EP2866526A1 - LED switching system and method for operating a LED switching system - Google Patents
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- 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
Definitions
- the present invention relates to an LED circuit arrangement for operating a plurality of LEDs, preferably by a common operating device. Furthermore, the invention relates to a method for operating a corresponding circuit arrangement.
- LEDs are replacing more and more classic light sources in modern lighting technology. There are a variety of different LED types available, which differ in terms of their performance and in terms of the emitted light or the color or color temperature. Depending on the field of application of a luminaire in which the LEDs are used, that is, for example, depending on the size of the luminaire, its light exit surface, the optical system used and the like, the use of a few so-called. High-performance LEDs or a plurality of LEDs with low or medium power of advantage.
- a single array 210 consists in each case of a plurality of parallel-connected LED strings 220, in each of which the LEDs 225 are connected in series.
- n parallel LED strands 220 are present, each of which has m LEDs 225, so that an array 210 consists altogether of nxm LEDs 225.
- FIG. 1 a plurality of such arrays 210 can also be connected in series with one another, wherein the operating device 200 then preferably supplies the overall resulting arrangement with a constant current.
- a parallel connection of such LED arrays 210 would be possible.
- a serial-parallel LED array 210 as in the FIGS. 1 and 2 is shown to have certain advantages in terms of ease of construction, the associated low cost and despite all achievable high efficiency. If identical LEDs 225 are used, which have a substantially identical forward voltage, then the current I ballast provided by the operating device 200 is equally divided between the individual LED strands 220 with only small tolerances. The following relationship applies: I branch ⁇ I ballast / n
- I branch corresponds to the current within a single LED strand 220
- I ballast corresponds to the constant current provided by the operating device 200.
- V f_array m ⁇ V f_LED
- V f_LED corresponds to the forward voltage of the LEDs 225, which as already mentioned is preferably approximately the same for each LED 225.
- FIGS. 3a and 3b Shown is this situation in the FIGS. 3a and 3b showing two different types of LED defects.
- LED circuit arrangements are operated only within a specific temperature window should or should be allowed.
- Lights with LED light sources often have optics made of plastic material in order to influence the light emitted by the individual LEDs in a suitable manner.
- PMMA is preferably used, since this material has very good optical properties with respect to the transmission coefficient and at the same time is UV-resistant. Furthermore, this material is relatively inexpensive and can be brought in a variety of forms in a simple manner.
- PMMA can only be used at relatively low maximum temperatures in the range of 90 ° to 95 ° C, as higher temperatures may otherwise damage the optics. This, in turn, means that very close attention must be paid to the prevailing temperatures, with a safety standard, for example, stipulating that under certain circumstances, maximum temperatures in the range between 65 ° and 70 ° C may be achieved.
- Temperature rises in the field of LED light sources can be caused, inter alia, by external factors, for example, the use in environments with a relatively high temperature or the failure of the proposed cooling measures a luminaire. Also related to the FIGS. 3a and 3b however, LED faults can lead to current flows that have a negative effect on the temperature in the area of the LED board. However, an increased temperature in turn can not only lead to damage of the optical elements located in the immediate vicinity of the LEDs, but also lead to further LED defects.
- the object of the present invention is to provide a solution for this which prevents the occurrence of such states in a simple but efficient manner.
- the solution according to the invention is based on the idea of assigning a protection circuit to the LED array, which is designed to bridge the entire LED array in the event of certain fault conditions.
- the protective circuit is designed to decide on the basis of the current flowing through at least one of the LED strings and / or on the basis of a temperature which is present in the region of the LEDs, whether the LED array is bypassed for safety reasons or not.
- an LED circuit arrangement with at least one LED array which has a plurality of parallel-connected LED strands, wherein the LED array according to the invention comprises a protection circuit which is designed, depending on operating parameters of the LED array all Commonly bridge LED strands of the array, and wherein the operating parameters is the height of the current flowing through at least one of the LED strands and / or a temperature in the range of the LEDs.
- the complete bridging of the LED array is the most efficient measure to reliably avoid further damage to the circuit arrangement in the event of an LED defect and / or the occurrence of excessive operating temperatures. This is the case in particular if, according to the illustration according to FIG. 1 several similar LED arrays are connected in series with each other, since then in this case only the defective array is bridged, the other array, however, continue to be supplied unaffected with the current provided by the constant current source.
- the solution according to the invention also has the additional advantage that it can be realized relatively simply and inexpensively, but at the same time represents a reliable safeguard against the problems described above.
- the protection circuit according to the invention is based on a thyristor-containing shunt, which is activated in the event of detection of certain fault conditions in order to permanently bridge the LED array.
- the thyristor may in particular be part of a so-called clamping circuit (so-called crowbar circuit).
- a clamping circuit is known from the prior art and is used here as protection against overvoltages in order to trigger a fuse which interrupts the power supply of a device.
- the present invention proposes Now, to use such a clamping circuit now for selective bridging defective LED arrays, such that, if necessary, further arrays unaffected thereof can continue to be supplied with power.
- the protection circuit is designed such that it monitors the current flow through each individual one of the LED strands of the array and bridges the array if the current is above a predetermined limit in at least one of the LED strands. That is, as soon as defects lead to such an imbalance in the power distribution, that at least in an LED string, the allowable limit is exceeded, the array is completely bypassed and thus deactivated.
- the protective circuit can also be designed to monitor the temperature.
- it preferably has at least one temperature sensor which is designed to activate the bridging of the array when a temperature above a predetermined limit value is detected.
- the temperature sensor can be based in particular on a temperature-dependent resistance (NTC), wherein preferably a plurality of distributed temperature sensors are provided.
- NTC temperature-dependent resistance
- the components of the current monitoring and the components of the temperature monitoring jointly control a corresponding shunt or thyristor in order to bridge the LED array, if necessary.
- the components of the current sensor and / or the temperature sensor are preferably designed such that they do not need their own or separate power supply source but instead are supplied by supply current for the LED array.
- the procedure according to the invention is thus based on monitoring the currents present in the LED strings and, alternatively or additionally, on a temperature monitoring in the region of the LEDs.
- the activation of the shunt 50 by the current detectors 10 should take place when the respectively determined current is above a certain threshold I LIM , this threshold preferably being set to be slightly higher than the LED current intended for normal operation, but still below the maximum allowable current value.
- the outputs of the current detectors 10 are logically linked with each other in an OR circuit. That is, as soon as at least one of the detectors 10 detects an unacceptably high current value, the shunt 50 is activated and effectively closes the entire LED array 110 short.
- the shunt 50 should preferably be configured to permanently maintain the lock-in state after appropriate activation to avoid uncontrolled oscillations of the system. Further, of course, the shunt 50 must be designed so that it is capable of cope with the now completely flowing through him current I ballast in the case of a bridging while consuming as little power. It should therefore preferably have a very low impedance.
- the shunt 50 has as its essential element a thyristor D SCR , which is controlled by the current detectors 10 described below.
- These current detectors 10 are formed by a circuit arrangement consisting of a transistor Q pnp and two resistors R set and R b , which as already mentioned in series with the LEDs 125 of the respective strand 120 is connected.
- the threshold from which the thyristor D SCR is activated can be set in a suitable manner.
- the resistors R set and R b are usually dimensioned such that in a normal operation of the circuit, so if the current of the constant current source 100 is evenly distributed to all LED strands 120, a voltage drop across the Resistor R set is present, which is just below the base-emitter voltage V BE of the transistor Q pnp . This means that the transistor Q pnp blocks and accordingly the shunt 50 is opened.
- I LIM V BE / R set > I branch .
- I branch corresponds to the magnitude of the current in the normal state of the circuit arrangement and I LIM corresponds to the current value at which the LED array is to be short-circuited.
- a filter consisting of a parallel resistor R pd and a capacitor C flt is formed at the output of the thyristor D SCR to prevent the short-term fluctuations already to trigger the shunt 50 and thus a shorting of the LED array 110th to lead.
- the circuitry shown has proven to be extremely energy efficient, requiring less than 0.6V during normal operation, which, for example, in an array with 12 LEDs in series, represents a loss of only 1.6%. In the event that the shunt 50 is activated, too little power is consumed, since the voltage drop is typically less than 2V.
- Another advantage of the circuit arrangement shown is that it does not need its own power supply source but can use the power provided for operating the LED array available. Of course, it is also possible to realize the circuit with the aid of an npn transistor instead of the illustrated pnp transistor accordingly.
- the circuit arrangement can also be designed with a temperature protection circuit, which is described below with reference to FIGS. 6 and 7 is explained.
- the basic principle here is comparable to that of the monitoring circuit according to FIG. 4 , That is, even in this case, a shunt 50 is provided, which is now controlled by temperature detectors 20 and bridges the entire LED array 110 in the event of detection of an impermissibly high temperature.
- the monitoring circuit is designed such that the shunt 50 bridges the LED array 110 as soon as at least one of the temperature detectors 20 triggers and activates the shunt 50. This in turn should remain permanently activated, even if, after bridging the LED array 110, the temperature detected by the detectors 20 drops again.
- FIG. 7 One way to realize this temperature protection circuit is in FIG. 7 shown, wherein it is initially recognizable that the shunt 50 is configured here in an identical manner as in the temperature monitoring circuit according to FIG. 5 , Differences exist only with regard to the realization of the temperature detectors 20, two of which are shown in the present case.
- Central components of the temperature detectors 20 are now temperature-dependent resistors R th (NTCs), which are arranged such that they - as illustrated by the dash-dotted lines - in thermal contact with the point to be monitored (for example, a corresponding LED) are.
- NTCs temperature-dependent resistors
- R b , R d , R z and R th a voltage divider is formed, via which a corresponding limit value can be set.
- the voltage divider divides the voltage set by the zener diode D z and drives the transistor Q pnp .
- the resistance value R th decreases until finally the base-emitter voltage V BE of the transistor Q pnp is exceeded.
- the transistor Q pnp opens in this case and controls the thyristor D SCR , so that the shunt 50 is closed and thus the LED array 100 is short-circuited.
- the thyristor D SCR remains activated as long as current flows through it, so that in turn avoided oscillating states of the entire circuit arrangement can be.
- the filter provided in the shunt 50 in turn serves to prevent inadvertent activation of the shunt 50 due to short-term fluctuations.
- FIG. 7 shown circuit arrangement arise in connection with FIG. 5 described advantages. So there is a very energy-efficient circuit, which can also be realized by relatively few components and in turn in turn requires no separate power source. Furthermore, since in both cases the shunts are configured in identical ways, it is easy to combine the idea of current monitoring and temperature monitoring, using a single shunt driven by both the current detectors and the temperature detectors. This represents a particularly advantageous embodiment, since certain elements can be used together in a synergistic manner-that is to say both within the scope of current monitoring and within the framework of temperature monitoring-and, accordingly, the total effort is further reduced.
Abstract
Ein LED-Schaltungsanordnung mit mindestens einem LED-Array (110) weist mehrere parallel verschaltete LED-Stränge (120) auf, wobei das LED-Array (110) eine Schutzschaltung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, abhängig von Betriebsparametern des LED-Arrays (110) alle LED-Stränge (120) des Arrays (110) zu überbrücken. Bei den Betriebsparametern handelt es sich um die Höhe des durch mindestens einen der LED-Stränge (120) fließenden Stroms und/oder um eine Temperatur im Bereich der LEDs (125).An LED circuit arrangement having at least one LED array (110) has a plurality of LED strands (120) connected in parallel, wherein the LED array (110) has a protective circuit which is designed, depending on operating parameters of the LED array ( 110) to bridge all the LED strings (120) of the array (110). The operating parameters are the height of the current flowing through at least one of the LED strings (120) and / or a temperature in the region of the LEDs (125).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Vielzahl von LEDs vorzugsweise durch ein gemeinsames Betriebsgerät. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Schaltungsanordnung.The present invention relates to an LED circuit arrangement for operating a plurality of LEDs, preferably by a common operating device. Furthermore, the invention relates to a method for operating a corresponding circuit arrangement.
LEDs verdrängen in der modernen Beleuchtungstechnologie mehr und mehr klassische Lichtquellen. Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher LED-Typen verfügbar, welche sich hinsichtlich ihrer Leistung sowie hinsichtlich des abgegebenen Lichts bzw. der Farbe oder Farbtemperatur unterscheiden. Abhängig von dem Anwendungsgebiet einer Leuchte, bei der die LEDs zum Einsatz kommen, also bspw. abhängig von der Größe der Leuchte, deren Lichtaustrittsfläche, dem verwendeten optischen System und dergleichen kann dabei die Verwendung einiger weniger sog. Hochleistungs-LEDs oder einer Vielzahl von LEDs mit niedriger bzw. mittlerer Leistung von Vorteil sein.LEDs are replacing more and more classic light sources in modern lighting technology. There are a variety of different LED types available, which differ in terms of their performance and in terms of the emitted light or the color or color temperature. Depending on the field of application of a luminaire in which the LEDs are used, that is, for example, depending on the size of the luminaire, its light exit surface, the optical system used and the like, the use of a few so-called. High-performance LEDs or a plurality of LEDs with low or medium power of advantage.
Problematisch in diesem Zusammenhang ist allerdings, dass im Vergleich zu den vielfältig verfügbaren LEDs die zum Betreiben der LEDs erforderlichen LED-Betriebsgeräte lediglich in einem begrenzten Umfang zur Verfügung stehen, was wiederum erfordert, dass insb. für den Fall, dass eine Mehrzahl von LEDs mit niedriger oder mittlerer Leistung betrieben werden sollen, diese in geeigneter Weise verschaltet werden müssen. Hierbei hat sich in der Praxis durchgesetzt, LEDs in sog. seriell-parallelen Arrays anzuordnen, wie dies schematisch in den
Bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Schaltungsvariante werden alle LEDs von einem gemeinsamen Betriebsgerät 200 versorgt. Ein einzelnes Array 210 besteht dabei jeweils aus mehreren parallel geschalteten LED-Strängen 220, in denen jeweils die LEDs 225 seriell verschaltet sind. Bei der Variante gemäß den
Ein seriell-paralleles LED-Array 210, wie es in den
Ibranch entspricht hierbei dem Strom innerhalb eines einzelnen LED-Strangs 220, während hingegen Iballast dem von dem Betriebsgerät 200 zur Verfügung gestellten Konstantstrom entspricht. Für den Spannungsabfall Vf_array über das LED-Array 210 ergibt sich ferner folgender Zusammenhang:
Die in den
Dargestellt ist diese Situation in den
So ist in
Ein anderer LED-Defekt hingegen kann zu der in
Wie bereits erwähnt führen diese Ungleichgewichte im Stromfluss durch die LED-Stränge zunächst dazu, dass die LEDs 225 des Arrays 210 Licht mit unterschiedlicher Helligkeit bzw. Intensität abgeben und dementsprechend kein einheitliches Erscheinungsbild mehr erhalten wird. Gravierender ist allerdings das Problem, dass die sich zumindest teilweise ergebenden höheren Stromflüsse in den Strängen zu weiteren Beschädigungen bei den noch funktionstüchtigen LEDs führen können bzw. auch weitere Komponenten der Schaltungsanordnung beschädigt werden.As already mentioned, these imbalances in the current flow through the LED strands initially lead to the
Eine weitere bekannte Problematik beim Betreiben von LED-Schaltungsanordnungen besteht darin, dass diese nur innerhalb eines bestimmten Temperaturfensters betrieben werden sollten bzw. dürfen. Leuchten mit LED-Lichtquellen weisen oftmals Optiken aus Kunststoffmaterial auf, um das von den einzelnen LEDs abgegebene Licht in geeigneter Weise zu beeinflussen. Für diese Optiken wird bevorzugt PMMA eingesetzt, da dieses Material sehr gute optische Eigenschaften bezüglich des Transmissionskoeffizienten aufweist und gleichzeitig UV-beständig ist. Ferner ist dieses Material verhältnismäßig kostengünstig und kann in einfacher Weise in unterschiedlichste Formen gebracht werden. Auf der anderen Seite kann PMMA im Vergleich zu anderen Kunststoffinaterialien lediglich bei verhältnismäßig niedrigen Maximaltemperaturen im Bereich von 90° bis 95° C eingesetzt werden, da höhere Temperaturen andernfalls zu einer Beschädigung der Optik führen können. Dies wiederum bedeutet, dass sehr genau auf die vorliegenden Temperaturen geachtet werden muss, wobei ein Sicherheitsstandard beispielsweise vorschreibt, dass unter gewissen Umständen maximal Temperaturen im Bereich zwischen 65° und 70° C erreicht werden dürfen.Another known problem in the operation of LED circuit arrangements is that they are operated only within a specific temperature window should or should be allowed. Lights with LED light sources often have optics made of plastic material in order to influence the light emitted by the individual LEDs in a suitable manner. For these optics PMMA is preferably used, since this material has very good optical properties with respect to the transmission coefficient and at the same time is UV-resistant. Furthermore, this material is relatively inexpensive and can be brought in a variety of forms in a simple manner. On the other hand, compared to other plastic materials, PMMA can only be used at relatively low maximum temperatures in the range of 90 ° to 95 ° C, as higher temperatures may otherwise damage the optics. This, in turn, means that very close attention must be paid to the prevailing temperatures, with a safety standard, for example, stipulating that under certain circumstances, maximum temperatures in the range between 65 ° and 70 ° C may be achieved.
Temperaturanstiege im Bereich der LED-Lichtquellen können dabei u.a. durch externe Faktoren hervorgerufen werden, beispielsweise den Einsatz in Umgebungen mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur oder dem Ausfall der vorgesehenen Kühlmaßnahmen einer Leuchte. Auch die im Zusammenhang mit den
Letztendlich bedeutet dies, dass beim Betreiben von LEDs insbesondere im Falle der eingangs beschriebenen seriell-parallelen Arrays darauf geachtet werden sollte, dass einerseits die Ströme in den verschiedenen LED-Strängen innerhalb zulässiger Bereiche liegen und andererseits keine zu hohen Temperaturen im Bereich der LEDs vorliegen.Ultimately, this means that when operating LEDs, in particular in the case of the serial-parallel arrays described above, care should be taken that, on the one hand, the currents in the different LED strands are within permissible ranges and, on the other hand, there are no excessively high temperatures in the region of the LEDs.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu Grunde, hierfür eine Lösung zu schaffen, welche in einfacher aber effizienter Weise ein Auftreten derartiger Zustände verhindert.The object of the present invention is to provide a solution for this which prevents the occurrence of such states in a simple but efficient manner.
Die Aufgabe wird durch eine LED-Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer LED-Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sich Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by an LED circuit arrangement with the features of claim 1 and by a method for operating an LED circuit arrangement according to
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, dem LED-Array eine Schutzschaltung zuzuordnen, welche dazu ausgebildet ist, im Falle bestimmter Fehlzustände das vollständige LED-Array zu überbrücken. Insbesondere ist hierbei die Schutzschaltung dazu ausgebildet, auf Basis des durch mindestens einen der LED-Stränge fließenden Stroms und/oder auf Basis einer Temperatur, die im Bereich der LEDs vorliegt, zu entscheiden, ob das LED-Array aus Sicherheitsgründen überbrückt wird oder nicht.The solution according to the invention is based on the idea of assigning a protection circuit to the LED array, which is designed to bridge the entire LED array in the event of certain fault conditions. In particular, in this case the protective circuit is designed to decide on the basis of the current flowing through at least one of the LED strings and / or on the basis of a temperature which is present in the region of the LEDs, whether the LED array is bypassed for safety reasons or not.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dementsprechend eine LED-Schaltungsanordnung mit mindestens einem LED-Array vorgeschlagen, welches mehrere parallel verschaltete LED-Stränge aufweist, wobei das LED-Array erfindungsgemäß eine Schutzschaltung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, abhängig von Betriebsparametern des LED-Arrays alle LED-Stränge des Arrays gemeinsam zu überbrücken, und wobei es sich bei den Betriebsparametern um die Höhe des durch mindestens einen der LED-Stränge fließenden Stroms und/oder um eine Temperatur im Bereich der LEDs handelt.According to the present invention, an LED circuit arrangement with at least one LED array is accordingly proposed, which has a plurality of parallel-connected LED strands, wherein the LED array according to the invention comprises a protection circuit which is designed, depending on operating parameters of the LED array all Commonly bridge LED strands of the array, and wherein the operating parameters is the height of the current flowing through at least one of the LED strands and / or a temperature in the range of the LEDs.
Es hat sich gezeigt, dass das vollständige Überbrücken des LED-Arrays die effizienteste Maßnahme ist, um im Falle eines LED-Defekts und/oder dem Auftreten zu hoher Betriebstemperaturen zuverlässig weitere Beschädigungen der Schaltungsanordnung zu vermeiden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn entsprechend der Darstellung gemäß
Vorzugsweise basiert die erfindungsgemäße Schutzschaltung auf einem einen Thyristor beinhaltenden Shunt, der im Falle des Erkennens bestimmter Fehlzustände aktiviert wird, um das LED-Array dauerhaft zu überbrücken. Dabei kann der Thyristor insbesondere Bestandteil einer sogenannten Klemmschaltung (sog. Crowbar-Schaltung) sein. Eine derartige Klemmschaltung ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird hierbei als Schutz vor Überspannungen eingesetzt, um eine Sicherung auszulösen, welche die Stromversorgung eines Geräts unterbricht. In Abwandlung dieser ursprünglichen Vorgehensweise schlägt die vorliegende Erfindung vor, eine derartige Klemmschaltung nunmehr zum selektiven Überbrücken defekter LED-Arrays zu nützen, derart, dass ggf. weitere Arrays unbeeinflusst hiervon weiterhin mit Strom versorgt werden können.Preferably, the protection circuit according to the invention is based on a thyristor-containing shunt, which is activated in the event of detection of certain fault conditions in order to permanently bridge the LED array. In this case, the thyristor may in particular be part of a so-called clamping circuit (so-called crowbar circuit). Such a clamping circuit is known from the prior art and is used here as protection against overvoltages in order to trigger a fuse which interrupts the power supply of a device. In a modification of this original approach, the present invention proposes Now, to use such a clamping circuit now for selective bridging defective LED arrays, such that, if necessary, further arrays unaffected thereof can continue to be supplied with power.
Vorzugsweise ist die Schutzschaltung derart ausgebildet, dass sie den Stromfluss durch jeden einzelnen der LED-Stränge des Arrays überwacht und das Array überbrückt, falls zumindest in einem der LED-Stränge der Strom oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt. Das heißt, sobald Defekte zu einem derartigen Ungleichgewicht in der Stromverteilung führen, dass zumindest in einem LED-Strang der zulässige Grenzwert überschritten wird, wird das Array vollständig überbrückt und damit deaktiviert.Preferably, the protection circuit is designed such that it monitors the current flow through each individual one of the LED strands of the array and bridges the array if the current is above a predetermined limit in at least one of the LED strands. That is, as soon as defects lead to such an imbalance in the power distribution, that at least in an LED string, the allowable limit is exceeded, the array is completely bypassed and thus deactivated.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann - wie bereits erwähnt - die Schutzschaltung auch zu einer Temperaturüberwachung ausgebildet sein. Sie weist hierzu vorzugsweise mindestens einen Temperatursensor auf, der dazu ausgebildet ist, bei Erfassen einer Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts die Überbrückung des Array zu aktivieren. Der Temperatursensor kann dabei insbesondere auf einem temperaturabhängigen Wiederstand (NTC) basieren, wobei vorzugsweise mehrere, verteilt angeordnete Temperatursensoren vorgesehen sind. Im Falle einer gemeinsamen Nutzung einer Stromüberwachung und einer Temperaturüberwachung ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Komponenten der Stromüberwachung sowie die Komponenten der Temperaturüberwachung gemeinsam einen entsprechenden Shunt bzw. Thyristor ansteuern, um ggf. das LED-Array zu überbrücken. Das heißt, in Falle einer kombinierten Stromüberwachung und Temperaturüberwachung können bestimmte Komponenten, welche für die Durchführung der eigentlichen Schutzmaßnahmen zum Überbrücken des LED-Arrays verantwortlich sind, gemeinsam genutzt werden, so dass der Aufwand zum Realisieren einer effizienten Sicherheitsschaltung sehr gering gehalten werden kann. Ferner sind die Komponenten der Stromsensors und/oder des Temperatursensor vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie keine eigene bzw. separate Energieversorgungsquelle benötigen sondern stattdessen durch Versorgungsstrom für das LED-Array gespeist werden.As an alternative or in addition to this, as already mentioned, the protective circuit can also be designed to monitor the temperature. For this purpose, it preferably has at least one temperature sensor which is designed to activate the bridging of the array when a temperature above a predetermined limit value is detected. The temperature sensor can be based in particular on a temperature-dependent resistance (NTC), wherein preferably a plurality of distributed temperature sensors are provided. In the case of a shared use of current monitoring and temperature monitoring, it is provided, in particular, that the components of the current monitoring and the components of the temperature monitoring jointly control a corresponding shunt or thyristor in order to bridge the LED array, if necessary. That is, in the case of a combined power monitoring and temperature monitoring certain components that are responsible for performing the actual protective measures for bridging the LED array can be shared, so that the effort to realize an efficient safety circuit can be kept very low. Furthermore, the components of the current sensor and / or the temperature sensor are preferably designed such that they do not need their own or separate power supply source but instead are supplied by supply current for the LED array.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
- Figur 1
- eine LED-Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik, bei der mehrere seriell-parallele LED-Arrays in Serie verschaltet und von einem gemeinsamen Betriebsgerät versorgt sind;
- Figur 2
- die Ansicht eines einzelnen LED-Arrays entsprechend dem Stand der Technik;
- Figur 3a
- beispielhaft den Fall eines LED-Defekts, der zu einem Kurzschluss der entsprechenden LED führt;
- Figur 3b
- beispielhaft den Fall eines LED-Defekts, der zu einer Unterbrechung des entsprechenden LED-Strangs führt;
- Figur 4
- den grundsätzlichen Gedanken der Stromüberwachung in einem LED-Array gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Figur 5
- ein denkbares Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromüberwachungsschaltung;
- Figur 6
- allgemein den Gedanken der Temperaturüberwachung gemäß der vorliegenden Erfindung und
- Figur 7
- ein denkbares Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperaturüberwachungsschaltung.
- FIG. 1
- an LED circuit arrangement according to the prior art in which a plurality of series-parallel LED arrays are connected in series and supplied by a common operating device;
- FIG. 2
- the view of a single LED array according to the prior art;
- FIG. 3a
- for example, the case of an LED defect, which leads to a short circuit of the corresponding LED;
- FIG. 3b
- exemplified the case of an LED defect leading to an interruption of the corresponding LED string;
- FIG. 4
- the basic idea of current monitoring in an LED array according to the present invention;
- FIG. 5
- a conceivable embodiment of a current monitoring circuit according to the invention;
- FIG. 6
- in general, the idea of temperature monitoring according to the present invention and
- FIG. 7
- a conceivable embodiment of a temperature monitoring circuit according to the invention.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise beruht also auf einer Überwachung der in den LED-Strängen vorliegenden Ströme sowie alternativ oder ergänzend hierzu auf einer Temperaturüberwachung im Bereich der LEDs.The procedure according to the invention is thus based on monitoring the currents present in the LED strings and, alternatively or additionally, on a temperature monitoring in the region of the LEDs.
Anhand von
Das Aktivieren des Shunts 50 durch die Stromdetektoren 10 soll dabei dann erfolgen, wenn der jeweils ermittelte Strom oberhalb einer bestimmten Schwelle ILIM liegt, wobei diese Schwelle vorzugsweise derart festgelegt wird, dass sie etwas höher als der für den Normalbetrieb vorgesehene LED-Strom ist, allerdings noch unterhalb des maximal zulässigen Stromwerts liegt. Die Ausgänge der Stromdetektoren 10 sind dabei logisch gesehen miteinander in einer Oderschaltung verknüpft. Das heißt, sobald zumindest einer der Detektoren 10 einen unzulässig hohen Stromwert ermittelt, wird der Shunt 50 aktiviert und schließt effektiv das gesamte LED-Array 110 kurz.The activation of the
In einer Schaltungsanordnung, bei der mehrere derartige LED-Arrays 110 vorgesehen sind, ergibt sich dann abhängig von der Verschaltung der Arrays 110 untereinander ein entsprechender Effekt. Für den Fall, dass die Arrays 110 in Serie geschaltet sind, wie dies in
Bei Überbrückung des Arrays 110 durch den Shunt 50 fällt unmittelbar die Bedingung, dass ein unzulässig hoher Strom durch zumindest einen Stromdetektor 10 erfasst wurde, weg. Dementsprechend sollte der Shunt 50 vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass der Überbrückungszustand nach entsprechender Aktivierung dauerhaft beibehalten wird, um unkontrollierte Oszillationen des Systems zu vermeiden. Ferner muss der Shunt 50 selbstverständlich derart ausgelegt sein, dass er in der Lage ist, im Falle einer Überbrückung den nunmehr vollständig durch ihn hindurch fließenden Strom Iballast zu verkraften und gleichzeitig möglichst wenig Leistung zu verbrauchen. Er sollte also vorzugsweise eine sehr geringe Impedanz aufweisen.When bridging the
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strom-Schutzschaltung, welche die oben genannten Anforderungen erfüllt, ist in
Dabei sind die Widerstände Rset und Rb üblicherweise derart dimensioniert, dass bei einem Normalbetrieb der Schaltung, wenn also der Strom der Konstantstromquelle 100 gleichmäßig auf alle LED-Stränge 120 verteilt wird, ein Spannungsabfall an dem Widerstand Rset vorliegt, der knapp unterhalb der Basis-Emitter-Spannung VBE des Transistors Qpnp liegt. Dies bedeutet, dass der Transistor Qpnp sperrt und dementsprechend der Shunt 50 geöffnet ist.The resistors R set and R b are usually dimensioned such that in a normal operation of the circuit, so if the current of the constant
Für den Widerstandswert Rset gilt also folgender Zusammenhang:
Führt nunmehr allerdings ein Fehlzustand dazu, dass der entsprechende Strom in dem LED-Strang 120 ansteigt, so wird der Spannungsabfall an dem Widerstand Rset die Basis-Emitter-Spannung VBE des Transistors Qpnp übersteigen, was wiederum in einem Durchschalten des Transistors Qpnp resultiert, der daraufhin den Thyristor DSCR ansteuert und damit den Shunt 50 schließt. Der Thyristor DSCR schließt also das gesamte LED-Array 100 kurz und bleibt anschließend solange geschlossen, solange Strom durch ihn fließt, selbst wenn die entsprechenden Transistoren Qpnp der Stromdetektoren 10 unmittelbar darauf wieder sperren, da nun durch die LED-Stränge 120 selbst kein Strom mehr fließt. Wie in
Die in
Alternativ oder ergänzend zu der soeben beschriebenen Stromschutzschaltung kann die Schaltungsanordnung auch mit einer Temperaturschutzschaltung ausgebildet sein, welche nachfolgend anhand der
Das Grundprinzip hier ist vergleichbar zu dem der Überwachungsschaltung gemäß
Im Vergleich zur Stromüberwachung ist es nunmehr allerdings nicht zwingend erforderlich, jeden LED-Strang 120 einzeln zu überwachen. Stattdessen ist es ausreichend, wenn einige Temperatursensoren bzw. -detektoren 20 verteilt im Bereich der LEDs 125 angeordnet sind und hier die entsprechenden Temperaturen erfassen. Wiederum ist die Überwachungsschaltung dabei derart ausgelegt, dass der Shunt 50 das LED-Array 110 überbrückt, sobald zumindest einer der Temperaturdetektoren 20 auslöst und den Shunt 50 aktiviert. Dieser soll dann wiederum dauerhaft aktiviert bleiben, auch wenn nach Überbrücken des LED-Arrays 110 die von den Detektoren 20 erfasste Temperatur wieder abfällt.However, compared to current monitoring, it is not absolutely necessary to monitor each
Eine Möglichkeit, diese Temperatur-Schutzschaltung zu realisieren, ist in
Zentrale Bestandteile der Temperaturdetektoren 20 sind nunmehr temperaturabhängige Widerstände Rth (NTCs), welche derart angeordnet sind, dass sie - wie durch die strichpunktierten Linien verdeutlicht - in thermischen Kontakt mit der zu überwachenden Stelle (beispielsweise einer entsprechenden LED) stehen. Durch die Widerstände Rb, Rd, Rz und Rth wird ein Spannungsteiler gebildet, über den ein entsprechender Grenzwert eingestellt werden kann. Der Spannungsteiler teilt die durch die Zener-Diode Dz festgelegte Spannung und steuert den Transistor Qpnp an. Er ist dabei derart dimensioniert, dass für den Fall, dass die Temperatur innerhalb des vorgesehenen Bereichs liegt, der Widerstandswert Rth ausreichend groß ist, was zur Folge hat, dass der Spannungsabfall über Rd unterhalb der Basis-Emitter-Spannung VBE liegt. Der Transistor Qpnp ist in diesem Fall geschlossen und der Shunt 50 geöffnet.Central components of the
Steigt nunmehr die Temperatur an, so fällt der Widerstandswert Rth ab, bis schließlich die Basis-Emitter-Spannung VBE des Transistors Qpnp überschritten wird. Der Transistor Qpnp öffnet in diesem Fall und steuert den Thyristor DSCR an, so dass der Shunt 50 geschlossen und damit das LED-Array 100 kurzgeschlossen wird. Wiederum bleibt der Thyristor DSCR aktiviert, solange Strom durch ihn fließt, so dass also wiederum oszillierende Zustände der gesamten Schaltungsanordnung vermieden werden können. Das in dem Shunt 50 vorgesehene Filter dient dabei wiederum dazu, ein unbeabsichtigtes Aktivieren des Shunts 50 aufgrund kurzfristiger Schwankungen zu vermeiden.Now increases the temperature, the resistance value R th decreases until finally the base-emitter voltage V BE of the transistor Q pnp is exceeded. The transistor Q pnp opens in this case and controls the thyristor D SCR , so that the
Auch für die in
Letztendlich wird als mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung das Auftreten von Fehlzuständen in LED-Schaltungen zuverlässig vermieden.Ultimately, the occurrence of false states in LED circuits is reliably avoided as using the circuit arrangement according to the invention.
Claims (15)
wobei das LED-Array (110) eine Schutzschaltung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, abhängig von Betriebsparametern des LED-Arrays (110) alle LED-Stränge (120) des Arrays (110) zu überbrücken,
und wobei es sich bei den Betriebsparametern um die Höhe des durch mindestens einen der LED-Stränge (120) fließenden Stroms und/oder um eine Temperatur im Bereich der LEDs (125) handelt.LED circuit arrangement having at least one LED array (110) which has a plurality of LED strands (120) connected in parallel,
wherein the LED array (110) has a protective circuit which is designed to bridge all the LED strings (120) of the array (110) depending on operating parameters of the LED array (110),
and wherein the operating parameters are the magnitude of the current flowing through at least one of the LED strings (120) and / or a temperature in the range of the LEDs (125).
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschaltung einen Shunt (50) aufweist, der parallel zu allen LED-Strängen (120) angeordnet ist und von mindestens einem Stromdetektor (10) und/oder mindestens einem Temperaturdetektor (20) angesteuert wird.LED circuit arrangement according to claim 1,
characterized,
in that the protection circuit has a shunt (50) which is arranged parallel to all LED strings (120) and is driven by at least one current detector (10) and / or at least one temperature detector (20).
dadurch gekennzeichnet,
dass der Shunt (50) einen Thyristor (DSCR) aufweist, der vorzugsweise Bestandteil einer Klemmschaltung ist.LED circuit arrangement according to claim 2,
characterized,
in that the shunt (50) has a thyristor (D SCR ), which is preferably part of a clamping circuit.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Shunt (50) sowohl von mindestens einem Stromdetektor (10) als auch von mindestens einem Temperaturdetektor (20) angesteuert wird.LED circuit arrangement according to Claim 2 or 3,
characterized,
in that the shunt (50) is actuated both by at least one current detector (10) and by at least one temperature detector (20).
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stromdetektor (10) und/oder der Temperaturdetektor (20) durch einen Versorgungsstrom für das LED-Array (110) mit Energie versorgt werden.LED circuit arrangement according to one of Claims 2 to 4,
characterized,
in that the current detector (10) and / or the temperature detector (20) are supplied with energy by a supply current for the LED array (110).
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschaltung den Stromfluß durch jeden der LED-Stränge (120) überwacht und dazu ausgebildet ist, das Array (110) zu überbrücken, falls zumindest in einem der LED-Stränge (120) der Strom oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt.LED circuit arrangement according to one of the preceding claims,
characterized,
that the protection circuit monitors the current flow through each of the LED strands (120) and adapted to bridge the array (110) if at least one of the LED strings (120) the current is above a predetermined limit value.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschaltung mindestens einen Temperaturdetektor (20) aufweist, der dazu ausgebildet ist, bei Erfassen einer Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts die Überbrückung des Arrays (110) zu aktivieren.LED circuit arrangement according to one of the preceding claims,
characterized,
in that the protection circuit has at least one temperature detector (20) which is designed to activate the bridging of the array (110) when a temperature above a predetermined limit value is detected.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Temperaturdetektor (20) einen temperatur-abhängigen Widerstand (Rth) aufweist.LED circuit arrangement according to claim 7,
characterized,
that the temperature detector (20) has a temperature-dependent resistor (R th) has.
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere, verteilt angeordnete Temperaturdetektoren (20) vorgesehen sind.LED circuit arrangement according to claim 7 or 8,
characterized,
in that a plurality of temperature detectors (20) arranged distributed are provided.
dadurch gekennzeichnet,
dass diese mehrere LED-Arrays (110) aufweist, welche jeweils eine eigene Schutzschaltung aufweisen.LED circuit arrangement according to one of the preceding claims,
characterized,
that this has a plurality of LED arrays (110), each having its own protection circuit.
dadurch gekennzeichnet,
dass die LED-Arrays (110) in Serie zueinander geschaltet sind und von einer gemeinsamen Stromversorgungsquelle, vorzugsweise von einer Konstantstromquelle (100) versorgt werden.LED circuit arrangement according to claim 10,
characterized,
in that the LED arrays (110) are connected in series with one another and are supplied by a common power supply source, preferably by a constant current source (100).
und wobei es sich bei den Betriebsparametern um die Höhe des durch mindestens einen der LED-Stränge (120) fließenden Stroms und/oder um eine Temperatur im Bereich der LEDs (125) handelt.Method for operating an LED circuit arrangement having at least one LED array (110) which has a plurality of LED strands (120) connected in parallel, wherein, depending on operating parameters of the LED array (110), all the LED strands (120) of the array (120) 110),
and wherein the operating parameters are the magnitude of the current flowing through at least one of the LED strings (120) and / or a temperature in the range of the LEDs (125).
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stromfluß durch jeden der LED-Stränge (120) überwacht und das Array (110) überbrückt wird, falls zumindest in einem der LED-Stränge (120) der Strom oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt.Method according to claim 12,
characterized,
is that the current flow is monitored by each of the LED strands (120) and bridges the array (110) if at least one of the LED strings (120) the current is above a predetermined limit value.
dadurch gekennzeichnet,
dass an mehreren Positionen der Schaltungsanordnung die Temperatur erfasst und das Array (110) überbrückt wird, falls zumindest an einer Position die Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt.Method according to claim 12 or 13,
characterized,
that the temperature is detected at several positions of the circuit arrangement and the array (110) is bridged, if at least at one position the temperature is above a predetermined limit value.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltungsanordnung mehrere LED-Arrays (110) aufweist.Method according to one of claims 12 to 14,
characterized,
that the circuit arrangement comprises a plurality of LED arrays (110).
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- 2014-10-21 EP EP20140189659 patent/EP2866526A1/en not_active Ceased
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