WO2002096161A1 - Circuit configuration for operating light-emitting diodes - Google Patents

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WO2002096161A1
WO2002096161A1 PCT/DE2002/001834 DE0201834W WO02096161A1 WO 2002096161 A1 WO2002096161 A1 WO 2002096161A1 DE 0201834 W DE0201834 W DE 0201834W WO 02096161 A1 WO02096161 A1 WO 02096161A1
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PCT/DE2002/001834
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Michael Kohls
Birger Buhk
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Michael Kohls
Birger Buhk
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/395—Linear regulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for operating light-emitting diodes.
  • light-emitting diodes In many areas of commercial technology but also in many areas of private use, light-emitting diodes, hereinafter referred to as light-emitting diodes, are used. While not so long ago the light emitting diodes were mainly used as signal lamps due to their physically low light intensity, light emitting diodes have recently been developed that are ready for the market and have a light intensity of up to 3,600 mcd. These LEDs are Due to the large light intensity now available, it is increasingly used as a light source. This use of the LEDs is characterized by extremely low power consumption and long
  • a major disadvantage of known bulbs equipped with light-emitting diodes is, however, that these bulbs are intended to require a power supply unit in order to operate them, for example, at the voltage of the local voltage networks, for example 230 volts AC, as is generally the case in European 1-phase voltage networks Is available, or 110 volts alternating voltage, such as prevails predominantly in the area of the US 1-phase voltage networks.
  • These power supply units regularly require a transformer and a downstream power supply unit, which is used to produce a DC voltage that is essential for the operation of the LEDs from the AC voltage supplied.
  • the average lifespan of a transformer and that of a downstream power supply unit for generating the DC voltage is significantly shorter than the lifespan of a light emitting diode.
  • the transformer and the power supply unit must always be readjusted to the illuminant desired in relation to the mains voltage and the expected power consumption.
  • a lamp with light-emitting diodes with an integrated transformer has become known, but is extremely susceptible to faults in the network As a result, voltage showed that, due to the normally unavoidable voltage fluctuations and disturbances in the mains voltage, it led to the destruction of the lamps. To date, it has not been possible to eliminate the sensitivity to interference.
  • circuit unit which comprises a current source which is connected to at least one subsequently connected light-emitting diode.
  • the advantage of the solution according to the invention is essentially that, regardless of the supply voltage for operating the circuit arrangement, the light-emitting diode is always supplied with a constant current or a constant current always flows through the diode.
  • a Zener diode is preferably connected in parallel with the light-emitting diode, which has the effect that, in the event of a defect in the light-emitting diode, for example an interruption, the current is nevertheless passed on, so that a second circuit unit which may be provided and is connected in series to the circuit unit is unaffected by the Disorder of in Row arranged in front of the LED works or can be operated as intended.
  • the breakdown voltage of the Zener diode is chosen to be slightly above the forward voltage of the light-emitting diode.
  • the current source is a constant current source, i.e. With this configuration, no separate measures are necessary to control the output current constantly, i.e. a current source designed in this way is itself capable of this.
  • two light-emitting diodes are connected in series, with the Zener diode being connected in parallel with both light-emitting diodes, even if a Zener diode is also provided.
  • two light-emitting diodes are then supplied with the desired, selectable current by a current source independently of the input voltage.
  • the circuit arrangement is advantageously designed such that it can be operated not only with direct voltage, but also with mains voltage (1-phase alternating voltage, 3-phase alternating voltage), as is usually the case in the local voltage supply networks.
  • the frequency of the mains voltage is irrelevant, since the circuit arrangement can in fact be operated with direct voltage (0 Hz) up to the local frequencies of the mains voltage (up to 60 Hz and more).
  • the circuit arrangement is advantageously connected upstream of a rectifier device whose input, which forms the mains voltage input of the circuit arrangement, is connected to the mains voltage.
  • the rectifier device generates a pulsating DC voltage for the intended operation of the circuit arrangement.
  • the current source itself can preferably be in the form of an integrated circuit, this circuit advantageously being formed by a circuit of the type designation TI 317 (Texas Instruments), which is also available from other suppliers under the same type designation 317.
  • TI 317 Texas Instruments
  • light-emitting diodes in the form of ultra-bright light-emitting diodes are advantageously selected, which are available in almost all colors and, based on today's physical knowledge, in relation Represent optimal on the achievable light intensity.
  • the circuit arrangement according to the invention with standard light-emitting diodes, the type of selection of the light-emitting diodes which are to be used in the circuit arrangement taking place according to the type of intended use of the circuit arrangement.
  • the circuit arrangement 10 shown in the figure here consists, for example, of ten circuit units 11 connected in series, which are connected to a rectifier circuit 17, which supplies the supply voltage for the operation of the circuit units 11 1.
  • a circuit unit 11 in each case consists of a current source 12, which, when suitably connected, supplies a constant current of 25 A, for example.
  • the current source 12 is formed here, for example, by an integrated circuit (3-terminal adjustable regulator TI 317, Texas Instruments). Other manufacturers of such integrated components offer equivalent current sources 12, with which constant currents can be generated in the same way.
  • a zener diode 15 is connected in parallel with the two light-emitting diodes 13, 14 connected in series.
  • circuit units 11 are connected in series one behind the other, all circuit units 11 having an identical structure, as has been prescribed.
  • the circuit arrangement 10 is operated, namely in accordance with the type and number of light-emitting diodes 13 ,, Q ,
  • a rectifier circuit 17 designed here, for example, as a bridge rectifier circuit, the mains voltage 16 being present at the inputs 18 of the rectifier circuit 17.
  • the rectifier circuit 17 generates a pulsating DC voltage which is present at the outputs 19.
  • the positive output 19 of the rectifier circuit 17 is given to the input (IN) of the current source 12, the first circuit unit 11.
  • the negative output 19 of the rectifier circuit 17 is connected to the cathode of the zener diode 14, Q of the tenth circuit unit 11.
  • a capacitor 20 is connected between the positive and negative output 19 of the rectifier circuit 17, which short-circuits switching peaks in the mains voltage 16 or other faults.
  • the circuit arrangement 10 is so variable that basically only one light-emitting diode 13 needs to be provided per circuit unit 11.
  • the Zener diode 15 connected in parallel with the light-emitting diodes 13, 14 is fundamentally not necessary. However, it has a very strong increase in the operational reliability of the circuit arrangement 10 in the event that, for example, a light-emitting diode 13 or 14 is interrupted and the like. is broken.
  • the Zener diode 15 is in terms of its breakdown voltage slightly above the sum of the two forward voltages of the two in succession LEDs 13, 14 set so that in the event of a malfunction the current coming from the upstream current source, for example 25 A, is forwarded via the Zener diode 15, specifically to the circuit unit 11 following the first circuit unit 11, etc.
  • the rectifier circuit 17 generates a pulsating DC voltage which is present at the outputs 19 of the rectifier circuit 17.
  • approximately the tenth part of the pulsating DC voltage lying behind the rectifier circuit 17 drops.
  • the resistance of the circuit units 11 used in the form of the integrated circuits is regulated in accordance with the circuit TI 317 used here, for example, depending on the current flowing on its output side (OUT), the required LED current of approx. 25 mA is generated relatively early within the sine wave.
  • Half-wave is reached and is not reached again until relatively late in the half-wave, so that practically a direct current can be assumed which flows through all 20 light-emitting diodes 13, 14.
  • the electronic components (current source 12, light-emitting diodes 13, 14 and zener diode 15) described and used here as examples enable an extremely compact construction of the circuit arrangement 10
  • the expected very long service life of the circuit arrangement 10 is particularly suitable for use in or in lights that are difficult or impossible to access.

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Abstract

The invention relates to a circuit configuration for operating light-emitting diodes (13, 14). To this end, the circuit configuration comprises a circuit unit (11) that has a current source (12), which is connected to at least one subsequently series-connected light-emitting diode (13; 14).

Description

SchaltungsanOrdnung zum Betrieb lichtemittierender DiodenCircuit arrangement for operating light-emitting diodes
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb lichtemittierender Dioden.The invention relates to a circuit arrangement for operating light-emitting diodes.
In vielen Bereichen der kommerziellen Technik aber auch in vielen Bereichen der privaten Nutzung werden lichtemittierende Dioden, im Folgenden kurz Leuchtdioden (Light-E itting-Diods) genannt, eingesetzt. Während vor noch nicht allzu langer Zeit die Leuchtdioden aufgrund ihrer bis dahin physikalisch bedingten geringen Lichtstärke überwiegend lediglich als Signallampen eingesetzt wurden, stehen neuerdings bis zur Marktreife entwickelte Leuchtdioden zur Verfügung, die eine Lichtstärke von bis zu 3.600 mcd aufweisen. Diese Leuchtdioden werden aufgrund der jetzt zur Verfügung stehenden großen Lichtstärke in zunehmendem Maß auch als Leuchtmittel zum Einsatz gebracht. Diese Nutzung der Leuchtdioden zeichnet sich durch extrem geringen Stromverbrauch und langeIn many areas of commercial technology but also in many areas of private use, light-emitting diodes, hereinafter referred to as light-emitting diodes, are used. While not so long ago the light emitting diodes were mainly used as signal lamps due to their physically low light intensity, light emitting diodes have recently been developed that are ready for the market and have a light intensity of up to 3,600 mcd. These LEDs are Due to the large light intensity now available, it is increasingly used as a light source. This use of the LEDs is characterized by extremely low power consumption and long
5 Lebensdauer aus, die > 10 Stunden beträgt, was einer5 lifespan that is> 10 hours, which is one
Lebensdauer von 27 Jahren entspricht. Der Vorteil mit Leuchtdioden bestückter Leuchtmittel ist neben der langen Lebensdauer auch, daß nahezu keine Wärmeentwicklung auftritt.Life span of 27 years. The advantage of lamps equipped with light-emitting diodes is, in addition to the long service life, that almost no heat is generated.
Ein wesentlicher Nachteil bekannter, mit Leuchtdioden ausgerüsteter Leuchtmittel ist jedoch, daß diese Leuchtmittel bestimmungsgemäß ein Netzteil benötigen, um sie bspw. an der Spannung der örtlichen Spannungsnetze zu betreiben, bspw. 230 Volt Wechsel Spannung , wie sie im allgemeinen in europäischen 1-Phasenspannungsnetzen zur Verfügung steht, bzw. 110 Volt Wechsel Spannung, wie sie bspw. überwiegend im Bereich der US-1-Phasen-Spannungs- netze herrscht. Diese Netzteile erfordern regelmäßig einen Transformator und ein nachgeschaltetes Netzteil, mit dem aus der angelieferten Wechsel Spannung eine für den Betrieb der Leuchtdioden zwingend notwendige Gleichspannung hergestellt wird. Die durchschnittliche Lebensdauer eines Transformators und auch die eines nachgeschalteten Netzteils zur Erzeugung der Gleichspannung ist deutlich geringer als die Lebensdauer einer Leuchtdiode. Hinzu kommt, daß der Transformator und das Netzteil an das jeweils einzusetzen gewünschte Leuchtmittel in bezug auf Netzspannung und die erwartbare Leistungsaufnahme stets neu angepaßt werden muß.A major disadvantage of known bulbs equipped with light-emitting diodes is, however, that these bulbs are intended to require a power supply unit in order to operate them, for example, at the voltage of the local voltage networks, for example 230 volts AC, as is generally the case in European 1-phase voltage networks Is available, or 110 volts alternating voltage, such as prevails predominantly in the area of the US 1-phase voltage networks. These power supply units regularly require a transformer and a downstream power supply unit, which is used to produce a DC voltage that is essential for the operation of the LEDs from the AC voltage supplied. The average lifespan of a transformer and that of a downstream power supply unit for generating the DC voltage is significantly shorter than the lifespan of a light emitting diode. In addition, the transformer and the power supply unit must always be readjusted to the illuminant desired in relation to the mains voltage and the expected power consumption.
Es ist ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden mit integriertem Transformator bekannt geworden, das sich jedoch äußerst anfällig in bezug auf Störungen in der Netz- Spannung zeigte mit der Folge, daß es aufgrund der normalerweise nicht zu verhindernden Spannungsschwankungen und Störungen in der Netzspannung zu einer Zerstörung der Leuchtmittel führte. Eine Beseitigung der Störempfindlichkeit ist bis zum heutigen Tag nicht gel ungen .A lamp with light-emitting diodes with an integrated transformer has become known, but is extremely susceptible to faults in the network As a result, voltage showed that, due to the normally unavoidable voltage fluctuations and disturbances in the mains voltage, it led to the destruction of the lamps. To date, it has not been possible to eliminate the sensitivity to interference.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der Leuchtdioden an unterschiedlichsten Spannungen betrieben werden können, ohne daß ein Netzteil und/oder ein Transformator zum Betrieb der Schaltungsanordnung nötig ist, wobei die Schaltung äußerst einfach und auch unter Heranziehung im Handel erhältlicher Standardbaukomponenten realisiert und damit kostengünstig herstellbar und bereitstellbar sein soll.It is therefore an object of the present invention to provide a circuit arrangement of the type mentioned, with which light-emitting diodes can be operated at a wide variety of voltages, without the need for a power supply unit and / or a transformer for operating the circuit arrangement, the circuit being extremely simple and also under The use of commercially available standard building components is realized and should therefore be inexpensive to manufacture and provide.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine Schaltungseinheit, die eine Stromquelle, die mit wenigstens einer nachfolgend in Reihe geschalteten Leuchtdiode verbunden ist, umfaßt.The object is achieved according to the invention by a circuit unit which comprises a current source which is connected to at least one subsequently connected light-emitting diode.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht im wesentlichen darin, daß unabhängig von der Versorgungsspannung zum Betrieb der Schaltungsanordnung die Leuchtdiode immer mit einem konstanten Strom versorgt wird bzw. durch die Diode immer ein konstanter Strom hin- durchfl ießt.The advantage of the solution according to the invention is essentially that, regardless of the supply voltage for operating the circuit arrangement, the light-emitting diode is always supplied with a constant current or a constant current always flows through the diode.
Vorzugsweise ist parallel zur Leuchtdiode eine Zenerdi- ode geschaltet, die bewirkt, daß im Fall eines Defekts der Leuchtdiode, bspw. einer Unterbrechung, der Strom dennoch weitergeleitet wird, so daß eine ggf. vorgesehene, zur Schaltungseinheit in Reihe geschaltete zweite Schaltungseinheit unbeeinflußt von der Störung der in Reihe davor angeordneten Leuchtdiode arbeitet bzw. bestimmungsgemäß betrieben werden kann. Die Durchbruchsspannung der Zenerdiode wird leicht oberhalb der Durchlaßspannung der Leuchtdiode liegend gewählt.A Zener diode is preferably connected in parallel with the light-emitting diode, which has the effect that, in the event of a defect in the light-emitting diode, for example an interruption, the current is nevertheless passed on, so that a second circuit unit which may be provided and is connected in series to the circuit unit is unaffected by the Disorder of in Row arranged in front of the LED works or can be operated as intended. The breakdown voltage of the Zener diode is chosen to be slightly above the forward voltage of the light-emitting diode.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist die Stromquelle eine Konstantstromquelle, d.h. es sind stromquel lensei tig bei dieser Ausgestaltung keine gesonderten Maßnahmen erforderlich, den Ausgangsstrom konstant zu regeln, d.h. eine derart ausgebildete Stromquelle ist dazu selbst in der Lage.According to a further advantageous embodiment of the circuit arrangement, the current source is a constant current source, i.e. With this configuration, no separate measures are necessary to control the output current constantly, i.e. a current source designed in this way is itself capable of this.
Bei einer weiteren anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung sind zwei Leuchtdioden in Reihe geschaltet, wobei dann, wenn auch eine Zenerdiode vorgesehen ist, die Zenerdiode parallel zu beiden Leuchtdioden geschaltet ist. In diesem Fall werden dann zwei Leuchtdioden von einer Stromquelle ei ngangsspan- nungsunabhängig mit dem gewünschten, wählbaren Strom versorgt .In another further advantageous embodiment of the circuit arrangement, two light-emitting diodes are connected in series, with the Zener diode being connected in parallel with both light-emitting diodes, even if a Zener diode is also provided. In this case, two light-emitting diodes are then supplied with the desired, selectable current by a current source independently of the input voltage.
Die Schaltungsanordnung ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, daß sie nicht nur mit Gleichspannung betreibbar ist, sondern mit Netzspannung (1-Phasenwech- selspannung, 3-Phasenwechsel Spannung) , wie sie in den örtlichen Spannungsversorgungsnetzen gewöhnlicherweise herrscht. Die Frequenz der Netzspannung ist dabei unbeachtlich, denn die Schaltungsanordnung ist faktisch mit Gleichspannung (0 Hz) bis zu den ortsüblichen Frequenzen der Netzspannung (bis 60 Hz und mehr) betreibbar.The circuit arrangement is advantageously designed such that it can be operated not only with direct voltage, but also with mains voltage (1-phase alternating voltage, 3-phase alternating voltage), as is usually the case in the local voltage supply networks. The frequency of the mains voltage is irrelevant, since the circuit arrangement can in fact be operated with direct voltage (0 Hz) up to the local frequencies of the mains voltage (up to 60 Hz and more).
Wird, wie vorangehend erläutert, die Schaltungseinheit bzw. eine Mehrzahl hintereinander geschalteter Schaltungseinheiten eingangssei tig mit einer Netzspannung versorgt, die eine Wechsel Spannung ist, ist der Schaltungsanordnung vorteilhafterweise eine Gleichrichtereinrichtung vorgeschaltet, deren Eingang, der den Netzspannungseingang der Schaltungsanordnung bildet, mit der Netzspannung verbunden ist. In diesem Fall ist es ausreichend, daß von der Gleichrichtereinrichtung zum bestimmungsgemäßen Betrieb der Schaltungsanordnung eine pulsierende Gleichspannung erzeugt wird.Is, as explained above, the circuit unit or a plurality of circuit units connected in series on the input side with a mains voltage supplied, which is an AC voltage, the circuit arrangement is advantageously connected upstream of a rectifier device whose input, which forms the mains voltage input of the circuit arrangement, is connected to the mains voltage. In this case, it is sufficient that the rectifier device generates a pulsating DC voltage for the intended operation of the circuit arrangement.
Die Stromquelle selbst kann vorzugsweise in Form eines integrierten Schaltkreises ausgebildet sein, wobei dieser Schaltkreis zweckmäßigerweise durch einen Schaltkreis der Typenbezeichnung TI 317 (Texas Instruments) gebildet wird, der unter der gleichen Typenbezeichnung 317 auch von anderen Anbietern zur Verfügung gestellt wird.The current source itself can preferably be in the form of an integrated circuit, this circuit advantageously being formed by a circuit of the type designation TI 317 (Texas Instruments), which is also available from other suppliers under the same type designation 317.
Um sicherzustellen, daß eine möglichst hohe Lichtstärke mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erreicht wird, werden vorteilhafterweise Leuchtdioden in Form ultraheller Leuchtdioden (ul tra-bright-LED-1 amp) ausgewählt, die in nahezu allen Farben verfügbar sind und das nach heutigen physikalischem Wissen in bezug auf die erreichbare Lichtstärke Optimale darstellen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Standardleuchtdioden auszubilden, wobei die Art der Auswahl der Leuchtdioden, die in der Schaltungsanordnung zur Anwendung kommen sollen, nach der Art des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Schaltungsanordnung erfolgt.In order to ensure that the highest possible luminous intensity is achieved with the circuit arrangement according to the invention, light-emitting diodes in the form of ultra-bright light-emitting diodes (ul tra-bright-LED-1 amp) are advantageously selected, which are available in almost all colors and, based on today's physical knowledge, in relation Represent optimal on the achievable light intensity. Of course, it is also possible to design the circuit arrangement according to the invention with standard light-emitting diodes, the type of selection of the light-emitting diodes which are to be used in the circuit arrangement taking place according to the type of intended use of the circuit arrangement.
Die Erfindung wir nun unter Bezugnahme auf die nachfolgende schematische Zeichnung im einzelnen beschrieben. Darin zeigt: in Form eines Blockschaltbildes die Schaltungsanordnung, die aus zehn hintereinanderge- schalteten Schaltungseinheiten ausgebildet ist.The invention will now be described in detail with reference to the following schematic drawing. It shows: in the form of a block diagram, the circuit arrangement which is formed from ten circuit units connected in series.
Die in der Fig. dargestellte Schaltungsanordnung 10 besteht hier beispielhaft aus zehn hintereinanderge- schalteten Schaltungseinheiten 11, die mit einer Gleichrichterschaltung 17 verbunden sind, die die Versorgungsspannung für den Betrieb der Schaltungseinheiten 11 1 iefert .The circuit arrangement 10 shown in the figure here consists, for example, of ten circuit units 11 connected in series, which are connected to a rectifier circuit 17, which supplies the supply voltage for the operation of the circuit units 11 1.
Eine Schaltungseinheit 11 besteht jeweils aus einer Stromquelle 12,, die geeignet beschaltet bspw. einen konstanten Strom von 25 A liefert. Die Stromquelle 12, wird hier beispielhaft durch einen integrierten Schaltkreis (3-Terminal Adjustable Regulator TI 317, Texas Instruments) gebildet. Andere Hersteller derartiger integrierter Bauelemente bieten gleichwertige Stromquellen 12, an, mit denen auf gleiche Weise Konstantströme erzeugt werden können.A circuit unit 11 in each case consists of a current source 12, which, when suitably connected, supplies a constant current of 25 A, for example. The current source 12 is formed here, for example, by an integrated circuit (3-terminal adjustable regulator TI 317, Texas Instruments). Other manufacturers of such integrated components offer equivalent current sources 12, with which constant currents can be generated in the same way.
In Reihe mit der Stromquelle 12, sind hier beispielhaft zwei in Reihe geschaltete Leuchtdioden 13,, 14, geschaltet, die die eigentlichen Leuchtelemente der Schaltungsanordnung 10 darstellen. Parallel zu den beiden in Reihe geschalteten Leuchtdioden 13,, 14, ist eine Zenerdiode 15, geschaltet.In series with the current source 12, two light-emitting diodes 13, 14, which are connected in series and represent the actual lighting elements of the circuit arrangement 10, are connected by way of example. A zener diode 15 is connected in parallel with the two light-emitting diodes 13, 14 connected in series.
In der Schaltungsanordnung 10 sind beispielhaft zehn Schaltungseinheiten 11 in Reihe hi nterei nandergeschal - tet, wobei alle Schaltungseinheiten 11 einen identischen Aufbau aufweisen, wie er vorgeschrieben worden ist.In the circuit arrangement 10, by way of example, ten circuit units 11 are connected in series one behind the other, all circuit units 11 having an identical structure, as has been prescribed.
In Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung, d.h. einer 1- bzw. 3-phasigen Wechsel Spannung oder auch einer ggf. vorhandenen, geeignet zugeführten Gleichspannung, wird die Schaltungsanordnung 10 betrieben, und zwar entsprechend der Art und Anzahl der Leuchtdioden 13, ,Q,Depending on the available supply voltage of the circuit arrangement, ie a 1- or 3-phase alternating voltage or a possibly present, suitably supplied direct voltage, the circuit arrangement 10 is operated, namely in accordance with the type and number of light-emitting diodes 13 ,, Q ,
141... 10- 14 1 ... 10-
Im Fall einer Wechsel Spannung als Netzspannung 16 wird diese auf eine hier bspw. als Brückengl eichrichter- schaltung ausgebildete Gleichrichterschaltung 17 gegeben, wobei die Netzspannung 16 an den Eingängen 18 der Gleichrichterschaltung 17 anliegt. Die Gleichrichterschaltung 17 erzeugt eine pulsierende Gleichspannung, die an den Ausgängen 19 anliegt. Der positive Ausgang 19 der Gleichrichterschaltung 17 wird an den Eingang (IN) der Stromquelle 12, der ersten Schaltungseinheit 11 gegeben. Der negative Ausgang 19 der Gleichtrichterschaltung 17 ist mit der Kathode der Zenerdiode 14, Q der zehnten Schaltungseinheit 11 verbunden.In the case of an alternating voltage as the mains voltage 16, this is applied to a rectifier circuit 17 designed here, for example, as a bridge rectifier circuit, the mains voltage 16 being present at the inputs 18 of the rectifier circuit 17. The rectifier circuit 17 generates a pulsating DC voltage which is present at the outputs 19. The positive output 19 of the rectifier circuit 17 is given to the input (IN) of the current source 12, the first circuit unit 11. The negative output 19 of the rectifier circuit 17 is connected to the cathode of the zener diode 14, Q of the tenth circuit unit 11.
Zwischen dem positiven und negativen Ausgang 19 der Gleichrichterschaltung 17 ist ein Kondensator 20 geschaltet, der Schaltspitzen in der Netzspannung 16 oder sonstige Störungen kurzschließt.A capacitor 20 is connected between the positive and negative output 19 of the rectifier circuit 17, which short-circuits switching peaks in the mains voltage 16 or other faults.
Die Schaltungsanordnung 10 ist derart variabel, daß pro Schaltungseinheit 11 grundsätzlich nur eine Leuchtdiode 13 vorgesehen zu werden braucht. Die parallel zu den Leuchtdioden 13, 14 geschaltete Zenerdiode 15 ist grundsätzlich nicht erforderlich. Sie hat aber eine die Betriebssicherheit der Schaltungsanordnung 10 sehr stark erhöhende Wirkung für den Fall, daß bspw. eine Leuchtdiode 13 oder 14 durch Unterbrechung und dgl . defekt ist. Die Zenerdiode 15 wird in bezug auf ihre Durchbruchsspannung geringfügig oberhalb der Summe der beiden Durchlaßspannungen der beiden hintereinandergeschal teten Leuchtdioden 13, 14 festgelegt, so daß im Störungsfall der von der vorgeschalteten Stromquelle herkommende Strom von bspw. 25 A über die Zenerdiode 15 weitergeleitet wird, und zwar auf die der ersten Schaltungseinheit 11 nachfolgende Schaltungseinheit 11 usw.. Durch den Ausfall einer Leuchtdiode 13 oder 14 in einer Schaltungseinheit 11 wird also maximal die zweite Leuchtdiode 13 oder 14 in der betroffenen Schaltungseinheit 11 im Störungsfalls einer Leuchtdiode 13 oder 14 in Mitleidenschaft gezogen. Die übrige Schaltungsanordnung 10 bzw. die übrigen Schaltungseinheiten 11 arbeitet bzw. arbeiten bestimmungsgemäß unbeeinflußt weiter.The circuit arrangement 10 is so variable that basically only one light-emitting diode 13 needs to be provided per circuit unit 11. The Zener diode 15 connected in parallel with the light-emitting diodes 13, 14 is fundamentally not necessary. However, it has a very strong increase in the operational reliability of the circuit arrangement 10 in the event that, for example, a light-emitting diode 13 or 14 is interrupted and the like. is broken. The Zener diode 15 is in terms of its breakdown voltage slightly above the sum of the two forward voltages of the two in succession LEDs 13, 14 set so that in the event of a malfunction the current coming from the upstream current source, for example 25 A, is forwarded via the Zener diode 15, specifically to the circuit unit 11 following the first circuit unit 11, etc. By failure of a LED 13 or 14 in a circuit unit 11, a maximum of the second light emitting diode 13 or 14 in the circuit unit 11 concerned is affected in the event of a fault in one light emitting diode 13 or 14. The remaining circuit arrangement 10 or the other circuit units 11 continue to operate as intended, without being influenced.
Wie schon erwähnt, erzeugt die Gleichrichterschaltung 17 eine pulsierende Gleichspannung, die an den Ausgängen 19 der Gleichrichterschaltung 17 anliegt. Bei beispielhaft zehn hintereinandergeschal teten Schaltungseinheiten 11 in einer Schaltungsanordnung 10 fällt ungefähr der zehnte Teil der hinter der Gleichrichterschaltung 17 liegenden pulsierenden Gleichspannung ab. Da der Widerstand der verwendeten Schaltungseinheiten 11 in Form der integrierten Schaltungen gemäß dem hier bspw. verwendeten Schaltkreis TI 317 abhängig vom auf seiner Ausgangsseite (OUT) fließenden Strom geregelt wird, wird der erforderliche Leuchtdiodenstrom von ca. 25 mA bereits verhältnismäßig früh innerhalb der Sinus-Halbwelle erreicht und erst relativ spät in der Halbwelle wieder unterschritten, so daß praktisch von einem Gleichstrom ausgegangen werden kann, der durch alle 20 Leuchtdioden 13, 14 fließt.As already mentioned, the rectifier circuit 17 generates a pulsating DC voltage which is present at the outputs 19 of the rectifier circuit 17. In the example of ten circuit units 11 connected in series in a circuit arrangement 10, approximately the tenth part of the pulsating DC voltage lying behind the rectifier circuit 17 drops. Since the resistance of the circuit units 11 used in the form of the integrated circuits is regulated in accordance with the circuit TI 317 used here, for example, depending on the current flowing on its output side (OUT), the required LED current of approx. 25 mA is generated relatively early within the sine wave. Half-wave is reached and is not reached again until relatively late in the half-wave, so that practically a direct current can be assumed which flows through all 20 light-emitting diodes 13, 14.
Die hier beispielhaft beschriebenen und verwendeten elektronischen Bauelemente (Stromquelle 12, Leuchtdioden 13, 14 und Zenerdiode 15) ermöglichen einen extrem kompakten Aufbau der Schaltungsanordnung 10. Aufgrund der zu erwartenden sehr hohen Lebensdauer der Schaltungsanordnung 10 eignet diese sich insbesondere auch zum Einsatz für bzw. in Leuchten, die nur schwer oder gar nicht zugänglich sind. The electronic components (current source 12, light-emitting diodes 13, 14 and zener diode 15) described and used here as examples enable an extremely compact construction of the circuit arrangement 10 The expected very long service life of the circuit arrangement 10 is particularly suitable for use in or in lights that are difficult or impossible to access.
Bezugsze i chenl i steReference numerals
10 Schaltungsanordnung10 circuit arrangement
11 Schaltungseinheit11 circuit unit
12 Stromquelle12 power source
13 Leuchtdiode13 light emitting diode
14 Leuchtdiode14 light emitting diode
15 Zenerdiode15 zener diode
16 Netzspannung16 mains voltage
17 Gleichrichterschaltung17 rectifier circuit
18 Eingang Gleichrichterschaltung18 Rectifier circuit input
19 Ausgang Gleichrichterschaltung19 Rectifier circuit output
20 Kondensator 20 capacitor

Claims

Schaltungsanordnung zum Betrieb lichtemittierender DiodenPatentansprüche Circuit arrangement for operating light-emitting diodes
1. Schaltungsanordnung zum Betrieb lichtemittierender Dioden, gekennzeichnet durch eine Schalteinheit, die eine Stromquelle (12), die mit wenigstens einer nachfolgend in Reihe geschalteten Leuchtdiode (13; 14) verbunden ist, umfaßt.1. Circuit arrangement for operating light-emitting diodes, characterized by a switching unit which comprises a current source (12) which is connected to at least one light-emitting diode (13; 14) which is subsequently connected in series.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Leuchtdiode (13; 14) eine Zenerdiode (15) geschaltet ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a zener diode (15) is connected in parallel with the light-emitting diode (13; 14).
3. Schaltungsanordnung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (12) eine Konstantstromquell e ist. 3. Circuit arrangement according to one or both of claims 1 or 2, characterized in that the current source (12) is a constant current source e.
4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Leuchtdioden (13, 14) in Reihe geschaltet sind, wobei die Zenerdiode (15) parallel zu beiden Leuchtdioden (13, 14) geschaltet ist.4. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that two light-emitting diodes (13, 14) are connected in series, the Zener diode (15) being connected in parallel with both light-emitting diodes (13, 14).
5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der Schaltungseinheiten (11) in Reihe hintereinandergeschal tet sind.5. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that a plurality of the circuit units (11) in series are tet.
6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (10) mit Netzspannung (16) (1-Pha- senwechsel Spannung, 3-Phasenwechsel Spannung) betreibbar ist .6. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the circuit arrangement (10) with mains voltage (16) (1-phase change voltage, 3-phase change voltage) can be operated.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungseinheit (11) bzw. der Mehrzahl hintereinandergeschal teter Schaltungseinheiten (11, ... 11 ) eingangsseitig eine Gleichrichtereinrichtung (17) vorgeschaltet ist, deren Eingang (18) mit der Netzspannung (16) verbunden ist.7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the circuit unit (11) or the plurality of circuit units (11,... 11) connected in series is connected on the input side to a rectifier device (17) whose input (18) is connected to the mains voltage (16 ) connected is.
8. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (12) in Form eines integrierten Bausteins ausgebildet ist.8. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the current source (12) is designed in the form of an integrated module.
9. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (13, 14) in Form einer ultrahellen Leuchtdiode (ul tra-bright-LED-1 amp) ausgebildet ist.9. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the light-emitting diode (13, 14) is designed in the form of an ultra-bright light-emitting diode (ul tra-bright-LED-1 amp).
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