WO2011147643A1 - Halbleiterlampe und verfahren zum betreiben einer halbleiterlampe - Google Patents

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WO2011147643A1
WO2011147643A1 PCT/EP2011/056169 EP2011056169W WO2011147643A1 WO 2011147643 A1 WO2011147643 A1 WO 2011147643A1 EP 2011056169 W EP2011056169 W EP 2011056169W WO 2011147643 A1 WO2011147643 A1 WO 2011147643A1
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light source
driver
semiconductor
voltage
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Steffen Tegethoff
Thomas Preuschl
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Osram GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/003—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
    • F21V23/007—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array enclosed in a casing
    • F21V23/009—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array enclosed in a casing the casing being inside the housing of the lighting device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • 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
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/39—Circuits containing inverter bridges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor lamp, in particular LED lamp, comprising at least one stocked with at least one semiconductor light source, the light source substrate, wherein the at least one light source substrate is disposed on an outer surface of the heat sink and a cooling body with amaschineerkavmaschine, wherein a in theDeutscherkavtician Minim ⁇ least Driver for supplying the at least one semiconductor light source is arranged with a power.
  • the dung OF INVENTION ⁇ further relates to a method for operating a semi- conductor lamp, wherein a power is transmitted by a driver to at least one semiconductor light source.
  • WO 2004/097866 A1 describes an apparatus for supplying energy to a load and a related system, the apparatus for supplying power to a load having a power supply, eg a switched electronic transmitter or electronic ballast having an input for receiving a current a network frequency and means for increasing the network frequency to a higher frequency, eg 30 to 50 kHz, and an output to provide higher frequency energy.
  • a two-piece plug has a first core part having a primary winding connected to the output of the power supply unit and a counter core part having a secondary winding for supplying power to a load, the core parts being made of a single core Material with high Wi ⁇ resistance consist, for example, a ferrite.
  • the device may be used, for example, a low-voltage halogen or other incandescent lighting, fluorescent lighting or an electric motor, a power supply for a computer, a radio, a television or similar electronic device, a heater or the like operate.
  • the device includes a two-part induction plug for coupling power from a single primary plug to one or more secondary plugs, one or more electrical devices such as a lamp being in electrical communication with the or each secondary plug.
  • Alternative electrical devices or devices may include built-in secondary devices for direct inductive coupling to a primary plug.
  • Preferred embodiments are insbesonde ⁇ re the dependent claims.
  • the object is achieved by a semiconductor lamp, aufwei ⁇ send at least one semiconductor light source and a driver for feeding the at least one semiconductor light source, wherein the driver is inductively coupled to the at least one semiconductor light source at least for dining.
  • the driver is no longer electrically connected via electrical lines to the light source substrate (and thus electrically to the at least one semiconductor light source), but galvanically separated via a magnetic alternating field, results in a saving of soldering or other contacts such as Plug connections and thus a lower production cost, in particular a smaller material bill of material.
  • the risk can ver ⁇ Ringert or be dispelled that a user holds it in a fault case with a contact of an external current-carrying region of the semiconductor lamp an electric shock ⁇ , in particular a mains voltage.
  • the at least one semiconductor light source can be operated with a low voltage or a safety extra-low voltage without an additional design effort or a safety disadvantage, while the driver is operated at a higher voltage, eg with a mains voltage, eg of 110 V or 230 V. be operated with a higher efficiency.
  • the driver can also be operated with a low voltage (possibly as the mains voltage), eg of 12 V, which gives a safety advantage.
  • the feeding of the driver with a low voltage can be advantageous, for example, if the semiconductor lamp is a halogen lamp retrofit lamp, eg with a socket of the type GU10, MR11 or MR16.
  • the at least one semiconductor light source ⁇ comprises at least one light emitting diode. If several LEDs are present, they can be lit in the same color or in different colors. A color can be monochrome (eg red, green, blue etc.) or multichrome (eg white).
  • the light emitted by the at least one light-emitting diode can also be an infrared light (IR LED) or an ultraviolet light (UV LED).
  • IR LED infrared light
  • UV LED ultraviolet light
  • Several light emitting diodes can produce a mixed light; eg a white mixed light.
  • the at least one light-emitting diode can contain at least one wavelength-converting phosphor (conversion LED).
  • the at least one light-emitting diode can be present in the form of at least one individually ge ⁇ ned LED or in the form of at least one LED chip. Several LED chips can be mounted on a common substrate ("submount").
  • the at least one light-emitting diode may be equipped with at least one own and / or ge ⁇ common optical system for beam guidance, for example, at least one Fresnel lens, collimator, and so on.
  • Site at ⁇ or in addition to inorganic light-emitting diodes, for example based on InGaN or AlInGaP, are generally also see organic LEDs (OLEDs, such as polymer OLEDs) used.
  • the at least one semiconductor light source may have, for example Minim ⁇ least one diode laser. It is an embodiment that
  • the at least one semiconductor light source is arranged on a light source substrate,
  • the at least one light source substrate is arranged on an outer bearing surface of a heat sink, and
  • the heat sink has a driver cavity, in which there is an electrically insulating driver housing, wherein in the driver housing of the driver is housed.
  • the populated light source substrate only needs to be placed on the heat sink and possibly attached to it.
  • a subsequent processing of the populated light source substrate for example by an electrical contact, can be dispensed with.
  • the risk can be ruled out that a user receives an electrical shock in the event of a fault when touching an external current-carrying region of the light source substrate (also called 'light engine') equipped with the at least one semiconductor light source. in particular from a mains voltage.
  • the user can not touch the driver or parts thereof.
  • Also equipped light source substrate can without a constructive effort or ei ⁇ nen safety disadvantage with a low voltage or a safety extra-low voltage can be operated while the driver is operating at a higher voltage, for example, where the power supply.
  • the driver has at least one first coil or is electrically coupled thereto and the light source substrate has at least one second coil or is electrically coupled thereto.
  • a transformer thus two discrete isolated coils are used for transmission.
  • the first coil may thus be part of the driver (eg, mounted on a driver board) or coupled to the driver.
  • the second coil may be mounted on the light source substrate or spaced apart therefrom electrically gekop ⁇ pelt be positioned with the light source substrate.
  • the at least one first coil and the at least one second coil are separated by the driving housing galvanic ⁇ cally and mechanically.
  • the heat sink has a connection channel which connects the driver cavity to the contact surface of the heat sink,
  • the driver housing extends by means of an extension to at least in the connecting channel and
  • the first coil is at least partially arranged in the extension ⁇ .
  • This embodiment is particularly easy to implement, since only the connection channel needs to be introduced into the heat sink and the shape of the driver housing needs to be adjusted insignificantly ⁇ gig. Due to the at least teilwei ⁇ se arrangement of the first coil in the extension, the first coil is brought closer to the light source substrate and thus enables a higher efficiency of the coupling.
  • the light source substrate covers the connecting channel and the second coil is the Verbin ⁇ dung channel arranged opposite reasonable on the light source substrate, that is above the opening on a front side of the light source substrate when the light source substrate having its back is attached to the heat sink.
  • a particularly small distance (of minimum thickness of the light ⁇ source substrate) between the first coil and the second coil can be achieved with a conventional, untreated light source substrate, which allows a high efficiency of the coupling.
  • the extension protrudes through the heat sink and the light source substrate, the first coil is arranged in the extension that it is at least partially coplanar with the second coil and the second coil, the first coil substantially to ⁇ constantly surrounds.
  • the extension may be, for example, a hollow cylindrical extension which can be easily manufactured and passed through the heat sink and through the light source substrate.
  • the projection protrudes beyond the light source substrate, so that the first coil located therein can be at least partially positioned at a same height (coplanar) as a second coil mounted on the light source substrate.
  • the first coil is further galvanically and mechanically separated by the driver housing of the populated light source substrate and the heat sink.
  • the light source substrate covers the connection channel, the second coil is integrated into the light source substrate, and the second coil is arranged concentrically around the connection channel substantially concentrically. This allows an even smaller distance and an even more effective coupling can be achieved.
  • the second coil does not need to extend radially around the opening, but may also be spaced therefrom with respect to a position in a longitudinal direction extending through the opening.
  • the light source substrate does not need to be processed for inserting or passing the extension, which saves manufacturing costs.
  • the light source substrate may have a bore for insertion of the extension, which is surrounded by the second coil, so that the first coil and the second coil may be arranged substantially coplanar.
  • This embodiment is particularly compact and effective. It is also an embodiment that the Lichtierinsub ⁇ strat has been prepared in an LTCC technology.
  • a second coil integrally embedded in the light source substrate can be realized in a particularly simple and robust manner.
  • the first coil is a part of a primary side of a power transmission circuit, wherein the primary side to a power supply is turned on can be closed and is adapted to exchange clamping ⁇ voltage of the mains supply in a linefeed (alternating) voltage having a higher frequency to convert, wherein the first coil is fed by means of the supply voltage. Due to the higher frequency, the coils can be made more compact.
  • the linefeed ⁇ voltage has a frequency between 20 kHz and 300 MHz, in particular between about 1 MHz and 300 MHz, in particular Zvi ⁇ rule about 100 MHz and 300 MHz. This results in a good compromise between an expenditure on equipment and a compact design.
  • the primary-side power transmission circuit may in particular comprise a first part connectable to a mains supply, which converts the mains voltage into a DC voltage.
  • the first part may be in the form of a rectifier, for example an electronic component.
  • the rectifier may be, for example, a bridge circuit or include.
  • the primary-side power transmission circuit may further comprise a second part connected downstream of the first part for smoothing the rectified voltage, for example a smoothing capacitor.
  • the primary-side power transmission circuit may further comprise a third part connected downstream of the second part for converting the smoothed rectified voltage to an AC voltage.
  • the third member may for example be in the form of an inverter before ⁇ such as an electronic component.
  • the primary The current power transmission circuit can be present as a whole in the form of an electrical or electronic component (except for the first coil). It is still an alternative embodiment that the first coil is electrically connected directly to a mains supply, the at least one semiconductor light source is electrically di ⁇ rectly connectable to the second coil and the at least one semiconductor light source is a net z josstaugliche semiconductor light source. In this case, can be dispensed with a current or voltage conversion as such, which simplifies a structure.
  • the second coil is connected downstream of a rectifier.
  • the rectifier can be a smoothing element, such as a smoothing capacitor, nachgeschal ⁇ tet.
  • the object is also achieved by a method for operators ben a semiconductor lamp, wherein a power is inductively wear by a driver to at least one semiconductor light source via ⁇ .
  • a electrically connected to the driver first coil generates an alternating magnetic field at the location of an electrically composites ⁇ NEN with the semiconductor light source second coil, wherein the alternating magnetic field formed by an electrically non-conductive separating element, for example, a driver housing, passing between first coil and the second coil is constructed.
  • the smoothed DC voltage is converted into an AC voltage for feeding the first coil, - Wherein the AC voltage for feeding the first coil has a higher frequency than the mains voltage.
  • Ele ⁇ elements may be provided with the same reference numerals for clarity.
  • Fig.l shows a sectional view in side view a
  • FIG. 3 shows a sectional view in side view of a
  • FIG. 4 shows a sketch for the inductive coupling between a driver and a semiconductor light source of the semiconductor lamps according to FIG. 1 to FIG.
  • FIG. 1 shows a semiconductor lamp 1 which can be used as an incandescent lamp retrofit lamp, which has an outer contour that is essentially symmetrical about a longitudinal axis L.
  • the semiconductor lamp 1 has a heat sink 2, which has a driver cavity 3 for receiving a driver 4.
  • the driver 4 is embodied here in the form of a driver substrate 7 populated on both sides with driver components 6.
  • the driver cavity 3 or the driver housing 5 is closed or covered by a base 8, wherein the base 8 is provided for engagement in an electrical socket.
  • the base 8 may be, for example, a bayonet socket or Edison socket.
  • On a flat front side 9 of the heat sink 2 lies with its back surface on a light source substrate 10.
  • At a front side 11 of the light source substrate 10 are a plurality of semiconductor light sources in the form of light emitting diodes 12.
  • the light emitting diodes 12 radiate substantially in a front half space and are covered by a piston which is fixed to the heat sink 2.
  • the piston 13 may, for example, be transparent or opaque, wherein in particular the opaque piston 13 may serve as a diffuser for homogenizing a light emission of the light-emitting diodes 12.
  • the driver cavity 3 is connected to the front side 9 of the heat sink 2 via a connecting channel 14, which is concentric with the longitudinal axis L.
  • the driver housing 5 forms on its facing to the light source substrate 10 front of a hollow cylindrical extension 15, which is inserted into the connecting channel 14.
  • the connecting channel 14 and therefore also the extension 15 are covered by the light source substrate 10.
  • the driver 4 has a first coil 16, which is electrically connected to the driver substrate 7 and is arranged at least partially in the extension 15.
  • a second coil 17 is arranged collinear with the first coil 16. Both coils 16, 17 are centered to the longitudinal axis L and are substantially separated from each other only by the light source substrate 10.
  • the first coil 16 is supplied by means of the driver 4 with egg ⁇ ner AC voltage, so that the first coil 16 generates a magnetic alternating field. Since the driver housing 5 and the light source substrate 10 do not substantially shield this alternating magnetic field, they are substantially transparent to the magnetic alternating field, eg by using conventional substrate materials such as FR4, ceramics, etc. for the light source substrate 10 and a plastic for the Driver housing 5, generates the alternating magnetic field at the location of the second coil 17, an induction voltage, which is tapped to operate the LEDs 12.
  • the light emitting diodes 12 may be designed for example as a grid connection and suitable to be operated directly with the induction ⁇ voltage.
  • the second coil may be followed by a rectifier (not shown), which enables a DC operation of the light-emitting diodes 12.
  • the rectifier a smoothing agent, for example, a smoothing capacitor, connected downstream to allow in particular a continuous in ⁇ We sentlichen and only slightly or not at varying feed for the LEDs 12th
  • the first coil 16 and second coil 17 may be so ⁇ as their arrangement designed so that the LEDs 12 with an appropriate shape and strength of a current or voltage ei ⁇ ner can be operated.
  • the two coils 16, 17 as electrically isolated transformer halves, so that, advantageously, a di rect ⁇ electrical contacting of the driver 4 with the light ⁇ source substrate 10 and the LEDs 12 operate can be dispensed with.
  • the electrically insulating and mechanically driver housing 5 shields the driver 4 from completely against the Lichtménsub ⁇ strat 10th As a result, the driver 4 can be operated in particular with a high voltage, for example the mains voltage, supplied via the base 8, while the light-emitting diodes 12 can be operated with a low voltage or a safety extra-low voltage.
  • the semiconductor lamp simplified compared to a previous electrical contact with the structure 1 and, secondly, the Nationalsi ⁇ reliability improved.
  • the second coil 24 is thus formed as a ring surrounding the first coil 16 substantially concentric ring, which may comprise a plurality of turns. Due to the small distance and the high cross-section for the magneti ⁇ rule flow to the second coil 17, a very good inductive coupling is obtained.
  • the light source substrate 23 to a vertical bore 25, WEL che collinear with the connecting channel 14 along the longitudinal axis L ⁇ is arranged.
  • FIG. 3 shows a semiconductor lamp 31 similar to the semicon ⁇ terlampe 1.
  • the heat sink 2, the driver 4 and the first coil 16 are configured as in the semiconductor lamp 1.
  • a second coil 32 is now integrated into the light source sub ⁇ strate 33, whereby it is positioned closer to the first coil 16.
  • the second coil 32 is now in the We ⁇ sentlichen concentrically terlampe though not as in the semiconductor 21 coplanar to the connecting channel 14 arranged around lau ⁇ fend, which is still a high cross-section for the magnetic flux in the second coil 32 allows.
  • a very effective transformer or inductive coupling also results in this embodiment.
  • the ⁇ ses as a multilayer substrate in LTCC Low Temperature Cofi- red Ceramics", low-temperature co-fired ceramic
  • 4 shows a sketch for a possible embodiment of an inductive coupling between the driver 4 and the semiconductor light source 12 of the semiconductor lamps 1, 21 and / or 31 ("coupling circuit").
  • the driver 4 with the coil 16 is a primary side P of the coupling circuit, while the second coil 17, 24 and 32 with their downstream elements, which are arranged on or in the light source substrate 10, 23, 33, a secondary side S of the coupling scarf ⁇ represents.
  • the primary side P and the secondary side S are electrically isolated by the electrically insulating housing 5 of driver ⁇ today.
  • the driver housing 5 is substantially permeable to the magnetic alternating field present between the first coil 16 and the second coil 17, 24 or 32.
  • the primary side P has with the base 8 to a network connection, which can supply a mains voltage Vs, for example with a frequency between about 50 Hz and 60 Hz.
  • Rectifier 41 is a smoothing capacitor 42 connected downstream in order to smooth the output of the rectifier 41, possibly pul ⁇ sierende, DC voltage.
  • the smoothing capacitor 42 connected downstream in order to smooth the output of the rectifier 41, possibly pul ⁇ sierende, DC voltage.
  • the coil power supply voltage may have a different, in particular ⁇ sondere lower, voltage height than the net support ⁇ voltage, however, a higher frequency (for example in a frequency range between 20 kHz and 300 MHz). Due to the higher frequency, the first coil 16 can be made very compact.
  • the driven means of the coil supply voltage first Spu ⁇ le 16 generates an alternating magnetic field at the location of the second coil 17, 24, 32, so that in the second coil an induced voltage 17, 24, 32 is generated. Also, the second coil 17, 24, 32, due to the high frequency of the magnetic Alternating field be formed compact.
  • the second coil 17, 24, 32 is connected downstream of a rectifier 44, for example in the form of a bridge rectifier (half bridge, full bridge or the like) or other rectifier.
  • the rectifier 44 is a Glvesttungskondens ator 45 downstream, to smooth the output from the rectifier 44, possibly pulsating DC voltage clamping ⁇ .
  • the at least one light emitting diode 12 is attached as a load.
  • the elements 41, 42, 43 of the primary side P can be present in each case or in combination in the form of an integrated circuit, as can the elements 44 and 45 of the secondary side S.
  • the light source substrate 33 of the semiconductor lamp 31 may have a recess or passageway similar to the vertical bore 25, but the first coil 16 is disposed coplanar with the second coil 32.
  • the extension can only extend into the light source substrate 33, or even beyond it.
  • the coils and the extension can also be arranged off-center with a lateral distance to the longitudinal axis L.
  • the first coil even without the use of a Trei ⁇ bers, are electrically connected directly to the base or the mains voltage and the at least one semiconductor light ⁇ source are connected directly to the second coil.
  • an information signal can be transmitted inductively ⁇ other than a power signal, both unidi- tional or bidirectional, for example, (by means of a PLC "Power Line
  • the information signal can be used, for example, for dimming the semiconductor lamp, eg via a secondary-side circuit connected to the semiconductor light sources
  • the information transmission can also be carried out via separate data transmission coils, eg with one turn.
  • the coils may have a core, for example of ferrite.

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Abstract

Die Halbleiterlampe (1) weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle (12) und einen Treiber (4) zum Speisen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (12) auf, wobei der Treiber (4) mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (12) zumindest zum Speisen induktiv gekoppelt ist. Das Verfahren dient zum Betreiben einer Halbleiterlampe (1), wobei eine Leistung induktiv von einem Treiber (4) auf mindestens eine Halbleiterlichtquelle (12) übertragen wird.

Description

Beschreibung
Halbleiterlampe und Verfahren zum Betreiben einer Halbleiterlampe
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlampe, insbesondere LED-Lampe, aufweisend mindestens ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestücktes Lichtquellensubstrat, wobei das mindestens eine Lichtquellensubstrat auf einer äußeren Fläche des Kühlkörpers angeordnet ist, und einen Kühlkörper mit einer Treiberkavität , wobei in der Treiberkavität mindes¬ tens ein Treiber zum Versorgen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle mit einer Leistung angeordnet ist. Die Erfin¬ dung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Halb- leiterlampe, wobei eine Leistung von einem Treiber auf mindestens eine Halbleiterlichtquelle übertragen wird.
WO 2004/097866 AI beschreibt eine Vorrichtung zum Zuführen von Energie zu einer Last und ein zugehöriges System, wobei die Vorrichtung zum Zuführen von Energie zu einer Last eine Leistungsversorgung aufweist, z.B. einen geschalteten elektronischen Übertrager oder elektronisches Vorschaltgerät mit einem Eingang zum Empfangen eines Stroms mit einer Netzfrequenz und einem Mittel zum Erhöhen der Netzfrequenz auf eine höhere Frequenz, z.B. 30 bis 50 kHz und einem Ausgang zum Liefern von Energie mit der höheren Frequenz. Ein zweiteiliger Stecker weist einen ersten Kernteil auf, der eine Primärwicklung aufweist, die mit dem Ausgang der Leistungsversor- gungseinheit verbunden ist, und einen Gegen-Kernteil , der ei- ne Sekundärwicklung zum Liefern von Energie an eine Last aufweist, wobei die Kernteile aus einem Material mit hohem Wi¬ derstand bestehen, z.B. einem Ferrit. Die Vorrichtung mag dazu verwendet werden, z.B. eine Niederspannungs-Halogen- oder andere Glühbeleuchtung, eine Fluoreszenzbeleuchtung oder ei- nen elektrischen Motor, eine Leistungsversorgung für einen Computer, ein Radio, eine Fernsehgerät oder ein ähnliches e- lektronisches Gerät, eine Heizvorrichtung oder dergleichen zu betreiben. Mit anderen Worten umfasst die Vorrichtung einen zweiteiligen Induktionsstecker zum Koppeln von Energie von einem einzelnen Primärstecker zu einem oder mehreren Sekundärstecker (n) , wobei mit dem oder jedem Sekundärstecker eine oder mehrere elektrische Geräte, wie etwa eine Lampe, in e- lektrischer Verbindung stehen. Alternative elektrische Einrichtungen oder Geräte mögen eingebaute Sekundärvorrichtungen zur direkten induktiven Kopplung mit einem Primärstecker aufweisen .
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterlampe, insbesondere LED-Lampe, mit einer verbesserten Sicherheit vor einem elektrischen Schlag und mit einem vereinfachten Aufbau bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesonde¬ re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleiterlampe, aufwei¬ send mindestens eine Halbleiterlichtquelle und einen Treiber zum Speisen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle, wobei der Treiber mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle zumindest zum Speisen induktiv gekoppelt ist.
Dadurch, dass der Treiber nun nicht mehr galvanisch über e- lektrischen Leitungen mit dem Lichtquellensubstrat (und damit elektrisch mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle) verbunden ist, sondern galvanisch getrennt über ein magneti- sches Wechselfeld, ergibt sich eine Einsparung von Lötungen oder anderweitigen Kontaktierungen wie Steckverbindungen und damit ein geringerer Herstellungsaufwand, insbesondere auch eine geringere Materialstückliste. Zudem kann die Gefahr ver¬ ringert oder gebannt werden, dass ein Nutzer in einem Fehler- fall bei einer Berührung eines außenliegenden stromführenden Bereichs der Halbleiterlampe einen elektrischen Schlag er¬ hält, insbesondere von einer Netzspannung. Darüber hinaus kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle ohne einen konstruktiven Mehraufwand oder einen Sicherheitsnachteil mit einer Kleinspannung oder einer Sicherheitskleinspannung betrieben werden, während der Treiber mit einer höheren Span- nung betrieben wird, z.B. mit einer Netzspannung, z.B. von 110 V oder 230 V. So kann der Treiber mit einem höheren Wirkungsgrad betrieben werden. Alternativ kann der Treiber auch mit einer Niederspannung (ggf. als der Netzspannung) betrieben werden, z.B. von 12 V, was einen Sicherheitsvorteil er- gibt. Das Speisen des Treibers mit einer Niederspannung kann z.B. vorteilhaft sein, falls die Halbleiterlampe eine Halo- genlampen-Retrofi t lampe ist, z.B. mit einem Sockel vom Typ GU10, MR11 oder MR16. Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlicht¬ quelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandeln- den Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED) . Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln ge¬ nausten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder ge¬ meinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse , Kollimator, und so weiter. An¬ stelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organi- sehe LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindes¬ tens einen Diodenlaser aufweisen. Es ist eine Ausgestaltung, dass
- die mindestens eine Halbleiterlichtquelle auf einem Licht¬ quellensubstrat angeordnet ist,
- das mindestens eine Lichtquellensubstrat auf einer äußeren Auflagefläche eines Kühlkörpers angeordnet ist, und
- der Kühlkörper eine Treiberkavität aufweist, in der sich ein elektrisch isolierendes Treibergehäuse befindet, wobei in dem Treibergehäuse der Treiber untergebracht ist.
Diese Ausgestaltung stellt einen weiter vereinfachten Aufbau und eine noch höhere Betriebssicherheit bereit. So braucht das bestückte Lichtquellensubstrat nur noch an dem Kühlkörper aufgelegt und ggf. daran befestigt zu werden. Eine Nachbear- beitung des bestückten Lichtquellensubstrats, z.B. durch eine elektrische Kontaktierung, kann entfallen. Zudem kann durch den Einschluss des Treibers in dem Treibergehäuse die Gefahr ausgeschlossen werden, dass ein Nutzer im Fehlerfall bei einer Berührung eines außenliegenden stromführenden Bereichs des mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle bestückten Lichtquellensubstrats (auch 'Light Engine' genannt) einen e- lektrischen Schlag erhält, insbesondere von einer Netzspannung. Auch auf andere Weise kann der Nutzer den Treiber oder Teile davon nicht berühren. Auch kann das bestückte Licht- quellensubstrat ohne einen konstruktiven Mehraufwand oder ei¬ nen Sicherheitsnachteil mit einer Kleinspannung oder einer Sicherheitskleinspannung betrieben werden, während der Treiber mit einer höheren Spannung betrieben wird, z.B. mit einer Netzspannung .
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Treiber mindestens eine erste Spule aufweist oder damit elektrisch gekoppelt ist und das Lichtquellensubstrat mindestens eine zweite Spule aufweist oder damit elektrisch gekoppelt ist. Anstelle eines Transformators werden somit zwei diskrete isolierte Spulen zur Übertragung eingesetzt. So lässt sich eine kompakte, ein¬ fach zu realisierende und effektive induktive Kopplung errei- chen. Die erste Spule kann somit ein Teil des Treibers sein (z.B. auf eine Treiberplatine angebracht sein) oder mit dem Treiber gekoppelt sein. Ebenso kann die zweite Spule auf dem Lichtquellensubstrat angebracht sein oder davon beabstandet positioniert mit dem Lichtquellensubstrat elektrisch gekop¬ pelt sein. Die mindestens eine erste Spule und die mindestens eine zweite Spule sind dabei durch das Treibergehäuse galva¬ nisch und mechanisch getrennt. Es ist noch eine Ausgestaltung, dass
- der Kühlkörper einen Verbindungskanal aufweist, welcher die Treiberkavität mit der Auflagefläche des Kühlkörpers verbindet,
- sich das Treibergehäuse mittels eines Fortsatzes bis min- destens in den Verbindungskanal erstreckt und
- die erste Spule zumindest teilweise in dem Fortsatz ange¬ ordnet ist.
Diese Ausgestaltung ist besonders einfach realisierbar, da lediglich der Verbindungskanal in den Kühlkörper eingebracht zu werden braucht und die Form des Treibergehäuses geringfü¬ gig angepasst zu werden braucht. Durch die zumindest teilwei¬ se Anordnung der ersten Spule in dem Fortsatz wird die erste Spule näher an das Lichtquellensubstrat gebracht und so ein höherer Wirkungsgrad der Kopplung ermöglicht.
Es ist noch eine für einen hohen Wirkungsgrad der Kopplung vorteilhafte Ausgestaltung, dass das Lichtquellensubstrat den Verbindungskanal überdeckt und die zweite Spule dem Verbin¬ dungskanal gegenüberliegend an dem Lichtquellensubstrat ange- ordnet ist, also oberhalb der Öffnung auf einer Vorderseite des Lichtquellensubstrats, wenn das Lichtquellensubstrat mit seiner Rückseite an dem Kühlkörper befestigt ist. So kann ein besonders geringer Abstand (von minimal der Dicke des Licht¬ quellensubstrats) zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule mit einem herkömmlichen, nicht dazu bearbeiteten Lichtquellensubstrat erreicht werden, was einen hohen Wirkungsgrad der Kopplung ermöglicht. Es ist darüber hinaus eine Ausgestaltung, dass der Fortsatz durch den Kühlkörper und durch das Lichtquellensubstrat ragt, die erste Spule so in dem Fortsatz angeordnet ist, dass sie zumindest teilweise koplanar zu der zweiten Spule angeordnet ist und die zweite Spule die erste Spule im Wesentlichen um¬ laufend umgibt. Der Fortsatz kann z.B. ein hohlzylindrischer Fortsatz sein, welcher einfach herzustellen und durch den Kühlkörper und durch das Lichtquellensubstrat durchgeführt werden kann. Dabei ragt der Fortsatz über das Lichtquellensubstrat hinaus, so dass die darin befindliche erste Spule zumindest teilweise auf einer gleichen Höhe (koplanar) wie eine auf dem Lichtquellensubstrat angebrachte zweite Spule positioniert werden kann. Dies ergibt ebenfalls eine beson- ders effektive Kopplung. Die erste Spule ist dabei weiterhin mittels des Treibergehäuses von dem bestückten Lichtquellensubstrat und dem Kühlkörper galvanisch und mechanisch getrennt . Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Lichtquellensubstrat den Verbindungskanal überdeckt, die zweite Spule in das Lichtquellensubstrat integriert ist und die zweite Spule im Wesentlichen konzentrisch um den Verbindungskanal herum umlaufend angeordnet ist. So können ein noch kleinerer Abstand und eine noch wirkungsvollere Kopplung erreicht werden. Die zweite Spule braucht dabei nicht radial um die Öffnung herum zu verlaufen, sondern kann auch davon bezüglich einer Position an einer durch die Öffnung verlaufenden Längsrichtung beabstandet sein. Das Lichtquellensubstrat braucht nicht zum Einführen oder Durchführen des Fortsatzes bearbeitet zu werden, was Herstellungskosten spart.
Alternativ kann das Lichtquellensubstrat eine Bohrung zum Einführen des Fortsatzes aufweisen, welche von der zweiten Spule umgeben ist, so dass die erste Spule und die zweite Spule im Wesentlichen koplanar angeordnet sein können. Diese Ausgestaltung ist besonders kompakt und effektiv. Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das Lichtquellensub¬ strat in einer LTCC-Technik hergestellt worden ist. So lässt sich eine in das Lichtquellensubstrat integral eingebettete zweite Spule besonders einfach und robust realisieren.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die erste Spule einen Teil einer Primärseite einer Leistungsübertragungsschaltung darstellt, wobei die Primärseite an eine Netzversorgung an- schließbar ist und dazu eingerichtet ist, eine Wechselspan¬ nung der Netzversorgung in eine Speisungs (wechsel ) Spannung mit einer höheren Frequenz umzuwandeln, wobei die erste Spule mittels der Speisungsspannung gespeist wird. Durch die höhere Frequenz können die Spulen kompakter ausgestaltet werden.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Speisungs¬ spannung eine Frequenz zwischen ca. 20 kHz und 300 MHz, insbesondere zwischen ca. 1 MHz und 300 MHz, insbesondere zwi¬ schen ca. 100 MHz und 300 MHz, aufweist. Diese ergibt einen guten Kompromiss zwischen einem apparativen Aufwand und einer kompakten Bauform.
Die primärseitige Leistungsübertragungsschaltung kann insbesondere einen an eine Netzversorgung anschließbaren ersten Teil aufweisen, welcher die Netzspannung in eine Gleichspannung umwandelt. Der erste Teil kann z.B. in Form eines Gleichrichters vorliegen, z.B. eines elektronischen Bauelements. Der Gleichrichter kann z.B. eine Brückenschaltung sein oder umfassen. Die primärseitige Leistungsübertragungsschal- tung kann ferner einen dem ersten Teil nachgeschalteten zweiten Teil zum Glätten der gleichgerichteten Spannung aufweisen, z.B. einen Glättungskondensator . Die primärseitige Leistungsübertragungsschaltung kann ferner einen dem zweiten Teil nachgeschalteten dritten Teil zum Umwandeln der geglätteten gleichgerichteten Spannung in eine Wechselspannung aufweisen. Der dritte Teil kann z.B. in Form eines Wechselrichters vor¬ liegen, z.B. eines elektronischen Bauelements. Die primärsei- tige Leistungsübertragungsschaltung kann (bis auf die erste Spule) als Ganzes in Form eines elektrischen oder elektronischen Bauelements vorliegen. Es ist noch eine alternative Ausgestaltung, dass die erste Spule elektrisch direkt an eine Netzversorgung anschließbar ist, die mindestens eine Halbleiterlichtquelle elektrisch di¬ rekt an die zweite Spule anschließbar ist und die mindestens eine Halbleiterlichtquelle eine net zbetriebstaugliche Halb- leiterlichtquelle ist. In diesem Fall kann auf eine Strom¬ oder Spannungswandlung als solcher verzichtet werden, was einen Aufbau vereinfacht.
Es ist zudem eine Weiterbildung, dass der zweiten Spule ein Gleichrichter nachgeschaltet ist. Dem Gleichrichter kann ein Glättungselement , z.B. ein Glättungskondensator, nachgeschal¬ tet sein.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betrei- ben einer Halbleiterlampe, wobei eine Leistung induktiv von einem Treiber auf mindestens eine Halbleiterlichtquelle über¬ tragen wird.
Es ist eine Weiterbildung, dass eine mit dem Treiber elekt- risch verbundene erste Spule ein magnetisches Wechselfeld am Ort einer mit der Halbleiterlichtquelle elektrisch verbunde¬ nen zweiten Spule erzeugt, wobei das magnetische Wechselfeld durch ein elektrisch nichtleitendes Trennelement, z.B. ein Treibergehäuse, hindurch zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule aufgebaut wird.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass zum Betreiben der ersten Spule
- eine Netzspannung in eine Gleichspannung umgewandelt wird, - die umgewandelte Gleichspannung geglättet wird und
- die geglättete Gleichspannung in eine Wechsel Spannung zum Speisen der ersten Spule umgewandelt wird, - wobei die Wechselspannung zum Speisen der ersten Spule eine höhere Frequenz aufweist als die Netzspannung.
Es ist ferner eine Weiterbildung, dass zum Betreiben der zweiten Spule eine an der zweiten Spule abgegriffene Indukti¬ onsspannung zumindest teilweise gleichgerichtet wird.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Ele¬ mente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Halbleiterlampe gemäß einer ersten Ausführungsform; Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Halbleiterlampe gemäß einer zweiten Ausführungs¬ form;
Fig.3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Halbleiterlampe gemäß einer dritten Ausführungs- form; und
Fig.4 zeigt eine Skizze zur induktiven Kopplung zwischen einem Treiber und einer Halbleiterlichtquelle der Halbleiterlampen gemäß Fig.l bis Fig.3. Fig.l zeigt eine Halbleiterlampe 1, welche als eine Glühlam- pen-Retrofitlampe verwendbar ist, die eine um eine Längsachse L im Wesentlichen symmetrische Außenkontur aufweist. Die Halbleiterlampe 1 weist einen Kühlkörper 2 auf, welcher eine Treiberkavität 3 zur Aufnahme eines Treibers 4 aufweist. In der Treiberkavität 3 ist ein elektrisch isolierendes Treiber¬ gehäuse 5, z.B. aus Kunststoff, angeordnet, welches wiederum den Treiber 4 aufnimmt. Der Treiber 4 ist hier in Form eines beidseitig mit Treiberbausteinen 6 bestückten Treibersubstrats 7 ausgebildet. An ihrem rückwärtigen Ende ist die Treiberkavität 3 bzw. das Treibergehäuse 5 durch einen Sockel 8 abgeschlossen oder abgedeckt, wobei der Sockel 8 zum Eingriff in eine elektrische Fassung vorgesehen ist. Der Sockel 8 kann beispielsweise ein Bajonettsockel oder Edisonsockel sein. Auf einer ebenen Vorderseite 9 des Kühlkörpers 2 liegt mit seiner Rückseite flächig ein Lichtquellensubstrat 10 auf. An einer Vorderseite 11 des Lichtquellensubstrats 10 befinden sich mehrere Halbleiterlichtquellen in Form von Leuchtdioden 12. Die Leuchtdioden 12 strahlen im Wesentlichen in einen vorderen Halbraum und sind von einem Kolben, welcher an dem Kühlkörper 2 befestigt ist, überdeckt. Der Kolben 13 kann beispielsweise transparent oder opak sein, wobei insbesondere der opake Kolben 13 als ein Diffusor zur Homogenisierung einer Lichtabstrahlung der Leuchtdioden 12 dienen kann.
Die Treiberkavität 3 ist über einen Verbindungskanal 14, wel¬ cher konzentrisch zu der Längsachse L liegt, mit der Vorder- seite 9 des Kühlkörpers 2 verbunden. Das Treibergehäuse 5 bildet an seiner zu dem Lichtquellensubstrat 10 gerichteten Vorderseite einen hohl zylindrischen Fortsatz 15 aus, der in den Verbindungskanal 14 eingeführt ist. Der Verbindungskanal 14 und damit auch der Fortsatz 15 werden von dem Lichtquel- lensubstrat 10 abgedeckt. Zur Speisung oder Versorgung der Leuchtdioden 12 weist der Treiber 4 eine erste Spule 16 auf, welche elektrisch mit dem Treibersubstrat 7 verbunden ist und zumindest teilweise in dem Fortsatz 15 angeordnet ist. Auf der Vorderseite 11 des Lichtquellensubstrats 10 ist eine zweite Spule 17 kollinear zu der ersten Spule 16 angeordnet. Beide Spulen 16, 17 liegen zentriert zu der Längsachse L und sind im Wesentlichen nur durch das Lichtquellensubstrat 10 voneinander getrennt. Dadurch ergibt sich ein geringer Abstand zwischen den Spulen 16, 17. Zur Speisung der Leuchtdio- den 12 wird die erste Spule 16 mittels des Treibers 4 mit ei¬ ner Wechselspannung versorgt, so dass die erste Spule 16 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Da das Treibergehäuse 5 und das Lichtquellensubstrat 10 dieses magnetische Wechselfeld nicht wesentlich abschirmen, also für das magnetische Wech- selfeld im Wesentlichen durchlässig sind, z.B. durch Verwendung herkömmlicher Substratmaterialien wie FR4, Keramik usw. für das Lichtquellensubstrat 10 und einem Kunststoff für das Treibergehäuse 5, erzeugt das magnetische Wechselfeld am Ort der zweiten Spule 17 eine Induktionsspannung, welche zum Betrieb der Leuchtdioden 12 abgegriffen wird. Da die Induktionsspannung typischerweise eine Wechselspannung ist, können die Leuchtdioden 12 beispielsweise als netzanschlusstauglich ausgelegt sein und direkt mit der Induktions¬ spannung betrieben werden. Alternativ kann der zweiten Spule ein Gleichrichter (o. Abb.) nachgeschaltet sein, welcher ei- nen Gleichstrombetrieb der Leuchtdioden 12 ermöglicht. Dem Gleichrichter kann ein Glättungsmittel , z.B. ein Glättungs- kondensator, nachgeschaltet sein, um insbesondere eine im We¬ sentlichen kontinuierliche und nur gering oder gar nicht schwankende Speisung der Leuchtdioden 12 zu ermöglichen. Ins- gesamt können die erste Spule 16 und die zweite Spule 17 so¬ wie deren Anordnung so ausgelegt sein, dass die Leuchtdioden 12 mit einer geeigneten Form und Stärke eines Stroms oder ei¬ ner Spannung betrieben werden können. In anderen Worten arbeiten die beiden Spulen 16, 17 wie galvanisch getrennte Transformatorhälften, so dass vorteilhafterweise auf eine di¬ rekte elektrische Kontaktierung des Treibers 4 mit dem Licht¬ quellensubstrat 10 bzw. den Leuchtdioden 12 verzichtet werden kann. Dadurch können auch direkte Durchgänge zwischen der Treiberkavi tät 3 und einer Außenseite des Lichtquellensub- strats 10 vermieden werden, so dass Luft- und Kriechstrecken sicher eingehalten werden bzw. hier nicht relevant sind. Das elektrisch und mechanisch isolierende Treibergehäuse 5 schirmt den Treiber 4 vollständig gegen das Lichtquellensub¬ strat 10 ab. Dadurch kann der Treiber 4 insbesondere mit ei- ner über den Sockel 8 gelieferten Hochspannung, z.B. der Netzspannung, betrieben werden, während die Leuchtdioden 12 mit einer Kleinspannung oder einer Sicherheitskleinspannung betrieben werden können. Insgesamt vereinfacht sich gegenüber einer bisherigen elektrischen Kontaktierung der Aufbau der Halbleiterlampe 1, und zweitens verbessert sich die Nutzersi¬ cherheit . Fig.2 zeigt eine Halbleiterlampe 21 ähnlich zu der Halblei¬ terlampe 1, außer dass nun der Fortsatz 22 durch den Kühlkörper 2 und durch das Lichtquellensubstrat 23 ragt, die erste Spule 16 so in dem Fortsatz 22 angeordnet ist, dass sie zu- mindest teilweise koplanar (in einer zu der Längsachse L senkrechten Ebene) zu der zweiten Spule 24 angeordnet ist und die zweite Spule 24 die erste Spule 16 im Wesentlichen umlau¬ fend umgibt. Die zweite Spule 24 ist somit als ein die erste Spule 16 im Wesentlichen konzentrisch umgebender Ring ausge- bildet, welcher mehrere Windungen umfassen kann. Aufgrund des geringen Abstands und des hohen Querschnitts für den magneti¬ schen Fluss an der zweiten Spule 17 ergibt sich eine sehr gute induktive Kopplung. Für diese Ausgestaltung weist das Lichtquellensubstrat 23 eine senkrechte Bohrung 25 auf, wel- che kollinear zu dem Verbindungskanal 14 entlang der Längs¬ achse L angeordnet ist.
Fig.3 zeigt eine Halbleiterlampe 31 ähnlich zu der Halblei¬ terlampe 1. Der Kühlkörper 2, der Treiber 4 und die erste Spule 16 sind wie bei der Halbleiterlampe 1 ausgestaltet. Hingegen ist eine zweite Spule 32 nun in das Lichtquellensub¬ strat 33 integriert, wodurch sie näher an der ersten Spule 16 positioniert ist. Zudem ist die zweite Spule 32 nun im We¬ sentlichen konzentrisch, wenn auch nicht wie bei der Halblei- terlampe 21 koplanar, um den Verbindungskanal 14 herum lau¬ fend angeordnet, was immer noch einen hohen Querschnitt für den magnetischen Fluss an der zweiten Spule 32 ermöglicht. Insgesamt ergibt sich auch in dieser Ausgestaltung eine sehr effektive transformatorische oder induktive Kopplung.
Zur Realisierung der, insbesondere einstückigen, Integration der zweiten Spule 32 in das Lichtquellensubstrat 33 kann die¬ ses als ein Mehrlagensubstrat in LTCC ("Low Temperature Cofi- red Ceramics"; Niedertemperatur-Einbrand-Keramik) -Technologie hergestellt sein. Fig.4 zeigt eine Skizze für eine mögliche Ausgestaltung einer induktiven Kopplung zwischen dem Treiber 4 und der Halbleiterlichtquelle 12 der Halbleiterlampen 1, 21 und/oder 31 ("Kopplungsschaltung") . Der Treiber 4 stellt mit der Spule 16 eine Primärseite P der Kopplungsschaltung dar, während die zweite Spule 17, 24 bzw. 32 mit den ihr nachgeschalteten Elementen, welche auf oder in dem Lichtquellensubstrat 10, 23, 33 angeordnet sind, eine Sekundärseite S der Kopplungsschal¬ tung darstellt. Die Primärseite P und die Sekundärseite S sind durch das elektrisch isolierende Treibergehäuse 5 von¬ einander galvanisch getrennt. Das Treibergehäuse 5 ist für das zwischen der ersten Spule 16 und der zweiten Spule 17, 24 oder 32 vorhandene magnetische Wechselfeld im Wesentlichen durchlässig. Die Primärseite P weist mit dem Sockel 8 einen Netzanschluss auf, welcher eine Netzspannung Vs liefern kann, z.B. mit einer Frequenz zwischen ca. 50 Hz und 60 Hz.
An den Sockel 8 bzw. den Netzanschluss ist ein Gleichrichter
41 angeschlossen z.B. in Form eines Brückengleichrichters (Halbbrücke, Vollbrücke o.ä.)oder anderen Gleichrichters. Dem
Gleichrichter 41 ist ein Glättungskondensator 42 nachgeschaltet, um die von dem Gleichrichter 41 ausgegebene, ggf. pul¬ sierende, Gleichspannung zu glätten. Dem Glättungskondensator
42 ist wiederum ein Wechselrichter 43 nachgeschaltet, welcher das geglättete Gleichspannungssignal in eine Wechselspannung zum Speisen der ersten Spule 16 (Spulenspeisungsspannung) umwandelt. Die Spulenspeisungsspannung kann eine andere, insbe¬ sondere geringere, Spannungshöhe aufweisen als die Netzspan¬ nung, jedoch eine höhere Frequenz (z.B. in einem Frequenzbe- reich zwischen 20 kHz und 300 MHz) . Durch die höhere Frequenz kann die erste Spule 16 besonders kompakt ausgeführt werden.
Die mittels der Spulenspeisungsspannung betriebene erste Spu¬ le 16 erzeugt ein magnetisches Wechselfeld am Ort der zweiten Spule 17, 24, 32, so dass in der zweiten Spule 17, 24, 32 eine Induktionsspannung erzeugt wird. Auch die zweite Spule 17, 24, 32 kann aufgrund der hohen Frequenz des magnetischen Wechselfelds kompakt ausgebildet sein. Der zweiten Spule 17, 24, 32 ist ein Gleichrichter 44 nachgeschaltet z.B. in Form eines Brückengleichrichters (Halbbrücke, Vollbrücke o.a.) o- der anderen Gleichrichters. Dem Gleichrichter 44 ist ein Glättungskondens a t o r 45 nachgeschaltet, um die von dem Gleichrichter 44 ausgegebene, ggf. pulsierende, Gleichspan¬ nung zu glätten. An den Glättungskondensator 45 ist wiederum die mindestens eine Leuchtdiode 12 als Last angehängt. Die Elemente 41, 42, 43 der Primärseite P können jeweils oder in Kombination in Form einer integrierten Schaltung vorliegen, ebenso die Elemente 44 und 45 der Sekundärseite S.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
So können Merkmale der gezeigten Ausführungsformen auch gemischt, weggelassen oder ausgetauscht werden. Beispielsweise kann das Lichtquellensubstrat 33 der Halbleiterlampe 31 eine rückseitig offene Aussparung oder eine Durchführung ähnlich der senkrechten Bohrung 25 aufweist, wobei die erste Spule 16 aber koplanar zu der zweiten Spule 32 angeordnet ist. Der Fortsatz kann sich dazu nur in das Lichtquellensubstrat 33, oder auch nach vorne darüber hinaus erstrecken.
Ferner können die Spulen und der Fortsatz auch außermittig mit einem seitlichen Abstand zu der Längsachse L angeordnet sein . Auch kann die erste Spule, sogar ohne Verwendung eines Trei¬ bers, elektrisch direkt an den Sockel bzw. die Netzspannung angeschlossen werden und die mindestens eine Halbleiterlicht¬ quelle direkt an die zweite Spule angeschlossen werden. Zudem kann außer einem Leistungssignal auch ein Informations¬ signal induktiv übertragen werden, und zwar sowohl unidirek- tional oder bidirektional, z.B. mittels einer PLC ("Powerline Communication" ) -Technik . Das Informationssignal kann z.B. zum Dimmen der Halbleiterlampe verwendet werden, z.B. über eine sekundärseitige, mit den Halbleiterlichtquellen verbundene Schaltung. Die Informationsübertragung kann auch über geson- derte Datenübertragungsspulen, z.B. mit einer Windung, durchgeführt werden.
Allgemein können die Spulen einen Kern aufweisen, z.B. aus Ferrit .
Bezugszeichenliste
1 Halbleiterlampe
2 Kühlkörper
3 Treiberkavitat
4 Treiber
5 Treibergehäuse
6 Treiberbaustein
7 Treibersubstrat
8 Sockel
9 Vorderseite des Kühlkörpers
10 Lichtquellensubstrat
11 Vorderseite des Lichtquellensubstrats
12 Leuchtdiode
13 Kolben
14 Verbindungskanal
15 Fortsatz
16 erste Spule
17 zweite Spule
21 Halbleiterlampe
22 Fortsatz
23 Lichtquellensubstrat
24 zweite Spule
25 Bohrung
31 Halbleiterlampe
32 zweite Spule
33 Lichtquellensubstrat
41 Gleichrichter
42 Glättungskondensator
43 Wechselrichter
44 Gleichrichter
45 Glättungskondensator
L Längsachse
P Primärseite
S Sekundärseite
Vs Netzspannung

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlampe (1; 21; 31), aufweisend
- mindestens eine Halbleiterlichtquelle (12) und einen Treiber (4) zum Speisen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (12),
- wobei der Treiber (4) mit der mindestens einen Halb¬ leiterlichtquelle (12) zumindest zum Speisen induktiv gekoppelt ist.
2. Halbleiterlampe (1; 21; 31) nach Anspruch 1, wobei
- die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (12) auf einem Lichtquellensubstrat (10; 23; 33) angeordnet ist,
- das mindestens eine Lichtquellensubstrat (10; 23; 33) auf einer äußeren Auflagefläche (9) eines Kühlkörpers (2) angeordnet ist, und
- der Kühlkörper (2) eine Treiberkavität (3) aufweist, in der sich ein elektrisch isolierendes Treibergehäu¬ se (5) befindet, wobei in dem Treibergehäuse (5) der Treiber (4) untergebracht ist.
3. Halbleiterlampe (1; 21; 31) nach Anspruch 2, wobei der Treiber (4) mindestens eine erste Spule (16) aufweist oder damit elektrisch gekoppelt ist und das Lichtquel¬ lensubstrat (10) mindestens eine zweite Spule (17; 24; 32) aufweist oder damit elektrisch gekoppelt ist.
4. Halbleiterlampe (1; 31) nach Anspruch 3, wobei
- der Kühlkörper (2) einen Verbindungskanal (14) aufweist, welcher die Treiberkavität (3) mit der Aufla¬ gefläche (9) des Kühlkörpers (2) verbindet,
- sich das Treibergehäuse (5) mittels eines Fortsatzes (15) bis mindestens in den Verbindungskanal (14) er¬ streckt und
- die erste Spule (16) zumindest teilweise in dem Fort¬ satz (15) angeordnet ist. Halbleiterlampe (1) nach Anspruch 4, wobei das Licht¬ quellensubstrat (10) den Verbindungskanal (14) überdeckt und die zweite Spule (17) dem Verbindungskanal (14) ge¬ genüberliegend an dem Lichtquellensubstrat (10) angeord¬ net ist.
Halbleiterlampe (21) nach Anspruch 4, wobei
- der Fortsatz (22) durch den Kühlkörper (2) und durch das Lichtquellensubstrat (23) ragt,
- die erste Spule (16) so in dem Fortsatz (22) angeord¬ net ist, dass sie zumindest teilweise koplanar zu der zweiten Spule (24) angeordnet ist und
- die zweite Spule (24) die erste Spule (16) im Wesent¬ lichen umlaufend umgibt.
Halbleiterlampe (31) nach Anspruch 4, wobei
- das Lichtquellensubstrat (33) den Verbindungskanal (14) überdeckt,
- die zweite Spule (32) in das Lichtquellensubstrat (33) integriert ist und
- die zweite Spule (32) im Wesentlichen konzentrisch um den Verbindungskanal (14) herum umlaufend angeordnet ist .
Halbleiterlampe (1) nach Anspruch 7, wobei das Licht¬ quellensubstrat (33) in einer LTCC-Technik hergestellt worden ist.
Halbleiterlampe (1; 21; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Spule (16) einen Teil ei¬ ner Primärseite (P) einer Leistungsübertragungsschaltung darstellt, wobei die Primärseite (P) an eine Netzversor¬ gung (8) anschließbar ist und dazu eingerichtet ist, ei¬ ne Wechselspannung der Netzversorgung (8) in eine Speisungsspannung mit einer höheren Frequenz, insbesondere zwischen ca. 20 kHz und 300 MHz, umzuwandeln, wobei die erste Spule (16) mittels der Speisungsspannung gespeist wird .
Halbleiterlampe (1; 21; 31) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei
- die erste Spule (16) elektrisch direkt an eine Netz¬ versorgung (8) anschließbar ist,
- die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (12) elekt¬ risch direkt an die zweite Spule anschließbar ist und
- die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (12) eine netzbetriebstaugliche Halbleiterlichtquelle (12) ist.
Verfahren zum Betreiben einer Halbleiterlampe (1; 21; 31), wobei eine Leistung induktiv von einem Treiber (4) auf mindestens eine Halbleiterlichtquelle (12) (12) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine mit dem Treiber (4) elektrisch verbundene erste Spule (16) ein magneti¬ sches Wechselfeld am Ort einer mit der Halbleiterlicht¬ quelle (12) elektrisch verbundenen zweiten Spule (17; 24; 32) erzeugt, wobei das magnetische Wechselfeld durch ein elektrisch nichtleitendes Trennelement (5) hindurch zwischen der ersten Spule (16) und der zweiten Spule (17; 24; 32) aufgebaut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei zum Betreiben der ersten Spule (16)
- eine Netzspannung (Vs) in einen Gleichspannung umgewandelt wird,
- die umgewandelte Gleichspannung geglättet wird und
- die geglättete Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Speisen der ersten Spule (16) umgewandelt wird,
- wobei die Wechselspannung zum Speisen der ersten Spule (16) eine höhere Frequenz aufweist als die Netz¬ spannung (Vs) . Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei zum Betreiben der zweiten Spule (17; 24; 32) eine an der zweiten Spule (17; 24; 32) abgegriffene Induktionsspannung zumindest teilweise gleichgerichtet wird.
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