EP2842388B1 - Led-anordnung - Google Patents

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EP2842388B1
EP2842388B1 EP13719089.8A EP13719089A EP2842388B1 EP 2842388 B1 EP2842388 B1 EP 2842388B1 EP 13719089 A EP13719089 A EP 13719089A EP 2842388 B1 EP2842388 B1 EP 2842388B1
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EP
European Patent Office
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led
current
strand
leds
strands
Prior art date
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EP13719089.8A
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French (fr)
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EP2842388A1 (de
Inventor
Cristian OLARIU
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Zumtobel Lighting GmbH Austria
Original Assignee
Zumtobel Lighting GmbH Austria
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Publication date
Application filed by Zumtobel Lighting GmbH Austria filed Critical Zumtobel Lighting GmbH Austria
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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
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • 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
    • H05B45/52—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a parallel 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]
    • H05B45/50—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

Definitions

  • the present invention relates to an LED array, comprising at least one LED array, which has at least two parallel LED strands, wherein in each LED strand at least one LED is arranged.
  • LEDs are now used in many different areas. For example, in lighting technology, more and more conventional light sources are being replaced by corresponding LEDs. Depending on the lighting task then some high-power LEDs or a variety of smaller or weaker LEDs can be used. In addition, it should also be noted that the LEDs are usually available only with certain output powers and for certain currents, which is why the arrangement of the LEDs in an LED array with one or more LED arrays is provided especially for small and weak LEDs. Such LED arrays with one or more LED arrays are used for example in area lights.
  • Such an LED array with an LED array can exemplify the FIG. 1 are removed, wherein the LED array has three parallel and interconnected LED strings, which are all connected in common to a constant current source 2.
  • several series-arranged or series-connected or interconnected LEDs 1 are provided in each LED string, which is why the LED array as a whole has a combined series and parallel connection of the LEDs 1.
  • the LEDs 1 are all operated in the same way, which is why, as a rule, the same type is also used for all LEDs 1. Accordingly, results in the in FIG. 1 LED array shown a nearly equal current through all the LED strands, causing all the LEDs 1 light substantially the same.
  • the current provided by the constant current source 2 is divided equally among the individual LED strings.
  • FIG. 2 shows an LED array having a plurality of LED arrays, which are respectively arranged in series or series or interconnected.
  • Each of these LED arrays is identical to the one in FIG. 1 constructed LED array constructed. Accordingly, each LED array has three parallel arranged or interconnected LED strands, in each of which a plurality of series-connected or series-connected or interconnected LEDs 1 are provided. Since the same type is usually used for the LEDs 1 within an LED array, in each case the current provided by the constant current source 2 is equally distributed to the LED strings.
  • the current supplied by the constant current source 2 is distributed substantially uniformly across all the LED strings using one type for all the LEDs 1. However, this only applies until one of the LEDs 1 has a defect. Although the probability of failure of a single LED 1 is relatively low, the probability of one of the LEDs 1 having a defect increases due to the large number of LEDs 1 used in a corresponding LED arrangement is such that possibly the probability of failure of a whole LED arrangement is higher than desired.
  • the LED arrangement shown now has the problem that in case of a defect of an LED 1, the distribution of the output from the constant current source 2 current is no longer uniform on all LED strands.
  • the LED string with the defective LED due to the short circuit in the distribution of the current, must be regarded as an LED string compared to the LED string other LED strands has one less LED.
  • the current supplied by the constant current source is then distributed to the LED strings in such a way that the LED string with the defective LED produces a significantly higher current than the other two LED strands flowing.
  • the LEDs in this LED strand are traversed by a higher current than before the defect and at the same time the LEDs in the other two LED strands of a lower current, wherein the amount of change in the currents in this case depends on the number of LED strands , These altered current flows thus also lead to a change in the light output of all functioning LEDs.
  • the higher current flow in the LED strand with the defective LED can lead to further damage to the still functional LEDs, in particular if the current through this LED strand exceeds the maximum permissible LED Current exceeds.
  • the publication WO 2008099979 A2 discloses an LED array having three LED strings corresponding to red, green and blue channels arranged in parallel and each having a plurality of serially connected LEDs.
  • a current limiter is provided for limiting the current flowing in the LED string. Accordingly, the present invention is based on the object of further developing the LED arrangements outlined above such that, in the event of a defect in an LED, no further LEDs are damaged and the LED arrangement can continue to be operated.
  • an LED array having at least one LED array, which has at least two parallel arranged LED strands proposed, wherein in each LED strand at least one LED is arranged and in each LED strand, a current limiter for limiting the in the LED Stream current is provided, wherein the current limiter is adapted to limit the current flowing in the LED string upon reaching a predetermined limit to the limit, wherein at a current below this limit, the current limiter substantially no influence on the in the LED strand has flowing current.
  • the current limiter has an additional protection circuit and the additional protection circuit is designed to drive a thyristor to bypass all LED strings
  • each LED string in addition to the LEDs nor a current limiter in addition to the LEDs nor a current limiter is arranged, which in normal operation, ie if none of the LEDs is defective, has virtually no influence on the respective LED strand and thus is inactive or invisible, so to speak.
  • the current limiter is then able to compensate for the short circuit of the LED, wherein the current limiter limits the current flowing through the corresponding LED string current to a corresponding limit.
  • the current is provided by a constant current source.
  • at least one of the LED strands has at least two LEDs arranged in series, and that the LED arrangement has a plurality of LED arrays arranged in series.
  • the current limiter arranged in the LED strings may preferably have two transistors and one resistor, wherein the transistors are a field-effect transistor and bipolar transistor and the limitation of the Current in the LED string to the limit by the field effect transistor occurs.
  • the control of the bipolar transistor takes place here by the resistor.
  • the current limiter may comprise a further resistor, wherein the further resistor and the bipolar transistor are then provided for controlling the field effect transistor.
  • the additional protection circuit and the thyristor then serve in the case of excessive load for the current limiter to bridge the entire LED array or turn off. This case can occur, for example, when several LEDs of the same string fail. This is particularly useful when a series connection of multiple arrays is provided. In this case, although the array is then turned off with the defective LED, the other arrays, however, were supplied unaffected by the current provided by the constant current source.
  • LED arrangements are shown, which, as already explained above, are already known from the prior art.
  • the LED arrangement in FIG. 1 In this case has an LED array, whereas in the in FIG. 2 shown LED array three series-connected or series LED arrays are provided.
  • the LED arrays in turn consist of three parallel or interconnected LED strands, in each of which a plurality of series-connected or series-connected or interconnected LEDs 1 are provided.
  • a constant current source 2 is additionally present, wherein the current is evenly distributed to the individual LED strands.
  • each LED strand additionally a current limiter is provided for limiting the current flowing in the LED string current.
  • FIG. 3 is shown an LED arrangement, which is essentially the LED arrangement in FIG. 1 equivalent.
  • each LED strand still has a current limiter 3.
  • These are used by the to restrict current flowing respective LED strand to a desired limit, wherein at a current below this limit, the current limiter 3 has substantially no influence on the current flowing in the LED string current.
  • the limit value is chosen so that it is just above the current value, which flows through the LED string, if none of the LEDs 1 is defective. That is, the current limiter 3 in normal operation, as long as no defect of an LED 1 occurs, do not absorb power and, accordingly, no voltage drop occurs at the current limiter 3, whereby this is inactive or invisible without defect of an LED 1.
  • the current rising in the corresponding LED string is then limited or limited by the respective current limiter 3 to the limit value.
  • the current flowing in this LED string does not exceed the predetermined limit.
  • This limitation then additionally achieves that the current flowing through the other LED strands scarcely drops, since the current provided by the constant current source 2 remains constant and is still distributed relatively uniformly over the individual LED strands. This is achieved in that in the LED string with the short circuit, the current due to the current limiter 3 can only rise to the limit.
  • the limit of the current limiter would be set in this case to 1.1 amps. If a short circuit occurs on one of the LEDs in one of the LED strings, without the current limiter in the corresponding LED string, the current flow would rise to a value significantly above 1.1 amperes. In the present invention, however, it is then provided that the current limiter so correctively engages in the respective LED strand, that the current flow in this LED strand is actually limited to 1.1 amps, whereby, accordingly, an excessive increase of the current in this LED -Strand and an excessive decrease of the current in the other LED strands is prevented.
  • the corresponding current limiter thus becomes active and in this case has a corresponding voltage drop across the current limiter, as a result of which a compensation of the defective LED by the current limiter becomes possible.
  • the current limiter has two transistors 4 and 5, two resistors 6 and 7 and a Zener diode 8.
  • the transistor provided with the reference numeral 4 is a field effect transistor, which is arranged in series or series with the LEDs 1, as well as the resistor with the reference numeral 6.
  • This resistor with the reference numeral 6 then controls the transistor by the reference numeral 5, which is designed as a bipolar transistor.
  • the bipolar transistor 5 controls the field effect transistor 4.
  • the transistors 4 and 5 and the resistors 6 and 7 are then designed so that in normal operation, so if all the LEDs 1 are functional, the resulting current flow and thus the voltage drop across the resistor 6 is dimensioned such that the field effect transistor 4 is freely continuous, so does not constitute a resistance to the flow of current.
  • the bipolar transistor 5 corrects and controls the field effect transistor 4 in such a way that the current flow is limited to the limit value, wherein the limit value is just above the normal current flow.
  • the two transistors 4 and 5 and the two resistors 6 and 7 are used to limit the current in an LED string in which a short circuit of an LED 1 occurs.
  • a short circuit is by far the most commonly occurring defect in LEDs.
  • a failure of an LED in an LED string causes an interruption.
  • the current in the LED string with the defective LED drops to zero.
  • a constant current source 2 is provided, distributed from the Constant current source 2 provided power is no longer on three LED strands but only on two LED strands, whereby the current through these two LED strands increases significantly. If then the current increase would exceed the limit of the current limiter, the total voltage of the LED array would increase as well.
  • the components of the current limiter 3 could be damaged.
  • FIG. 4 shown form of the current limiter still provided an additional protection circuit in the form of a Zener diode 8, which essentially suppresses the function of the other components of the current limiter 3 or bridges these components and thus protects against damage.
  • the Zener diode 8 is arranged parallel to the field effect transistor 4 and the resistor 6 and thus protects the other components of the current limiter 3 from overloading.
  • the Zener diode 8 is accordingly important in the LED strings which have no interruption by a defect of an LED.
  • the total current distributed to the other LED strands is reduced or switched off, which not only protects the components of the current limiter 3 but also a protection of the LEDs 1 of the other LED strands is ensured.
  • FIG. 5 Such an embodiment of a protection circuit is in FIG. 5 shown, instead of in FIG. 4 shown z-diode 8 is a slightly more complex circuitry is used.
  • This protective circuit 9 is in turn arranged in parallel to the components of the current limiter 3 and consists of a parallel connection of a resistor 10 and a capacitor 11, which are connected together via a Zener diode 12 to the input of the current limiter 3.
  • the connection point between Zener diode 12 and parallel connection of resistor 10 and capacitor 11 is connected to a thyristor 13, which is connected in accordance with the illustration parallel to the LED strings.
  • the Other LED strings have identical protection circuits 9, which are also connected in the manner shown with the thyristor 13.
  • the current limiter in normal operation that is, when none of the LEDs is defective, has no influence on the LED strands and thus inactive or invisible and is only used in case of a defect of one of the LEDs and correcting or limiting accordingly intervenes.

Landscapes

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

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Anordnung, mit mindestens einem LED-Array, welches mindestens zwei parallel angeordnete LED-Stränge aufweist, wobei in jedem LED-Strang mindestens eine LED angeordnet ist.
  • LEDs werden mittlerweile in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt. So werden beispielsweise in der Beleuchtungstechnik immer mehr herkömmliche Leuchtmittel durch entsprechende LEDs ersetzt. Je nach Beleuchtungsaufgabe können dann einige Hochleistungs-LEDs oder aber eine Vielzahl von kleineren bzw. schwächeren LEDs verwendet werden. Zusätzlich ist hierbei auch noch anzumerken, dass die LEDs zumeist nur mit bestimmten Ausgangsleistungen und für bestimmte Ströme verfügbar sind, weshalb insbesondere bei kleinen und schwachen LEDs die Anordnung der LEDs in einer LED-Anordnung mit einem oder mehreren LED-Arrays vorgesehen ist. Derartige LED-Anordnungen mit einem oder mehreren LED-Arrays werden beispielsweise in Flächenleuchten verwendet.
  • Eine derartige LED-Anordnung mit einem LED-Array kann beispielhaft der Figur 1 entnommen werden, wobei das LED-Array drei parallel angeordnete und verschaltete LED-Stränge aufweist, die alle gemeinsam an einer Konstantstromquelle 2 angeschlossen sind. Zusätzlich sind in jedem LED-Strang mehrere in Serie bzw. Reihe angeordnete bzw. verschaltete LEDs 1 vorgesehen, weshalb das LED-Array im Gesamten eine kombinierte Serien- und Parallelschaltung der LEDs 1 aufweist. Bei derartigen LED-Arrays ist dann zumeist vorgesehen, dass die LEDs 1 alle in gleicher Weise betrieben werden, weshalb in der Regel für alle LEDs 1 auch derselbe Typ zum Einsatz kommt. Entsprechend ergibt sich bei der in Figur 1 gezeigten LED-Anordnung ein nahezu gleicher Strom durch alle LED-Stränge, wodurch alle LEDs 1 im Wesentlichen gleich hell leuchten. Somit wird der durch die Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellte Strom gleichmäßig auf die einzelnen LED-Stränge aufgeteilt.
  • Figur 2 zeigt demgegenüber eine LED-Anordnung, die mehrere LED-Arrays aufweist, die jeweils in Serie bzw. Reihe angeordnet bzw. verschaltet sind. Jedes dieser LED-Arrays ist hierbei identisch zu dem in Figur 1 dargestellten LED-Array aufgebaut. Dementsprechend weist jedes LED-Array drei parallel angeordnet bzw. verschaltete LED-Stränge auf, bei denen jeweils mehrere in Reihe bzw. Serie angeordnete bzw. verschaltete LEDs 1 vorgesehen sind. Da innerhalb eines LED-Arrays zumeist für die LEDs 1 auch derselbe Typ zum Einsatz kommt, verteilt sich auch hier jeweils der durch die Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellte Strom gleichmäßig auf die LED-Stränge. Durch die Anordnung der LED-Arrays in einer Reihen- bzw. Serienschaltung ist es hierbei aufgrund der Eigenschaften einer Reihenschaltung bzgl. der Stromverteilung unerheblich, ob in allen LED-Arrays für die LEDs 1 dieselben Typen verwendet werden oder ob in einem ersten LED-Array ein erster Typ und in einem zweiten LED-Array ein zweiter Typ verwendet wird.
  • Im Nachfolgenden wird insbesondere auf die Stromverteilung innerhalb eines LED-Arrays Bezug genommen, weshalb im weiteren Verlauf wieder die in Figur 1 gezeigte LED-Anordnung herangezogen werden soll. Wie bereits erläutert, verteilt sich der durch die Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellte Strom bei der Verwendung eines Typs für alle LEDs 1 im Wesentlichen gleichmäßig über alle LED-Stränge. Dies gilt allerdings nur solange, bis eine der LEDs 1 einen Defekt aufweist. Zwar ist die Ausfallwahrscheinlichkeit einer einzelnen LED 1 relativ gering, durch die Vielzahl der bei einer entsprechenden LED-Anordnung zum Einsatz kommenden LEDs 1 erhöht sich dann allerdings die Wahrscheinlichkeit, dass eine der LEDs 1 einen Defekt aufweist, soweit, dass möglicherweise die Ausfallwahrscheinlichkeit einer gesamten LED-Anordnung höher als erwünscht ist.
  • Bei der in Figur 1 gezeigten LED-Anordnung besteht nunmehr das Problem, dass bei einem Defekt einer LED 1 die Verteilung des von der Konstantstromquelle 2 abgegebenen Stroms nicht mehr gleichmäßig auf alle LED-Stränge erfolgt. So besteht bei einem Kurzschluss, dem mit Abstand am häufigsten auftretenden Defekt bei LEDs, das Problem, dass der LED-Strang mit der defekten LED durch den Kurzschluss bei der Aufteilung des Stroms als ein LED-Strang zu betrachten ist, der im Vergleich zu den anderen LED-Strängen eine LED weniger aufweist. Entsprechend der Parallelschaltung der LED-Stränge wird dann der von der Konstantstromquelle zur Verfügung gestellte Strom so auf die LED-Stränge aufgeteilt, dass durch den LED-Strang mit der defekten LED ein deutlich höherer Strom als durch die anderen beiden LED-Stränge fließt. Somit werden die LEDs in diesem LED-Strang von einem höheren Strom als vor dem Defekt durchflossen und gleichzeitig die LEDs in den beiden anderen LED-Strängen von einem niedrigeren Strom, wobei die Höhe der Veränderung der Ströme hierbei von der Anzahl der LED-Stränge abhängt. Diese veränderten Stromflüsse führen somit auch zu einer Veränderung der Lichtabgabe aller funktionierenden LEDs. Zusätzlich ergibt sich dann aber auch noch das Problem, dass der höhere Stromfluss in dem LED-Strang mit der defekten LED zu weiteren Beschädigungen bei den noch funktionstüchtigen LEDs führen kann, insbesondere dann, wenn der Strom durch diesen LED-Strang den maximal zulässigen LED-Strom übersteigt.
  • Die Druckschrift WO 2008099979 A2 offenbart eine LED-Anordnung mit drei LED-Strängen entsprechend einem roten, grünen und blauen Kanal, welche parallel angeordnet sind und jeweils eine Vielzahl von in Reihe geschalteten LEDs aufweist. In jedem LED-Strang ist ein Strombegrenzer zur Begrenzung des in dem LED-Strang fließenden Stroms vorgesehen. Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zu Grunde, die oben skizzierten LED-Anordnungen derart weiterzuentwickeln, dass bei einem Defekt einer LED keine weiteren LEDs beschädigt werden und die LED-Anordnung weiterhin betrieben werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch eine LED-Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäß wird eine LED-Anordnung mit mindestens einem LED-Array, welches mindestens zwei parallel angeordnete LED-Stränge aufweist, vorgeschlagen, wobei in jedem LED-Strang mindestens eine LED angeordnet ist und in jedem LED-Strang ein Strombegrenzer zur Begrenzung des in dem LED-Strang fließenden Stroms vorgesehen ist, wobei der Strombegrenzer dazu ausgebildet ist, den in dem LED-Strang fließenden Strom bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwerts auf den Grenzwert zu beschränken, wobei bei einem Strom unterhalb dieses Grenzwerts der Strombegrenzer im Wesentlichen keinen Einfluss auf den in dem LED-Strang fließenden Strom hat. Zusätzlich weist der Strombegrenzer eine zusätzliche Schutzschaltung auf und die zusätzliche Schutzschaltung ist dazu ausgebildet, einen Thyristor zum Überbrücken aller LED-Stränge anzusteuern
  • Dementsprechend ist vorgesehen, dass in jedem LED-Strang zusätzlich zu den LEDs noch ein Strombegrenzer angeordnet ist, der im normalen Betrieb, d.h. wenn keine der LEDs defekt ist, nahezu keinen Einfluss auf den jeweiligen LED-Strang hat und somit sozusagen inaktiv bzw. unsichtbar ist. Für den Fall jedoch, dass ein Defekt einer LED, insbesondere ein Kurzschluss, auftritt, ist der Strombegrenzer dann in der Lage den Kurzschluss der LED zu kompensieren, wobei der Strombegrenzer den durch den entsprechenden LED-Strang fließenden Strom auf einen entsprechenden Grenzwert beschränkt.
  • Dementsprechend wird auch ein Verfahren zur Vermeidung von Beschädigungen bei einem Defekt einer LED in der erfindungsgemäßen LED-Anordnung vorgeschlagen, bei dem bei einem Kurzschluss der in dem LED-Strang fließende Strom durch den Strombegrenzer auf den Grenzwert beschränkt wird, wobei der Grenzwert knapp oberhalb des Stromwertes liegt, der bei nicht-defekter LED durch den LED-Strang fließt.
  • Hierdurch wird erreicht, dass trotz des Kurzschlusses in dem entsprechenden LED-Strang lediglich ein unwesentlich höherer Strom fließt, wodurch eine Beschädigung der anderen, noch funktionierenden LEDs, verhindert werden kann. Zugleich wird dadurch aber auch erreicht, dass der jeweils durch die anderen LED-Stränge fließende Strom, aufgrund des nur gering ansteigenden Stroms der durch den LED-Strang mit der defekten LED fließt, kaum absinkt, wodurch in allen LED-Strängen eine starke Veränderung der Lichtabgabe vermieden werden kann.
  • Gleichzeitig wird für den Fall, dass alle LEDs im normalen Betrieb und somit voll funktionsfähig sind, aber auch erreicht, dass die zur Verfügung stehende Leistung im Wesentlichen nur von den LEDs genutzt werden kann und der Strombegrenzer in diesem Fall keinen Einfluss auf die LED-Stränge ausübt.
  • Vorteilhafterweise wird der Strom dabei von einer Konstantstromquelle zur Verfügung gestellt. Außerdem kann vorgesehen sein, dass mindestens einer der LED-Stränge mindestens zwei in Reihe angeordnete LEDs aufweist und dass die LED-Anordnung mehrere in Reihe angeordnete LED-Arrays aufweist.
  • Der in den LED-Strängen angeordnete Strombegrenzer kann vorzugsweise zwei Transistoren und einen Widerstand aufweisen, wobei es sich bei den Transistoren um einen Feldeffekttransistor und Bipolartransistor handelt und die Beschränkung des Stroms in dem LED-Strang auf den Grenzwert durch den Feldeffekttransistor erfolgt. Die Steuerung des Bipolartransistors erfolgt hierbei durch den Widerstand. Zusätzlich kann der Strombegrenzer einen weiteren Widerstand aufweisen, wobei der weitere Widerstand und der Bipolartransistor dann zur Steuerung des Feldeffekttransistors vorgesehen sind.
  • Die zusätzliche Schutzschaltung und der Thyristor dienen dann dazu im Falle einer zu hohen Belastung für den Strombegrenzer das gesamte LED-Array zu überbrücken bzw. abzuschalten. Dieser Fall kann beispielsweise dann auftreten, wenn mehrere LEDs des gleichen Strangs ausfallen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Serienschaltung mehrerer Arrays vorgesehen ist. In diesem Fall wird dann zwar das Array mit der defekten LED abgeschaltet, die weiteren Arrays hingegen wurden hiervon unbeeinflusst mit dem durch die Konstantstromquelle zur Verfügung gestellten Strom versorgt.
  • Bei dem zuvor erwähnten Verfahren kann ferner vorzugsweise vorgesehen sein, dass bei einer durch einen Defekt einer LED in einem LED-Strang auftretenden Unterbrechung die zusätzliche Schutzschaltung der Strombegrenzer in den anderen LED-Strängen die anderen Komponenten der Strombegrenzer überbrücken und vor einer Beschädigung schützen.
  • Alternativ könnte auch vorgesehen sein, dass bei einer durch einen Defekt einer LED in einem LED-Strang auftretenden Unterbrechung der gesamte sich auf die anderen LED-Stränge verteilende Strom reduziert oder abgeschaltet wird.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine aus dem Stand der Technik bekannte LED-Anordnung mit einem LED-Array;
    Figur 2
    eine aus dem Stand der Technik bekannte LED-Anordnung mit mehreren LED-Arrays;
    Figur 3
    eine LED-Anordnung mit einem LED-Array;
    Figur 4
    ein Beispiel eines Strombegrenzers;
    Figur 5
    eine Ausführungsform eines Strombegrenzers mit einer Schutzschaltung, dies sich insbesondere bei einer seriellen Anordnung mehrerer LED-Arrays anbietet.
  • In den Figuren 1 und 2 sind jeweils LED-Anordnungen gezeigt, die, wie bereits zuvor erläutert, bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die LED-Anordnung in Figur 1 weist hierbei ein LED-Array auf, wohingegen bei der in Figur 2 gezeigten LED-Anordnung drei in Reihe bzw. Serie geschaltete LED-Arrays vorgesehen sind. Die LED-Arrays bestehen wiederum aus drei parallel angeordneten bzw. verschalteten LED-Strängen, in denen jeweils mehrere in Reihe bzw. Serie angeordnete bzw. verschaltete LEDs 1 vorgesehen sind. Bei beiden LED-Anordnungen ist zusätzlich noch eine Konstantstromquelle 2 vorhanden, wobei der Strom auf die einzelnen LED-Stränge gleichmäßig verteilt wird.
  • Bei einem Kurzschluss, dem mit Abstand am häufigsten auftretenden Defekt bei LEDs, besteht dann allerdings das Problem, dass über diesen LED-Strang mehr Strom fließt und gleichzeitig auf den anderen LED-Strängen der Strom absinkt. Dies führt zum einen zu einer Veränderung der Lichtabgabe und kann zusätzlich auch dazu führen, dass in dem LED-Strang mit dem erhöhten Strom weitere Beschädigungen an den noch funktionierenden LEDs auftreten können.
  • Erfindungsgemäß ist daher nunmehr vorgesehen, dass in jedem LED-Strang zusätzlich ein Strombegrenzer zur Begrenzung des in dem LED-Strang fließenden Stroms vorgesehen ist. In Figur 3 ist eine LED-Anordnung gezeigt, die im Wesentlichen der LED-Anordnung in Figur 1 entspricht. Zusätzlich weist allerdings jeder LED-Strang noch einen Strombegrenzer 3 auf. Diese dienen dazu, den durch den jeweiligen LED-Strang fließenden Strom auf einen gewünschten Grenzwert zu beschränken, wobei bei einem Strom unterhalb dieses Grenzwerts der Strombegrenzer 3 im Wesentlichen keinen Einfluss auf den in dem LED-Strang fließenden Strom hat. Der Grenzwert wird hierbei so gewählt, dass dieser knapp oberhalb des Stromwerts liegt, der durch den LED-Strang fließt, wenn keine der LEDs 1 defekt ist. D.h. dass die Strombegrenzer 3 im normalen Betrieb, solange kein Defekt einer LED 1 auftritt, keine Leistung aufnehmen und dementsprechend kein Spannungsabfall an dem Strombegrenzer 3 erfolgt, wodurch dieser ohne Defekt einer LED 1 inaktiv bzw. unsichtbar ist.
  • Im Fall eines Kurzschlusses einer LED 1 wird dann der in dem entsprechenden LED-Strang ansteigende Strom durch den jeweiligen Strombegrenzer 3 auf den Grenzwert begrenzt bzw. beschränkt. Dadurch übersteigt der in diesem LED-Strang fließende Strom nicht den vorgegebenen Grenzwert. Durch diese Begrenzung wird dann zusätzlich auch erreicht, dass der durch die anderen LED-Stränge fließende Strom kaum absinkt, da der durch die Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellte Strom konstant bleibt und nach wie vor relativ gleichmäßig auf die einzelnen LED-Stränge verteilt wird. Diese wird dadurch erreicht, dass in dem LED-Strang mit dem Kurzschluss der Strom aufgrund des Strombegrenzers 3 nur bis zu dem Grenzwert ansteigen kann.
  • Beispielhaft könnte vorgesehen sein, dass im normalen bzw. regulären Betrieb ein Stromfluss von 1 Ampere durch jeden der LED-Stränge vorliegt. Der Grenzwert des Strombegrenzers würde in diesem Fall auf 1,1 Ampere vorgegeben werden. Tritt nun ein Kurzschluss einer der LEDs in einem der LED-Stränge auf, würde ohne den Strombegrenzer in dem entsprechenden LED-Strang der Stromfluss auf einen Wert deutlich oberhalb von 1,1 Ampere ansteigen. Bei der vorliegenden Erfindung ist es dann jedoch vorgesehen, dass der Strombegrenzer derart korrigierend in dem jeweiligen LED-Strang eingreift, dass der Stromfluss in diesem LED-Strang tatsächlich auf 1,1 Ampere beschränkt wird, wodurch dementsprechend ein übermäßiges Ansteigen des Stroms in diesem LED-Strang und ein übermäßiges Absinken des Stroms in den anderen LED-Strängen verhindert wird.
  • Bei einem Kurzschluss einer LED wird somit der entsprechende Strombegrenzer aktiv und weist dabei einen entsprechenden Spannungsabfall an dem Strombegrenzer auf, wodurch eine Kompensierung der defekten LED durch den Strombegrenzer möglich wird.
  • In Figur 4 ist eine mögliche Form eines derartigen Strombegrenzers genauer gezeigt. Der Strombegrenzer weist dabei zwei Transistoren 4 und 5, zwei Widerstände 6 und 7 und eine Z-Diode 8 auf. Bei dem mit dem Bezugszeichen 4 versehenen Transistor handelt es sich um einen Feldeffekttransistor, der in Serie bzw. Reihe zu den LEDs 1 angeordnet ist, ebenso wie der Widerstand mit dem Bezugszeichen 6. Dieser Widerstand mit dem Bezugszeichen 6 steuert dann den Transistor mit dem Bezugszeichen 5, der als Bipolartransistor ausgebildet ist. Zusammen mit dem Widerstand mit dem Bezugszeichen 7 steuert dann wiederum der Bipolartransistor 5 den Feldeffekttransistor 4. Die Transistoren 4 und 5 und die Widerstände 6 und 7 sind hierbei dann derart ausgelegt, dass im normalen Betrieb, wenn also alle LEDs 1 funktionsfähig sind, der sich ergebene Stromfluss und damit der Spannungsabfall über den Widerstand 6 derart bemessen ist, dass der Feldeffekttransistor 4 frei durchgängig ist, also keinen Widerstand für den Stromfluss darstellt.
  • Bei einem Kurschluss einer der LEDs 1 steigt dann der Strom durch die LEDs 1 an und somit ebenso auch der durch den Widerstand 6 fließende Strom. Ab dem gewünschten bzw. vorgegebenen Grenzwert greift dann der Bipolartransistor 5 korrigierend ein und steuert den Feldeffekttransistor 4 derart an, dass der Stromfluss auf den Grenzwert beschränkt wird, wobei der Grenzwert knapp oberhalb des normalen Stromflusses liegt.
  • Die beiden Transistoren 4 und 5 und die beiden Widerstände 6 und 7 dienen zur Strombegrenzung in einem LED-Strang, in dem ein Kurzschluss einer LED 1 auftritt. Wie bereits zuvor erläutert, ist ein Kurzschluss der mit Abstand am häufigsten auftretende Defekt bei LEDs. Allerdings kann auch der Fall auftreten, dass durch einen Defekt einer LED in einem LED-Strang eine Unterbrechung verursacht wird. In diesem Fall sinkt der Strom in dem LED-Strang mit der defekten LED auf null. Da jedoch eine Konstantstromquelle 2 vorgesehen ist, verteilt sich der von der Konstantstromquelle 2 zur Verfügung gestellte Strom nun nicht mehr auf drei LED-Stränge sondern lediglich nur noch auf zwei LED-Stränge, wodurch der Strom über diese beiden LED-Stränge erheblich ansteigt. Wenn dann der Stromanstieg den Grenzwert der Strombegrenzer übersteigen würde, würde auch die gesamte Spannung des LED-Arrays ansteigen.
  • Durch den erheblichen Anstieg des Stroms bzw. der gesamten Spannung könnten die Komponenten der Strombegrenzer 3 beschädigt werden. Um eine derartige Beschädigung möglichst zu verhindern, ist bei der in Figur 4 gezeigten Form des Strombegrenzers noch eine zusätzliche Schutzschaltung in Form einer Z-Diode 8 vorgesehen, die im Wesentlichen die Funktion der anderen Komponenten des Strombegrenzers 3 unterdrückt bzw. diese Komponenten überbrückt und so vor einer Beschädigung schützt. Die Z-Diode 8 ist hierbei parallel zu dem Feldeffekttransistor 4 und dem Widerstand 6 angeordnet und schützt so die anderen Komponenten des Strombegrenzers 3 vor Überlastung. Die Z-Diode 8 ist dementsprechend in den LED-Strängen von Bedeutung, die keine Unterbrechung durch einen Defekt einer LED aufweisen. Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer Unterbrechung in einem LED-Strang durch einen Defekt einer LED 1 der Gesamte sich auf die anderen LED-Stränge verteilende Strom reduziert oder abgeschaltet wird, wodurch nicht nur ein Schutz der Komponenten des Strombegrenzers 3 sondern ebenso ein Schutz der LEDs 1 der anderen LED-Stränge gewährleistet ist.
  • Eine derartige Ausführungsform einer Schutzschaltung ist in Figur 5 gezeigt, wobei anstelle der in Figur 4 gezeigten Z-Diode 8 eine etwas komplexere Schaltungsanordnung zum Einsatz kommt. Diese Schutzschaltung 9 ist wiederum parallel zu den Komponenten des Strombegrenzers 3 angeordnet und besteht aus einer Parallelschaltung von einem Widerstand 10 und einem Kondensator 11, welche gemeinsam über eine Z-Diode 12 mit dem Eingang des Strombegrenzers 3 verbunden sind. Der Verbindungspunkt zwischen Z-Diode 12 und Parallelschaltung von Widerstand 10 und Kondensator 11 ist mit einem Thyristor 13 verbunden, der entsprechend der Darstellung parallel zu den LED-Strängen verschaltet ist. Die weiteren LED-Stränge weisen identische Schutzschaltungen 9 auf, welche ebenfalls in der dargestellten Weise mit dem Thyristor 13 verbunden sind.
  • Steigt nun an dem Strombegrenzer 3 aufgrund des Ausfalls einer oder insbesondere mehrerer LEDs die Spannung in einen Bereich, in dem eine Beschädigung der Komponenten des Strombegrenzers 3 zu befürchten ist, so führt dies zu einer Ansteuerung bzw. einem Einschalten des Thyristors 13, der dann nicht nur den Strombegrenzer 3 sondern stattdessen das gesamte LED-Array, also alle LED-Stränge kurzschließt. Dieses Array wird dann also komplett abgeschaltet, so dass hier keine weitere Beschädigung der LEDs oder der anderen elektronischen Komponenten auftreten kann. Weitere, in Serie geschaltete LEDs werden hiervon allerdings nicht beeinträchtig, da sie nach wie vor in ungestörter Weise mit dem Konstantstrom versorgt werden.
  • Erfindungswesentlich ist, dass der Strombegrenzer im normalen Betrieb, also wenn keine der LEDs defekt ist, keinen Einfluss auf die LED-Stränge hat und somit inaktiv bzw. unsichtbar ist und lediglich bei einem Defekt einer der LEDs zum Einsatz kommt und entsprechend korrigierend bzw. begrenzend eingreift.

Claims (12)

  1. LED-Anordnung, mit mindestens einem LED-Array, welches mindestens zwei parallel angeordnete LED-Stränge aufweist, wobei in jedem LED-Strang mindestens eine LED (1) angeordnet ist und in jedem LED-Strang ein Strombegrenzer (3) zur Begrenzung des in dem LED-Strang fließenden Stroms vorgesehen ist, wobei der Strombegrenzer (3) dazu ausgebildet ist, den in dem LED-Strang fließenden Strom bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwerts auf den Grenzwert zu beschränken, wobei bei einem Strom unterhalb dieses Grenzwerts der Strombegrenzer (3) im Wesentlichen keinen Einfluss auf den in dem LED-Strang fließenden Strom hat,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass
    - die LED-Anordnung einen Thyristor (13) umfasst, und
    - jeder der Strombegrenzer (3) eine zusätzliche Schutzschaltung (9) aufweist, welche mit dem Thyristor verbunden und dazu ausgebildet ist, den Thyristor (13) zum Überbrücken aller LED-Stränge anzusteuern.
  2. LED-Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens einer der LED-Stränge mindestens zwei in Reihe angeordnete LEDs (1) aufweist.
  3. LED-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die LED-Anordnung mehrere in Reihe angeordnete LED-Arrays aufweist.
  4. LED-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Konstantstromquelle (2) zur Versorgung der LEDs (1) mit Strom vorgesehen ist.
  5. LED-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Strombegrenzer (3) zwei Transistoren (4, 5) und einen Widerstand (6) aufweist.
  6. LED-Anordnung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass es sich bei den Transistoren um einen Feldeffekttransistor (4) und um einen Bipolartransistor (5) handelt, wobei die Beschränkung des Stroms in dem LED-Strang auf den Grenzwert durch den Feldeffekttransistor (4) erfolgt.
  7. LED-Anordnung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Widerstand (6) zur Steuerung des Bipolartransistors (5) vorgesehen ist.
  8. LED-Anordnung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Strombegrenzer (3) einen weiteren Widerstand (7) aufweist.
  9. LED-Anordnung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der weitere Widerstand (7) und der Bipolartransistor (5) zur Steuerung des Feldeffekttransistors (4) vorgesehen sind.
  10. Verfahren zur Vermeidung von Beschädigungen bei einem Defekt einer LED (1) in einer LED-Anordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass bei einem durch einen Defekt einer LED (1) in einem LED-Strang auftretenden Kurzschluss der in dem LED-Strang fließende Strom durch den Strombegrenzer (3) auf den Grenzwert beschränkt wird, wobei der Grenzwert oberhalb des Stromwerts liegt, der bei nicht defekter LED (1) durch den LED-Strang fließt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei einer durch einen Defekt einer LED (1) in einem LED-Strang auftretenden Unterbrechung die zusätzlichen Schutzschaltungen der Strombegrenzer (3) in den anderen LED-Strängen die anderen Komponenten der Strombegrenzer (3) überbrücken und vor einer Beschädigung schützen.
  12. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei einer durch einen Defekt einer LED (1) in einem LED-Strang auftretenden Unterbrechung der gesamte sich auf die anderen LED-Stränge verteilende Strom reduziert oder abgeschaltet wird.
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