WO2018177813A1 - Leuchtvorrichtung und leuchtsystem - Google Patents

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WO2018177813A1
WO2018177813A1 PCT/EP2018/057024 EP2018057024W WO2018177813A1 WO 2018177813 A1 WO2018177813 A1 WO 2018177813A1 EP 2018057024 W EP2018057024 W EP 2018057024W WO 2018177813 A1 WO2018177813 A1 WO 2018177813A1
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lighting device
voltage
semiconductor chip
driver circuit
operating
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PCT/EP2018/057024
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Horst Varga
Elmar Baur
Alexander Wilm
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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    • H05B45/12—Controlling the intensity of the light using optical feedback

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic
  • Lighting device for operating with a DC voltage and a corresponding lighting system.
  • Light sources for general lighting purposes comprising light-emitting diodes (LEDs), are usually supplied with constant current by means of electronic ballasts.
  • the ballast converts mains voltage, by way of example
  • Lamp such a ballast be necessary, making such lights are bulky and expensive.
  • An object of the invention is to provide a lighting device which is space-saving and inexpensive to produce, as well as a corresponding lighting system.
  • a lighting device for operating with a DC voltage is specified.
  • Lighting device may be in particular a
  • the lighting device may optionally have a housing, or for example, only comprise a populated board.
  • the lighting device comprises at least one
  • the at least one semiconductor chip may be a light-emitting diode chip or a laser diode chip.
  • the at least one semiconductor chip may be a light-emitting diode chip or a laser diode chip.
  • Semiconductor chip is electrically contacted, for example via a carrier and / or additional bonding wires.
  • the lighting device comprises two contacts for coupling the lighting device with the DC voltage.
  • the contacts may be arranged on the aforementioned carrier by way of example. Possibly. Can the contacts from a housing of the lighting device.
  • the lighting device comprises a driver circuit, which is connected in series with the at least one semiconductor chip in a string and for adjusting a current to
  • the driver circuit may be a
  • Driver circuit is set up and designed in particular for coupling to a DC voltage source, a
  • the driver circuit is exemplary in the
  • Integrated lighting device that it is arranged with the at least one semiconductor chip on a common carrier and / or together with the carrier and the at least one
  • the strand extends electrically coupled between the two contacts.
  • the first contact is electrically coupled to one end of the string and the second contact is electrically coupled to the other end of the string
  • a lighting device for operating with a
  • DC voltage specified comprising at least one
  • the contacts are for coupling the
  • Lighting device with the DC voltage set The driver circuit is connected in series with the at least one semiconductor chip in a string. Moreover, that is
  • Driver circuit for adjusting a current for operating the at least one semiconductor chip set.
  • the strand extends electrically coupling between the two
  • the lighting device comprises the driver circuit
  • the lighting device can be coupled to operate with a DC voltage source, so that can be dispensed with an external ballast.
  • the lighting device comprises a carrier.
  • the carrier may be a printed circuit board or a ceramic
  • the carrier may also be considered
  • Heat sink serve.
  • the support comprises a metal or a metal alloy or consists thereof.
  • the lighting device comprises a carrier on which the at least one semiconductor chip is arranged.
  • the at least one semiconductor chip can also be specifically thermally coupled to the carrier.
  • Exemplary is the
  • At least one semiconductor chip for this purpose by means of a thermally conductive adhesive and / or a thermally conductive
  • the driver circuit can be selectively thermally coupled to the carrier as a heat sink.
  • the carrier in an advantageous embodiment according to the first aspect of the at least one semiconductor chip is formed unhoused.
  • An unhoused optoelectronic semiconductor chip refers to a so-called “nude chip”, also called “bare die” or “bare chip”
  • Semiconductor chip includes and not in a housing, for
  • Example in a plastic or ceramic housing is installed.
  • An unhoused optoelectronic semiconductor chip is therefore free from a housing.
  • a high density of semiconductor chips can thus be achieved on the carrier in comparison to packaged semiconductor chips. Heat generated during operation of the semiconductor chips can advantageously be dissipated efficiently via the carrier.
  • the lighting device comprises a plurality
  • COB chip-on-board
  • the COB module can in particular comprise a multiplicity of individually, in series and / or in parallel interconnected semiconductor chip strands.
  • one or more driver circuits may be provided for current regulation per interconnection or per strand. For example, is per
  • Strand a driver circuit connected in series with one or more optoelectronic semiconductor chips, it can be largely dispensed with a measurement and sorting of the semiconductor chips prior to their assembly in this strand.
  • an advantageous distribution of the heat-generating during operation is also achieved
  • Driver circuits achieved on the carrier.
  • a plurality of strings are connected in parallel, one driver circuit being provided per interconnection, for example only a single driver circuit for all optoelectronic semiconductor chips, then a complexity in the case of
  • Such DC voltage a so-called “hot-swapping” or “hot-plugging” (hot swap or plug) of the
  • Lighting device so an exchange of the lighting device during operation.
  • the driver circuit comprises a monolithic controller.
  • the regulator can be a longitudinal regulator.
  • Exemplary is a linear regulator or a buck converter
  • controller is preferably thermally connected to the carrier to a safe
  • the controller comprises one NPN transistor and one between base and
  • Controller also several PN junctions connected in series
  • the controller is formed unhoused.
  • such a space requirement of the controller is kept low.
  • the driver circuit comprises an external to the controller
  • Resistor for adjusting the current for operating the at least one semiconductor chip may be a shunt, by way of example as an emitter resistor for current stabilization with a
  • Transistor of the regulator is coupled.
  • the resistor is formed photosensitive, such that its resistance value in dependence on a
  • Luminous flux changes, in particular by a change in the light output of the at least one semiconductor chip
  • the change in the light output may be a degradation of the at least one semiconductor chip.
  • the resistor in this context comprises a conventional electrical resistance and a
  • photosensitive element such as a
  • Photoresistor a phototransistor or a
  • the photosensitive element is exposed to a radiation generated during operation of the lighting device and in particular adapted to regulate a falling luminous flux by increasing the operating current of the at least one semiconductor chip so that a constant
  • Luminous flux of the lighting device is achieved.
  • this makes it possible to compensate for a reduction in the light output in the course of the operation of the
  • Lighting device (degradation).
  • the luminous flux of the lighting device can thereby be kept constant over its lifetime, so that also with regard to legal requirements in the installation of
  • the lighting device comprises a converter circuit with a supply output.
  • the converter circuit is electrically coupled to the two contacts and configured to provide a supply voltage via the supply output.
  • the supply voltage is for example between 0.1V and 10V, in particular 3.3V or 5V.
  • this allows a power supply of additional components in addition to the at least one
  • this can be additional components for power supply, which in a
  • Lighting device with ballast in the form of a housed circuit board with the lighting device would have to be installed, be dispensed with. In other words, additional
  • the converter circuit can be arranged analogously to the driver circuit on the carrier and thermally selectively coupled thereto, so that a secure operation of
  • the converter circuit can be, for example, a linear regulator or a down converter. Alternatively, the converter circuit may also be a mixture of
  • the converter circuit comprises a high-impedance input resistance in order to minimize losses, and a capacitor which is connected in parallel with a zener diode and charged for supplying the supply voltage for a predetermined duration.
  • the converter circuit can have a
  • the lighting device further comprises a control unit.
  • the converter circuit is electrically connected to the control unit via the supply output for operating the control unit
  • the control unit may be, for example, a microcontroller.
  • the microcontroller is designed to control and / or dimming the at least one optoelectronic semiconductor chip.
  • Control unit is designed in particular for operation with the supply voltage.
  • the lighting device can further
  • Components include, for example, a
  • the controller has a control input.
  • the control unit is signal-technically coupled to the control input and configured to perform a radiation-emitting operation of the to control at least one semiconductor chip.
  • the radiation-emitting operation of the to control at least one semiconductor chip it is conceivable that the radiation-emitting operation of
  • Lighting device on or off, or to realize a dimming.
  • the converter circuit has an excitation input.
  • control unit can technically with the
  • Stimulation input coupled and set up a
  • the driver circuit is designed for operation with a predetermined operating voltage and between a first
  • Section of the strand and a second section of the strand arranged. Moreover, a number are opto-electronic
  • this allows the use of a driver circuit, in particular a controller, which or which for an operation with a lower
  • Operating voltage is designed as the required for the operation of the lighting device DC voltage.
  • Optoelectronic semiconductor chips can be connected to the two Contact fitting, required for the operation of the lighting device DC voltage according to the principle of
  • a lighting system comprises at least one lighting device according to the first aspect and a DC voltage source which is electrically coupled to the two contacts of the at least one lighting device and for providing the
  • the DC voltage source may be a
  • Act constant voltage source In particular, this may be a power supply that is designed for operation with mains voltage.
  • ballast a common DC voltage source can be used in combination with the much smaller and cheaper driver circuits in an advantageous manner. Since the aforementioned ballasts are typically designed specifically for the lighting market, they are also more expensive than developed for wider applications DC sources.
  • the lighting system may comprise, for example, three, four or more lighting devices.
  • the lighting system comprises five, six or more
  • Figure 1 shows a first embodiment of a
  • Figure 2 shows an exemplary strand of
  • FIG. 3 shows an exemplary driver circuit of FIG
  • Figure 4 shows a second embodiment of a
  • Figure 5 shows a third embodiment of a
  • FIGS. 7a, 7b show an exemplary first lighting system
  • Figure 1 shows a first embodiment of a
  • Lighting device 10 is For example, a COB module with a carrier 11, on which a variety of unpackaged optoelectronic
  • Semiconductor chips 13a, 13b, in particular LEDs is arranged.
  • the semiconductor chips can, for example, from a
  • the carrier 11 comprises two contacts IIa, IIb for coupling the lighting device 10 with a predetermined operating voltage.
  • the lighting device 10 is for operation with 48V DC as
  • Operating voltage designed, for example, is applied to the first contact IIa, while the second contact IIb is coupled to ground.
  • strands 17 are arranged, which are coupled with one end to the first contact IIa, and with their respective other end to the second contact IIb.
  • the strands 17 each comprise fifteen in series
  • Each driver circuit 15 consists of a monolithic linear regulator 15a and a resistor 15b, by means of which a current in the strand 17 can be set, and a radiation-emitting operation of the semiconductor chips 13a, 13b can be made possible.
  • the lighting device 10 may further include a Zener diode 12 disposed between the two contacts IIa, IIb.
  • the lighting device 10 comprises the driver circuit 15
  • the lighting device 10 can be operated with DC voltage operated and on a voluminous ballast for
  • Operation with mains voltage can be dispensed with.
  • the compact linear regulator 15a includes, by way of example, an NPN transistor and a Zener diode (or more in series
  • Reference voltage is used. Via the resistor 15b, which is connected on the emitter side with regard to the transistor and serves as a shunt, the current in the respective strand 17 is stabilized. If the current in the strand 17 increases, e.g. Increasing the voltage applied to the contacts IIa, IIb voltage, this has an effect on a voltage drop across the shunt, whereby the base-emitter voltage at the transistor decreases, the base current is reduced and the transistor is high-impedance, so that the current in the strand 17th is throttled or kept constant, since the difference between the reference voltage, the voltage dropping across the shunt and the base emitter
  • the reference voltage can be calculated from the voltage at an optional control input En
  • Luminous device 10 to expand, as explained below with reference to FIG 2.
  • the resistor 15b of the driver circuit 15 is a constant SMD resistor, so that the current in each strand 17 is throttled to a predetermined value.
  • Lighting installation of 30001m a lighting installation of 33001m can be used to meet the statutory requirements even after 25,000 operating hours. Over a long period of time will be through this
  • the resistor 15b is therefore designed to be sensitive to light.
  • the resistor 15b is arranged to be irradiated by light of the semiconductor chips 13a, 13b.
  • the resistor is also designed so that it causes an increase in the current in the strand 17 with decreasing luminous flux, so that the resulting luminous flux remains constant. In this way can be contributed to compensate for the degradation.
  • Illuminating device 10 according to the first embodiment shown in a schematic detail view.
  • the strand 17 includes a first portion 17a extending between the first contact IIa (shown as + ⁇ in the figure) and the driver circuit 15, and a second portion 17b extending between the first portion IIa
  • Driver circuit 15 and the second contact IIb extends.
  • a plurality of semiconductor chips 13a are arranged and connected to a rear-side contact E of the monolithic linear regulator 15a.
  • the regulator 15a for example a controller of the type BCR 421U from Infineon, has a ground terminal Gnd and a reference voltage terminal Rx, between which the resistor 15b is connected.
  • ground terminal Gnd is connected to the second portion 17b, in which more
  • Semiconductor chips 13b, seven in the present embodiment, are arranged.
  • the number of semiconductor chips 13b in the second section 17b is dimensioned such that the voltage applied to the linear regulator 15a voltage only a part of the at the
  • Linear regulator 15a is. Advantageously, even at high operating voltages of the lighting device 10th
  • the linear regulator 15a shown in FIG. 2 also has an optional control input En, which in
  • Present embodiment is coupled to the first contact IIa.
  • a voltage applied to the control input En can be an operation of the driver circuit 15 and thus a
  • control radiation-emitting operation of the semiconductor chips 13a, 13b In particular, it is thus possible to realize dimming as well as switching on and off of the semiconductor chips 13a, 13b, even if the operating voltage continues to be applied to the contacts IIa, IIb.
  • the control input En can therefore alternatively with a control unit 20 be coupled as a microcontroller (see Figure 5). To several strands 17 or more lighting device 10th
  • the second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment in that the control input En of the linear regulators 15a is coupled to an additional, third contact 11c instead of the first contact IIa, which by way of example is analogous to the two contacts IIa, IIb to form an edge of the carrier 11 is guided.
  • the lighting device 10 comprises a converter circuit 19, which is shown schematically as four hatched boxes.
  • the converter circuit 19 is coupled to the contacts IIa, IIb and in turn has additional contacts 19a, 19b, which are guided to an edge of the carrier 11.
  • Semiconductor chips 13a, 13b are used to dissipate generated during operation of the converter circuit 19 heat.
  • the converter circuit 19 is formed, the operating voltage of the lighting device 10, in this case therefore 48V DC voltage, in a usual for additional components, lower
  • Voltage to convert for example 3.3V or 5V.
  • a converter circuit 19 for example, a linear regulator or a buck converter can be used.
  • a preferred converter circuit 19 for example, a linear regulator or a buck converter can be used.
  • the lower voltage can be tapped as a supply voltage from an additional component of the lighting device 10 or an external device at the contact 19 a, which serves as a power supply output of the converter circuit 19.
  • the lighting device 10 may comprise a control unit 20, which is provided with a control unit 20
  • Supply input 20a is coupled to the supply output 19a of the converter circuit 19.
  • a ground terminal 20c of the control unit 20 is connected to the second
  • Control output 20d of the control unit 20 is coupled to the third contact 11c of the lighting device 10, which serves as the control input En of the linear regulator 15a (see FIG. Advantageously, this allows extensive control of the radiation-emitting operation of
  • Luminous device 10 even at the contacts IIa, IIb voltage applied.
  • control unit 20 may further include a
  • Excitation output 20b which with the contact 19b of Converter circuit is coupled.
  • an excitation signal V2 for exciting a switching frequency of the converter circuit 19, for example a pulsed rectangular signal, can be provided via the excitation output.
  • Buck converter which would contribute to the complexity and cost of the converter circuit 19 with the number of components required, becomes a converter circuit 19 as in FIG. 6
  • Resistor R2 for example, the height lOOkQ, and a precharge capacitor Cl, which is connected in parallel with a 3.3V zener diode D3.
  • the capacitance of the capacitor C1 is chosen so high that an auxiliary circuit, comprising for example the control unit 20, can be operated for a predetermined minimum duration, for example 10yF.
  • control unit 20 a For example, by the control unit 20 a
  • Excitation signal V2 are provided for exciting a switching frequency of the converter circuit 19, which controls the voltage at the supply output 19a to 3.3V with the
  • FIG. 7 a shows an exemplary lighting device 10 ⁇ with an external ballast 30 ⁇ .
  • a first lighting system 100 ⁇ ( Figure 7b) comprising a plurality of such
  • FIG. 8a shows an exemplary lighting device 10 with an internal driver circuit 15 (see FIGS. 1-5).
  • a second lighting system 100 (FIG. 8b) comprising a plurality of such lighting devices 10 requires a common lighting system
  • Luminous devices 10 depending on the components used, the lighting devices 10 ⁇ with ballast 30 ⁇ from about 3 to 5 lighting devices 10, 10 ⁇ .

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Abstract

Es wird eine Leuchtvorrichtung (10) zum Betreiben mit einer Gleichspannung angegeben, umfassend - wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip (13a, 13b), - zwei Kontakte (IIa, IIb) zur Kopplung der Leuchtvorrichtung (10) mit der Gleichspannung, und - eine Treiberschaltung (15), welche mit dem wenigstens einen Halbleiterchip (13a, 13b) in einem Strang (17) seriell verschaltet und zur Einstellung eines Stroms zum Betreiben des wenigstens einen Halbleiterchips (13a, 13b) eingerichtet ist. Der Strang (17) erstreckt sich elektrisch koppelnd zwischen den zwei Kontakten (IIa, IIb). Es wird ferner ein Leuchtsystem (100) angegeben.

Description

Beschreibung
LEUCHTVORRICHTUNG UND LEUCHTSYSTEM Die Erfindung betrifft eine optoelektronische
Leuchtvorrichtung zum Betreiben mit einer Gleichspannung und ein korrespondierendes Leuchtsystem.
Lichtquellen für allgemeine Beleuchtungszwecke, umfassend lichtemittierende Dioden (LEDs) , werden meist mittels elektronischen Vorschaltgeräten mit Konstantstrom versorgt. Das Vorschaltgerät wandelt Netzspannung, beispielhaft
Wechselspannung mit 230V und 50Hz, in Gleichspannung um und limitiert einen Konstantstrom, der durch die LEDs fließt. Insbesondere bei sogenannten Spotlight-Leuchten kann je
Leuchte ein solches Vorschaltgerät notwendig sein, wodurch derartige Leuchten voluminös und teuer werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leuchtvorrichtung, welche platzsparend und kostengünstig herstellbar ist, sowie ein korrespondierendes Leuchtsystem anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der
unabhängigen Patentansprüche. Jeweils vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Leuchtvorrichtung zum Betreiben mit einer Gleichspannung angegeben. Bei der
Leuchtvorrichtung kann es sich insbesondere um eine
Spotlight-Leuchte oder eine ähnliche Lichtquelle handeln. Die Leuchtvorrichtung kann optional ein Gehäuse aufweisen, oder beispielsweise lediglich eine bestückte Platine umfassen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Leuchtvorrichtung wenigstens einen
optoelektronischen Halbleiterchip. Bei dem wenigstens einen Halbleiterchip kann es sich um einen Leuchtdiodenchip oder einen Laserdiodenchip handeln. Der wenigstens eine
Halbleiterchip ist beispielsweise über einen Träger und/oder zusätzliche Bonddrähte elektrisch kontaktiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Leuchtvorrichtung zwei Kontakte zur Kopplung der Leuchtvorrichtung mit der Gleichspannung. Die Kontakte können beispielhaft auf dem vorgenannten Träger angeordnet sein. Ggf. können die Kontakte aus einem Gehäuse der
Leuchtvorrichtung zur externen Kontaktierung der
Leuchtvorrichtung herausgeführt sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Leuchtvorrichtung eine Treiberschaltung, welche mit dem wenigstens einen Halbleiterchip in einem Strang seriell verschaltet und zur Einstellung eines Stroms zum
Betreiben des wenigstens einen Halbleiterchips eingerichtet ist. Bei der Treiberschaltung kann es sich um einen
Stromsteller oder einen Stromregler handeln. Die
Treiberschaltung ist insbesondere zur Kopplung mit einer Gleichspannungsquelle eingerichtet und ausgebildet, einen
Strom in dem Strang zu begrenzen und/oder einzustellen. Die Treiberschaltung ist beispielhaft derart in die
Leuchtvorrichtung integriert, dass sie mit dem wenigstens einen Halbleiterchip auf einem gemeinsamen Träger angeordnet und/oder zusammen mit dem Träger und dem wenigstens einen
Halbleiterchip von einem gemeinsamen Gehäuse umschlossen ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt erstreckt sich der Strang elektrisch koppelnd zwischen den zwei Kontakten. In anderen Worten ist der erste Kontakt mit einem Ende des Strangs elektrisch gekoppelt und der zweite Kontakt mit dem anderen Ende des Strangs elektrisch
gekoppelt .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird eine Leuchtvorrichtung zum Betreiben mit einer
Gleichspannung angegeben, umfassend wenigstens einen
optoelektronischen Halbleiterchip, zwei Kontakte und eine Treiberschaltung. Die Kontakte sind zur Kopplung der
Leuchtvorrichtung mit der Gleichspannung eingerichtet. Die Treiberschaltung ist mit dem wenigstens einen Halbleiterchip in einem Strang seriell verschaltet. Überdies ist die
Treiberschaltung zur Einstellung eines Stroms zum Betreiben des wenigstens einen Halbleiterchips eingerichtet. Der Strang erstreckt sich elektrisch koppelnd zwischen den zwei
Kontakten .
Dadurch, dass die Leuchtvorrichtung die Treiberschaltung umfasst, kann die Leuchtvorrichtung zum Betreiben mit einer Gleichspannungsquelle gekoppelt werden, so dass auf ein externes Vorschaltgerät verzichtet werden kann. In
vorteilhafter Weise entfallen damit neben den Kosten
elektrischer Komponenten des Vorschaltgeräts aufgrund der Größe solcher Vorschaltgeräte auch Kosten und Platzbedarf für ein Gehäuse des Vorschaltgeräts. Insbesondere können mehrere derartiger Leuchtvorrichtungen mit derselben
Gleichspannungsquelle betrieben werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Leuchtvorrichtung einen Träger. Bei dem Träger kann es sich um eine Leiterplatte oder ein keramisches
Substrat handeln. Insbesondere kann der Träger auch als
Kühlkörper dienen. Beispielhaft umfasst der Träger hierzu ein Metall bzw. eine Metalllegierung oder besteht daraus.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Leuchtvorrichtung einen Träger, auf dem der wenigstens eine Halbleiterchip angeordnet ist. Optional kann der wenigstens eine Halbleiterchip zudem gezielt thermisch mit dem Träger gekoppelt sein. Beispielhaft ist der
wenigstens eine Halbleiterchip hierzu mittels eines thermisch leitenden Klebers und/oder eines thermisch leitenden
Substrats auf dem Träger befestigt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt sind die Treiberschaltung und der wenigstens eine
Halbleiterchip auf einem gemeinsamen Träger angeordnet. In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine einfache
Kontaktierung und Verschaltung der Treiberschaltung mit den elektrischen Komponenten der Leuchtvorrichtung. Überdies kann die Treiberschaltung so gezielt thermisch mit dem Träger als Kühlkörper gekoppelt sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der wenigstens eine Halbleiterchip ungehäust ausgebildet. Ein ungehäuster optoelektronischer Halbleiterchip bezeichnet einen sogenannten „Nacktchip", auch „Bare Die" oder „Bare Chip" genannt. Das heißt, dass ein ungehäuster
optoelektronischer Halbleiterchip nur den nackten
Halbleiterchip umfasst und nicht in einem Gehäuse, zum
Beispiel in einem Plastik- oder Keramikgehäuse, verbaut ist. Ein ungehäuster optoelektronischer Halbleiterchip ist also frei von einem Gehäuse. In vorteilhafter Weise kann so im Vergleich zu gehäusten Halbleiterchips eine hohe Dichte an Halbleiterchips auf dem Träger erreicht werden. Im Betrieb der Halbleiterchips erzeugte Wärme kann vorteilhaft über den Träger effizient abgeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Leuchtvorrichtung eine Vielzahl
optoelektronischer Halbleiterchips, wobei der Träger mit den Halbleiterchips ein Chip-on-Board (COB) -Modul bildet. „COB" steht hierbei sinngemäß für „Nacktchipmontage", die
Halbleiterchips sind in diesem Zusammenhang also ungehäust ausgebildet . Das COB-Modul kann insbesondere eine Vielzahl an individuell, in Reihe und/oder parallel verschalteten Halbleiterchip- Strängen umfassen. In diesem Zusammenhang können eine oder mehrere Treiberschaltungen zur Stromregelung pro Verschaltung oder pro Strang vorgesehen sein. Ist beispielsweise pro
Strang eine Treiberschaltung in Serie mit einem oder mehreren optoelektronischen Halbleiterchips verschaltet, so kann auf eine Vermessung und Sortierung der Halbleiterchips vor ihrer Montage in diesem Strang weitestgehend verzichtet werden. Insbesondere bei mehreren solcher Stränge wird überdies eine vorteilhafte Verteilung der im Betrieb wärmeerzeugenden
Treiberschaltungen auf dem Träger erreicht. Sind hingegen mehrere Stränge parallel geschaltet, wobei pro Verschaltung eine Treiberschaltung vorgesehen ist, beispielhaft lediglich eine einzige Treiberschaltung für alle optoelektronischen Halbleiterchips, so kann eine Komplexität bei der
elektrischen Kontaktierung und Verschaltung der einzelnen Bauelemente gering gehalten und Kosten für weitere
Treiberschaltungen eingespart werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist die Leuchtvorrichtung für einen Betrieb mit einer
Gleichspannung ausgelegt, die zwischen 5V und 100V,
insbesondere 12V, 24V oder bevorzugt 48V beträgt. In
vorteilhafter Weise ermöglicht der Betrieb mit einer
derartigen Gleichspannung ein sogenanntes „Hot-Swapping" bzw. „Hot-Plugging" (heißes Tauschen bzw. Stecken) der
Leuchtvorrichtung, also ein Austausch der Leuchtvorrichtung im laufenden Betrieb.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Treiberschaltung einen monolithischen Regler.
Bei dem Regler kann es sich um einen Längsregler handeln. Beispielhaft ist ein Linearregler oder ein Abwärtswandler
(englisch „Buck Converter") denkbar. Der Regler ist bevorzugt thermisch an den Träger angebunden, um eine sichere
Wärmeabführung zu gewährleisten. Beispielhaft umfasst der Regler einen NPN Transistor und eine zwischen Basis und
Emitter verschaltete Zenerdiode zum Bereitstellen einer
Referenzspannung. Alternativ zu der Zenerdiode kann der
Regler auch mehrere in Reihe geschaltete PN Übergänge
aufweisen . In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der Regler ungehäust ausgebildet. In vorteilhafter Weise wird so ein Platzbedarf des Reglers gering gehalten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Treiberschaltung extern zu dem Regler einen
Widerstand zur Einstellung des Stroms zum Betreiben des wenigstens einen Halbleiterchips. Bei dem Widerstand kann es sich insbesondere um einen Shunt handeln, der beispielhaft als Emitterwiderstand zur Stromstabilisierung mit einem
Transistor des Reglers gekoppelt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der Widerstand lichtempfindlich ausgebildet, derart, dass sich sein Widerstandswert in Abhängigkeit von einem
Lichtstrom verändert, insbesondere um eine Veränderung der Lichtleistung des wenigstens einen Halbleiterchips zu
kompensieren. Beispielsweise kann es sich bei der Veränderung der Lichtleistung um eine Degradation des wenigstens einen Halbleiterchips handeln.
Beispielhaft umfasst der Widerstand in diesem Zusammenhang einen herkömmlichen elektrischen Widerstand und ein
lichtempfindliches Element, wie zum Beispiel einen
Photowiderstand, einen Phototransistor oder einen
lichtempfindlichen Sensor. Das lichtempfindliche Element ist einer im Betrieb der Leuchtvorrichtung erzeugten Strahlung ausgesetzt und insbesondere eingerichtet, einen abfallenden Lichtstrom durch Erhöhung des Betriebsstroms des mindestens einen Halbleiterchips so zu regeln, dass ein konstanter
Lichtstrom der Leuchtvorrichtung erreicht wird. In
vorteilhafter Weise ermöglicht dies die Kompensation einer Reduktion der Lichtleistung im Laufe des Betriebs der
Leuchtvorrichtung (Degradation) . Insbesondere kann dadurch der Lichtstrom der Leuchtvorrichtung über deren Lebensdauer konstant gehalten werden, so dass auch im Hinblick auf gesetzliche Vorgaben bei der Installation von
Leuchtvorrichtungen keine redundante Lichtleistung
vorgehalten werden muss. In vorteilhafter Weise trägt dies dazu bei, Energie bzw. Kosten einzusparen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Leuchtvorrichtung eine Wandlerschaltung mit einem Versorgungsausgang. Die Wandlerschaltung ist mit den zwei Kontakten elektrisch gekoppelt und zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung über den Versorgungsausgang eingerichtet.
Die Versorgungsspannung beträgt beispielsweise zwischen 0,1V und 10V, insbesondere 3,3V oder 5V. In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine Stromversorgung zusätzlicher Komponenten neben dem wenigstens einen
optoelektronischen Halbleiterchip, und/oder eine interne Stromversorgung des wenigstens einen optoelektronischen
Halbleiterchips. Insbesondere kann dadurch auf zusätzliche Bauteile zur Stromversorgung, welche bei einer
Leuchtvorrichtung mit Vorschaltgerät in Form einer gehäusten Platine mit der Leuchtvorrichtung verbaut werden müssten, verzichtet werden. In anderen Worten können zusätzliche
Komponenten in der Leuchtvorrichtung direkt ohne ein
separates Vorschaltgerät mit der Versorgungsspannung versorgt werden, so dass dazu beigetragen wird, Kosten und Bauraum einzusparen .
Die Wandlerschaltung kann analog zu der Treiberschaltung auf dem Träger angeordnet und thermisch gezielt mit diesem gekoppelt sein, so dass ein sicherer Betrieb der
Wandlerschaltung gewährleistet ist.
Bei der Wandlerschaltung kann es sich beispielsweise um einen Linearregler oder Abwärtswandler handeln. Alternativ kann es sich bei der Wandlerschaltung auch um eine Mischung aus
Linearregler und Abwärtswandler handeln, um einen Kompromiss zwischen Effizienz, Komplexität und Flexibilität zu ermöglichen. Beispielhaft umfasst die Wandlerschaltung in diesem Zusammenhang einen hochohmigen Eingangswiderstand, um Verluste zu minimieren, sowie einen Kondensator, der parallel zu einer Zenerdiode geschaltet und zum Bereitstellen der Versorgungsspannung für eine vorgegebene Dauer aufgeladen wird. Zusätzlich kann die Wandlerschaltung einen
Leistungsteil eines Abwärtswandlers umfassen, der lediglich mit einer vorgegebenen Frequenz und vorgegebenem Tastgrad geschaltet werden muss.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Leuchtvorrichtung ferner eine Steuereinheit. Die Wandlerschaltung ist zum Betreiben der Steuereinheit über den Versorgungsausgang elektrisch mit der Steuereinheit
gekoppelt.
Bei der Steuereinheit kann es sich beispielsweise um einen Mikrokontroller handeln. Beispielhaft ist der Mikrokontroller zu einer Steuerung und/oder Dimmung des wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchips ausgelegt. Die
Steuereinheit ist insbesondere für einen Betrieb mit der Versorgungsspannung ausgelegt. Alternativ oder zusätzlich zu der Steuereinheit kann die Leuchtvorrichtung weitere
Komponenten umfassen, so beispielsweise eine
Kommunikationsschnittstelle wie Funkempfänger für Bluetooth, Wifi oder ZigBee, Sensoren wie Thermometer, Bewegungsmelder, Spektrometer, Umgebungslichtsensor, Mikrofon oder Kamera, oder aber Internet-der-Dinge-Komponenten . In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist der Regler einen Steuereingang auf. Überdies ist die Steuereinheit signaltechnisch mit dem Steuereingang gekoppelt und eingerichtet, einen Strahlungsemittierenden Betrieb des wenigstens einen Halbleiterchips zu steuern. Insbesondere ist denkbar, den Strahlungsemittierenden Betrieb der
Leuchtvorrichtung an- oder auszuschalten, oder eine Dimmung zu realisieren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Wandlerschaltung einen Anregungseingang auf.
Überdies kann die Steuereinheit signaltechnisch mit dem
Anregungseingang gekoppelt und eingerichtet sein, ein
Anregungssignal zur Anregung einer Schaltfrequenz der
Wandlerschaltung bereitzustellen. In vorteilhafter Weise ermöglicht dies einen effizienten und sicheren Betrieb der WandlerSchaltung . In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist die Treiberschaltung zum Betrieb mit einer vorgegebenen Betriebsspannung ausgelegt und zwischen einem ersten
Abschnitt des Strangs und einem zweiten Abschnitt des Strangs angeordnet. Überdies ist eine Anzahl optoelektronischer
Halbleiterchips, welche in dem zweiten Abschnitt des Strangs angeordnet sind, abhängig von der Gleichspannung zum
Betreiben der Leuchtvorrichtung, der vorgegebenen
Betriebsspannung der Treiberschaltung und einer vorgegebenen Betriebsspannung der Halbleiterchips in dem zweiten Abschnitt gewählt.
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies den Einsatz einer Treiberschaltung, insbesondere eines Reglers, welche bzw. welcher für einen Betrieb mit einer geringeren
Betriebsspannung ausgelegt ist, als die für den Betrieb der Leuchtvorrichtung erforderliche Gleichspannung. Durch die in dem zweiten Abschnitt des Strangs angeordnete Anzahl
optoelektronischer Halbleiterchips kann die an den zwei Kontakten anliegende, für den Betrieb der Leuchtvorrichtung erforderliche Gleichspannung nach dem Prinzip der
Spannungsteilung auf eine für einen Betrieb der
Treiberschaltung geeignete Betriebsspannung reduziert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Leuchtsystem angegeben. Das Leuchtsystem umfasst wenigstens eine Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt sowie eine Gleichspannungsquelle, die mit den zwei Kontakten der wenigstens einen Leuchtvorrichtung elektrisch gekoppelt und zur Bereitstellung der
Gleichspannung zum Betreiben der Leuchtvorrichtung
eingerichtet ist.
Bei der Gleichspannungsquelle kann es sich um eine
Konstantspannungsquelle handeln. Insbesondere kann es sich hierbei um ein Netzteil handeln, das zu einem Betrieb mit Netzspannung ausgelegt ist.
Statt für jede Leuchtvorrichtung jeweils ein separates
Vorschaltgerät vorzusehen, kann in vorteilhafter Weise eine gemeinsame Gleichspannungsquelle in Kombination mit den wesentlich kleineren und billigeren Treiberschaltungen eingesetzt werden. Da die vorgenannten Vorschaltgeräte typischerweise speziell für den Lichtmarkt entwickelt sind, sind diese überdies teurer als für breitere Einsatzgebiete entwickelte Gleichspannungsquellen .
Das Leuchtsystem kann beispielsweise drei, vier oder mehr Leuchtvorrichtungen umfassen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt umfasst das Leuchtsystem fünf, sechs oder mehr
Leuchtvorrichtungen . Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer
LeuchtVorrichtung,
Figur 2 einen beispielhaften Strang der
Leuchtvorrichtung gemäß Figur 1,
Figur 3 eine beispielhafte Treiberschaltung der
Leuchtvorrichtung gemäß Figur 1,
Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer
LeuchtVorrichtung,
Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer
LeuchtVorrichtung,
Figur 6 eine beispielhafte Wandlerschaltung der
Leuchtvorrichtung gemäß Figur 5,
Figur 7a, 7b ein beispielhaftes erstes Leuchtsystem, und
Figur 8a, 8b ein beispielhaftes zweites Leuchtsystem mit
Leuchtvorrichtungen gemäß Figuren 1-5.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind
figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Leuchtvorrichtung 10. Bei der Leuchtvorrichtung 10 handelt es sich beispielhaft um ein COB-Modul mit einem Träger 11, auf dem eine Vielzahl ungehäuster optoelektronischer
Halbleiterchips 13a, 13b, insbesondere LEDs angeordnet ist. Die Halbleiterchips können beispielsweise von einer
schützenden und/oder wellenlängenkonvertierenden Vergussmasse umgeben sein und mit dieser eine Leuchtfläche 13 bilden (vgl. Figur 5) .
Der Träger 11 umfasst zwei Kontakte IIa, IIb zur Kopplung der Leuchtvorrichtung 10 mit einer vorgegebenen Betriebsspannung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Leuchtvorrichtung 10 zu einem Betrieb mit 48V Gleichspannung als
Betriebsspannung ausgelegt, die beispielhaft an dem ersten Kontakt IIa angelegt wird, während der zweite Kontakt IIb mit Masse gekoppelt wird.
Zwischen den zwei Kontakten IIa, IIb sind sechs Stränge 17 (vgl. auch Fig. 2) angeordnet, die mit jeweils einem Ende mit dem ersten Kontakt IIa, und mit ihrem jeweils anderen Ende mit dem zweiten Kontakt IIb gekoppelt sind. Die Stränge 17 umfassen jeweils fünfzehn in Reihe geschalteter
optoelektronischer Halbleiterchips 13a, 13b sowie jeweils eine Treiberschaltung 15, die an einem Rand des Trägers 11 angeordnet ist. Jede Treiberschaltung 15 besteht aus einem monolithischen Linearregler 15a, sowie einem Widerstand 15b, durch welchen ein Strom in dem Strang 17 eingestellt, und ein strahlungsemittierender Betrieb der Halbleiterchips 13a, 13b ermöglicht werden kann. Optional kann die Leuchtvorrichtung 10 ferner eine Zenerdiode 12 umfassen, die zwischen den zwei Kontakten IIa, IIb angeordnet ist.
Dadurch, dass die Leuchtvorrichtung 10 die Treiberschaltung 15 umfasst, kann die Leuchtvorrichtung 10 mit Gleichspannung betrieben und auf ein voluminöseres Vorschaltgerät zum
Betrieb mit Netzspannung verzichtet werden.
Der kompakte Linearregler 15a umfasst beispielhaft einen NPN Transistor und eine Zenerdiode (oder mehrere in Reihe
geschaltete PN Übergänge) , die zum Bereitstellen einer
Referenzspannung dient. Über den Widerstand 15b, welcher bezüglich des Transistors emitterseitig angeschlossen und als Shunt dient erfolgt eine Stabilisierung des Stroms in dem jeweiligen Strang 17. Steigt der Strom im Strang 17 z.B. bei Erhöhen der an den Kontakten IIa, IIb angelegten Spannung, so wirkt sich dies auf einen Spannungsabfall am Shunt aus, wodurch die Basis-Emitter Spannung am Transistor sinkt, der Basisstrom reduziert wird und der Transistor hochohmiger wird, so dass der Strom im Strang 17 gedrosselt bzw. konstant gehalten wird, da die Differenz zwischen Referenzspannung, der am Shunt abfallenden Spannung und der Basis-Emitter
Spannung gleich null beträgt. Die Referenzspannung kann aus der Spannung an einem optionalen Steuereingang En
bereitgestellt werden, um Steuerungsmöglichkeiten der
Leuchtvorrichtung 10 zu erweitern, wie nachfolgend anhand Figur 2 erläutert.
In einer ersten Ausführungsvariante ist der Widerstand 15b der Treiberschaltung 15 ein konstanter SMD-Widerstand, so dass der Strom im jeweiligen Strang 17 auf einen vorgegebenen Wert gedrosselt wird.
Im Laufe ihres Betriebs reduziert sich die emittierte
Lichtleistung der Halbleiterchips 13a, 13b aufgrund
verschiedener Degradationseffekte, wie z.B. Bräunung von Gehäusematerialien und Vergussmassen, was die Lebensdauer der Halbleiterchips 13a, 13b begrenzt. Beispielhaft ist bei 50% der Halbleiterchips 13a, 13b nach 25.000 Betriebsstunden die Lichtleistung auf 70% abgefallen. Um z.B. in einem Büro gesetzlich vorgeschriebene 5001x mit einer
Beleuchtungsinstallation von 30001m zu erreichen, kann eine Beleuchtungsinstallation von 33001m eingesetzt werden, um auch nach 25.000 Betriebsstunden die gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen. Über einen langen Zeitraum wird durch diesen
Vorhalt allerdings mehr Energie verbraucht als nötig. In einer zweiten Ausführungsvariante ist der Widerstand 15b daher lichtempfindlich ausgeführt. Der Widerstand 15b ist so angeordnet, dass er durch Licht der Halbleiterchips 13a, 13b bestrahlt wird. Der Widerstand ist überdies so ausgebildet, dass er bei abfallendem Lichtstrom eine Erhöhung des Stroms im Strang 17 bewirkt, so dass der resultierende Lichtstrom konstant bleibt. Auf diese Weise kann beigetragen werden, die Degradation zu kompensieren.
Anhand Figur 2 ist ein beispielhafter Strang 17 der
Leuchtvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in schematischer Detailansicht dargestellt.
Der Strang 17 umfasst einen ersten Abschnitt 17a, der sich zwischen dem ersten Kontakt IIa (in der Figur als ,+λ dargestellt) und der Treiberschaltung 15 erstreckt, sowie einen zweiten Abschnitt 17b, der sich zwischen der
Treiberschaltung 15 und dem zweiten Kontakt IIb (in der Figur als ,-λ dargestellt) erstreckt. In dem ersten Abschnitt 17a sind mehrere Halbleiterchips 13a, im vorliegenden Ausführungsbeispiel acht, angeordnet und mit einem Rückseitenkontakt E des monolithischen Linearreglers 15a verbunden. Der Regler 15a, beispielsweise ein Regler des Typs BCR 421U der Firma Infineon, weist einen Masseanschluss Gnd sowie einen Referenzspannungsanschluss Rx auf, zwischen denen der Widerstand 15b angeschlossen ist. Ein beispielhaftes
Schaltbild der Treiberschaltung 15 ist anhand Figur 4
dargestellt. Überdies ist der Masseanschluss Gnd mit dem zweiten Abschnitt 17b verbunden, in dem sich weitere
Halbleiterchips 13b, im vorliegenden Ausführungsbeispiel sieben, angeordnet sind.
Die Anzahl der Halbleiterchips 13b in dem zweiten Abschnitt 17b ist dabei derart bemessen, dass die an dem Linearregler 15a anliegende Spannung lediglich einem Teil der an den
Kontakten IIa, IIb anliegenden Spannung entspricht, welcher kleiner oder gleich einer nominalen Betriebsspannung des
Linearreglers 15a ist. In vorteilhafter Weise können auch bei hohen Betriebsspannungen der Leuchtvorrichtung 10
leistungsschwache bzw. günstige Linearregler 15a eingesetzt werden .
Der in Figur 2 dargestellte Linearregler 15a weist überdies einen optionalen Steuereingang En auf, welcher in
vorliegendem Ausführungsbeispiel mit dem ersten Kontakt IIa gekoppelt ist.
Über eine am Steuereingang En anliegende Spannung lässt sich ein Betrieb der Treiberschaltung 15 und damit ein
strahlungsemittierender Betrieb der Halbleiterchips 13a, 13b steuern. Insbesondere lässt sich so ein Dimmen sowie An- und Ausschalten der Halbleiterchips 13a, 13b realisieren, auch wenn an den Kontakten IIa, IIb weiterhin die Betriebsspannung anliegt. Um eine derartige Steuerung zu realisieren kann der Steuereingang En daher alternativ mit einer Steuereinheit 20 wie einem Mikrokontroller gekoppelt sein (vgl. Figur 5) . Um mehrere Stränge 17 bzw. mehrere Leuchtvorrichtung 10
gleichzeitig mittels einer einzigen Steuereinheit 20 zu steuern können die jeweiligen Steuereingänge En dabei
beispielhaft parallelgeschaltet sein.
Das folgende, anhand Figuren 4 und 5 beschriebene zweite Ausführungsbeispiel erörtert, wie eine solche Steuereinheit 20 in der Leuchtvorrichtung 10 integriert werden kann.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Steuereingang En der Linearregler 15a statt mit dem ersten Kontakt IIa mit einem zusätzlichen, dritten Kontakt 11c gekoppelt sind, der beispielhaft analog zu den zwei Kontakten IIa, IIb zu einem Rand des Trägers 11 geführt ist.
Darüber hinaus umfasst die Leuchtvorrichtung 10 in dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Wandlerschaltung 19, die schematisch als vier schraffierte Kästchen dargestellt ist. Die Wandlerschaltung 19 ist mit den Kontakten IIa, IIb gekoppelt und weist wiederum zusätzliche Kontakte 19a, 19b auf, die zu einem Rand des Trägers 11 geführt sind. In vorteilhafter Weise kann durch Integration der
Wandlerschaltung 19 in der Leuchtvorrichtung 10 und Anordnung auf dem Träger 11 die gute thermische Anbindung der
Halbleiterchips 13a, 13b zur Abführung von im Betrieb der Wandlerschaltung 19 erzeugter Wärme genutzt werden. Die Wandlerschaltung 19 ist ausgebildet, die Betriebsspannung der Leuchtvorrichtung 10, vorliegend also 48V Gleichspannung, in eine für zusätzliche Komponenten übliche, niedrigere
Spannung zu wandeln, beispielsweise 3,3V oder 5V. Hierzu kann als Wandlerschaltung 19 beispielhaft ein Linearregler oder ein Abwärtswandler eingesetzt werden. Eine bevorzugte
Ausführungsform der Wandlerschaltung 19 wird weiter unten anhand Figur 6 beschrieben.
Die niedrigere Spannung kann als Versorgungsspannung von einer zusätzlichen Komponente der Leuchtvorrichtung 10 oder einem externen Gerät an dem Kontakt 19a abgegriffen werden, welcher als Versorgungsausgang der Wandlerschaltung 19 dient. In vorteilhafter Weise kann durch Integration der
Wandlerschaltung 19 in der Leuchtvorrichtung 10 auf externe Bauteile zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung
verzichtet werden, welche sonst in Form einer gehäusten
Platine mit verbaut werden müsste. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang auch auf ein weiteres Vorschaltgerät verzichtet werden.
Wie anhand Figur 5 dargestellt kann die Leuchtvorrichtung 10 eine Steuereinheit 20 umfassen, die mit einem
Versorgungseingang 20a mit dem Versorgungsausgang 19a der Wandlerschaltung 19 gekoppelt ist. Darüber hinaus ist ein Masseanschluss 20c der Steuereinheit 20 mit dem zweiten
Kontakt IIb der Leuchtvorrichtung 10 gekoppelt. Ein
Steuerausgang 20d der Steuereinheit 20 ist mit dem dritten Kontakt 11c der Leuchtvorrichtung 10 gekoppelt, welcher als Steuereingang En des Linearreglers 15a dient (vgl. Figur 2) . In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine umfangreiche Steuerung des Strahlungsemittierenden Betriebs der
Leuchtvorrichtung 10 auch bei an den Kontakten IIa, IIb anliegender Betriebsspannung.
Optional kann die Steuereinheit 20 ferner einen
Anregungsausgang 20b aufweisen, der mit dem Kontakt 19b der Wandlerschaltung gekoppelt wird. Über den Anregungsausgang kann beispielsweise ein Anregungssignal V2 zur Anregung einer Schaltfrequenz der Wandlerschaltung 19 bereitgestellt werden, beispielsweise ein gepulstes Rechtecksignal.
Im Folgenden wird anhand dem Schaltbild der Figur 6 eine bevorzugte Ausführungsform der Wandlerschaltung 19 zur
Erzeugung einer 3,3V Spannung aus der an den Kontakten IIa, IIb der Leuchtvorrichtung 10 anliegenden 48V Betriebsspannung beschrieben, welche als Spannung VI im Schaltbild dargestellt ist. Statt eines Linearreglers, durch welchen bedeutende Verluste generiert werden können, oder eines kompletten
Abwärtswandlers, der mit der Anzahl an benötigten Bauteilen zur Komplexität und Kosten der Wandlerschaltung 19 beitragen würde, wird eine Wandlerschaltung 19 wie in Figur 6
dargestellt vorgeschlagen, die eine Startschaltung umfasst, welche zur Minimierung von Verlusten einen hochohmigen
Widerstand R2, beispielsweise der Höhe lOOkQ, sowie einen Vorladekondensator Cl umfasst, der parallel zu einer 3,3V Zenerdiode D3 geschaltet ist. Die Kapazität des Kondensators Cl ist dabei so hoch gewählt, dass eine Hilfsschaltung, umfassend beispielsweise die Steuereinheit 20, für eine vorgegebene Mindestdauer betrieben werden kann, beispielhaft 10yF.
Beispielsweise kann durch die Steuereinheit 20 ein
Anregungssignal V2 zur Anregung einer Schaltfrequenz der Wandlerschaltung 19 bereitgestellt werden, die eine Regelung der Spannung am Versorgungsausgang 19a auf 3,3V mit dem
Transistor Q2, der Spule LI und der Freilauf-Schottkydiode D5 ermöglicht. Überdies sind in der Schaltung weitere
Widerstände Rl, R3, R5 sowie ein Transistor Ql vorgesehen. Figur 7a zeigt eine beispielhafte Leuchtvorrichtung 10 λ mit einem externen Vorschaltgerät 30 λ. Ein erstes Leuchtsystem 100 λ (Figur 7b), umfassend mehrere solcher
Leuchtvorrichtungen 10 λ benötigt je Leuchtvorrichtung 10 λ ein externes Vorschaltgerät 30 λ.
Figur 8a zeigt eine beispielhafte Leuchtvorrichtung 10 mit einer internen Treiberschaltung 15 (vgl. Figuren 1-5) . Ein zweites Leuchtsystem 100 (Figur 8b) , umfassend mehrere solcher Leuchtvorrichtungen 10 benötigt eine gemeinsame
Gleichspannungsquelle 30 sowie je Leuchtvorrichtung 10 eine interne Treiberschaltung 15. Derzeit übersteigt die relative Lichtleistung pro Kosten der gleichspannungsbetriebenen
Leuchtvorrichtungen 10 je nach eingesetzten Bauteilen die der Leuchtvorrichtungen 10 λ mit Vorschaltgerät 30 λ ab ca. 3 bis 5 Leuchtvorrichtungen 10, 10 λ.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 106 959.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugs zeichenliste :
10, 10 λ Leuchtvorrichtung
11 Träger
IIa, IIb, 11c Kontakte
12 Zenerdiode
13 Leuchtfläche
13a, 13b Halbleiterchips
15 Treiberschaltung
15a Regler
15b Widerstand
17 Strang
17a, 17b Abschnitte
19 Wandlerschaltung 19a Versorgungsausgang 19b Kontakt
20 Steuereinheit
20a Versorgungseingang
20b Anregungsausgang
20c Masseanschluss
20d Steuerausgang
30 Gleichspannungsquelle
30 λ Vorschaltgerät
100, 100 Leuchtsystem
EN Steuereingang
GND Masse
Rx Referenzspannung
E Rückseitenkontakt
Ql, Q2 Bipolartransistor
VI, V2 Spannungsquelle Rl, R2, R3, R5 Widerstand
LI Induktivität
Cl Kondensator
D3, D5 Diode

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtvorrichtung (10) zum Betreiben mit einer
Gleichspannung, umfassend
- wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip (13a, 13b) ,
- zwei Kontakte (IIa, IIb) zur Kopplung der Leuchtvorrichtung (10) mit der Gleichspannung, und
- eine Treiberschaltung (15), welche mit dem wenigstens einen Halbleiterchip (13a, 13b) in einem Strang (17) seriell verschaltet und zur Einstellung eines Stroms zum Betreiben des wenigstens einen Halbleiterchips (13a, 13b) eingerichtet ist, wobei sich der Strang (17) elektrisch koppelnd zwischen den zwei Kontakten (IIa, IIb) erstreckt.
2. Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die
Treiberschaltung und der wenigstens eine Halbleiterchip (13a, 13b) auf einem gemeinsamen Träger (11) angeordnet sind.
3. Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine Halbleiterchip (13a, 13b) ungehäust
ausgebildet ist.
4. Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 3, umfassend eine Vielzahl optoelektronischer Halbleiterchips (13a, 13b), wobei der Träger (11) mit den Halbleiterchips (13a, 13b) ein Chip- on-Board (COB) -Modul bildet.
5. Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei die Treiberschaltung (15) einen
monolithischen Regler (15a) umfasst.
6. Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei der Regler (15a) ungehäust ausgebildet ist.
7. Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Treiberschaltung (15) extern zu dem monolithischen Regler
(15a) einen Widerstand (15b) zur Einstellung des Stroms zum Betreiben des wenigstens einen Halbleiterchips (13a, 13b) umfasst .
8. Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei der
Widerstand (15b) lichtempfindlich ausgebildet ist, derart, dass sich sein Widerstandswert in Abhängigkeit von einem Lichtstrom verändert, insbesondere um eine Veränderung der Lichtleistung des wenigstens einen Halbleiterchips (13a, 13b) zu kompensieren.
9. Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, ferner umfassend eine Wandlerschaltung (19) mit einem Versorgungsausgang (19a), wobei die Wandlerschaltung (19) mit den zwei Kontakten (IIa, IIb) elektrisch gekoppelt und zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung über den Versorgungsausgang (19a) eingerichtet ist.
10. Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 9, ferner umfassend eine Steuereinheit (20), wobei die Wandlerschaltung (19) zum
Betreiben der Steuereinheit (20) über den Versorgungsausgang (19a) elektrisch mit der Steuereinheit (20) gekoppelt ist.
11. Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei
- der Regler (15) einen Steuereingang (En) aufweist, und - die Steuereinheit (19) signaltechnisch mit dem
Steuereingang (En) gekoppelt und eingerichtet ist, einen Strahlungsemittierenden Betrieb des wenigstens einen
Halbleiterchips (13a, 13b) zu steuern.
12. Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, wobei - die Wandlerschaltung (19) einen Anregungseingang aufweist, und
- die Steuereinheit (20) signaltechnisch mit dem
Anregungseingang gekoppelt und eingerichtet ist, ein
Anregungssignal (V2) zur Anregung einer Schaltfrequenz der Wandlerschaltung (19) bereitzustellen.
13. Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei
- die Treiberschaltung (15) zum Betrieb mit einer
vorgegebenen Betriebsspannung ausgelegt ist,
- die Treiberschaltung (15) zwischen einem ersten Abschnitt (17a) des Strangs (17) und einem zweiten Abschnitt (17b) des Strangs angeordnet ist, und
- eine Anzahl optoelektronischer Halbleiterchips (13b), welche in dem zweiten Abschnitt (17b) des Strangs (17) angeordnet sind, abhängig von der Gleichspannung zum
Betreiben der Leuchtvorrichtung (10), der vorgegebenen
Betriebsspannung der Treiberschaltung (15), und einer vorgegebenen Betriebsspannung der Halbleiterchips (13b) in dem zweiten Abschnitt (17b) gewählt ist.
14. Leuchtsystem (100), umfassend
- wenigstens eine Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, und
- eine Gleichspannungsquelle (30), die mit den zwei Kontakten (IIa, IIb) der wenigstens einen Leuchtvorrichtung (10) elektrisch gekoppelt und zur Bereitstellung der Gleichspannung zum Betreiben der Leuchtvorrichtung (10) eingerichtet ist.
15. Leuchtsystem (100), umfassend mindestens fünf
Leuchtvorrichtungen (10).
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