EP3905854A1 - Led-leuchte mit stufenlos einstellbarer farbtemperatur - Google Patents

Led-leuchte mit stufenlos einstellbarer farbtemperatur Download PDF

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EP3905854A1
EP3905854A1 EP21170086.9A EP21170086A EP3905854A1 EP 3905854 A1 EP3905854 A1 EP 3905854A1 EP 21170086 A EP21170086 A EP 21170086A EP 3905854 A1 EP3905854 A1 EP 3905854A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
luminaire
led module
led
strings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21170086.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Hanselberger
Markus Rhein
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.)
Siteco GmbH
Original Assignee
Siteco GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siteco GmbH filed Critical Siteco GmbH
Publication of EP3905854A1 publication Critical patent/EP3905854A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines
    • 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]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/35—Balancing circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/18—Controlling the light source by remote control via data-bus transmission
    • 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
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    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/19—Controlling the light source by remote control via wireless transmission

Definitions

  • the present invention relates to an LED lamp, and more particularly to an LED lamp, the color temperature of which is adjustable.
  • a color temperature of a luminaire is often desired for variable lighting situations indoors and outdoors.
  • single-channel electronic ballasts can also be provided, but then a separate electronic ballast is necessary for each light source whose light is to be mixed with light sources of different colors.
  • the object of the present invention is to provide an LED luminaire which can provide different color temperatures with little effort.
  • the object is achieved by a luminaire according to claim 1.
  • the luminaire comprises several strands of one or more LEDs connected in series, the strands emitting light in different color temperatures.
  • the logical and physical color temperature mixture is shifted from the electronic ballast (EVG) to the LED module.
  • the LED module distributes the current from the preferably current-regulated electronic ballast to the at least two LED strings.
  • Desired color temperatures can be variably selected from the multiple strands.
  • a current regulator is provided in each strand, which regulates the current through the relevant strand.
  • the power supply for all strings is provided by a common single-channel electronic ballast, which supplies the entire luminaire module, in which all strings are located.
  • the current regulator can be used to adjust the ratio of the current flows in the individual strands in order to generate the desired color temperature. It is particularly advantageous that the current regulators are provided in the current lines and the control device is provided in the LED module, which overall only needs to be connected to a single-channel electronic ballast. In comparison to solutions from the prior art, in which different sub-areas of LED arrangements are interconnected to generate a desired color temperature, it is no longer necessary to provide multi-channel electronic ballasts for each sub-area of the LED arrangement.
  • an electronic ballast with only one channel is sufficient because the division of the current flows over the various strings is only switched in the LED module by the current regulator in the individual strings, controlled by the current regulator.
  • the electronic ballast can only provide the power for the entire module, unaffected by this.
  • the luminaire has two or more strands and the one or more LEDs of the first strand have a color temperature of less than 3,300 K and the one or more LEDs of the second strand have a color temperature of over 5,300 K.
  • the first strand gives warm white light with, for example, 2,200 K and the second Line of cold white light with, for example, 6,500 K.
  • the LED module including the current regulator provided in each strand and the control device is mounted interchangeably in the luminaire and the electronic ballast is installed outside the LED module in the luminaire. Since the current regulator and the control device are arranged in the LED module, and the power supply for the entire LED module is only provided by the single-channel electronic ballast, the components can be inserted separately in the luminaire. If individual light sources are defective, the LED module can be replaced without having to replace the ballast. Furthermore, it is also possible to provide different LED modules for the same type of luminaire in order to further increase the variability of the type of luminaire with regard to light colors. In addition, the electronic ballast in the luminaire can also be replaced independently of the LED module in the event of a defect.
  • the control unit is set up to switch at least one current regulator completely low-resistance, ie ⁇ 3 ohms, in each switching state in which the lamp is not completely switched off.
  • one strand is always fully open, ie in this strand the current through the one or more LEDs is not regulated and is highest or possibly the same as other strands that are also fully open. Since the current regulator has a low resistance, the efficiency of the luminaire is maximum. Only in the one or more strands that should only contribute less light to the overall color temperature of the luminaire, If the current regulator is not fully open, a loss occurs.
  • the electronic ballast provides a constant current for supplying power to the LED module.
  • This embodiment ensures that the current flow through the LEDs of one or more fully opened strings corresponds to the constant current provided by the electronic ballast. Only those strands which should only contribute a smaller proportion of the light to the total color temperature of the lamp to be set are supplied by a lower current in relation to the current through the fully opened strings.
  • the current intensity in the fully opened strings is maintained regardless of the internal resistance of the entire LED module, which can change at any time depending on the circuit status of the current regulator.
  • the control unit comprises a microcontroller and a, preferably non-volatile, memory which is set up to store several circuit states of the current regulators, which can be called up via the microcontroller for setting the current regulators.
  • a lookup table can be stored in the memory which contains the control parameters for the current regulators of the individual strands to achieve different color temperatures.
  • the control unit can read out the control parameters from the memory in order to set the current regulator accordingly.
  • predetermined current ratios for achieving defined color temperatures can also be stored during the manufacture of the lamp. From these predetermined circuit states, a desired Color temperature can be selected by reading the corresponding parameters from the memory of the control unit.
  • the LED module has two or more of the strings and the control unit is set up to switch the current regulator in one of the two strands with low resistance, ie to regulate with high resistance, ie> 1 MOhm.
  • the color temperature can be regulated continuously by changing the setting of the current regulator between the low-resistance and the high-resistance state. Furthermore, there are no losses in the string, the current regulator of which is switched to low resistance and thus contributes to the largest proportion of the light emitted by the lamp.
  • the luminaire has at least one interface which is set up to control the control unit via a device outside the luminaire. This embodiment makes it possible to set up the luminaire even after it has been installed on site to generate various desired color temperatures.
  • the interface is a wireless interface which is set up to control the lamp individually.
  • the light can be set on site with a remote control, for example via near-field communication, Bluetooth or WLAN.
  • the installation effort is minimized because no separate cabling is required to change the setting.
  • the interface is wired and can be connected to a bus system which is set up to control several similar lamps.
  • a bus system which is set up to control several similar lamps.
  • a whole series of structurally identical luminaires e.g. for street lighting or for lighting a room in a building, can be provided, with each luminaire being able to generate a preferred color temperature individually according to its location.
  • the lights themselves can all be of the same type.
  • the control unit is designed to use the current regulator in at least one of the strings to compensate for the current through the string to compensate for a loss of luminous flux caused by aging of the LEDs in the string by increasing the current flowing through the relevant string.
  • LEDs emit a weaker luminous flux for a given current intensity or a changing color spectrum in the course of their operating time.
  • this goal can be achieved simply by the current regulation with the individual strings in the LED module, which is already present. No separate controls are required because the current through one or all strings of the LED module is possible by means of the current regulator that is already present.
  • the control device Only the control device has to be programmed accordingly in order to adapt the luminous flux of the LEDs according to the aging conditions. If the color of the LEDs changes, the compensation can be done by changing the current distribution over the various strings. For example, if the light color develops to a higher temperature with age, a proportion of colder light can be by increasing the current through the strand in question with LEDs that have a higher color temperature to compensate for the age-related color change.
  • FIG. 1 only an LED module is shown, which is operated together with an electronic ballast (EVG) in a luminaire.
  • the electronic ballast is a single-channel ballast, ie only one, preferably constantly regulated, current is provided for a module to be connected.
  • the LED module itself has several channels, which are also referred to as strings in the following.
  • a line WW and a line KW are provided. In other embodiments, even more strands can be provided.
  • the two strands each have at least one LED, with one strand having a very low color temperature, e.g. 2,200 K or lower corresponding to the color warm white, and the second strand having a very high color temperature, e.g. 6,500 K or higher corresponding to the color cold white.
  • a very low color temperature e.g. 2,200 K or lower corresponding to the color warm white
  • a very high color temperature e.g. 6,500 K or higher corresponding to the color cold white.
  • the LED module comprises one or more LEDs that are each connected in a row, a current regulator which regulates the flow of current through the relevant string.
  • the current regulators in all strings are controlled by a common control unit which is provided in the LED module and is also operated by the supply current of the LED module, which is provided by the electronic ballast.
  • the LED module takes on the division of the current from the current-regulated electronic ballast to the at least two, electrically viewed symmetrically constructed, LED strings by means of linear current regulators in each strand.
  • FIG. 2 An example of different settings of the current regulator for mixing the colors cold white and warm white of an LED module according to Figure 1 is in Figure 2 shown.
  • the controller positions shown are only examples. Other positions are also conceivable, it is only important that the sum of the currents of the two regulators results in a higher value than the total current with which the LED module is energized, in order to prevent the two current regulators on the LED module from opposing the ECG regulated to a constant current, to which the LED module is connected, work.
  • a luminaire with two strings for dynamically changing the color temperature is described here, but several strings can also be used to change the color temperature.
  • one line is always fully open, ie the current is not regulated for this line and it is (also) supplied with the highest current. If this line is to be regulated in the context of a color change, another line must have its setting (fully open) take over. The proportionate division of the current takes place only by limiting the current in the lower-powered string (s).
  • the determination of the ratio in which the LED current is divided and the corresponding control of the circuit is carried out in the ⁇ C of the LED module on the basis of the memory content of the non-volatile memory.
  • a purely analog solution e.g. potentiometer, switch matrix, etc ... can be implemented instead of the setpoint specification via the control interface and microcontroller.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leuchte mit einem einkanaligen elektronischen Vorschaltgerät, EVG, und einem LED-Modul, wobei das LED-Modul mehrere parallele Stränge aus jeweils wenigstens einer LED umfasst und in jedem Strang ein Stromregler zum Regeln des Stroms durch den betreffenden Strang vorgesehen ist, wobei die LEDs in unterschiedlichen Strängen eingerichtet sind, um Licht in verschiedenen Farbtemperaturen abzugeben, und das LED-Modul eine Steuereinrichtung aufweist, die mit den Stromreglern verbunden ist, um den Stromfluss durch die Stränge in unterschiedlichen Verhältnisse einzustellen.

Description

    BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Leuchte und insbesondere eine LED-Leuchte, deren Farbtemperatur einstellbar ist.
  • Die Anpassung einer Farbtemperatur einer Leuchte ist für variable Beleuchtungssituationen im Innen- und Außenbereich häufig gewünscht. Im Stand der Technik ist dazu bekannt, mit einem zwei- oder mehrkanaligen elektronischen Vorschaltgerät zwei verschiedenfarbige Lichtquellen, die Licht unterschiedlicher Farbtemperatur abgeben, zu betreiben. Das Licht dieser Kanäle kann dann gemischt werden. Alternativ können auch einkanalige elektronische Vorschaltgeräte vorgesehen sein, dann ist jedoch für jede Lichtquelle, deren Licht mit andersfarbigen Lichtquellen gemischt werden soll, ein eigenes elektronisches Vorschaltgerät notwendig.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine LED-Leuchte bereitzustellen, die mit geringem Aufwand verschiedene Farbtemperaturen bereitstellen kann.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch eine Leuchte gemäß Anspruch 1.
  • Eine Besonderheit der Leuchte der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Leuchte mehrere Stränge von jeweils einer oder mehreren in Reihe geschalteten LEDs umfasst, wobei die Stränge Licht in verschiedenen Farbtemperaturen abgeben. Die logische und physikalische Farbtemperaturmischung wird von dem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) erfindungsgemäß in das LED-Modul verlagert. Das LED-Modul übernimmt die Aufteilung des Stroms aus dem vorzugsweise stromgeregelten EVG auf die wenigstens zwei LED-Stränge. Durch die Kombination des Lichts der mehreren Stränge können gewünschte Farbtemperaturen variabel ausgewählt werden. Um das Licht der verschiedenen Stränge in beliebiger Weise kombinieren zu können, ist in jedem Strang ein Stromregler vorgesehen, welcher den Strom durch den betreffenden Strang regelt. Die Stromversorgung für alle Stränge wird durch ein gemeinsames einkanaliges elektronisches Vorschaltgerät bereitgestellt, welches das gesamte Leuchtenmodul, in dem sich alle Stränge befinden, versorgt. Durch die Stromregler kann das Verhältnis der Stromflüsse in den einzelnen Strängen eingestellt werden, um dadurch die gewünschte Farbtemperatur zu erzeugen. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die Stromregler in den Stromsträngen und das Steuergerät in dem LED-Modul vorgesehen sind, welches insgesamt nur an ein einkanaliges elektronisches Vorschaltgerät anzuschließen ist. Im Vergleich zu Lösungen aus dem Stand der Technik, in welchem verschiedene Teilbereiche von LED-Anordnungen zur Erzeugung einer gewünschten Farbtemperatur zusammengeschaltet werden, ist es nicht mehr notwendig, mehrkanalige elektronische Vorschaltgeräte für jeden Teilbereich der LED-Anordnung vorzusehen. Erfindungsgemäß genügt ein elektronisches Vorschaltgerät mit nur einem Kanal, weil die Aufteilung der Stromflüsse über die verschiedenen Stränge erst im LED-Modul durch die Stromregler in den einzelnen Strängen, gesteuert durch den Stromregler, geschaltet werden. Das elektronische Vorschaltgerät kann davon unbeeinflusst lediglich den Strom für das gesamte Modul bereitstellen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leuchte zwei oder mehr Stränge auf und die eine oder die mehreren LEDs des ersten Strangs weisen eine Farbtemperatur von unter 3.300 K und die eine oder mehreren LEDs des zweiten Strangs weisen eine Farbtemperatur von über 5.300 K auf. Das heißt, der erste Strang gibt warmweißes Licht mit z.B. 2.200 K und der zweite Strang kaltweißes Licht mit z.B. 6.500 K ab. Durch die Mischung der beiden Farbtemperaturen lässt sich die für die konkrete Anwendung gewünschte Farbtemperatur zwischen den beiden Extrema einstellen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das LED-Modul einschließlich der in jedem Strang vorgesehenen Stromregler und der Steuereinrichtung in der Leuchte austauschbar montiert und das EVG ist außerhalb des LED-Moduls in der Leuchte verbaut. Da die Stromregler und die Steuereinrichtung in dem LED-Modul angeordnet sind, und die Stromversorgung für das gesamte LED-Modul nur durch das einkanalige EVG bereitgestellt wird, können die Komponenten separat in der Leuchte eingefügt werden. Bei Defekt einzelner Lichtquellen kann das LED-Modul ausgetauscht werden, ohne das Vorschaltgerät ersetzen zu müssen. Ferner ist es auch möglich, verschiedene LED-Module für einen gleichen Leuchtentyp vorzusehen, um die Variabilität des Leuchtentyps in Bezug auf Lichtfarben noch weiter zu erhöhen. Außerdem kann das elektronische Vorschaltgerät in der Leuchte ebenfalls im Fall eines Defekts unabhängig von dem LED-Modul ersetzt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, in jedem Schaltungszustand, in welcher die Leuchte nicht vollständig ausgeschaltet ist, wenigstens einen Stromregler vollständig niederohmig, d.h. < 3 Ohm, zu schalten. In dieser Ausführungsform ist stets ein Strang vollständig aufgesteuert, d.h. in diesem Strang ist der Strom durch die eine oder die mehreren LEDs nicht geregelt und am höchsten bzw. ggf. gleich hoch mit anderen Strängen, die ebenfalls voll aufgesteuert sind. Da der Stromregler niederohmig ist, ist der Wirkungsgrad der Leuchte maximal. Lediglich in dem ein oder mehreren Strängen, die nur weniger Licht zur Gesamtfarbtemperatur der Leuchte beisteuern sollen, entsteht durch den nicht vollständig geöffneten Stromregler ein Verlust.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt das EVG einen Konstantstrom zur Stromversorgung des LED-Moduls bereit. Bei dieser Ausführungsform ist gewährleistet, dass der Stromfluss durch die LEDs eines oder mehrerer voll aufgesteuerter Stränge dem von dem EVG bereitstellten Konstantstrom entspricht. Lediglich diejenigen Stränge, welche nur einen geringeren Anteil des Lichts der einzustellenden Gesamtfarbtemperatur der Leuchte beitragen sollen, werden durch einen geringeren Strom im Verhältnis zu dem Strom durch den oder die voll aufgesteuerten Strängen versorgt. Im Unterschied zu einer Konstantspannungsquelle bleibt die Stromstärke in den voll aufgesteuerten Strängen erhalten unabhängig vom Innenwiderstand des gesamten LED-Moduls, der sich entsprechend dem Schaltungszustand der Stromregler jederzeit ändern kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuereinheit einen Microcontroller und einen, vorzugsweise nicht flüchtigen, Speicher, der dazu eingerichtet ist, mehrere Schaltungszustände der Stromregler zu speichern, die über den Microcontroller zum Einstellen der Stromregler abrufbar sind. Beispielsweise kann in dem Speicher eine Lookup-Tabelle gespeichert sein, welche die Steuerparameter für die Stromregler der einzelnen Stränge zum Erreichen verschiedener Farbtemperaturen beinhaltet. Die Steuereinheit kann die Steuerparameter aus dem Speicher auslesen, um die Stromregler entsprechend einzustellen. Bei einem nichtflüchtigen Speicher können ferner bereits bei der Herstellung der Leuchte vorgegebene Stromverhältnisse zur Erzielung definierter Farbtemperaturen gespeichert sein. Aus diesen vorgegebenen Schaltungszuständen kann jederzeit bei der Installation der Leuchte oder auch während deren Betrieb eine gewünschte Farbtemperatur ausgewählt werden, indem die entsprechenden Parameter aus dem Speicher von der Steuereinheit ausgelesen werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das LED-Modul zwei oder mehr der Stränge auf und die Steuereinheit ist dafür eingerichtet, in einem der zwei Stränge den Stromregler niederohmig, d.h. < 3 Ohm, zu schalten und in einem weiteren der Stränge den Stromregler stufenlos zwischen niederohmig und hochohmig, d.h. > 1 MOhm, zu regeln. In dieser Ausführungsform lässt sich die Farbtemperatur stufenlos regeln durch Verändern der Einstellung des Stromreglers zwischen dem niederohmigen und dem hochohmigen Zustand. Ferner entstehen keine Verluste in dem Strang, dessen Stromregler niederohmig geschaltet ist, und damit zum größten Anteil des abgegebenen Lichts der Leuchte beiträgt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leuchte wenigstens eine Schnittstelle auf, die dafür eingerichtet ist, die Steuereinheit über eine Einrichtung außerhalb der Leuchte anzusteuern. Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Leuchte auch nach der Installation vor Ort zur Erzeugung verschiedener gewünschter Farbtemperaturen noch einzurichten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schnittstelle eine drahtlose Schnittstelle, die eingerichtet ist, um die Leuchte individuell anzusteuern. Beispielsweise kann mit einer Fernbedienung, z.B. über Nahfeldkommunikation, Bluetooth oder WLAN, die Leuchte vor Ort eingestellt werden. Der Installationsaufwand ist minimiert, weil keine separate Verkabelung für eine Änderung der Einstellung erforderlich ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schnittstelle drahtgebunden und an einem Bussystem anschließbar, welches zum Steuern mehrerer gleichartiger Leuchten eingerichtet ist. Beispielsweise kann eine ganze Reihe von baugleichen Leuchten, z.B. für eine Straßenbeleuchtung oder für die Beleuchtung eines Raums in einem Gebäude, vorgesehen sein, wobei jede Leuchte individuell entsprechend ihrem Standort eine bevorzugte Farbtemperatur erzeugen kann. Die Leuchten selbst können aber alle von der gleichen Bauart sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dafür eingerichtet, mittels des Stromreglers in wenigstens einem der Stränge den Strom durch den Strang zur Kompensation eines über eine Alterung der LEDs in dem Strang entstandenen Lichtstromverlust durch Erhöhen der durch des betreffenden Strang fließenden Stroms zu kompensieren. Im Stand der Technik ist es bereits bekannt, dass LEDs im Laufe ihrer Betriebszeit einen schwächeren Lichtstrom bei gegebener Stromstärke oder ein sich veränderndes Farbspektrum abgeben. Ferner ist es auch bekannt, den Verlust des Lichtstroms dadurch zu kompensieren, dass der Strom durch die betreffende LED erhöht wird. In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieses Ziel einfach durch die ohnehin vorhandene Stromregelung mit den einzelnen Strängen im LED-Modul erzielt werden. Es sind keine separaten Steuerungen erforderlich, weil der Strom durch eine oder alle Stränge des LED-Moduls mittels der ohnehin vorhandenen Stromregler möglich ist. Lediglich die Steuereinrichtung muss entsprechend programmiert sein, um den Lichtstrom der LEDs entsprechend den Alterungsbedingungen anzupassen. Bei einer Farbveränderung der LEDs kann die Kompensation dadurch erfolgen, dass Stromverteilung über die verschiedenen Stränge verändert wird. Wenn die Lichtfarbe beispielsweise sich im Laufe des Alters zu einer höheren Temperatur entwickelt, kann ein Anteil von kälterem Licht durch Erhöhen des Stroms durch den betreffenden Strang mit LEDs, die eine höhere Farbtemperatur aufweisen, zum Ausgleichen der altersbedingten Farbveränderung hinzugegeben werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich, die in Verbindung mit den Figuren gegeben wird. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:
    • Figur 1
    zeigt eine erste Ausführungsform eines LED-Moduls einer erfindungsgemäßen Leuchte.
    Figur 2
    zeigt ein Diagramm, welches das Mischungsverhältnis der Lichtfarbe gegenüber der Stellung der Stromregler in einem LED-Modul gemäß Figur 1 darstellt.
    Figur 3
    zeigt schematisch in einem Blockdiagramm eine Ausführungsform einer Leuchte gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In Figur 1 ist lediglich ein LED-Modul dargestellt, welches zusammen mit einem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) in einer Leuchte betrieben wird. Das elektronische Vorschaltgerät ist ein einkanaliges Vorschaltgerät, d.h. es wird lediglich eine, vorzugsweise konstant geregelte, Stromstärke für ein anzuschließendes Modul bereitgestellt.
  • Das LED-Modul selbst besitzt mehrere Kanäle, die im Folgenden auch als Stränge bezeichnet werden. In der Ausführungsform gemäß Figur 1 sind ein Strang WW und ein Strang KW vorgesehen. In anderen Ausführungsformen können noch mehr Stränge vorgesehen sein.
  • Die beiden Stränge weisen jeweils wenigstens eine LED auf, wobei ein Strang eine sehr niedrige Farbtemperatur, z.B. 2.200 K oder niedriger entsprechen der Farbe warmweiß, und der zweite Strang eine sehr hohe Farbtemperatur, z.B. 6.500 K oder höher entsprechend der Farbe kaltweiß aufweist.
  • Diese beiden Farbtemperaturen stelle die Extrema der physikalisch einstellbaren Farbtemperaturen der Leuchte dar. Um Farbtemperaturen zwischen den beiden Extrema zu erreichen, wird der vom EVG gelieferte elektrische Strom in einem charakteristischen Verhältnis zwischen den beiden Strängen aufgeteilt. Hierzu dient die Schaltung in dem LED-Modul, wie in Figur 1 dargestellt.
  • Das LED-Modul umfasst in jedem Strang aus einer oder mehreren LEDs, die jeweils in einer Reihe geschaltet sind, einen Stromregler, welcher den Stromfluss durch den betreffenden Strang regelt. Die Stromregler in allen Strängen werden von einer gemeinsamen Steuereinheit gesteuert, die in dem LED-Modul vorgesehen ist und auch durch den Versorgungsstrom des LED-Moduls, welcher von den EVG bereitgestellt wird, betrieben wird.
  • Durch Vorsehen mehrerer LED-Stränge auf dem LED-Modul, welche individuell von 0-100% des Stroms regelbar sind und jeweils eine unterschiedliche Farbtemperatur aufweisen, lässt sich eine gewünschte Mischfarbe der Leuchte erzeugen. Somit kann durch gezielt unterschiedliches Bestromen der einzelnen Stränge die Farbtemperatur einer Leuchte quasi elektrisch verändert werden. Das LED-Modul übernimmt dabei die Aufteilung des Stromes aus dem stromgeregelten EVG auf die wenigstens zwei, elektrisch betrachtet symmetrisch aufgebauten, LED-Stränge mittels linearer Stromregler in jedem Strang.
  • Ein Beispiel für verschiedene Einstellungen der Stromregler zur Mischung der Farben kaltweiß und warmweiß eines LED-Moduls gemäß Figur 1 ist in Figur 2 dargestellt. Die Stellung des Stromreglers in jedem Strang kann zwischen 0 (= ganz zu) und 100 (= voll offen) geregelt werden. Die in der Figur 2 dargestellten Reglerstellungen sind nur beispielhaft. Es sind auch andere Stellungen denkbar, wichtig ist lediglich, dass die Summe der Ströme der beiden Regler einen höheren Wert ergibt als der Gesamtstrom, mit dem das LED-Modul bestromt wird, um zu verhindern, dass die beiden Stromregler auf dem LED-Modul gegen das auf einen Konstantstrom geregelte EVG, an welchem das LED-Modul angeschlossen ist, arbeiten.
  • Das LED-Modul wird in einer Leuchte (1) eingesetzt, die in einer Ausbaustufe gemäß Figur 3 folgende Komponenten umfasst:
    1. 1. Beliebiges EVG(2) mit nur einer Endstufe (einkanaliges EVG)
    2. 2. LED-Modul(4) mit einem Microcontroller (pC) (5), welcher als Steuereinheit dient, und wenigstens zwei LED-Strängen, die so angeordnet sind, dass eine Mischung von Farbtemperaturen möglich ist. Der µC im LED-Modul beinhaltet einen nichtflüchtigen Speicher, welcher bei der Produktion des LED-Moduls mit einem vollständigen Datensatz zur Beschreibung der bestückten LED-Stränge beschrieben wurde:
      1. a. I(PHI, T) zur Helligkeitsberechnung jedes LED-Strangs im zulässigen Temperaturbereich,
      2. b. CCT(T) für alle bestückten LED-Typen zur Lichtfarbenberechnung im zulässigen Temperaturbereich,
      3. c. deltaPHI(T,I) zur Berechnung des Lichtstromverlusts im Laufe der Leuchtenlebensdauer zur Alterungskompensation,
      4. d. deltaCCT(T,I) zur Berechnung der alterungsbedingten Lichtfarbenverschiebung zur Alterungskompensation,
      5. e. Verschaltung der LED,
      6. f. IWW: Icw(CCT(T)) zur Ermittlung des el. Stromverhältnisses zwischen den LED-Strängen unter Berücksichtigung der thermischen Farbdrift der LED, und
      7. g. mehrere Stromregler (Stromverteilerschaltung) auf dem LED-Modul, welche vom pC(5) angesteuert werden können.
    3. 3. Eine Verbindungsleitung(6) vom EVG zum LED-Modul zum Versorgen der LED-Stränge auf dem LED-Modul(4)
    4. 4. Einer Netz-/Versorgungsleitung (8) zur Energieversorgung der Leuchte (1)
    5. 5. Eine optionale externe Steuerschnittstelle (15) für Leuchten mit einem Bus-System z.B.: KNX, DALI, DMX
    6. 6. Eine Steuerschnittstelle(12) vom EVG zum LED-Modul zum Anfordern einer anderen Farbtemperatur/Lichtverteilung z.B. RS232, CAN,,... (ggf. über einen Bus mit Pegelanpassung) .
  • Weiterhin ist es möglich, den vom EVG gelieferten Strom zu messen oder auch die Datenverbindung zwischen EVG und LED-Modul zu verwenden, um die Abstimmung zwischen den Geräten zu verbessern (z.B. Abstimmung der Höhe des el. LED-Stroms)
  • Exemplarisch wird hier eine Leuchte mit zwei Strängen zur dynamischen Änderung der Farbtemperatur beschrieben, es können aber auch mehrere Stränge zur Änderung der Farbtemperatur verwendet werden.
  • Vorzugsweise ist stets (mindestens) ein Strang voll aufgesteuert, d.h. für diesen Strang wird der Strom nicht geregelt und er ist (mit) am höchsten bestromt. Wenn im Rahmen einer Farbveränderung dieser Strang geregelt werden soll, muss ein anderer Strang dessen Einstellung (voll aufgesteuert) übernehmen. Die verhältnismäßige Aufteilung des Stroms erfolgt lediglich durch Begrenzung des Stroms in dem/den niedriger bestromten Strang/Strängen.
  • Trotz der prinzipbedingt verlustbehafteten Linearregler bleiben die schaltungsbedingten Verluste dabei sehr gering, da:
    • die Stromregler nur in den niedriger bestromten Kanälen aktiv sind,
    • die Stromregler daher immer weniger als 50% des Gesamtstroms im LED-Modul begrenzen müssen, und
    • lediglich die Differenz der Vorwärtsspannungen der LED-Stränge in Wärme umgewandelt wird. Diese Differenz ist aufgrund der flachen Diodenkennlinie gering.
    • Im Falle einer gleichmäßigen Stromaufteilung über alle Stränge (also bei zwei Strängen z.B. 50%:50%) alle Stromregler inaktiv/voll aufgesteuert sind und die Verluste daher nahezu Null sind.
    • Im Falle der Stromaufteilung in eines der beiden Extrema (also bei z.B. zwei Stränge 100%:0%) die Verluste ebenfalls gegen Null gehen, da der Strom und daher die Verluste in jeweils einem Strang nahezu Null sind und im zweiten Strang der Regler inaktiv/voll aufgesteuert und daher ebenfalls nahezu verlustfrei ist.
  • Die Übergänge zwischen den Extrema der Farbtemperaturen sind durch die individuelle Dimmbarkeit von jedem der Stränge stufenlos, fließend und flackerfrei. Entsprechende Ansteuerung der Stromregler ist natürlich vorausgesetzt.
  • Die Ermittlung, in welchem Verhältnis der LED-Strom aufgeteilt wird und die entsprechende Ansteuerung der Schaltung, erfolgt im µC des LED-Moduls auf Basis des Speicherinhalts des nichtflüchtigen Speichers.
  • In einer Minimalkonfiguration ist anstelle der Sollwertvorgabe durch Steuerschnittstelle und Mikrocontroller auch eine rein analoge Lösung z.B. Poti, Schaltermatrix, etc... realisierbar.
  • Durch die Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich folgende Vorteile:
    • Es wird nur ein normales, einkanaliges (Standard-) EVG benötigt, kein teures Mehrkanal-EVG;
    • Verringerter Platzbedarf (unabhängig von der Anzahl der Stränge);
    • Verringerter Verdrahtungsaufwand, unabhängig von Anzahl der Stränge;
    • Sehr einfache Nachrüstmöglichkeit (lediglich das LED-Modul muss getauscht werden);
    • Geringer Schaltungsaufwand/Platzbedarf auf dem LED-Modul
    • Das System kann mit geringstmöglichem Aufwand um eine beliebige Anzahl von Strängen erweitert werden (z.B. mit Strängen, die eine bestimmte Spektralfarbtemperatur abgeben, z.B. Rot, Grün, Blau und als Mischfarbe Weiß), wobei nur ein EVG für alle Leuchtenausführungen erforderlich ist;
    • Unveränderter EVG-Wirkungsgrad im Vergleich zu einkanaliger Leuchte, da dessen einer Kanal immer voll ausgelastet ist;
    • Keine störenden Nebeneffekte durch PWM-Ansteuerung, und
    • Keine Parametrierung des LED Treibers notwendig, da im LED-Modul alle seine Eigenschaften und Möglichkeiten gespeichert sind.

Claims (12)

  1. Leuchte mit einem einkanaligen elektronischen Vorschaltgerät, EVG, und einem LED-Modul, wobei das LED-Modul mehrere parallele Stränge aus jeweils wenigstens einer LED umfasst und in jedem Strang ein Stromregler zum Regeln des Stroms durch den betreffenden Strang vorgesehen ist,
    wobei die LEDs in unterschiedlichen Strängen eingerichtet sind, um Licht in verschiedenen Farbtemperaturen abzugeben,
    und das LED-Modul eine Steuereinrichtung aufweist, die mit den Stromreglern verbunden ist, um den Stromfluss durch die Stränge in unterschiedlichen Verhältnisse einzustellen.
  2. Leuchte nach Anspruch 1, wobei die Leuchte zwei oder mehr Stränge aufweist und die eine oder die mehreren LEDs des ersten Strangs eine Farbtemperatur von unter 3300 K die eine oder die mehreren LEDs des zweiten Strangs eine Farbtemperatur von über 5300 K aufweist.
  3. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das LED-Modul einschließlich der in jedem Strang vorgesehenen Stromregler und der Steuereinrichtung in der Leuchte austauschbar montiert ist und das EVG außerhalb des LED-Moduls in der Leuchte verbaut ist.
  4. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, in jedem Schaltungszustand, in welcher die Leuchte nicht vollständig ausgeschaltet ist, wenigstens einen Stromregler vollständig niederohmig, d.h. < 3 Ohm, zu schalten.
  5. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das EVG einen Konstantstrom zur Stromversorgung des LED-Moduls bereitstellt.
  6. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit einen Microcontroller und einen, vorzugsweise nicht flüchtigen, Speicher umfasst, der dazu eingerichtet ist, mehrere Schaltungszustände der Stromregler zu speichern, die über den Microcontroller zum Einstellen der Stromregler abrufbar sind.
  7. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das LED-Modul zwei oder mehr der LED-Stränge aufweist und die Steuereinheit dafür eingerichtet ist, in einem der zwei Stränge den Stromregler niederohmig, d.h. < 3 Ohm, zu schalten und in einem weiteren der zwei Stränge den Stromregler stufenlos zwischen niederohmig und hochohmig, d.h. > 1 MOhm, zu regeln.
  8. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchte wenigstens eine Schnittstelle aufweist, die dafür eingerichtet ist, die Steuereinheit über eine Einrichtung außerhalb der Leuchte anzusteuern.
  9. Leuchte nach Anspruch 8, wobei die Schnittstelle eine drahtlose Schnittstelle ist, die es ermöglicht, die Leuchte individuell anzusteuern.
  10. Leuchte nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Schnittstelle drahtgebunden ist und an einem Bussystem anschließbar ist, welches zum Steuern mehrerer gleichartiger Leuchten eingerichtet ist.
  11. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit dafür eingerichtet ist, eine altersbedingte Lichtfarbenverschiebung der LEDs durch Verändern der Ströme durch die zwei verschiedenen Stränge zu kompensieren.
  12. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit dafür eingerichtet ist, mittels des Stromreglers an wenigstens einem der Stränge den Strom durch den Strang zur Kompensation eines über die Alterung der LEDs in dem betreffendem Strang stehenden Lichtstromverlustes durch Erhöhen des Stromflusses in dem betreffenden Strang zu kompensieren.
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