EP2540140A1 - Schutz von leds gegen überhitzung und zu hohem durchgangsstrom - Google Patents

Schutz von leds gegen überhitzung und zu hohem durchgangsstrom

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Publication number
EP2540140A1
EP2540140A1 EP11704789A EP11704789A EP2540140A1 EP 2540140 A1 EP2540140 A1 EP 2540140A1 EP 11704789 A EP11704789 A EP 11704789A EP 11704789 A EP11704789 A EP 11704789A EP 2540140 A1 EP2540140 A1 EP 2540140A1
Authority
EP
European Patent Office
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leds
led
group
current
bridging
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11704789A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Künzli
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.)
Tridonic AG
Original Assignee
Tridonic AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Tridonic AG filed Critical Tridonic AG
Publication of EP2540140A1 publication Critical patent/EP2540140A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/54—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a series array of LEDs
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/18—Controlling the intensity of the light using temperature feedback
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/56—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits involving measures to prevent abnormal temperature of the LEDs
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/20—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection
    • H05B47/25—Circuit arrangements for protecting against overcurrent
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the invention relates to a method for protecting an LED or a group of LEDs against overheating and high through-current and a circuit arrangement for carrying out such a method.
  • the invention also relates to an LED lamp with such a circuit.
  • the LEDs can u.a. be organic and / or inorganic LEDs. LEDs are usually grouped because of their low operating voltage (3 -5 volts) and because of the relatively low light output through series and parallel connection. If, in a series connection, an LED fails due to an interruption failure, then the function of the whole group is inevitably affected. To counteract this undesirable effect, a protective circuit is known from EP 2009 960 A2, which in a
  • the protection circuit is provided with a bridging circuit part for the LED, which is controlled by a trigger circuit part in the form of a zener diode.
  • the present invention is concerned with another problem encountered with LEDs or groups of LEDs, namely with overheating, highlighted, for example, by overcurrent, damage to the LED, etc.
  • the object of the invention is to counteract the occurrence of the above influencing variables.
  • the invention proposes a method for protecting an LED or a group of LEDs, in particular against overheating and high throughput current.
  • the temperature of the LED or the group of LEDs is detected indirectly or directly.
  • the LED or group of LEDs is electrically bypassed and / or their feedthrough current is reduced.
  • the protection mode (bridging or the reduction of the through-current) can be canceled again if the detected, for example, measured temperature falls below a switch-on threshold again.
  • the turn-on threshold may be different than the turn-off threshold, here equal to or preferably less than the turn-off threshold.
  • the criteria for canceling this protection mode are preferably more complex, so that it may not be necessary to fall short of the switch-off threshold. For example. It may be necessary for the temperature to reach an operating setpoint or a defined value between the setpoint and switch-off threshold. The temperature threshold for canceling the protection mode can therefore be lower than the value for switching on the protection mode (hysteresis control).
  • the temperature could be measured again just below the shutdown threshold, then the override would be removed and after a short time the temperature could possibly rise above the shutdown threshold again and the system might shut down because of multiple overshoots.
  • the cancellation of the protection mode can therefore be regulated by a hysteresis.
  • the bridging or reduction of the passage current can be maintained for a certain minimum time.
  • the bridging time, or the time of reduction of the through-current, can be made longer than the time required for the cooling of the LED or the group of LEDs.
  • the bridging or reduction of the through-current can be permanently maintained if the measured temperature repeatedly exceeds the switch-off threshold, in particular within a given time window. Bridging or reducing the
  • Continuity current can be maintained permanently if the occurrence of Matterhit tion case met predetermined shutdown criteria.
  • the mentioned shutdown criteria can be, for example:
  • the bridging or reduction of the through-current can be displayed in the form of, for example, an acoustic or visual error signal. It can also be a message via a bus line to a control center.
  • the optical display can be realized by activating an LED, preferably a red LED, in the bypass path or the current reduction path.
  • the protection mode may be restricted to a portion of the LEDs or groups of LEDs of the plurality.
  • the temperature measurement can be done by means of a temperature sensor.
  • the bridging can be done by a thyristor.
  • the invention also relates to a circuit arrangement for protecting an LED or a group of LEDs, comprising: an LED protector connected in parallel with the LED or group of LEDs, which contains a temperature sensor, a logic circuit part and a bypass element, wherein the logic circuit portion evaluates the temperature sensed by the temperature sensor (thus generally: direct or indirect temperature sensing element) and causes the by-pass element to bypass the LED array of LEDs or reduce their through current if the measured temperature is a predetermined shutdown Threshold exceeds.
  • an LED protector connected in parallel with the LED or group of LEDs, which contains a temperature sensor, a logic circuit part and a bypass element, wherein the logic circuit portion evaluates the temperature sensed by the temperature sensor (thus generally: direct or indirect temperature sensing element) and causes the by-pass element to bypass the LED array of LEDs or reduce their through current if the measured temperature is a predetermined shutdown Threshold exceeds.
  • the bypass element can be a thyristor.
  • the logic circuit part may be programmed to switch the bypass element to a non-conductive state, and thus the bypass
  • the logic circuit part may be programmed to maintain bridging the LED or group of LEDs or reducing their through current for a certain minimum time.
  • the logic circuit part may be programmed such that the time of the bypass or the reduction of the through-current is made longer than the time required for the cooling of the LED or the group of LEDs.
  • the logic circuit part may be programmed to permanently maintain the bypass current reduction when the measured Temperature repeatedly exceeds the shutdown threshold.
  • the logic circuit part may be programmed so that the bridging or the reduction of the
  • the mentioned shutdown criteria can be, for example:
  • an overheating event counter can be reset ("reset") for certain events (restarting, etc.).
  • Means for generating an error signal may be provided which become effective with the lock-up.
  • the means for generating an error signal may have a - preferably red - LED or other lighting means arranged in the bridging path or current reduction path.
  • the protection Circuitry be provided only at a part of the LEDs or groups of LEDs from the plurality.
  • the invention also relates to an LED lamp, comprising a protective circuit of the type mentioned above and at least one LED illuminant, preferably at least one white LED.
  • the LED lamp can be, for example, a retrofit LED lamp, an LED module, an LED spot, etc.
  • the solution is that the through-current is reduced by a protected LED or group of LEDs or driven by bridging to zero, if directly or indirectly, but preferably by a real temperature measurement, an increase of the operating temperature over a predetermined shutdown - Threshold is detected. This inevitably results in a cooling of the LED or the group of LEDs.
  • the reduction should preferably be maintained for a minimum time such that cooling below a turn-on threshold is safely achieved.
  • the turn-on threshold may be less than or equal to the turn-off threshold.
  • the temperature of the LED or group of LEDs should be measured and the Measurement result for controlling the shutdown or bridging time to be exploited.
  • an error signal is preferably generated simultaneously with the reduction or bridging, which can be signaled to a control center via a bus line, for example. But it is also possible to limit the error signal locally and generate it as an optical or acoustic signal.
  • one of the LEDs or groups of LEDs considered here is part of an overall circuit with many LEDs or groups of LEDs into which they are connected in series, it is sufficient if only a partial number of LEDs or groups of LEDs is protected in the manner previously described , This is because the reduction of the passage current of the number of partitions of LEDs or groups of LEDs inevitably also results in a reduction of the through-current of the overall circuit.
  • a current protector connected in parallel with the LED or group of LEDs to be protected
  • the logic circuit portion evaluates the temperature sensed by the temperature sensor and causes the bypass element to bypass the LED or group of LEDs or to reduce their through current when the measured temperature exceeds a predetermined turn-off threshold.
  • a bypass element for example, a thyristor is suitable, which is switchable between a conducting and a non-conducting state. The bypass or current reduction takes place when the thyristor is controlled by the logic circuit part in the conductive state.
  • Pulse width modulation it is also possible with a thyristor to cancel the bridging or current reduction.
  • the temperature sensor should be physically in close contact with the LED or group of LEDs to be protected in order to ensure good heat transfer.
  • FIG. 1 shows a series connection of individual LEDs
  • Figure 2 shows a group of LEDs, with a
  • the series circuit shown in Figure 1 consists of three LEDs 1, 2 and 3, of which only the middle LED 2 to be protected against overheating or against the overheating causing overcurrent. These LEDs (or even OLEDs) can be white LEDs and / or monochromatic LEDs.
  • an LED protector 4 is connected in parallel. This causes upon detection of overheating of the LED 2, that the LED 2 is bridged, so that the current flowing through the LED series circuit through-current flows through the LED protector 4, because this is very low in the activated state and the LED 2 to be protected practically shorts. This bridging state is maintained at least until the LED 2 is safely cooled down again.
  • the reconnection can be done automatically when cooling below a switch-on threshold temperature detection, but also targeted for a predetermined or adaptive (eg, dependent on the previous history) minimum time delay.
  • the LED protector 4 can be kept in its activated low-resistance state after detection of overheating a predetermined minimum time, which is so dimensioned that a cooling is guaranteed with certainty. In the event that the occurrence of the overheating case meets certain criteria, the LED protector 4 may be programmed so that a re-switching is not excluded in the inactive high-resistance state.
  • shutdown criteria can be, for example:
  • the LED protector 4 it is also possible to design the LED protector 4 so that it can not only switch between two extreme states (high-impedance and low-resistance), but that it can be switched from one degree to another the overheating dependent reduction of the passage current through the LED 2 to be protected causes.
  • the more specifically implemented LED protector 4 shown in FIG. 2 is here connected in parallel to a group 5 of LEDs which are arranged on a common substrate. It contains a logic circuit part 6, a temperature sensor 9, a thyristor 7 and an error indication LED 8.
  • the temperature sensor 9 is in close heat-conducting contact with the group 5 of LEDs supporting substrate.
  • the measurement signal generated by the temperature sensor 9 is supplied to the logic circuit part 6 and evaluated by the latter for controlling the thyristor 7.
  • the logic circuit part 6 controls the previously non-conductive thyristor 7 to conduct.
  • the thyristor 7 lies in a bridging path to the group 5 of LEDs and thereby practically forms a bypass element.
  • the fault indicator LED 8 shown in FIG. 2 is connected in series with the thyristor 7. When the thyristor 7 becomes conductive, only the resistance of the fault indication LED 8 is effective in the bypass path. A sufficiently high voltage is now dropped across the fault indicator LED 8 so that it lights up and thus signals the error optically. The light generated by her falls through a window 10 and is visible from outside the LED protector 4.
  • the logic circuit part can extract its operating voltage from the bridging path in the manner shown.

Abstract

Um LEDs (2) oder Gruppen (5) von LEDs gegen Überhitzung und den diese verursachenden Überstrom zu schützen, wird eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch einen zu der LED (2) bzw. Gruppe von LEDs (5) ein parallel geschalteten LED-Protektor (4), der einen Temperatursensor (9), einen Logikschaltungsteil (6) und ein Bypass-Element (7) enthält, wobei der Logikschaltungsteil (6) die von dem Temperatursensor (9) gemessene Temperatur auswertet und das Bypass-Element (7) veranlasst, die LED (2) bzw. Gruppe von LEDs (5) zu überbrücken oder deren Durchgangsstrom zu reduzieren, wenn die gemessene Temperatur einen vorgegebenen Abschalt-Schwellenwert überschreitet.

Description

Schutz von LEDs gegen Überhitzung
und zu hohem Durchgangsstrom
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen einer LED oder einer Gruppe von LEDs gegen Überhitzung und zu hohem Durchgangsstrom sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Die Erfindung betrifft auch eine LED-Lampe mit einer derartigen Schaltung.
Die LEDs können u.a. organische und/oder anorganische LEDs sein. LEDs werden meistens wegen ihrer niedrigen Betriebsspannung (3 -5 Volt) und wegen der relativ geringen Lichtleistung durch Serien- und Parallelschaltung zu Gruppen zusammengefasst . Wenn in einer Serienschaltung eine LED infolge eines Unterbrechungsdefektes ausfällt, so ist zwangsläufig die Funktion der ganzen Gruppe davon betroffen. Um diesem unerwünschten Effekt entgegenzuwirken, ist aus der EP 2009 960 A2 eine Schutzschaltung bekannt, welche bei einem
Unterbrechungsdefekt einer zugeordneten LED deren Stromfluss übernimmt. Dazu ist die Schutzschaltung mit einem Überbrückungsschaltungsteil für die LED versehen, der von einem Triggerschaltungsteil in Form einer Zenerdiode gesteuert wird. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem anderen bei LEDs bzw. Gruppen von LEDs auftretenden Problem, nämlich mit einer Überhitzung, hervorgehoben bspw. durch Überstrom, Beschädigung der LED etc.. Aufgabe der Erfindung ist es, zu dem Auftreten der genannten Einflussgrößen entgegenzuwirken.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Merkmale betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung schlägt gemäss einem Aspekt ein Verfahren zum Schützen einer LED oder einer Gruppe von LEDs insbesondere gegen Überhitzung und zu hohem Durchgangsstrom vor. Dabei wird die Temperatur der LED oder der Gruppe von LEDs indirekt oder direkt erfasst. Wenn die erfasste Temperatur einen vorgegebenen Abschalt- Schwellenwert überschreitet, wird die LED oder die Gruppe von LEDs elektrisch überbrückt und/oder ihr Durchgangsstrom reduziert.
Dabei kann in der einfachsten Ausführung der Schutzmodus (Überbrückung bzw. die Reduzierung des Durchgangsstromes) wieder aufgehoben werden, wenn die erfasste, bspw. gemessene Temperatur einen Einschalt-Schwellenwert wieder unterschreitet. Der Einschalt-Schwellenwert kann vom Abschalt-Schwellenwert abweichen, hier gleich oder vorzugsweise kleiner dem Abschalt-Schwellenwert sein. Die Kriterien für eine Aufhebung dieses Schutzmodus sind vorzugsweise komplexer, so dass es nicht unbedingt ausreichend sein musst, den Abschalt-Schwellenwert wieder zu unterschreiten. Bspw. kann dazu erforderlich sein, dass die Temperatur einen Betriebssollwert bzw. einem definierten Wert zwischen Betriebssollwert und Abschalt- Schwellenwert erreicht. Der Temperatur- Schwellenwert für die Aufhebung des Schutzmodus kann also niedriger sein als der Wert für das Einschalten des Schutzmodus (Hysterese- Regelung) . Ansonsten könnte die Temperatur wieder knapp unter den Abschalt-Schwellenwert gemessen werden, die Überbrückung würde dann aufgehoben und nach kurzer Zeit könnte die Temperatur möglicherweise wieder über den Abschalt- Schwellenwert steigen und das System würde unter Umständen abschalten, weil mehrere Überschreitungen vorkommen. Die Aufhebung des Schutzmodus kann also durch eine Hysteresis geregelt sein.
Die Überbrückung bzw. Reduzierung des Durchgangsstromes kann eine bestimmte Mindestzeit aufrecht erhalten werden.
Die Überbrückungszeit , bzw. die Zeit der Reduzierung des Durchgangsstromes, kann länger bemessen werden als die für die Abkühlung der LED bzw. der Gruppe von LEDs notwendige Zeit .
Die Überbrückung bzw. die Reduzierung des Durchgangsstromes kann dauerhaft aufrecht erhalten werden, wenn die gemessene Temperatur den Abschalt-Schwellenwert, insbesondere innerhalb eines gegebenen Zeitfensters, wiederholt überschreitet. Die Überbrückung bzw. die Reduzierung des
Durchgangsstromes kann dauerhaft aufrecht erhalten werden, wenn das Auftreten des Überhit zungsfalls vorgegebene Abschaltkriterien erfüllt. Die genannten Abschaltkriterien können bspw. sein:
- Die Frequenz des Auftretens, also die Anzahl des Auftretens in einer bestimmten Zeiteinheit. Nach Ablauf der Zeiteinheit ohne Überhitzungsfall oder ohne Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Überhitzungsfallen innerhalb der Zeiteinheit kann somit ein Zähler wieder auf Null gestellt werden („Reset") ,
- Die absolute Anzahl des Auftretens. Dabei kann ein Überhitzungsereignis-Zähler bei bestimmten
Ereignissen (Neueinschalten, etc.) zurückgesetzt werden („Reset") .
Die Überbrückung bzw. Reduzierung des Durchgangsstromes kann in Form eines bspw. akustischen oder visuellen Fehlersignales angezeigt werden. Es kann auch eine Meldung über eine Busleitung an eine Steuerzentrale erfolgen.
Die optische Anzeige kann durch Aktivieren einer LED, vorzugsweise einer roten LED, in den Überbrückungspfad bzw. der Stromreduzierungspfad realisiert werden.
Wenn die LED oder die Gruppe von LEDs Teil einer aus einer Vielzahl von LEDs oder Gruppen von LEDs bestehenden Gesamtschaltung ist /sind, kann der Schutzmodus auf einen Teil der LEDs bzw. Gruppen von LEDs aus der Vielzahl beschränkt werden.
Die Temperaturmessung kann mittels eines Temperatursensors erfolgen.
Die Überbrückung kann durch einen Thyristor erfolgen.
Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung zum Schützen einer LED oder einer Gruppe von LEDs, aufweisend: einen zu der LED bzw. Gruppe von LEDs parallel geschalteten LED-Protektor, der einen Temperatursensor, ein Logikschaltungsteil und ein Bypass-Element enthält, wobei der Logikschaltungsteil die von dem Temperatursensor (somit allgemein: Element zur direkten oder indirekten Temperaturerfassung) gemessene Temperatur auswertet und das Bypass-Element veranlasst, die LED bzw. Gruppe von LEDs zu überbrücken oder deren Durchgangsstrom zu reduzieren, wenn die gemessene Temperatur einen vorgegebenen Abschalt-Schwellenwert überschreitet.
Das Bypass-Element kann dabei ein Thyristor sein.
Der Logikschaltungsteil kann so programmiert sein, dass er das Bypass-Element in einen nicht-leitenden Zustand schaltet und somit die Überbrückung bzw. die
Stromreduzierung aufhebt, wenn die gemessene Temperatur den einen Einschalt-Schwellenwert wieder unterschreitet, wobei der Einschalt-Schwellenwert von dem Ausschalt- Schwellenwert abweichen kann, d.h. insbesondere niedriger gewählt sein kann. Der Logikschaltungsteil kann so programmiert sein, dass er die Überbrückung der LED bzw. Gruppe von LEDs bzw. die Reduzierung ihres Durchgangsstromes eine bestimmte Mindestzeit lang aufrecht erhält. Der Logikschaltungsteil kann so programmiert sein, dass die Zeit der Überbrückung bzw. der Reduzierung des Durchgangsstromes länger bemessen wird als die für die Abkühlung der LED bzw. der Gruppe von LEDs notwendige Zeit.
Der Logikschaltungsteil kann so programmiert sein, dass die Überbrückung bzw. Reduzierung des Durchgangsstromes dauerhaft aufrecht erhalten wird, wenn die gemessene Temperatur den Abschalt-Schwellenwert wiederholt überschreitet .
Der Logikschaltungsteil kann so programmiert sein, dass die Überbrückung bzw. die Reduzierung des
Durchgangsstromes dauerhaft aufrecht erhalten wird, wenn das Auftreten des Überhitzungsfalls vorgegebene Abschaltkriterien erfüllt.
Die genannten Abschaltkriterien können bspw. sein:
- Die Frequenz des Auftretens, also die Anzahl des Auftretens in einer bestimmten Zeiteinheit. Nach Ablauf der Zeiteinheit ohne Überhitzungsfall oder ohne Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Überhit zungsfällen innerhalb der Zeiteinheit kann somit ein Zähler wieder auf Null gestellt werden („Reset") ,
- Die absolute Anzahl des Auftretens. Dabei kann ein Überhitzungsereignis-Zähler bei bestimmten Ereignissen (Neueinschalten, etc.) zurückgesetzt werden („Reset").
Mittel zum Generieren eines Fehlersignals können vorgesehen sein, die mit der Überbrückung wirksam werden.
Die Mittel zum Generieren eines Fehlersignals können eine im Überbrückungspfad bzw. Stromreduzierungspfad angeordnete - vorzugsweise rote - LED oder andere Leuchtmittel aufweisen.
Wenn die LED oder die Gruppe von LEDs Teil einer aus einer Vielzahl von LEDs oder Gruppen von LEDs bestehenden Gesamtschaltung ist/sind, kann die Schutz- Schaltungsanordnung nur bei einem Teil der LEDs bzw. Gruppen von LEDs aus der Vielzahl vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft auch eine LED-Lampe, aufweisend eine Schutzschaltung der oben genannten Art und wenigstens ein LED-Leuchtmittel, vorzugsweise wenigstens eine weisse LED.
Die LED-Lampe kann bspw. sein eine Retrofit LED-Lampe, ein LED-Modul, ein LED-Spot, etc..
Allgemein gesprochen besteht die Lösung darin, dass der Durchgangsstrom durch eine zu schützende LED oder Gruppe von LEDs reduziert bzw. durch Überbrückung ganz auf Null gefahren wird, wenn direkt oder indirekt, vorzugsweise aber durch eine echte Temperaturmessung eine Erhöhung von deren Betriebstemperatur über einen vorgegeben Abschalt- Schwellwert festgestellt wird. Dies hat zwangsläufig eine Abkühlung der LED bzw. der Gruppe von LEDs zur Folge.
Die Reduzierung bzw. Überbrückung sollte vorzugsweise eine Mindestzeit lang aufrecht erhalten werden, so dass die Abkühlung unter einen Einschalt-Schwellwert sicher erreicht wird. Der Einschalt-Schwellenwert kann kleiner oder gleich dem Abschalt-Schwellenwert gewählt sein.
Wenn nach einem Abschalten der Reduzierung bzw. der Überbrückung eine wiederholte Überhitzung festgestellt wird, so kann eine erneute und nunmehr dauerhafte Abschaltung bzw. Überbrückung vorgenommen werden.
Um eine Überhitzung festzustellen, sollte die Temperatur der LED bzw. der Gruppe von LEDs gemessen und das Messergebnis zur Steuerung der Abschalt- bzw. Überbrückungszeit ausgenutzt werden.
Um den zu bekämpfenden Effekt von außen zu erkennen, erzeugt man vorzugsweise gleichzeitig mit der Reduzierung bzw. Überbrückung ein Fehlersignal, das beispielsweise über eine Busleitung an eine Steuerzentrale gemeldet werden kann. Es ist aber auch möglich das Fehlersignal lokal zu begrenzen und als optisches oder akustisches Signal zu generieren.
Wenn eine der hier betrachteten LEDs oder Gruppen von LEDs Teil einer Gesamtschaltung mit vielen LEDs oder Gruppen von LEDs ist, in den diese in Serie geschaltet sind, so genügt es wenn nur eine Teilzahl von LEDs oder Gruppen von LEDs in der vorher beschrieben Weise geschützt wird. Dies deshalb, weil die Reduzierung des Durchgangsstromes der Teilzahl von LEDs bzw. Gruppen von LEDs zwangsläufig auch eine Reduzierung des Durchgangsstromes der Gesamtschaltung zur Folge hat.
Die schaltungsgemäße Realisierung der vorlegend beschriebenen Erfindungsidee ist möglich mit
einem Stromprotektor, der zu der zu schützenden LED bzw. Gruppe von LEDs parallel geschaltet ist,
einem Temperatursensor,
einem Logikschaltungsteil und
einem Bypass-Element ,
wobei der Logikschaltungsteil die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur auswertet und das Bypass-Element veranlasst, die LED bzw. Gruppe von LEDs zu überbrücken oder deren Durchgangsstrom zu reduzieren, wenn die gemessene Temperatur einen vorgegebenen Abschalt- Schwellenwert überschreitet. Als Bypass-Element eignet sich beispielsweise ein Thyristor, der zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Zustand umschaltbar ist. Die Überbrückung bzw. Stromreduzierung erfolgt, wenn der Thyristor von dem Logikschaltungsteil in den leitenden Zustand gesteuert wird. Wenn die zu schützende LED bzw. Gruppe von LEDs zum Dimmen mittels PWM-Betrieb („PWM" bedeutet
Pulsweitenmodulation) betrieben werden, so ist auch mit einem Thyristor eine Aufhebung der Überbrückung bzw. Stromreduzierung möglich.
Der Temperatursensor sollte in physisch möglichst engem Kontakt mit der zu schützenden LED bzw. Gruppe von LEDs stehen, um eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten.
Zur Anzeige eines Fehlers eignet sich wiederum eine LED, die in den Überbrückungspfad eingefügt ist, derart, dass sie bei Aktivierung des Bypass-Elementes mit einer hinreichend hohen Betriebsspannung versorgt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Reihenschaltung von einzelnen LEDs,
von denen eine mit einer schematisiert dargestellten Schutzschaltung verbunden ist;
Figur 2 eine Gruppe von LEDs, die mit einer
detaillierter dargestellten Schutzschaltung verbunden ist. Die in Figur 1 gezeigte Reihenschaltung besteht aus drei LEDs 1, 2 und 3, von denen nur die mittlere LED 2 gegen Überhitzung bzw. gegen den die Überhitzung verursachenden Überstrom geschützt werden soll. Diese LEDs (oder auch OLEDs) können weisse LEDs und/oder monochromatische LED sein .
Zu der LED 2 ist ein LED-Protektor 4 parallel geschaltet. Dieser bewirkt bei Feststellung einer Überhitzung der LED 2, dass die LED 2 überbrückt wird, so dass der durch die LED-Reihenschaltung fließende Durchgangsstrom durch den LED-Protektor 4 fließt, weil dieser im aktivierten Zustand sehr niederohmig ist und die zu schützende LED 2 praktisch kurzschließt. Dieser Überbrückungszustand wird mindestens solange aufrecht erhalten, bis die LED 2 sicher wieder abgekühlt ist. Das Wiedereinschalten kann automatisch bei einem Abkühlen unterhalb eines Einschalt-Schwellenwerts der Temperaturerfassung erfolgen, aber auch gezielt für eine vorgegebene oder adaptive (bspw. von der Vorgeschichte abhängige) Mindestzeitdauer verzögert werden .
Ergibt dann die Überwachung der Betriebstemperatur der LED 2, dass diese sich wieder auf einen Normalzustand abgekühlt hat, so wird der LED-Protektor 4 wieder in seinen inaktiven Zustand zurückgeschaltet.
Der LED-Protektors 4 kann in seinem aktivierten niederohmigen Zustand nach Feststellung einer Überhitzung eine vorgegebene Mindestzeit lang gehalten werden, die so bemessen ist, dass eine Abkühlung mit Sicherheit gewährleistet ist. Für den Fall, dass das Auftreten des Überhitzungsfalls bestimmte Kriterien erfüllt, kann der LED-Protektor 4 so programmiert sein, dass ein erneutes Umschalten in den inaktiven hochohmigen Zustand ausgeschlossen ist.
Die genannten Kriterien (Abschalt kriterien) können bspw. sein:
- Die Frequenz des Auftretens, also die Anzahl des Auftretens in einer bestimmten Zeiteinheit. Nach Ablauf der Zeiteinheit ohne Überhitzungsfall oder ohne Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Überhitzungsfälllen innerhalb der Zeiteinheit kann somit ein Zähler wieder auf Null gestellt werden („Reset") ,
- Die absolute Anzahl des Auftretens. Dabei kann ein
Überhitzungsereignis-Zähler bei bestimmten
Ereignissen (Neueinschalten, etc.) zurückgesetzt werden („Reset"). Es ist auch möglich, den LED-Protektor 4 so zu gestalten, dass er nicht nur zwischen zwei Extremzuständen (hochohmig und niederohmig) umschalten kann, sondern dass er eine vom Grad der Überhitzung abhängige Reduzierung des Durchgangsstromes durch die zu schützende LED 2 bewirkt.
Der in Figur 2 gezeigte konkreter ausgeführte LED- Protektor 4 ist hier parallel zu einer Gruppe 5 von LEDs geschaltet, die auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Er enthält einen Logikschaltungsteil 6, eine Temperatursensor 9, einen Thyristor 7 und eine Fehleranzeige-LED 8.
Der Temperatursensor 9 steht in einem engen wärmeleitenden Kontakt mit dem die Gruppe 5 von LEDs tragenden Substrat. Das von dem Temperatursensor 9 erzeugte Messsignal wird dem Logikschaltungsteil 6 zugeführt und von diesem zur Steuerung des Thyristors 7 ausgewertet. Wenn die von dem Temperatursensor 9 gemessene Temperatur des die LEDs tragenden Substrats einen vorgegeben Schwellwert überschreitet, steuert der Logikschaltungsteil 6 den vorher nicht-leitenden Thyristor 7 in den leitenden Zustand. Der Thyristor 7 liegt in einem Überbrückungspfad zu der Gruppe 5 von LEDs und bildet dadurch praktisch ein Bypass-Element .
Betrachtet man die Funktion der in Figur 2 dargestellten Schaltungsanordnung zunächst ohne die Fehleranzeige-LED 8 (man denke sich diese als vollständig leitend) , so fließt der Strom, der vorher durch die Gruppe 5 von LEDs floss und diese erhitzte, mit der Aktivierung des Thyristors 7 nunmehr über den Überbrückungspfad mit dem Thyristor . Die vorstehend im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Funktionen betreffend die Aktivierungszeit können durch entsprechende Programmierung des Logikschaltungsteiles 6 realisiert werden.
Die in Figur 2 gezeigte Fehleranzeige-LED 8 ist mit dem Thyristor 7 in Serie geschaltet. Wenn der Thyristor 7 leitend wird, so ist im Überbrückungspfad nur noch der Widerstand der Fehleranzeige-LED 8 wirksam. Über der Fehleranzeige-LED 8 fällt nun eine ausreichend hohe Spannung ab, damit diese leuchtet und damit den Fehlerfall optisch signalisiert. Das von ihr erzeugte Licht fällt durch ein Fenster 10 und ist von außerhalb des LED- Protektors 4 sichtbar.
Durch das Vorhandensein der Fehleranzeige-LED 8 im Überbrückungspfad wird der Strom durch die Gruppe 5 von LEDs nur reduziert, nicht aber vollständig umgeleitet. Das ist auch ausreichend, um eine Abkühlung der Gruppe 5 von LEDs zu erzielen. Die LEDs der Gruppe 5 leuchten im aktivierten Zustand des Thyristors 7 nicht mehr.
Da durch das Vorhandensein der Fehleranzeige-LED 8 im Überbrückungspfad die Gruppe 5 von LEDs nicht vollständig kurzgeschlossen wird, kann der Logikschaltungsteil seine Betriebsspannung in der gezeigten Weise aus dem Überbrückungspfad entnehmen.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Schützen einer LED (2) oder einer Gruppe von LEDs (5) gegen Überhitzung und zu hohen Durchgangsström,
bei dem die Temperatur der LED (2) oder der Gruppe von LEDs (5) indirekt oder direkt erfasst wird,
und bei dem dann - wenn die erfasste Temperatur einen vorgegebenen Abschalt-Schwellenwert überschreitet - die LED (2) oder die Gruppe von LEDs (5) elektrisch überbrückt oder ihr Durchgangsstrom reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem überbrückung bzw. die Reduzierung des Durchgangsstromes wieder aufgehoben wird, wenn die erfasste, bspw. gemessene Temperatur einen Einschalt-Schwellenwert wieder unterschreitet, der gleich oder vorzugsweise kleiner dem Abschalt-Schwellenwert ist.
3. Verfahren nach einem der vorher stehenden Ansprüche, bei dem die Überbrückung bzw. Reduzierung des Durchgangsstromes eine bestimmte Mindestzeit aufrecht erhalten wird.
4. Verfahren nach einem der vorher stehenden Ansprüche, bei dem die Überbrückungszeit bzw. die Zeit der Reduzierung des Durchgangsstromes länger bemessen wird als die für die Abkühlung der LED (2) bzw. der Gruppe von LEDs (5) notwendige Zeit.
5. Verfahren nach einem der vorher stehenden Ansprüche, bei dem die Überbrückung bzw. die Reduzierung des Durchgangsstromes dauerhaft aufrecht erhalten wird, wenn das Auftreten des Überhitzungsfalls vorgegebene Abschaltkriterien erfüllt.
6. Verfahren nach einem der vorher stehenden Ansprüche, bei dem die Überbrückung bzw. Reduzierung des Durchgangsstromes in Form eines Fehlersignales angezeigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche, bei dem dieses - wenn die LED (2) oder die Gruppe von LEDs (5) Teil einer aus einer Vielzahl von LEDs (1-3) oder Gruppen von LEDs (5) bestehenden Gesamtschaltung ist/sind - nur für einen Teil der LEDs (2) bzw. Gruppen von LEDs (5) aus der Vielzahl angewendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorher stehenden Ansprüche, bei dem die Temperaturmessung mittels eines Temperatursensors (9) erfolgt.
9. Schaltungsanordnung zum Schützen einer LED (1-3) oder einer Gruppe von LEDs, aufweisend:
einen zu der LED (2) bzw. Gruppe von LEDs (5) parallel geschalteten LED-Protektor (4), der einen Temperatursensor (9), einen Logikschaltungsteil (6) und ein Bypass-Element (7) enthält,
wobei der Logikschaltungsteil (6) die von dem Temperatursensor (9) gemessene Temperatur auswertet und das Bypass-Element (7) veranlasst, die LED (2) bzw. Gruppe von LEDs (5) zu überbrücken oder deren Durchgangsstrom zu reduzieren, wenn die gemessene Temperatur einen vorgegebenen Abschalt-Schwellenwert überschreitet.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass der Logikschaltungsteil (6) so programmiert ist, dass er das Bypass-Element (7) in einen nicht-leitenden Zustand schaltet und somit die Überbrückung bzw. die Stromreduzierung aufhebt, wenn die gemessene Temperatur einen Einschalt-Schwellenwert wieder unterschreitet, der gleich oder vorzugsweise kleiner dem Abschalt- Schwellenwert ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Logikschaltungsteil (6) so programmiert ist, dass er die Überbrückung der LED (2) bzw. Gruppe von LEDs (5) bzw. die Reduzierung ihres Durchgangsstromes eine bestimmte Mindestzeit lang aufrecht erhält.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Logikschaltungsteil (6) so programmiert ist, dass die Zeit der Überbrückung bzw. der Reduzierung des Durchgangsstromes länger bemessen wird als die für die Abkühlung der LED (2) bzw. der Gruppe von LEDs (5) notwendige Zeit.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Logikschaltungsteil (6) so programmiert ist, dass die Überbrückung bzw. Reduzierung des Durchgangsstromes dauerhaft aufrecht erhalten wird, wenn das Auftreten des Überhitzungsfalls vorbestimmte Abschaltkriterien erfüllt.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
gekennzeichnet durch
Mittel (8) zum Generieren eines Fehlersignals, die mit der Überbrückung aktiviert werden.
15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass - wenn die LED (2) oder die Gruppe von LEDs (5) Teil einer aus einer Vielzahl von LEDs oder Gruppen von LEDs bestehenden Gesamtschaltung ist/sind - die
Schaltungsanordnung nur bei einem Teil der LEDs (2) bzw. Gruppen von LEDs (5) aus der Vielzahl vorgesehen ist.
16. LED-Lampe, Aufweisend eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, sowie wenigstens ein LED- Leuchtmittel .
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