem zum Beispiel in einem Passagiersitz integrierte InfotainmentSysteme lokal versorgt werden, oder eine 28 V Gleichspannung sein, die typischer Weise von einem Bordnetz in einer Kabine eines Verkehrsflugzeugs bereitgestellt wird und zur Versorgung verschiedenster elektrischer Verbraucher dient. Der Anschluss XI.2 stellt das Massepotential (GND) für die Schaltung bereit, das positive Eingangsspannungspotential liegt am Anschluss XI .3 an, wobei diese spannungsführende Eingangsleitung mit einer Sicherung Sil gegen Überströme abgesichert ist. Des Weiteren verfügt die Spannungsversorgungsschaltung Sl in ihrem Eingangsbereich über einen Überspannungsschutz, der zum Filtern transienter Spannungsspitzen geeignet ist, die beispielsweise durch Schaltvorgänge innerhalb des
Bordnetzes hervorgerufen werden könnten. Der
Überspannungsschutz ist bevorzugt als bidirektionale
Suppressordiode ausgeführt, deren Betriebs- bzw.
Durchbruchspannung auf die maximale Eingangsspannung der Spannungsversorgungsschaltung ausgelegt ist. Anstelle oder zusätzlich zu Suppressordioden können auch Bidirectional ESD Protection Diodes verwendet werden, da diese Dioden ebenfalls sehr schnell Reaktionszeiten bei geringen Verlustleistungen zur Verfügung stellen. Beispielhaft ist in Figur 2 die Diode D18 eine solche
Bidirectional ESD Protection Diode.
Der Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung Sl wird bevorzugt mit einer 4 V Gleichspannung betrieben, die von einem DC/DC-Abwärtswandler bereitgestellt wird. Um die Anforderungen der Luftfahrtnormen bezüglich geringer
Störabstrahlungen und Störempfindlichkeiten zu erfüllen, schlägt die Erfindung vor, einen Abwärtswandler
bereitzustellen, der vollständig als Integrierte Schaltung Ul aufgebaut ist und eingangs- und ausgangsseitig mit den
Massekondensatoren C4, C5 ergänzend beschaltet werden muss. Die Ausgangsspannung des Abwärtswandlers wird mit dem Widerstand R5. eingestellt. Der Widerstand R17 sorgt für eine Grundlast für den Abwärtswandler. Bei einem solchen Wandlerbaustein, beispielsweise vom Typ LTM8020, ist auch die notwendige Induktivität integriert. Bedingt durch die kurzen Leitungen innerhalb der Verdrahtungsebene eines IC können die typischer Weise von einem Wandler verursachten Störabstrahlung auf ein Minimum reduziert werden, so dass nur noch die leitungsgeführten Störungen aus dem IC auf die Luftfahrterfordernisse reduziert werden müssen.
Hierzu ist in dem vorliegenden Schaltplan der Figur 2 ein erster Filter S2 in der Spannungsversorgungsschaltung Sl vorgesehen, der eingangsseitig näch der Suppressordiode D5 angeordnet und aus dem Bauelementen C2, C17 und L2
aufgebaut ist. Ein zusätzlicher, zweiter Filter S5 ist direkt am Spannungseingang des Wandlers vorgesehen und umfasst die Kapazitäten Cl und C3 sowie die Induktivität LI .
Um eine gewünschte Ausgangsspannung von 4 V am Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung Sl bereitzustellen, benötigen die derzeit bekannten integrierten Abwärtswandler Ul eine Eingangsspannung von mindestens 7 V. Um dennoch den weiten zwischen 4,5 V bis 32,5 V DC liegenden
Eingangsspannungsbereich abzudecken, ist in der
Spannungsversorgungsschaltung Sl eine Bypass-Schaltung vorhanden, mit der eine Eingangsspannung bis ca. 4 V direkt über den MOS-Transistor VI auf den Ausgang durchgeschaltet werden kann, sofern diese einem Spannungswert unterhalb der 7 V aufweist. Der Transistor VI wird über eine
Komparatorschaltung S4 gesteuert, die die anliegende
Eingangsspannung erfasst und einen Schwellwert vergleicht, unterhalb der der Bypass geschaltet wird.
Der Transistor V4 wird über den Spannungsteiler mit den Widerständen R3 und R8 an den Eingangskreis gekoppelt, wobei der Spannungsteiler derart dimensioniert ist, dass der Transistor im gesamten Eingangsspannungsbereich von 4,5 V bis 32,5 V leitfähig ist und eine Spannung für den Transistor V5 bereitstellt. Parallel zu dem Widerstand R3 ist die Kapazität C16 vorgesehen, die für hochfrequente Signale, die die Eingangsgleichspannungen überlagern, das Teilerverhältnis des Spannungsteilers derart verändert, dass der Spannungsabfall über die Parallelschalung aus R3 und C16 unterhalb der Schwellenspannung des Transistors V4 absinkt, und dieser somit sperrend wird.
Die Erkennung der Schaltschwelle für die Eingangsspannung der vorliegenden Spannungsversorgungsschaltung Sl wird durch den Transistors V5, den Widerstände R2 und R6 sowie der Z-Diode D7 bereitgestellt. Bei einer Eingangsspannung zwischen 32,5 V und ca. 7,5 V fällt an dem Widerstand R2, der parallel zur Basis-Emitter-Diode des Transistors V5 geschaltet ist, eine zum Durchschalten des Transistors ausreichend große Spannung ab. Werden die 7,5 V
unterschritten, so sperrt der Transistor V5 und das Gate- Potential des Transistors VI wird auf die Masse (GND) gezogen. Die somit anliegende negative Gate-Source-Spannung die unterhalb der Schwellenspannung des PMOS-Transistors VI liegt, lässt den Transistor durchschalten, so dass die Bypass-Schaltung aktiviert ist.
An dem Drain-Anschluss des Transistors ist ein Widerstand Rl angeschlossen, der mit den Widerständen R2 und R6 der Schaltschwellenerkennung verbunden ist.. Bei einem leitenden Transistor VI bildet der Widerstand Rl mit dem Widerstand R2 eine Parallelschaltung, so dass das Teilerverhältnis in der Schaltschwellenerkennung derart verändert wird, dass zum Erneuten leitfähig werden des Transistors V5 eine
Eingangsspannung von mindestens 8 V .anliegen muss.
Somit wird zum aktivieren/deaktivieren der Bypass-Schaltung eine Hysterese bereitgestellt, die etwa 0,5 V beträgt und im Übergangsbereich ein unkontrolliertes Hin- und
Herschalten, ähnlich dem, eines astabilen Multivibrators, der Bypass-Schaltung wirksam unterdrückt, für den Fall, dass eine Eingangsspannung im Bereich der Schaltschwelle liegen sollte.
Am Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung Sl sind zwei Entkopplungsdioden Dl und D2 vorgesehen, die die Bypass- Schaltung und den Wandlerbaustein voneinander entkoppeln. Spannungsversorgungsschaltung stellt somit eine Spannung zwischen 4 V und 8 V DC bereit, die in Abhängigkeit von der Eingangsspannung über den Wandlerbaustein oder über die Bypass-Schaltung bereitgestellt wird.
In dem untern Bereich des in der Figur 2 dargestellten Schaltplans des Weitbereichsspannungsmoduls ist eine
Ansteuerschaltung für eine 1-LED-Lichtquelle dargestellt.' Diese umfasst einen LED-Treiberbaustein U4, der die LED Dil in einem konstanten Arbeitspunkt ihrer U/I-Kennlinie gepulst betreibt und direkt mit einer Spannung von 4 V bis 8 V DC aus der Spannungsversorgungsschaltung betrieben wird. Die Grundeinstellung des LED Stromes erfolgt mittels der Widerstände R15 und R16, die eine Grundhelligkeit der Leuchtdiode Dil vorgeben. Diese Grundhelligkeit der
Leuchtdiode Dil kann über ein veränderbares P M-Signal verändert werden, das dem Treiberbaustein von einem P M- Baustein bereitgestellt wird. Dieser PWM-Baustein kann beispielsweise in Form eines ikrokontrollers U5
bereitgestellt werden, wobei ein Wert für eine gewünschte' LED-Helligkeit über einen Taster 12 einstellbar ist.
Der Mikrokontroller U5 wird mit einer 3 V Gleichspannung aus einem Spannungsregler-Baustein U6 versorgt, aus der ebenso die Betriebsspannung für eine Treiberschaltung U2 bereitgestellt wird. Die Treiberschaltung U2 treibt eine Standard-LED, die als Beleuchtungsmittel in dem Taster 12 integriert ist.
Der Anschluss XI .1 des Weitbereichsspannungsmoduls erlaubt ein Einstellen bzw. Verändern der Helligkeit von einer externen zweiten Bedieneinheit, die zu dem Taster 12 eine identische Funktion aufweist.
Ein Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des
Leuchtdiodenmoduls ist in Figur 3 dargestellt.
Bei diesem Leuchtdiodenmodul beinhaltet die
Schaltungsanordnung (Sl) eine Überspannungsschutzschaltung (S3a) , die einen Feldeffekttransistor (V2), siehe Fig. 3) beinhaltet, der bei Überspannung die Versorgungsspannung begrenzt. Hierzu ist wie in Figur 3 dargestellt mit der Zenerdiode ZI und dem Widerstand R18 das Gate des
Feldeffekttransisotrs V2 verbunden, so dass dieser bei einer Überspannung am Eingang XI hochohmig gesteuert wird und hierdurch für die diesem nachgeschalteten Baugruppen die an diesen anliegende Versorgungsspannung limitiert, insbesondere auf für die nachgeschalteten Baugruppen unschädliche Werte beschränkt.
Aufgrund der niedrigen Verlustleistung des
Feldeffekttransistors V2 können auch bei einer länger anliegenden Überspannung die nachgeschalteten Komponenten sicher vor Überspannungen beim Betrieb am Bordnetz
geschützt werden und wird selbst im Störungsfall erhöhte Verfügbarkeit des Leuchtdiodenmoduls gewährleistet.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Leuchtdiodenmodul ist zwischen dem Eingang (XI) und der ersten Filterschaltung (S2) mindestens eine Suppressordiode D5, mindestens ein Varistor oder eine Kombination aus Suppressordioden und Varistoren angeordnet, welche außer den Dioden D5 in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Anstelle oder
zusätzlich zu den Dioden D5 können diese Varistoren
eingebracht sein. Werden diese Varistoren zusätzlich zu den Dioden D5 in der Schaltung verwendet, sind diese zu diesen Dioden D5 parallel geschaltet.
In bevorzugter Ausgestaltung können diese Dioden D5 auch Bidirectional ESD Protection Diodes sein, wie diese
beispielsweise unter der Bezeichnung PESD5V0S1BA/BB/BL von Phillips Semiconductors vertrieben werden.
Es können ferner mehrere Suppressordioden und/oder
Varistoren an der Leuchtdiode Dil, siehe Figur 4, sowie an weiteren Bausteinen der LED-Platine ausgangsseitig und/oder eingangsseitig zwischen dem Eingang XI und der ersten Filterschaltung (S2) und/oder zwischen dem Eingang (X2) und dem LED-Treiber U4 angeordnet sein.
Figur 3 zeigt beispielhaft mit der Schaltung U4 ' eine
Treiberschaltung für die Diode D12, welche
Schalterhinterleuchtung verwendet wird.
Figur 4 zeigt beispielhaft drei Suppressordioden D5, welche parallel zur Leuchtdiode Dil, parallel zum Schalter oder Taster 11 und parallel zur Leuchtdiode D16, welche der Tastenbeleuchtung dient, angeschlossen sind.
Die im Luftfahrtbereich geforderte geringe Abstrahlung von elektromagnetischen Störungen wird durch ein Gehäuse aus Aluminium gewährleiste, das niederohmig geerdet ist und die Schaltung mit der Leuchtdiode aufnimmt.
Das Gehäuse ist mit der gesamten Schaltung in bevorzugter Ausgestaltung in einen 12 cm3 großen Kopf einer Leseleuchte einbaubar .
Alternativ zu Aluminium kann das Gehäuse auch aus einem schwer entflammbaren Kunststoff gefertigt sein.
Entsprechende Gehäuse sind in den Figuren 5 und 6
dargestellt. Figur 5 zeigt ein Leuchtdiodenmodul 30 mit axialer Lichtaustrittsöffnung. Das Modul 30 umfasst ein Gehäuse 41 aus Aluminium, mit einer Leuchtdiode Dil und einer Linse 32. Die elektronische Schaltung mit dem
Weitbereichsspannungsmodul ist zwei Leiterplatten 10a und 10b aufgebaut, die mit einer nicht dargestellten flexiblen Abschnitt elektrisch und mechanisch zusammenhängen und somit eine faltbare Leiterplatten Einheit bilden. Figur 6 zeigt ein alternatives Leuchtdiodenmodul 40, das eine in radiale Richtung ausgerichtete Lichtaustrittsöffnung mit einer Linse 42 hat.
Die Spannungsversorgungsschaltung Sl enthält zusätzlich eine vorgeschriebene Verpolungsschut zschaltung S3, die vor der Komparatorschaltung S4 im Schaltplan angeordnet ist. Üblicher Weise wird ein Verpolungsschut z durch eine in den Lastkreis geschaltete Diode realisiert. In der vorliegenden Schaltung wird anstelle einer Diode der MOS-Transistor V3 in den Lastkreis geschaltet, an dem im Durchlassbereich einen wesentlich geringeren Spannung und Verlustleistung abfällt. Gesteuert wird der Spannungsabfall mit der Z-Diode D3. Beim Anlegen einer positiven Eingangsspannung fällt somit parallel zu der Gate-Source-Spannung des Transistors eine Spannung ab, so dass dieser durchgeschaltet wird. Der Stromfluss durch die Diode wird durch den Widerstand R7 begrenzt, so dass in diesem Zweig keine große
Verlustleistung abfällt.
Mit Blick auf die Figuren 7 und 8 wird deutlich, dass ein Leuchtdiodenmodul mit dem beschriebenen Gehäuse und dem Weitbereichsspannungsmodul hervorragend für den Einsatz in Umgebungen geeignet sind, in denen hohe Anforderungen an eine maximal zulässige Emission elektromagnetischer
Störungen gelten.
In den Diagrammen 7a bis 7f sind jeweils die
Frequenzspektren zwischen 150 kHz und 25 MHz raumgebundener Störabstrahlungen dargestellt. Zum Vergleich sind den gemessenen Kennlinien jeweils die zulässigen Grenzwerte gemäß der D6-36440 Spezifikation gegenübergestellt . Figur 7a zeigt die Störabstrahlung eines Leuchtdiodenmoduls bei voller Lichtleistung und einer Versorgungsspannung von 5 V.
Die in den Figuren 7b bis 7d dargestellten Messungen wurden jeweils bei einer Spannung von 28 V durchgeführt. Figur 7b und 7d zeigen die- Spektren bei voller Leuchtkraft, wobei in dem Diagramm 7d das Weitbereichsspannungsmodul ohne Gehäuse vermessen wurde. Die Messung des Diagramms 7c wurde bei 60% Leuchtkraft der LED durchgeführt. Die Diagramme 7e und 7f zeigen weitere Messergebnisse des Weitbereichsspannungsmoduls ohne
Gehäuse . Die Figuren 8a bis 8d zeigen die leitungsgebundenen
Störabstrahlungen des Leuchtdiodenmoduls.
Das Diagramm 8a zeigt das Spektrum bei einer
Eingangsspannung von 5 V, die Diagramme 8b bis 8d zeigen das jeweilige Freguenzspektrum bei einer Eingangsspannung von 28 V DC.
Die Messungen, die in den Figuren 8a und 8b dargestellt sind, wurden bei voller Lichtleistung des
Leuchtdiodenmoduls durchgeführt. Die Messwerte der Figuren 8c und 8d wurden bei 60% der maximalen Lichtleistung durchgeführt.
Wie aus sämtlichen Figuren ersichtlich ist, werden die zugelassenen Grenzwerte deutlich unterschritten.
Figur 9 stellt die Stabilität der Helligkeit eines
Leuchtdiodenmoduls als Funktion der Eingangsspannung von 3,7 V bis 35 V dar, die nur überraschend kleine
Helligkeitsänderungen zeigt.

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtdiodenmodul, das als LED-Lichtquelle insbesondere für Bordnetze im Luftfahrtbereich geeignet ist,
umfassend ein Gehäuse (31, 41) und wenigstens eine Leiterplatte (10a, 10b),
wobei die Leiterplatte mit wenigstens eine Leuchtdiode (Dil) verbunden ist und einen LED-Treiber (U4) sowie einen Ansteuerbaustein (U5), sowie eine
Schaltungsanordnung (Sl) aufweist, wobei der LED- Treiber (U4) einen konstanten Arbeitspunkt für einen durch den Ansteuerbaustein (U5) gesteuerten
vorzugsweise gepulsten Betrieb der Leuchtdiode (Dil) bereitstellt, und wobei die Schaltungsanordnung (Sl) einen DC/DC-Wandler (Ul) sowie einen zu dem DC/DC- Wandler (Ul) parallel geschalteten Bypass (11) umfasst, der mittels einer Komparatorschaltung (S4) aktivierbar ist, wobei
die Komparatorschaltung (S4), die vorzugsweise zwischen einem Eingang (XI.3) der Schaltungsanordnung (Sl) und dem DC/DC-Wandler (Ul ) angeordnet und dazu ausgebildet ist, die Höhe einer Eingangsspannung der
Schaltungsanordnung (Sl) zu erfassen und mit einem ersten und zweiten Schwellenwert zu vergleichen, sowie bei Unterschreiten des ersten Schwellenwertes den
Bypass zu aktivieren und bei Überschreiten des zweiten Schwellenwertes den Bypass zu deaktivieren.
2. Leuchtdiodenmodul nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Ansteuerbaustein (U5) als PW - Baustein, als Halbleiterschalter oder als mechanischer Schalter ausgebildet ist oder mittels eines separaten Schalters oder Tasters oder über einen externen
Schalteingang betätigbar ist.
3. Leuchtdiodenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der DC / DC- andler (Ul) ein
integrierter Abwärtswandlerbaustein ist.
4. Leuchtdiodenmodul nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (11) einen , Feldeffekttransistor (VI)- besitzt, dessen Gate durch die Komparatorschaltung (S4) aktivierbar ist.
5. Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1. 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (11) einen zweiten DC/DC-Wandler besitzt, der durch die
Komparatorschaltung (S4) aktivierbar ist.
6. Leuchtdiodenmodul gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schaltungsanordnung (Sl) eine Verpolungsschut zschaltung
(53) beinhaltet, die einen Feldeffekttransistor (V3) , eine Diode (D3) und einen Widerstand (R7) umfasst, wobei der Feldeffekttransistor (V3) in einem
stromführenden der zwischen dem Eingang (XI.3) der Schaltungsanordnung (Sl) und der Komparatorschaltung
(54) angeordnet ist.
7. Leuchtdiodenmodul, nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schaltungsanordnung (Sl) eine
Überspannungsschutzschaltung (S3a) beinhaltet, die einen Feldeffekttransistor (V2) umfaßt, der bei
Überspannung die Versorgungsspannung begrenzt.
8. Leuchtdiodenmodul gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schaltungsanordnung (Sl) eine erste Filterschaltung (S2) umfasst, die zwischen dem Eingang (XI.3) und der Komparatorschaltung (S4) angeordnet ist.
9. Leuchtdiodenmodul gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schaltungsanordnung (Sl) eine zweite Filterschaltung (S5) umfasst, die zwischen dem DC/DC-Wandler (Ul) und der Komparatorschaltung (S4) angeordnet ist.
10. Leuchtdiodenmodul gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Eingang (XI.3) und der ersten Filterschaltung (S2) mindestens eine Suppressordiode, mindestens ein
Varistor oder eine Kombination aus Suppressordioden und Varistoren angeordnet ist.
11. Leuchtdiodenmodul nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Suppressordioden und/oder Varistoren an der Leuchtdiode (Dil) sowie an weiteren Bausteinen der LED-Platine ausgangsseitig und/oder eingangsseitig zwischen dem Eingang (XI.3) und der ersten Filterschaltung (S2) und/oder zwischen dem Eingang (X2) und dem LED-Treiber U4 angeordnet sind. Leuchtdiodenmodul gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Ausgang (UA) der Schaltungsanordnung (Sl) und dem
Transistor (VI) eine erste Diode (Dl) vorgesehen ist, und dass zwischen dem Ausgang (UA) und dem
Wandlerbaustein (Ul) eine zweite Diode (D2) vorgesehen ist .
Leuchtdiodenmodul gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Leiterplatte eine mehrteilige starre Leiterplatte ist, wobei die Leiterplattenteile mit flexiblen
Leiterbahnabschnitten miteinander verbunden - sind und gefaltet in dem Gehäuse eingebracht sind.
Verwendung eines Leuchtdiodenmoduls, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche in Anwendungen mit geringen elektromagnetischen Strahlungsemissionen.
Verwendung eines Leuchtdiodenmoduls, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenmodul für Zwecke der Luftfahrt verwendet wird und insbesondere in Leseleuchten oder Lichtguellenanordnungen zur Lichteinkopplung in
Lichtleitende Medien verwendet wird.
Verwendung eines Leuchtdiodenmoduls, insbesondere gemäß einem der Ansprüche von 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenmodul in
medizintechnischen oder für medizintechnische Geräten verwendet wird.
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