EP3905856A1 - Led-leuchte mit stufenlos einstellbarer lichtverteilung - Google Patents

Led-leuchte mit stufenlos einstellbarer lichtverteilung Download PDF

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EP3905856A1
EP3905856A1 EP21170094.3A EP21170094A EP3905856A1 EP 3905856 A1 EP3905856 A1 EP 3905856A1 EP 21170094 A EP21170094 A EP 21170094A EP 3905856 A1 EP3905856 A1 EP 3905856A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
luminaire
led
led module
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.)
Pending
Application number
EP21170094.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Haselberger
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 EP3905856A1 publication Critical patent/EP3905856A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • 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
    • 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]
    • H05B45/40—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

Definitions

  • the present invention relates to an LED lamp and, more particularly, to an LED lamp whose light distribution is adjustable.
  • the adaptation of the light distribution of a luminaire is often desired for variable lighting situations indoors and outdoors. For example, to avoid glare in different ambient conditions such as wet or dry roads with street lighting, the light distribution has to be changed. Under certain circumstances, the radiation pattern of an interior light has to be changed from e.g. wide to narrow beam if the lighting task changes. Furthermore, in order to avoid the large number of variants in the manufacture of lights, it may be desirable to be able to manufacture lights that are as structurally identical as possible with different light distributions.
  • the object of the present invention is to provide an LED luminaire which can provide various light distributions with little effort.
  • the object is achieved by a luminaire according to claim 1.
  • a special feature of the luminaire of the present invention is that the luminaire comprises several strands of one or more LEDs connected in series, the strands emitting light in different solid angle areas.
  • each LED string creates its own light distribution.
  • the desired light distributions can be variably selected by combining the light of the several 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 light distribution.
  • the current regulators are provided in the current lines and the control device is provided in the lamp module, which overall only needs to be connected to a single-channel electronic ballast.
  • the control device is provided in the lamp module, which overall only needs to be connected to a single-channel electronic ballast.
  • 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 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 distributions or also 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, i.e. ⁇ 3 ohms, in every switching state in which the lamp is not completely switched off.
  • one string is always fully opened, i.e. in this string the current through the one or more LEDs is not regulated and is highest or possibly the same as other strings that are also fully opened. Since the current regulator has a low resistance, the efficiency of the luminaire is maximum. Only in the one or more strings that are only supposed to contribute less light to the overall light distribution of the luminaire is a loss caused by the current regulator that is not fully open.
  • 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 are only intended to contribute a smaller proportion of the light to the overall light distribution are supplied by a lower current in relation to the current through the fully opened string or strands.
  • 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 for achieving different light distributions.
  • 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 light distributions can also be stored during the manufacture of the lamp.
  • a desired light distribution state can be selected from these predetermined circuit states at any time during installation of the luminaire or also during its operation, in that the corresponding parameters are read out from the memory by 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 light distribution 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 line, the current regulator of which is switched to low resistance and thus contributes to the largest proportion of the light distribution.
  • 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 light distributions.
  • 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, e.g. 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 whole series of identical lights for example for street lighting or for lighting of a room in a building, wherein each lamp can individually generate a preferred light distribution according to its location.
  • lights on a curve can produce a light distribution that corresponds to the course of the curve, while lights on a straight course of the road or in an elongated corridor section produce an elongated light distribution.
  • a uniform, wide-beam light distribution can also be set to illuminate a square or a larger room. However, the lights themselves can all be of the same type.
  • the control unit is set up 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 and / or in connection with the use of differently colored LEDs in at least two different strands to compensate for an age-related light color shift of the LEDs by changing the currents through the two different strands.
  • 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. Only that The control device must be programmed accordingly in order to adapt the luminous flux of the LEDs to the aging conditions. In the event of a color change in the LEDs, the compensation can take place in that LEDs of different colors are used in different strings. For example, if the light color develops to a higher temperature with age, a proportion of colder light can be added by increasing the current through the relevant string of LEDs that have a lower color temperature to compensate for the age-related color change.
  • 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.
  • at least one strand 1 and one strand 2 and optionally further strands n are provided.
  • eight strands are provided.
  • the LED module comprises one LED or several LEDs in each string, each of which is connected in a row.
  • a current regulator is also provided in the series, which regulates the current flow through the relevant strand.
  • 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 LEDs of the individual strands each emit light in a predetermined solid angle range, so that different strands, taken individually, produce a different light distribution.
  • 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.
  • a luminaire with two strands for dynamically changing the light distribution is described here, but several strings can also be used to change the light distribution.
  • the electrical current supplied by the electronic ballast must be divided between the two LED strings in a characteristic ratio.
  • An electrical circuit according to FIG Fig. 1 An electrical circuit according to FIG Fig. 1 .
  • Example line 1 20%, line 2: 80%:
  • the current regulator of the string with the higher current is fully turned on, in this case that of string 2. As a result, the same is low-resistance and almost loss-free.
  • To get the To achieve the desired, lower current of only 20% of the total current its current regulator is set so that only 20% of the total current can flow there. The rest of the current (80%) will flow as desired via line 2.
  • Fig. 1 Indicated by dashed lines, expandable to any number of strands.
  • the transitions between the individual light distributions are stepless, flowing and flicker-free due to the individual dimmability of each of the strands.
  • Appropriate control of the current regulator is of course required.
  • 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

  • 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 verschiedene Raumwinkelbereiche 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

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Leuchte und insbesondere eine LED-Leuchte, deren Lichtverteilung einstellbar ist.
  • Die Anpassung einer Lichtverteilung einer Leuchte ist für variable Beleuchtungssituationen im Innen- und Außenbereich häufig gewünscht. Zum Beispiel zur Blendungsvermeidung bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen wie bei nasser oder trockener Straße bei einer Straßenbeleuchtung ist die Lichtverteilung zu ändern. Unter Umständen ist auch die Strahlungscharakteristik einer Innenleuchte von z.B. breitauf engstrahlend zu verändern, wenn sich die Beleuchtungsaufgabe ändert. Ferner kann es auch zur Vermeidung von dem Variantenreichtum bei der Fertigung von Leuchten gewünscht sein, möglichst baugleiche Leuchten mit verschiedenen Lichtverteilungen herstellen zu können.
  • Im Stand der Technik sind dazu wenig Lösungen bekannt. In der Regel ist es notwendig, die mechanische Ausgestaltung der Leuchte durch Anbringen von Vorsatzlinsen oder durch eine räumliche Anordnung der Lichtquellen, z.B. LEDs, zur Erzeugung der gewünschten Lichtverteilung anzupassen. Diese Lösungen sind jedoch relativ aufwendig und machen es notwendig, die Leuchten bereits im Herstellungsprozess für eine bestimmte Lichtverteilung einzurichten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine LED-Leuchte bereitzustellen, die mit geringem Aufwand verschiedene Lichtverteilungen 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 verschiedene Raumwinkelbereiche abgeben. Dadurch erzeugt jeder LED-Strang eine eigene Lichtverteilung. Durch die Kombination des Lichts der mehreren Stränge können gewünschte Lichtverteilungen 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 Lichtverteilung zu erzeugen. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die Stromregler in den Stromsträngen und das Steuergerät in dem Leuchtenmodul 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 Lichtverteilungen 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 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 Lichtverteilungen oder auch Lichtfarben 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 Gesamtlichtverteilung 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 an der Gesamtlichtverteilung 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 Lichtverteilungen 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 Lichtverteilungen gespeichert sein. Aus diesen vorgegebenen Schaltungszuständen kann jederzeit bei der Installation der Leuchte oder auch während deren Betrieb ein gewünschter Lichtverteilungszustand 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 Lichtverteilung 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 der Lichtverteilung 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 Lichtverteilungen 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 Lichtverteilung erzeugen kann. Beispielsweise können Leuchten an einer Kurve eine dem Kurvenverlauf entsprechende Lichtverteilung erzeugen, während Leuchten an einem graden Straßenverlauf oder in einem länglichen Gangabschnitt eine längsgestreckte Lichtverteilung erzeugen. Ferner können zur Beleuchtung eines Platzes oder eines größeren Raumes auch eine gleichmäßig breitstrahlende Lichtverteilung eingestellt werden. 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 und/oder in Verbindung mit der Verwendung von unterschiedlich farbigen LEDs in wenigstens zwei verschiedenen Strängen eine altersbedingte Lichtfarbenverschiebung der LEDs durch Verändern der Ströme durch die zwei verschiedenen Stränge 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 LEDs unterschiedlicher Farben in verschiedenen Strängen verwendet werden. 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 niedrigere 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 eine weitere Ausführungsform eines LED-Moduls einer erfindungsgemäßen Leuchte.
    Figur 3
    zeigt schematisch in einem Blockdiagramm eine Ausführungsform einer Leuchte gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In den Figuren 1 und 2 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 wenigstens ein Strang 1 und ein Strang 2 und optional noch weitere Stränge n vorgesehen. In der Ausführungsform gemäß Figur 2 sind acht Stränge vorgesehen.
  • Ferner umfasst das LED-Modul in jedem Strang eine LED oder mehrere LEDs, die jeweils in einer Reihe geschaltet sind. In der Reihe ist ferner ein Stromregler vorgesehen, 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.
  • Die LEDs der einzelnen Stränge geben jeweils Licht in einen vorbestimmten Raumwinkelbereich ab, so dass unterschiedliche Stränge jeweils für sich genommen eine unterschiedliche Lichtverteilung erzeugen.
  • Durch Vorsehen mehrerer LED-Stränge auf dem LED-Modul, welche individuell von 0-100% des Stroms regelbar sind und jeweils einer oder mehreren Lichtverteilungen zugeordnet sind, lässt sich eine gewünschte Gesamtlichtverteilung der Leuchte erzeigen. Somit kann durch gezielt unterschiedliches Bestromen der einzelnen Stränge die Lichtverteilung 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.
  • 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, wenigstens zwei LED-Strängen und Reflektoren/Linsen, die so angeordnet sind, dass mehrere brauchbare Lichtverteilungen möglich sind. Der µC im LED-Modul beinhaltet einen nicht-flüchtigen 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. eine Lookup-Tabelle, welche die Steuerparameter zum Erreichen verschiedener Lichtverteilungskurven beinhalten,
      7. g. eine Funktion zur Ermittlung des el. Stromverhältnisses zwischen den LED-Strängen unter Berücksichtigung der thermischen Farbdrift der LED, und
      8. h. mehrere Stromregler (Stromverteilerschaltung) auf dem LED-Modul, welche vom pC(5) angesteuert werden kann.
    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 Lichtverteilung beschrieben, es können aber auch mehrere Stränge zur Änderung der Lichtverteilung verwendet werden.
  • Hierbei umfasst die Leuchte zwei LED-Strängen mit wenigstens einer LED, wobei jeder Strang Licht in einen anderen Raumwinkelbereich abgibt so dass sich drei mögliche Grundlichtverteilungen (beide Stränge aus werden nicht gezählt) ergeben:
    • Grundlichtverteilung 1: Strang 1 ein, Strang 2 ein
    • Grundlichtverteilung 2: Strang 1 aus, Strang 2 ein
    • Grundlichtverteilung 3: Strang 1 ein, Strang 2 aus
  • Um Lichtverteilungen zwischen diesen drei Grundlichtverteilungen zu erreichen, muss der vom EVG gelieferte elektrische Strom in einem charakteristischen Verhältnis zwischen den beiden LED-Strängen aufgeteilt werden. Hierfür dient eine elektrische Schaltung gemäß Fig. 1.
  • Es muss stets (mindestens) ein Strang voll aufgesteuert sein, d.h. für diesen Strang wird der Strom nicht geregelt und er ist (mit) am höchsten bestromt. Wenn im Rahmen einer Lichtverteilungsänderung 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. Für die oben exemplarisch aufgeführte Grundlichtverteilung würde dies konkret folgendermaßen aussehen:
    • Grundlichtverteilung1: Strang 1 und Strang 2 ein
      Die Stromregler von Strang 1 und Strang 2 sind beide voll aufgesteuert. Elektrisch gesehen sind diese daher wie ein niederohmiger Widerstand (<3 Ohm) zu betrachten. Da beide Stränge symmetrisch aufgebaut sind, wird sich der Gesamtstrom gleichmäßig auf beide Stränge im Verhältnis 50%:50% verteilen. Die Schaltung weist nahezu keine Verluste auf.
    • Grundlichtverteilung2: Strang1 aus, Strang2 ein
      Nur der Stromregler von Strang2 ist voll aufgesteuert, und daher niederohmig. Der Stromregler von Strang1 ist voll zugesteuert und damit extrem hochohmig. Der Stromfluß in diesem Strang ist daher Null, der gesamte Strom fließt über Strang2. Die Verluste im Stromregler von Strang1 sind Null, da hier kein Strom fließt. Genauso, nur mit vertauschten Strangnummern ist die Funktionsweise bei Grundlichtverteilung3.
  • Für Lichtverteilungen zwischen einer dieser drei Grundverteilungen werden die Strangströme verhältnismäßig aufgeteilt.
    • Beispiel Strang1: 20%, Strang2: 80%:
  • Der Stromregler des höher bestromten Strangs wird voll aufgesteuert, in diesem Fall der von Strang2. Derselbe ist dadurch niederohmig und fast verlustfrei. Um in Strang1 den gewünschten, niedrigeren Strom von nur 20% des Gesamtstroms zu erreichen, wird dessen Stromregler so eingestellt, dass dort nur 20% des Gesamtstroms fließen kann. Der restliche Strom (80%) wird somit wie erwünscht über Strang2 fließen.
  • 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.
  • Das Funktionsprinzip ist wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet auf beliebig viele Stränge erweiterbar. Hierzu ist in Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit 8 pixelartig angesteuerten Strängen dargestellt. Damit lassen sich dann 2^8 = 255 verschiedene Grundlichtverteilungen realisieren.
  • In Ausführungsformen mit mehr als zwei Strängen ergibt sich die Möglichkeit mehrere am höchsten bestromte Stränge zu bekommen, z.B. bei drei Strängen die Verteilung 40%:20%:40%. Dies ändert aber nichts an der grundsätzlichen Funktionsweise. Folglich werden in diesem Beispiel die Stromregler der Stränge 1 und 3 voll aufgesteuert, und der Stromregler des zweiten Strangs so eingestellt, dass dort 20% des Gesamtstroms fließen. Bedingt durch den symmetrischen Aufbau und die voll aufgesteuerten Stromregler von Strang 1 und 3 werden sich die restlichen 80% des Gesamtstroms zu je 40% auf Strang 1 und 3 aufteilen.
  • Die Übergänge zwischen den einzelnen Lichtverteilungen 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. pixelartige Ansteuerung der einzelner LEDs wie im Beispiel der Fig. 2, 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 (10)

  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 verschiedene Raumwinkelbereiche 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 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.
  3. 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.
  4. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das EVG einen Konstantstrom zur Stromversorgung des LED-Moduls bereitstellt.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Leuchte nach Anspruch 7, wobei die Schnittstelle eine drahtlose Schnittstelle ist, die es ermöglicht, die Leuchte individuell anzusteuern.
  9. Leuchte nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schnittstelle drahtgebunden ist und an einem Bussystem anschließbar ist, welches zum Steuern mehrerer gleichartiger Leuchten eingerichtet ist.
  10. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit dafür eingerichtet ist, 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 des durch den betreffenden Strang fließenden Stroms zu kompensieren und/oder in Verbindung mit der Verwendung von unterschiedlich farbigen LEDs in wenigstens zwei verschiedenen Strängen eine altersbedingte Lichtfarbenverschiebung der LEDs durch Verändern der Ströme durch die zwei verschiedenen Stränge zu kompensieren.
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