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WO2019020572A1 - Steuern von wenigstens zwei in reihe geschalteten leuchtdioden einer leuchteinrichtung - Google Patents

Steuern von wenigstens zwei in reihe geschalteten leuchtdioden einer leuchteinrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2019020572A1
WO2019020572A1 PCT/EP2018/069934 EP2018069934W WO2019020572A1 WO 2019020572 A1 WO2019020572 A1 WO 2019020572A1 EP 2018069934 W EP2018069934 W EP 2018069934W WO 2019020572 A1 WO2019020572 A1 WO 2019020572A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
emitting diodes
circuit arrangement
supply voltage
electrical
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/069934
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Jooss
Original Assignee
Osram Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Gmbh filed Critical Osram Gmbh
Priority to US16/633,174 priority Critical patent/US11343893B2/en
Publication of WO2019020572A1 publication Critical patent/WO2019020572A1/de

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Classifications

    • 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
    • H05B45/395—Linear regulators
    • 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]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/14—Controlling the intensity of the light using electrical feedback from LEDs or from LED modules
    • 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]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/18—Controlling the intensity of the light using temperature feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/48—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for a lighting device with at least two light emitting diodes connected in series and a controllable current source unit connected in series to the at least two light emitting diodes
  • the invention relates to a lighting device with an electrical connection for connection to a
  • electrical energy source which is an electrical
  • Supply voltage provides, and one at the
  • the invention also relates to a method for controlling at least two connected in series
  • Circuit arrangements for such lighting devices as well as methods for their operation are basically well known in the art, so it does not require a separate documentary evidence for this purpose. They usually serve to provide light for the purpose of illumination, for which purpose electrical energy is supplied from an electrical energy source. Increasingly, light emitting diodes are used as lighting means to
  • Areas of application for light-emitting diode-based lighting devices result, inter alia, in the area of a replacement of existing bulbs, which are based for example on incandescent lamps, gas discharge lamps or the like.
  • light-emitting diodes In order to achieve a given luminous flux, it is often common when using light-emitting diodes to operate a plurality of light-emitting diodes together, which may be arranged, for example, in the manner of a matrix.
  • the light-emitting diodes are at least partially connected in series for the intended light emission and are provided with a
  • the light output can be achieved in a predetermined manner.
  • the light-emitting diode current is usually a direct current, which flows through the light-emitting diodes connected in series in each case. As a result, each of the series connected
  • the LEDs are subjected to the same light-emitting diode current, so that a substantially equal light emission can be achieved.
  • the light-emitting diode current is a direct current which, if appropriate, can also be clocked for setting the luminous flux, for example in accordance with a pulse width modulation (PWM) or the like.
  • PWM pulse width modulation
  • the light-emitting diode current is usually by means of a
  • Power source unit provided which provides a predetermined, preferably constant, light-emitting diode current.
  • the power source unit to the series-connected LEDs is also in series
  • the series circuit formed thereby is charged in total by an electrical energy source with the electrical supply voltage, whereby the required electrical energy is provided.
  • the lighting device of the generic type can be any lighting device of the generic type.
  • Vehicle headlights are used.
  • the invention is not limited thereto.
  • Modern motor vehicles have a vehicle-mounted monitoring function of at least some of their vehicle headlights, the one
  • Such a monitoring function is in part also prescribed by standardization, for example the ECE R 48 or the like. This ensures that on the one hand a driver on the functionality of the respective
  • Vehicle headlamp or its bulb can be informed and initiate appropriate measures in case of failure. In addition, it can be achieved that improperly operable vehicle headlights or such bulbs cause a message that can automatically cause further action,
  • switching off a light source associated with the respective lamp channel for example, to avoid dangerous conditions or the like.
  • Monitoring device provided adapted for the monitoring of a respective associated light source
  • Illuminant used with different, especially electrical, properties this may be due to
  • Monitoring device detected as an error and a
  • Circuit arrangement to improve a lighting device with such a circuit arrangement as well as a generic method in terms of reliability.
  • the invention proposes a circuit arrangement, a lighting device and also a method according to the independent claims.
  • the invention particularly proposes that it has: at least two series-connected LEDs, one connected to the at least two light-emitting diodes in series controllable power source unit for
  • At least one bypass element connected in parallel with one of the at least two light-emitting diodes
  • control unit for controlling an electrical
  • Power source unit is acted upon.
  • the at least two series-connected LEDs be acted upon by a controllable current source unit with a predeterminable electrical light-emitting diode current, wherein at least one of the at least two
  • a bypass element is connected in parallel, wherein an electrical supply voltage with which the
  • the invention makes use of the knowledge that a suitable LED voltage is required for operating the light-emitting diodes in the intended operation of the light emission.
  • the LED voltage is connected via a current-voltage characteristic with the light-emitting diode current flowing through the LED. Is the supply voltage now smaller than a sum of the LED voltages of at least two
  • the invention provides that by means of the bypass element one of the at least two light-emitting diodes is successively short-circuited by increasing the electrical conductivity of the bypass element, so that the bypass element, the current of the
  • Supply voltage can be reduced because namely the
  • Light output is enabled by the lighting device. Although the total luminous flux is thereby reduced, but can still be found a luminous effect and a
  • Lighting function are at least partially realized.
  • inventive principle can be further cascaded so that additional individually connected in parallel bypass elements are provided for additional LEDs, for example, a third, a fourth or the like light emitting diode.
  • additional LEDs for example, a third, a fourth or the like light emitting diode.
  • a bypass element connected in parallel does not need to be provided, because if the
  • Supply voltage is not enough even to operate a single LED, a light emission can not be achieved anyway. However, it can be useful here as well to connect a MOSFET in parallel, for example, at lower voltages, a constant power consumption
  • the electrical supply voltage is detected and the electrical conductivity of the bypass element is controlled depending on the detected electrical supply voltage.
  • a separate voltage sensor may be provided, the measured signal evaluated and the
  • Control of the bypass element is used. However, it can also detect the supply voltage
  • the bypass element is a controllable bypass element which preferably has at least one control electrode via which its electrical conductivity can be adjusted.
  • the control electrode is dependent on the detected electrical supply voltage with a signal
  • the bypass element may be formed by a transistor or the like, for example. Particularly advantageous is a field effect transistor, in particular a
  • MOSFET Metal Organic Source Electrode
  • Led current can be performed at a very low residual voltage. This makes it possible to keep the voltage range for the reliable operation of the circuit arrangement with respect to the supply voltage very small.
  • the transistor is present in a linear operation
  • switching operation in transistors preferably characterized in that continuous operating states occupied can be.
  • switching operation only two switching states are usually possible, namely the
  • the switching path of the transistor is high impedance, that is, it provides a high electrical resistance, so that there is substantially no or only a very low, in particular negligible, current flow even at high voltage applied to the switching path.
  • the linear operation may include the states of the switching operation, but also allows a plurality of intermediate states in which the switching path is not fully on or off. Accordingly, the switching path can be assigned an electrical conductivity, which by a suitable control signal at the
  • Control electrode of the transistor can be controlled.
  • the transistor may in particular also be a bipolar transistor.
  • normally-on transistors for example, junction field-effect transistors or the like, are used.
  • the invention thus makes use of the possibility of not only operating the bypass element in a switching mode, but also of enabling intermediate states. As a result, a particularly favorable functionality can be achieved.
  • the power source unit is an electronic circuit that operates over a certain operating voltage range
  • specifiable current here the light-emitting diode current, pretends.
  • This current can be provided substantially as a constant current within the operating voltage range.
  • suitable electronic circuits for example using operational amplifiers or the like, are used.
  • transistor circuits which are suitable for the purpose of
  • Providing the predetermined current include a control function.
  • the current to be adjusted by means of a current sensor for example in the form of a
  • the sensor signal which is the voltage at the resistor in the latter case, is used to adjust the current.
  • the current itself is preferably adjusted by means of a transistor, particularly preferably by means of a MOSFET x s.
  • the sensor signal of the current sensor is used to provide a control signal for the transistor.
  • the provision of the control signal may comprise further electronic components, including one or more further transistors, in order to enable a predeterminable control function.
  • the power source unit is designed to detect the light-emitting diode current and to provide a light-emitting diode current signal for controlling the light-emitting diode current.
  • the light-emitting diode current over a wide
  • control unit is designed to control the bypass element depending on the LED current signal.
  • the control unit can in turn be designed as an electronic circuit, which serves to a suitable
  • the control unit can preferably by a
  • Transistor circuit may be formed, in particular a bipolar transistor or a field effect transistor or the like uses. It proves particularly advantageous if the control unit uses the light-emitting diode current signal in order to set, in particular regulate, the electrical conductivity of the bypass element. This allows the
  • the circuit arrangement has an overvoltage detection unit for detecting the
  • Power source unit at a supply voltage that is greater than a first comparison value to disable.
  • Overvoltage detection unit serves to protect the power source unit, which in the event of an overvoltage in terms of the large operating voltage in the provision of
  • Power loss can be applied. To avoid a thermal overload of the power source unit, at a supply voltage greater than the first
  • Comparative value is triggered, the deactivation in order to protect the circuit, in particular the power source unit, from damage.
  • Overvoltage detection unit can by a
  • Series connection of a Zener diode can be formed with an electrical resistance, with a connection to the supply voltage and with a second connection to a suitable control terminal of the power source unit
  • Zener diode thus determines the first comparison value in this embodiment.
  • the overvoltage detection unit may also be formed by other electronic circuits, such as operational amplifiers or the like use. Of course, the overvoltage detection unit can additionally control the control unit accordingly.
  • Temperature of all light-emitting diodes or only a selection thereof are detected.
  • the control signal of the temperature detection unit can preferably be achieved that the light emitting diode current is reduced. This can be achieved that the power loss of
  • LEDs can be reduced during normal operation. Particularly advantageous is the
  • Temperature detection unit thermally coupled to the at least one light emitting diode.
  • the temperature sensing unit may include a Positive Temperature Coefficient (PTC) resistor thermally coupled to at least one of the light emitting diodes.
  • PTC Positive Temperature Coefficient
  • Circuit arrangements can be used which use, for example, a negative temperature coefficient (NTC) resistor, electronic circuits using operational amplifiers and / or the like.
  • NTC negative temperature coefficient
  • the temperature detection unit preferably offers the possibility of being able to set a point of application as well as a gain with regard to the detected temperature.
  • Temperature detection unit preferably sets
  • Temperature control signal for the power source unit and / or the control unit ready is
  • the temperature detection unit detects a light-emitting diode voltage of at least one of the at least two light-emitting diodes and is further configured to provide the temperature signal as a function of the light-emitting diode voltage.
  • properties of the LEDs can be taken into account in addition, in particular properties that are temperature dependent.
  • a simple electrical coupling of the LEDs can be taken into account in addition, in particular properties that are temperature dependent.
  • Temperature detection unit can be achieved in terms of their functionality.
  • the current source unit for controlling the light-emitting diode current and / or the control unit for regulating the bypass element is a bipolar transistor
  • the bipolar transistor is particularly inexpensive and compact available. Furthermore, it is proposed that the circuit arrangement be thermally coupled to the bipolar transistor
  • Temperature compensation unit for compensating a
  • Temperature compensation unit may for this purpose have at least one suitable temperature-sensitive component, preferably an NTC resistor.
  • This resistor is thermally coupled to the bipolar transistor so that the temperature of the bipolar transistor can be associated with a resistance value of the NTC resistor. In this way, a signal can be provided which a
  • Control electrode of the bipolar transistor here the base of the bipolar transistor, can be additionally supplied in order to achieve a corresponding temperature compensation can.
  • the NTC resistor may be in parallel with a base-emitter path of the bipolar transistor
  • the circuit arrangement has a deactivation unit for detecting the supply voltage, which is designed, the control unit at a supply voltage which is greater than a second
  • Comparative value is to disable.
  • the second comparison value is selected such that the Supply voltage is so great that a reliable
  • the deactivation unit may be formed by a series circuit of a tens diode and a resistor which is connected to the supply voltage and to the control unit. Only when the
  • control unit is deactivated, because at this or a larger supply voltage no
  • Supply voltage is smaller, so that the conductivity of the zener diode is no longer given, the control unit is activated and a control function or
  • this embodiment also proves that can be avoided in a defective light-emitting diode that the bypass element, the light-emitting diode current
  • Vehicle control opens up the possibility of being able to detect a defect of the respective LEDs.
  • At least one of the at least two light-emitting diodes is part of an assembly which comprises a respective one of the at least two light-emitting diodes and an electrical resistor, wherein the respective light-emitting diode of the assembly and the electrical resistance of the assembly are connected in series.
  • at least one of the at least two light-emitting diodes can thus be a light-emitting diode-specific series circuit of this respective one of the at least two light emitting diodes and the electrical
  • Lighting function can be reduced, for example, with respect to flicker or flicker, so a short-term, pulse-like increase or
  • the module or the light-emitting diode-specific series circuit can of course be provided for each of the at least two light-emitting diodes of the circuit arrangement. It can also be provided that the
  • Light-emitting diodes in which the effects on the lighting function as particularly unfavorable
  • Resistors should be the same. In addition, can be any other resistor.
  • the resistance of the resistors is at least partially selected differently from each other.
  • the choice of a suitable resistance value may depend on the specific characteristics of the device
  • a suitable resistance value can be determined empirically, for example in a laboratory, in a manufacturing facility, in maintenance of the circuit arrangement and / or the like.
  • the resistance value may thus preferably , n
  • the resistance value can be set individually in a specific application.
  • the resistor may be formed by an adjustable resistor such as a potentiometer or the like. Overall, the ergonomics of the lighting can be improved.
  • At least the last series-connected light emitting diodes is provided with a series resistor, which smoothes the transition region. This can change the luminous flux in the
  • the voltage transition region can also be smoothed for each of the light-emitting diodes (flattening of the characteristic curve).
  • bypass element is connected in parallel to the module.
  • Light-emitting diode-specific series connection can thus be connected at least instead of one of the at least two light-emitting diodes, in which the bypass element
  • Bypass element can be directly influenced. Rather, the assembly or the
  • Light emitting diode of the at least two light-emitting diodes is part of the module, in which the dependence of the electrical conductivity of the bypass element of the supply voltage is the lowest.
  • the light-emitting diode-specific series connection formed thereby can be used at least for
  • the module or the light-emitting diode-specific series circuit needs to be provided only for a single one of the at least two light-emitting diodes. Characterized in that for the other of the at least two light-emitting diodes, the module or the light-emitting diode specific
  • Light-emitting diodes of the at least two light emitting diodes are part of a respective module in which the bypass element is connected in parallel.
  • the light-emitting diode-specific Series connection only in those of at least two
  • Circuit arrangement can be achieved substantially when a bypass element is connected in parallel. Since the effect in other cases may be reduced or does not need to occur, then no assembly or light-emitting diode-specific series connection needs to be provided here.
  • circuit arrangement according to the invention apply equally to the lighting device equipped with the circuit arrangement as well as the method according to the invention and vice versa.
  • device features also process features and
  • Fig. 1 is a schematic circuit diagram view of a first
  • FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a second embodiment of a circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic circuit diagram view of a
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a diagram
  • FIG. 6 is a schematic diagram representation as in FIG. 5 for the circuit arrangement according to FIG. 2
  • FIG. 7 is a schematic diagram representation as in FIG. 5 for the circuit arrangement according to FIG. 3,
  • Fig. 8 is a schematic diagram representation as in FIG. 5, in which by means of graphs the function of
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of a
  • FIG. 10 is a schematic perspective view of a
  • Invention comprises
  • FIG. 11 is a schematic circuit diagram view of a
  • Embodiment of Fig. 1 is based and in which instead of the series-connected light-emitting diode-specific series circuits of these LEDs and a respective electrical resistance are connected, and 12 is a schematic diagram of a luminous flux voltage diagram in which by means of associated graphs through the
  • Luminous flux is shown as a function of the supply voltage for the circuit arrangement.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of a circuit arrangement 10 according to the invention, which is designed for arrangement in a lighting device, which is not shown further.
  • Circuit arrangement 10 has four series connected
  • predetermined electric light emitting diode 22 is connected in series. To three of the LEDs, namely the
  • the current source unit 20 has in the present case a resistor Rl, which is traversed by the light-emitting diode current 22 and which serves to detect the light-emitting diode current 22. Accordingly, a voltage signal is provided as a light-emitting diode current signal 32, which is used to control the light-emitting diode current 22.
  • a resistor Rl which is traversed by the light-emitting diode current 22 and which serves to detect the light-emitting diode current 22. Accordingly, a voltage signal is provided as a light-emitting diode current signal 32, which is used to control the light-emitting diode current 22.
  • An emitter of the transistor Ql is electrically coupled to a reference potential 48.
  • a collector of the transistor Ql is connected through a resistor R7 to a positive electrical
  • Supply voltage Ub is determined with respect to the reference potential 48.
  • the reference potential 48 thus stops
  • At the collector of the transistor Ql is also a first
  • Luminous diode 22 are kept substantially constant substantially independent of a voltage drop across the power source unit 20 within a predetermined operating voltage range.
  • the current to be adjusted can be set in particular by a resistance value of the electrical resistance Rl.
  • the control unit 30 also includes a bipolar NPN transistor Q2 whose emitter is also connected to the
  • Reference potential 48 is connected. Its base is via an electrical resistor R5 to the electrical
  • the transistor Q2 is thus controlled depending on the LED current signal 32.
  • a collector of the transistor Q2 is connected via an electrical resistor R6 to the positive electrical potential of Supply voltage Ub connected.
  • the light-emitting diode current signal 32 and the supply voltage Ub is thus an electrical voltage at a point C, a connection point of the resistor R6 with the
  • Light emitting diodes 12, 14, 16, 18 emit light in the intended manner.
  • the light-emitting diode 22 is by means of
  • Power source unit 20 regulated to the predetermined value. Now varies the supply voltage Ub, which in the present case is a DC voltage, within a predetermined
  • this voltage fluctuation is intercepted by the power source unit 20, so that the light-emitting diodes 12, 14, 16, 18 substantially independent of these
  • Fluctuations can be operated in their same operating condition.
  • the LED 16 is thus deactivated by the MOSFET 26 whose light-emitting diode 22 takes over.
  • the MOSFET 24 takes over the light-emitting diode current 22 of the light-emitting diode 14.
  • the light-emitting diode 12 will no longer be able to emit light.
  • a parallel connection of a MOSFET can not change anything in this situation, which is why a corresponding MOSFET is not provided for the light-emitting diode 12.
  • control unit 30 also includes a control function, namely using the transistor Q2. For this reason, also explains the network of the resistors R2, R3 and R4 of the power source unit 20, which is a starting point of the Transistor Q2 is located in front of a starting point of the transistor Ql.
  • Light emitting diode 22 take over, but in one
  • Linear operation can be operated in which a continuous transition between a full conductivity and a full blocking of the electrical conductivity of the respective MOSFETs 24, 26, 28 is achieved. This means that the power source unit 20 still has its functionality
  • LED 12 is acted upon by the voltage Ub.
  • the light-emitting diodes 14, 16, 18 are successively switched to the active mode, as explained above, by the associated MOSFETs 24, 26, 28 being transferred to the non-conducting electrical circuit
  • FIG. 5 shows this on the basis of a current-voltage diagram 58.
  • an ordinate 60 is the luminous-diode current 22 and an abscissa 62 of the supply voltage Ub
  • LED current 22 increases. As soon as the light-emitting diode 12 has taken over the full power supply, it emits light. With further increase of the supply voltage Ub, the MOSFET 24 is regulated in the light-conducting state at about 7 volts, whereupon the light-emitting diode 14, the corresponding current
  • the MOSFET 28 is transferred to the non-conductive state, whereupon the LED 18 takes over the corresponding current conduction and also into the active
  • FIG. 2 shows a further schematic circuit diagram representation of a circuit arrangement 42 according to the invention, which is based on the circuit arrangement 10 according to FIG. 1, for which reason reference is made in addition to the relevant explanations.
  • the circuit arrangement 42 comprises a resistor R13, which serves to control the regulation functionality with respect to the transistors Q1 and Q1 To linearize Q2. This can be a better one
  • Control function can be achieved.
  • circuit arrangement 42 comprises a
  • Overvoltage detection unit 34 is formed, the
  • the overvoltage detection unit 34 comprises a zener diode D2, which with its cathode to the positive electric potential of the supply voltage Ub and with its anode via a resistor R14 to the
  • An electrical resistor R12 is used here for decoupling from the electrical resistance Rl.
  • Zener diode D2 goes into the conductive state, the voltage at a connection point of the resistors R12, R2 increases, so that the transistors Ql and Q2 are turned on.
  • the gate potential of the MOSFET Ul is coupled to the reference potential 48, as well as the
  • Light-emitting diode current 22 is set. With this
  • Circuit function can be achieved that at a too high supply voltage Ub, the power source unit 20, in particular the MOSFET Ul, is not thermally overloaded. It is therefore a protective function for the
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of a diagram 64, as FIG. 5 shows the diagram 58.
  • Overvoltage detection unit 34 is active because the
  • Zener diode D2 becomes conductive. At this time, therefore, the first comparison value is reached. This is how it works
  • Fig. 3 shows a further embodiment of a
  • Circuit arrangement 44 which is based on the circuit arrangement 42, as discussed with reference to FIG. 2, for which reason reference is additionally made to the relevant embodiments.
  • the circuit arrangement 44 comprises a
  • Temperature detection unit 36 which is configured to detect a temperature of the light emitting diodes 12, 14, 16, 18 and to provide a temperature signal for controlling the power source unit 20 and the control unit 30.
  • the temperature detection unit 36 herein comprises an input terminal provided by a first terminal of an electrical resistance R15 connected to a connection point of the light-emitting diodes 14, 16. With its opposite second terminal, the electrical resistor R15 is connected to a PTC resistor R16 and to a base of a PNP transistor Q3. An emitter of the transistor Q3 is via an electrical
  • a collector of the transistor Q3 is connected to a connection point of the electrical resistor R13 to the Zener diode D2. Via a resistor network R18, R19 can with this
  • a slope of the operational function of the temperature sensing unit 36 may be represented by a value of
  • Resistor R17 can be adjusted. Although in this case the resistor R15 is connected to a connection point of the light emitting diodes 14, 16, the resistor R15 can of course also at another of the connection points of others
  • the PTC resistor R16 is thermally coupled to the light emitting diodes 12, 14, 16, 18. If the detected temperature reaches a predetermined value, which may be determined by the circuit dimensioning, the transistor Q3 becomes conductive and pulls the base potentials of the transistors Q1 and Q2 via the resistors R18 and R19 in the direction of positive potential of the supply voltage Ub. As a result, the transistors Q1 and Q2 increase their electrical conductivity and the provision of the light-emitting diode current 22 is set, as already explained above with respect to the overvoltage detection circuit 34. From Fig. 3 it is further apparent that the predetermined value, which may be determined by the circuit dimensioning, the transistor Q3 becomes conductive and pulls the base potentials of the transistors Q1 and Q2 via the resistors R18 and R19 in the direction of positive potential of the supply voltage Ub. As a result, the transistors Q1 and Q2 increase their electrical conductivity and the provision of the light-emitting diode current 22 is set, as already explained above with
  • Circuitry 44 is a thermally coupled to the bipolar transistors Ql and Q2 temperature compensation unit 38 for compensating a temperature drift of the bipolar
  • Transistors Ql and Q2 has. The
  • Temperature compensation unit 38 includes electrical
  • Resistors R20 and R21 which are connected in series in the present case, wherein the electrical resistance R20 is formed as an NTC resistor.
  • the function of this temperature compensation circuit can be adapted. As is known, with increasing
  • Temperature compensation unit 38 can be compensated.
  • the effect of temperature compensation can be based on a
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of a diagram 68, which shows the function of the circuit arrangement according to FIG. 4.
  • the voltage-controlled shutdown is shown here, which is realized in FIG. 4 by means of the electrical resistance R14 and the zener diode D3. That can be at a small notch in the
  • Current waveform can be detected at about 10V. Furthermore, the action of the temperature detection unit 36 is illustrated.
  • FIG. 4 shows a further schematic circuit diagram representation for a further embodiment of a circuit arrangement 46 according to the invention, which is essentially based on the
  • Circuitry 44 as already discussed with reference to FIG. 3 is based.
  • circuit 44 includes the
  • Circuit 46 a deactivation unit 40 for detecting the supply voltage Ub, wherein the
  • Deactivation unit 40 is formed, the control unit 30 at a supply voltage Ub, which is greater than a second comparison value to disable.
  • Deactivation unit 40 serves to intervene in the
  • MOSFET x s 24, 26 to avoid when the supply voltage Ub has a sufficient value for normal operation of the circuit 46.
  • the control unit 30 does not need to be active in this case. That has that
  • Light emitting diode 22 can take over. This can be a Higher-level control, for example, in a motor vehicle, a higher-level motor vehicle control, the functioning of the light emitting diodes 12, 14, 16 determine. If, in fact, a defective light-emitting diode 12, 14, 16 were deactivated by the parallel-connected MOSFET 24, 26, this would be a
  • Deactivation unit 40 this functionality can be ensured for the intended operation.
  • the control unit 30 is only active when the supply voltage Ub is smaller than the second comparison value.
  • the deactivation unit 40 consists of a series connection of a resistor R14 with a Zener diode D3, which is connected between the positive potential of the supply voltage Ub and the
  • the second comparison value is thus determined by the zener voltage of the zener diode D3.
  • Fig. 11 shows a circuit arrangement 90, which in
  • the circuit arrangement 90 of FIG. 11 differs from the circuit arrangement 10 according to FIG. 1 in that the light-emitting diodes 12, 14, 16, 18 are part of a respective assembly which has a respective light-emitting diode 12, 14, 16, 18 and a respective electrical Resistor R12, R14,
  • Resistors R22, R24, R26 are only optional
  • Embodiments at least partially not be provided or eliminated.
  • FIG. 12 shows a schematic
  • Diagram of a luminous flux voltage diagram 92 in which an abscissa of the supply voltage Ub in V and an ordinate a luminous flux ⁇ of the circuit 90 is assigned.
  • a graph 94 shows the dependence of the luminous flux ⁇ on the supply voltage Ub, in the case of the circuit arrangement 10 according to FIG. 1, that is, without the electrical resistors R22, R24, R26, R28.
  • In an area 96 is the effect of
  • the electrical resistance R28 is connected in series with the light emitting diode 18, as can be seen from FIG. 11.
  • Graphs 98 illustrates. It can be seen in FIG. 12 that a jump or a step represented in the region 96 by the graph 94 can be flattened by the action of the electrical resistance R28, as can be seen in FIG. 12
  • Graph 98 is shown in the area 96. This can smooth the transition in region 96. It follows that also the change of the luminous flux ⁇ in the area 96 flatter, which can reduce the visual appearance of the flicker.
  • the electrical resistors R22, R24, R26 do not necessarily have to be provided. They can therefore also be provided only optional.
  • a respective stage of the substantially stepped graph 94 may thus have the functionality of a respective one of
  • Light emitting diodes 12, 14, 16, 18 are assigned. Without the electrical resistors R22, R24, R26, R28 there is a steep change in the luminous flux ⁇ , which can cause the flickering effect.
  • a respective one of the levels of the graph 94 may be the one
  • R28 be provided or combined, but then can move a voltage curve, namely
  • a respective voltage transition region such as the region 96, can be smoothed, which is represented by the flattening of the characteristic curve.
  • each of the electrical resistors R22, R24, R26, R28 in the normal operation of the light emission of
  • Circuit arrangement 90 is applied an additional electrical voltage, so that the total voltage Ui is greater than without the electrical resistors R22, R24, R26, R28 in the circuit arrangement 10 shown in FIG. 1 will be.
  • Fig. 9 shows in a schematic perspective
  • the light-emitting means 84 has a mounting base 86, via which the light-emitting means 84 at one not further
  • Mounting base 86 has an approximately circular cylindrical
  • the front has the
  • Mounting base 86 a circular cylindrical recess into which a circuit board 80 with a circuit 10, 42, 44, 46 is arranged. Spaced apart from the key lugs 72, the mounting base 86 is encompassed by a sealing ring 74.
  • Heatsink 76 This has a plurality of cooling fins, which are opposite to a direction in which of the
  • FIG. 10 shows a schematic perspective view of the printed circuit board 80 of the luminous means 84 according to FIG. 9. In the present case, this is the circuit arrangement 46.
  • the printed circuit board 80 comprises Placement side a first circuit board surface 82 and on the opposite side a second circuit board surface, which is not further shown in the present case. On the
  • PCB top layer (top layer), which is given by the first circuit board surface 82 are thus adjacent to the
  • Light-emitting diodes 12, 14, 16 further electronic components (not shown in FIG. 10) equipped.
  • SMD Surface Mount Device
  • the copper layer 88 is here designed so that the desired contacts
  • Conductors electrically interconnects For this purpose, 80 vias can be mounted in the circuit board, which is an electrically conductive connection between the copper layer 88 on the circuit board top side of the circuit board 26, ie on the first circuit board surface, and the copper layer on the second circuit board surface, ie on the underside of the circuit board 80, produce.
  • the circuit board 80 is over a layer of
  • thermally conductive adhesive connected to a heat sink 76, which serves as a heat sink for the removal of in the
  • the circuit board 80 is shown in an oblique view from above, in which the divided into different nets copper layer on the circuit board top side of the circuit board 80 and the exemplary on the thereby At the same time provided assembly side of the circuit board 80 arranged light-emitting diodes 12, 14, 16 can be seen.
  • Printed circuit board 80 so the second circuit board surface, 88 corresponding large-area areas can be formed in the copper layer.
  • circuit board 80 which is formed here from a material FR4 and partially with thermal
  • FR4 board is typically only between 35 ym and 70 ym.
  • Heat dissipation thus takes place mainly on the direct path through the printed circuit board 80 into the heat sink in the form of the heat sink 76. A pronounced and thermally advantageous spreading of the heat in the lateral direction does not take place here.
  • a thermally conductive adhesive is used to connect the printed circuit board 80 (also referred to as printed circuit board, PCB) to the heat sink 76.
  • PCB printed circuit board
  • the embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit this. Of course, other functional units can be provided for the realization of the functions according to the invention, by means of which the regulations and functions can be realized.
  • circuit arrangements 10, 42, 46 at least partially as an integrated circuit

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) einer Schaltungsanordnung (10, 42, 44, 46) einer Leuchteinrichtung, bei dem: - die wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) mittels einer steuerbaren Stromquelleneinheit (20) mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom (22) beaufschlagt werden, wobei wenigstens zu einer der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) ein Bypass-Element (24, 26, 28) parallelgeschaltet ist, - eine elektrische Versorgungsspannung (Ub), mit der die Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) und der Stromquellenschaltung (20) beaufschlagt wird, erfasst wird, und - eine elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements (24, 26, 28) abhängig von der erfassten elektrischen Versorgungsspannung (Ub) und/oder dem Leuchtdiodenstrom (22) gesteuert wird.

Description

STEUERN VON WENIGSTENS ZWEI IN REIHE GESCHALTETEN
LEUCHTDIODEN EINER LEUCHTEINRICHTUNG
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Leuchteinrichtung mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden und einer zu den wenigstens zwei Leuchtdioden in Reihe geschalteten steuerbaren Stromquelleneinheit zum
Beaufschlagen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Leuchteinrichtung mit einem elektrischen Anschluss zum Anschließen an eine
elektrische Energiequelle, die eine elektrische
Versorgungsspannung bereitstellt, und einer an dem
elektrischen Anschluss angeschlossenen Schaltungsanordnung. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Steuern von wenigstens zwei in Reihe geschalteten
Leuchtdioden einer Schaltungsanordnung einer
Leuchteinrichtung.
Leuchteinrichtungen der gattungsgemäßen Art,
Schaltungsanordnungen für solche Leuchteinrichtungen sowie auch Verfahren zu deren Betrieb sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Sie dienen üblicherweise der Bereitstellung von Licht zum Zwecke der Beleuchtung, zu welchem Zweck elektrische Energie von einer elektrischen Energiequelle zugeführt wird. Zunehmend werden Leuchtdioden als Leuchtmittel eingesetzt, um
unterschiedlichste Beleuchtungsszenarien in hochflexibler Weise einstellen zu können, energiesparend Licht
bereitstellen zu können und/oder dergleichen. Mittlerweile verbreitet sich der Einsatz von Leuchtdioden als Leuchtmittel bei Leuchteinrichtungen deutlich, wodurch sich auch neue
Anwendungsfelder für leuchtdiodenbasierte Leuchteinrichtungen ergeben, unter anderem auch im Bereich eines Ersatzes von bestehenden Leuchtmitteln, die beispielsweise auf Glühlampen, Gasentladungslampen oder dergleichen basieren.
Der Einsatz von Leuchteinrichtungen, die auf Leuchtdioden basieren, erweist sich insbesondere bei Fahrzeugen, besonders bei Kraftfahrzeugen, als besonders vorteilhaft. Gerade hier zeigt sich der Vorzug einer Lichterzeugung mit hohem
Wirkungsgrad, wobei eine vorgegebene Lichtabgabe mit geringem elektrischem Energieaufwand erreicht werden kann.
Um einen vorgegebenen Lichtstrom erreichen zu können, ist es bei Einsatz von Leuchtdioden häufig üblich, eine Mehrzahl von Leuchtdioden gemeinsam zu betreiben, die beispielsweise nach Art einer Matrix angeordnet sein können. Die Leuchtdioden sind für die bestimmungsgemäße Lichtemission zumindest teilweise in Reihe geschaltet und werden mit einem
vorgegebenen Leuchtdiodenstrom beaufschlagt. Dadurch kann die Lichtabgabe in vorgegebener Weise erreicht werden.
Der Leuchtdiodenstrom ist in der Regel ein Gleichstrom, der die jeweils in Reihe geschalteten Leuchtdioden gemeinsam durchströmt. Dadurch ist jede der in Reihe geschalteten
Leuchtdioden mit dem gleichen Leuchtdiodenstrom beaufschlagt, sodass eine im Wesentlichen gleiche Lichtemission erreicht werden kann. Der Leuchtdiodenstrom ist ein Gleichstrom, der gegebenenfalls zum Einstellen des Lichtstroms auch getaktet sein kann, beispielsweise gemäß einer Pulsweitenmodulation (PWM) oder dergleichen.
Um eine weitgehend gleichmäßige Lichtemission durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden erreichen zu können, wird der Leuchtdiodenstrom in der Regel mittels einer
Stromquelleneinheit bereitgestellt, die einen vorgegebenen, vorzugsweise konstanten, Leuchtdiodenstrom bereitstellt.
Innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs, in dem die Stromquelleneinheit den Leuchtdiodenstrom im Wesentlichen in vorgegebener Weise bereitzustellen vermag, kann somit eine ebenfalls im Wesentlichen gleichmäßige Lichtemission erreicht ^
werden. Zu diesem Zweck ist die Stromquelleneinheit zu den in Reihe geschalteten Leuchtdioden ebenfalls in Reihe
geschaltet. Die hierdurch gebildete Reihenschaltung wird insgesamt von einer elektrischen Energiequelle mit der elektrischen Versorgungsspannung beaufschlagt, wodurch die erforderliche elektrische Energie bereitgestellt wird.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb hat sich jedoch gezeigt, dass Schwankungen der Versorgungsspannung auftreten können, die einen Regelbereich der Stromquelleneinheit überschreiten. So kann beispielsweise im Einsatz bei einem Kraftfahrzeug der Fall auftreten, dass die Versorgungsspannung, beispielsweise während eines Anlassens eines Verbrennungsmotors oder dergleichen, stark einbricht, sodass die Reihenschaltung nicht mehr mit einer minimal erforderlichen
Versorgungsspannung beaufschlagt ist, sodass die
Lichtemission durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden insgesamt teilweise stark beeinträchtigt ist, wenn nicht sogar vollständig eingestellt ist. Dies ist zumindest auf dem technischen Gebiet der Kraftfahrzeuge unerwünscht.
Die Leuchteinrichtung der gattungsgemäßen Art kann
beispielsweise bei Kraftfahrzeugen in einem
Fahrzeugscheinwerfer zum Einsatz kommen. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Moderne Kraftfahrzeuge verfügen über eine fahrzeugseitige Überwachungsfunktion von zumindest einigen ihrer Fahrzeugscheinwerfer, die eine
Funktionalität des angeschlossenen Fahrzeugscheinwerfers, insbesondere von dessen Leuchtmittel, während des
bestimmungsgemäßen Betriebs des Kraftfahrzeugs überwacht.
Eine solche Überwachungsfunktion ist zum Teil auch durch die Normung, beispielsweise die ECE R 48 oder dergleichen, vorgeschrieben. Hierdurch wird erreicht, dass einerseits ein Fahrzeugführer über die Funktionalität des jeweiligen
Fahrzeugscheinwerfers beziehungsweise seines Leuchtmittels informiert werden und bei Störungen entsprechende Maßnahmen einleiten kann. Darüber hinaus kann erreicht werden, dass nicht bestimmungsgemäß betreibbare Fahrzeugscheinwerfer beziehungsweise solche Leuchtmittel eine Meldung verursachen, die automatisch weitere Maßnahmen bewirken kann,
beispielsweise Abschalten eines dem jeweiligen Leuchtmittel zugeordneten Leuchtmittelkanals, um zum Beispiel gefährliche Zustände oder dergleichen vermeiden zu können.
Zu diesem Zweck ist üblicherweise eine fahrzeugseitige
Überwachungseinrichtung vorgesehen, die für die Überwachung eines jeweils zugeordneten Leuchtmittels angepasst
ausgebildet ist. Tritt ein Defekt eines solchen Leuchtmittels während des bestimmungsgemäßen Betriebs ein, kann im Rahmen einer Reparatur beziehungsweise Wartung nur ein baugleiches Leuchtmittel eingesetzt werden. Wird hingegen ein
Leuchtmittel mit abweichenden, insbesondere elektrischen, Eigenschaften eingesetzt, kann dies aufgrund
unterschiedlicher elektrischer Eigenschaften von der
Überwachungseinrichtung als Fehler erfasst und eine
entsprechende Störungsmeldung beziehungsweise ein
entsprechendes Störungssignal abgegeben werden. Darüber hinaus kann im ungünstigsten Fall der entsprechende
Leuchtmittelkanal sogar vollständig abgeschaltet werden, wenn dies fahrzeugseitig vorgesehen ist.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße
Schaltungsanordnung, eine Leuchteinrichtung mit einer solchen Schaltungsanordnung sowie auch ein gattungsgemäßes Verfahren hinsichtlich der Zuverlässigkeit zu verbessern.
Als Lösung werden mit der Erfindung eine Schaltungsanordnung, eine Leuchteinrichtung sowie auch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Bezüglich der Schaltungsanordnung wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass diese aufweist: wenigstens zwei in Reihe geschaltete Leuchtdioden, eine zu den wenigstens zwei Leuchtdioden in Reihe geschalteten steuerbaren Stromquelleneinheit zum
Beaufschlagen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom,
wenigstens ein zu einer der wenigstens zwei Leuchtdioden parallelgeschaltetes Bypass-Element , und
eine Steuereinheit zum Steuern einer elektrischen
Leitfähigkeit des Bypass-Elements abhängig von einer
elektrischen Versorgungsspannung, mit der die Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Leuchtdioden und der
Stromquelleneinheit beaufschlagt ist.
Bezüglich einer gattungsgemäßen Leuchteinrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
Bezüglich des Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass die wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden mittels einer steuerbaren Stromquelleneinheit mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom beaufschlagt werden, wobei wenigstens zu einer der wenigstens zwei
Leuchtdioden ein Bypass-Element parallelgeschaltet ist, wobei eine elektrische Versorgungsspannung, mit der die
Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Leuchtdioden und der Stromquellenschaltung beaufschlagt wird, erfasst wird, und eine elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements abhängig von der erfassten elektrischen Versorgungsspannung und/oder dem Leuchtdiodenstrom gesteuert wird.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass zum Betrieb der Leuchtdioden im bestimmungsgemäßen Betrieb der Lichtemission eine geeignete Leuchtdiodenspannung erforderlich ist. Die Leuchtdiodenspannung ist über eine Strom-Spannung-Kennlinie mit dem Leuchtdiodenstrom, der die Leuchtdiode durchströmt, verknüpft. Ist die Versorgungsspannung nun kleiner als eine Summe der Leuchtdiodenspannungen der wenigstens zwei
Leuchtdioden und einer Mindestspannung, die zum Betrieb der Energiequelleneinheit erforderlich ist, sieht die Erfindung vor, dass mittels des Bypass-Elements eine der wenigstens zwei Leuchtdioden sukzessive durch Erhöhen der elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements kurzgeschlossen wird, sodass das Bypass-Element die Stromführung des
Leuchtdiodenstroms anstelle der Leuchtdiode, die zum Bypass- Element parallelgeschaltet ist, übernehmen kann. Da das Bypass-Element für seinen bestimmungsgemäßen Betrieb
lediglich eine außerordentlich kleine Betriebsspannung benötigt, kann somit die minimal erforderliche
Versorgungsspannung reduziert werden, weil nämlich die
Leuchtdiodenspannung bei Beaufschlagung der Leuchtdiode mit dem Leuchtdiodenstrom deutlich größer ist. Dadurch kann der Betrieb der verbleibenden wenigstens einen Leuchtdiode länger aufrechterhalten werden, sodass auch bei einer stark
reduzierten Versorgungsspannung noch eine Lichtemission durch die verbleibenden Leuchtdioden beziehungsweise eine
Lichtabgabe durch die Leuchteinrichtung ermöglicht ist. Zwar ist der Lichtstrom insgesamt dadurch reduziert, jedoch kann nach wie vor eine Leuchtwirkung festgestellt und eine
Beleuchtungsfunktion zumindest teilweise realisiert werden.
Die Erfindung ist natürlich nicht darauf beschränkt,
lediglich zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden
aufzuweisen, bei denen eine der Leuchtdioden ein
parallelgeschaltetes Bypass-Element aufweist. Das
erfinderische Prinzip kann natürlich weiter kaskadiert werden, sodass für zusätzliche Leuchtdioden, beispielsweise eine dritte, eine vierte oder dergleichen Leuchtdiode, ebenfalls jeweils individuell parallelgeschaltete Bypass- Elemente vorgesehen werden. Dadurch kann ein sehr weiter Betriebsspannungsbereich für die Schaltungsanordnung und somit auch für die Leuchteinrichtung erreicht werden. Für die erste Leuchtdiode braucht ein parallelgeschaltetes Bypass- Element nicht vorgesehen zu werden, weil, wenn die
Versorgungsspannung nicht einmal zum Betreiben einer einzigen Leuchtdiode ausreicht, eine Lichtemission ohnehin nicht mehr erreicht werden kann. Es kann jedoch auch hier sinnvoll sein, einen MOSFET parallelzuschalten, um bei beispielsweise niedrigeren Spannungen eine konstante Stromaufnahme
sicherzustellen, wenn ein übergeordnetes Steuergerät
ansonsten einen Defekt der Leuchteinrichtung feststellen könnte .
Gemäß der Erfindung wird die elektrische Versorgungsspannung erfasst und die elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements abhängig von der erfassten elektrischen Versorgungsspannung gesteuert. Zu diesem Zweck kann ein separater Spannungssensor vorgesehen sein, dessen Messsignal ausgewertet und zum
Steuern des Bypass-Elements herangezogen wird. Es kann die Erfassung der Versorgungsspannung jedoch auch mit
elektronischen Schaltungsmitteln realisiert sein,
beispielsweise mittels eines Spannungsteilers oder
dergleichen .
Das Bypass-Element ist ein steuerbares Bypass-Element , welches vorzugsweise zumindest eine Steuerelektrode aufweist, über die dessen elektrische Leitfähigkeit eingestellt werden kann. Die Steuerelektrode ist abhängig von der erfassten elektrischen Versorgungsspannung mit einem Signal
beaufschlagt, sodass in geeigneter Weise die elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements eingestellt werden kann. Das Bypass-Element kann zum Beispiel durch einen Transistor oder dergleichen gebildet sein. Besonders vorteilhaft eignet sich ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein
selbstsperrender Metalloxid Semiconductor Field Effect
Transistor (MOSFET) . Mit einem Transistor kann der
Leuchtdiodenstrom bei einer sehr kleinen Restspannung geführt werden. Dadurch ist es möglich, den Spannungsbereich für die zuverlässige Funktion der Schaltungsanordnung bezüglich der Versorgungsspannung sehr klein zu halten. Der Transistor wird vorliegend in einem Linearbetrieb
betrieben. Der Linearbetrieb unterscheidet sich vom
sogenannten Schaltbetrieb bei Transistoren vorzugsweise dadurch, dass kontinuierliche Betriebszustände eingenommen werden können. Beim Schaltbetrieb hingegen sind in der Regel lediglich zwei Schaltzustände möglich, nämlich der
eingeschaltete Zustand und der ausgeschaltete Zustand des Transistors. Im eingeschalteten Zustand wird zwischen den Anschlüssen des Transistors, zwischen denen die Schaltstrecke ausgebildet ist, ein sehr geringer elektrischer Widerstand bereitgestellt, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. Im ausgeschalteten Zustand ist die Schaltstrecke des Transistors dagegen hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Der Linearbetrieb kann die Zustände des Schaltbetriebs umfassen, ermöglicht darüber hinaus jedoch auch eine Vielzahl von Zwischenzuständen, bei denen die Schaltstrecke nicht vollständig ein- oder ausgeschaltet ist. Entsprechend kann der Schaltstrecke eine elektrische Leitfähigkeit zugemessen werden, die durch ein geeignetes Steuersignal an der
Steuerelektrode des Transistors gesteuert werden kann. Der Transistor kann insbesondere auch ein bipolarer Transistor sein. Daneben kann natürlich auch vorgesehen sein, dass selbstleitende Transistoren, beispielsweise Sperrschicht- Feldeffekttransistoren oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
Die Erfindung nutzt also insbesondere die Möglichkeit, das Bypass-Element nicht nur in einem Schaltbetrieb zu betreiben, sondern auch Zwischenzustände zu ermöglichen. Dadurch kann eine besonders günstige Funktionalität erreicht werden.
Die Stromquelleneinheit ist eine elektronische Schaltung, die über einen bestimmten Betriebsspannungsbereich einen
vorgebbaren Strom, hier den Leuchtdiodenstrom, vorgibt.
Dieser Strom kann innerhalb des Betriebsspannungsbereichs im Wesentlichen als konstanter Strom bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck können geeignete elektronische Schaltungen, beispielsweise unter Nutzung von Operationsverstärkern oder dergleichen, zum Einsatz kommen. Besonders vorteilhaft eignen sich jedoch Transistorschaltungen, die zum Zwecke des
Bereitstellens des vorgegebenen Stroms eine Regelungsfunktion umfassen. So kann beispielsweise der einzustellende Strom mittels eines Stromsensors, beispielsweise in Form eines
Widerstands, an dem eine entsprechende elektrische Spannung abgegriffen wird, realisiert sein, dessen Sensorsignal, welches im letztgenannten Fall die elektrische Spannung am Widerstand ist, zum Einstellen des Stroms genutzt wird. Der Strom selbst wird vorzugsweise mittels eines Transistors, besonders bevorzugt mittels eines MOSFETxs, eingestellt. Das Sensorsignal des Stromsensors wird zum Bereitstellen eines Steuersignals für den Transistor genutzt. Die Bereitstellung des Steuersignals kann weitere elektronische Komponenten, unter anderem auch einen oder mehrere weitere Transistoren, umfassen, um eine vorgebbare Regelungsfunktion ermöglichen zu können .
Insgesamt ermöglicht es die Erfindung somit, die
Zuverlässigkeit hinsichtlich des bestimmungsgemäßen Betriebs der Schaltungsanordnung und einer damit ausgerüsteten Leuchte sowie auch eines Verfahrens der Erfindung zu verbessern.
Vorteilhaft ist die Stromquelleneinheit ausgebildet, den Leuchtdiodenstrom zu erfassen und ein Leuchtdiodenstromsignal zum Regeln des Leuchtdiodenstroms bereitzustellen. Dadurch kann der Leuchtdiodenstrom über einen weiten
Betriebsspannungsbereich zuverlässig bereitgestellt werden. Zugleich ermöglicht es die Regelungsfunktion, auch eine
Einstellbarkeit des Leuchtdiodenstroms zu ermöglichen.
Besonders vorteilhaft ist die Steuereinheit ausgebildet, das Bypass-Element abhängig vom Leuchtdiodenstromsignal zu regeln. Die Steuereinheit kann ihrerseits als elektronische Schaltung ausgebildet sein, die dazu dient, ein geeignetes
Steuersignal für das Bypass-Element bereitstellen zu können. Die Steuereinheit kann vorzugsweise durch eine
Transistorschaltung gebildet sein, die insbesondere einen bipolaren Transistor oder auch einen Feldeffekttransistor oder dergleichen nutzt. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Steuereinheit das Leuchtdiodenstromsignal nutzt, um die elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements einzustellen, insbesondere zu regeln. Dadurch kann die
Funktionalität des Bypass-Elements an die jeweiligen
Betriebsbedingungen der Leuchtdiode besser angepasst werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, die Abhängigkeit von der Versorgungsspannung bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements besser einstellen zu können.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Schaltungsanordnung eine Überspannungserfassungseinheit zum Erfassen der
Versorgungsspannung auf, die ausgebildet ist, die
Stromquelleneinheit bei einer Versorgungsspannung, die größer als ein erster Vergleichswert ist, zu deaktivieren. Die
Überspannungserfassungseinheit dient dadurch dem Schutz der Stromquelleneinheit, die bei einer Überspannung hinsichtlich der großen Betriebsspannung bei der Bereitstellung des
Leuchtdiodenstroms mit einer entsprechend hohen
Verlustleistung beaufschlagt sein kann. Um eine thermische Überlastung der Stromquelleneinheit zu vermeiden, kann bei einer Versorgungsspannung, die größer als der erste
Vergleichswert ist, das Deaktivieren ausgelöst werden, um die Schaltungsanordnung, insbesondere die Stromquelleneinheit, vor einer Beschädigung schützen zu können. Die
Überspannungserfassungseinheit kann durch eine
Reihenschaltung aus einer Zenerdiode mit einem elektrischen Widerstand gebildet sein, die mit einem Anschluss an der Versorgungsspannung und mit einem zweiten Anschluss an einem geeigneten Steueranschluss der Stromquelleneinheit
angeschlossen ist. Ist die Versorgungsspannung so groß, dass die Zenerdiode leitfähig wird, wird eine Deaktivierung der Stromquelleneinheit veranlasst. Die Zenerspannung der
Zenerdiode bestimmt also den ersten Vergleichswert in dieser Ausgestaltung. Die Überspannungserfassungseinheit kann jedoch auch durch andere elektronische Schaltungen gebildet sein, die beispielsweise Operationsverstärker oder dergleichen nutzen. Natürlich kann die Überspannungserfassungseinheit ergänzend auch die Steuereinheit entsprechend steuern.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die
Schaltungsanordnung eine Temperaturerfassungseinheit
aufweist, die ausgebildet ist, eine Temperatur von wenigstens einer der wenigstens zwei Leuchtdioden zu erfassen und ein Temperatursignal zum Steuern der Stromquelleneinheit und/oder der Steuereinheit bereitzustellen. Es kann auch die
Temperatur sämtlicher Leuchtdioden oder auch lediglich einer Auswahl hiervon erfasst werden. Mit dem Steuersignal der Temperaturerfassungseinheit kann vorzugsweise erreicht werden, dass der Leuchtdiodenstrom reduziert wird. Dadurch kann erreicht werden, dass die Verlustleistung der
Leuchtdioden im bestimmungsgemäßen Betrieb reduziert werden kann. Besonders vorteilhaft ist die
Temperaturerfassungseinheit thermisch mit der wenigstens einen Leuchtdiode gekoppelt. Die Temperaturerfassungseinheit kann zum Beispiel einen Positive Temperature Coefficient (PTC)- Widerstand aufweisen, der thermisch mit wenigstens einer der Leuchtdioden gekoppelt ist. Aber auch andere
Schaltungsanordnungen können zum Einsatz kommen, die zum Beispiel einen Negative Temperature Coefficient (NTC) - Widerstand benutzen, elektronische Schaltungen unter Nutzung von Operationsverstärkern und/oder dergleichen. Vorzugsweise bietet die Temperaturerfassungseinheit die Möglichkeit, einen Einsatzpunkt sowie auch eine Verstärkung hinsichtlich der erfassten Temperatur einstellen zu können. Die
Temperaturerfassungseinheit stellt vorzugsweise ein
Temperatursteuersignal für die Stromquelleneinheit und/oder die Steuereinheit bereit.
Vorteilhaft erfasst die Temperaturerfassungseinheit eine Leuchtdiodenspannung von wenigstens einer der wenigstens zwei Leuchtdioden und ist ferner ausgebildet, das Temperatursignal abhängig von der Leuchtdiodenspannung bereitzustellen.
Dadurch können Eigenschaften der Leuchtdioden ergänzend berücksichtigt werden, insbesondere Eigenschaften, die temperaturabhängig sind. Darüber hinaus kann durch diese Ausgestaltung eine einfache elektrische Ankopplung der
Temperaturerfassungseinheit hinsichtlich ihrer Funktionalität erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Stromquelleneinheit zum Regeln des Leuchtdiodenstroms und/oder die Steuereinheit zum Regeln des Bypass-Elements einen bipolaren Transistor
aufweist. Hierdurch kann eine besonders einfache und
zuverlässige Schaltung in Bezug auf die Stromquelleneinheit und die Steuereinheit erreicht werden. Darüber hinaus ist der bipolare Transistor besonders kostengünstig und kompakt verfügbar . Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung eine mit dem bipolaren Transistor thermisch gekoppelte
Temperaturkompensationseinheit zum Kompensieren einer
Temperaturdrift des bipolaren Transistors aufweist. Die
Temperaturkompensationseinheit kann hierzu wenigstens ein geeignetes temperatursensorisches Bauelement aufweisen, vorzugsweise einen NTC-Widerstand . Dieser Widerstand ist mit dem bipolaren Transistor thermisch gekoppelt, sodass die Temperatur des bipolaren Transistors einem Widerstandswert des NTC-Widerstands zugeordnet werden kann. Hierdurch kann ein Signal bereitgestellt werden, welches einer
Steuerelektrode des bipolaren Transistors, hier der Basis des bipolaren Transistors, ergänzend zugeführt werden kann, um eine entsprechende Temperaturkompensation erreichen zu können. Beispielsweise kann der NTC-Widerstand parallel zu einer Basis-Emitter-Strecke des bipolaren Transistors
angeschlossen sein.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung eine Deaktivierungseinheit zum Erfassen der Versorgungsspannung aufweist, die ausgebildet ist, die Steuereinheit bei einer Versorgungsspannung, die größer als ein zweiter
Vergleichswert ist, zu deaktivieren. Vorzugsweise ist der zweite Vergleichswert derart gewählt, dass die Versorgungsspannung so groß ist, dass ein zuverlässiger
Betrieb sämtlicher Leuchtdioden der wenigstens zwei
Leuchtdioden ermöglicht ist. In diesem Betriebszustand ist nämlich ein Betrieb des Bypass-Elements nicht erforderlich. Beispielsweise kann die Deaktivierungseinheit durch eine Reihenschaltung aus einer Zehnerdiode und einem Widerstand gebildet sein, die an der Versorgungsspannung und an der Steuereinheit angeschlossen ist. Erst wenn die
Versorgungsspannung einen Wert erreicht, sodass die
Zenerdiode, die den zweiten Vergleichswert bestimmt,
leitfähig wird, wird die Steuereinheit deaktiviert, weil bei dieser oder einer größeren Versorgungsspannung keine
Einschränkung hinsichtlich des Betriebs der verfügbaren
Leuchtdioden zu verzeichnen ist. Erst wenn die
Versorgungsspannung kleiner wird, sodass die Leitfähigkeit der Zenerdiode nicht mehr gegeben ist, wird die Steuereinheit aktiviert und eine Regelungsfunktion beziehungsweise
Steuerfunktion bezüglich des Bypass-Elements freigegeben. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Ausgestaltung ferner dazu, dass bei einer defekten Leuchtdiode vermieden werden kann, dass das Bypass-Element den Leuchtdiodenstrom
übernimmt, wodurch somit einer übergeordneten
Fahrzeugsteuerung die Möglichkeit eröffnet wird, einen Defekt der jeweiligen Leuchtdioden erkennen zu können.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der wenigstens zwei Leuchtdioden Bestandteil einer Baugruppe ist, welche eine jeweilige der wenigstens zwei Leuchtdioden und einen elektrischen Widerstand umfasst, wobei die jeweilige Leuchtdiode der Baugruppe und der elektrische Widerstand der Baugruppe in Reihe geschaltet sind. Anstelle von wenigstens einer der wenigstens zwei Leuchtdioden kann somit eine leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung aus dieser jeweiligen der wenigstens zwei Leuchtdioden und dem elektrischen
Widerstand angeschlossen sein. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein Übergang von einem lichtemittierenden
Zustand der jeweiligen der wenigstens zwei Leuchtdioden in den nicht lichtemittierenden Zustand sanfter beziehungsweise kontinuierlicher, also mit einem geringeren Gradienten, erfolgen kann. Insbesondere bei schnellen Schwankungen der Versorgungsspannung können Auswirkungen auf die Lichtemission der Schaltungsanordnung beziehungsweise die
Beleuchtungsfunktion reduziert werden, beispielsweise in Bezug auf Flackern beziehungsweise Flickern, also eine kurzzeitige, impulsartige Erhöhung beziehungsweise
Veränderung des Lichtstroms, des Lichts und/oder dergleichen. Dem Grunde nach kann die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung natürlich für jede der wenigstens zwei Leuchtdioden der Schaltungsanordnung vorgesehen sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die
Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische
Reihenschaltung nur für solche der wenigstens zwei
Leuchtdioden vorgesehen ist, bei denen sich die Auswirkungen auf die Beleuchtungsfunktion als besonders ungünstig
erweisen. Dadurch kann beim Zuschalten einer Leuchtdiode vermieden werden, dass sich aufgrund eines etwaigen steilen Spannungsanstiegs an der Leuchtdiode ein ebenfalls steiler Anstieg eines Lichtstroms ergibt. Hierdurch etwaig visuell wahrnehmbare Helligkeitsschwankungen oder Flickern kann reduziert beziehungsweise vermieden werden.
Ist die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung für mehr als eine der wenigstens zwei
Leuchtdioden vorgesehen, kann ein jeweiliger Wert des
elektrischen Widerstands für sämtliche der elektrischen
Widerstände gleich gewählt sein. Darüber hinaus kann
natürlich auch vorgesehen sein, dass der Widerstandswert der Widerstände zumindest teilweise voneinander unterschiedlich gewählt ist. Die Wahl eines geeigneten Widerstandswerts kann von jeweiligen spezifischen Eigenschaften der
Schaltungsanordnung, insbesondere in Bezug auf die
Lichtemission beziehungsweise den Lichtstrom, gewählt sein. Ein geeigneter Widerstandswert kann zum Beispiel empirisch ermittelt werden, beispielsweise in einem Labor, in einer Fertigung, bei einer Wartung der Schaltungsanordnung und/oder dergleichen. Der Widerstandswert kann somit vorzugsweise , n
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einstellbar sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Widerstandswert in einer konkreten Anwendung individuell eingestellt werden kann. Zu diesem Zweck kann der Widerstand durch einen einstellbaren Widerstand wie zum Beispiel ein Potentiometer oder dergleichen gebildet sein. Insgesamt kann die Ergonomie der Beleuchtung verbessert werden.
Mit anderen Worten kann erreicht werden, dass, um die
Änderung des Lichtstroms im Übergangsbereich von einer
Leuchtdiode zur anderen ( Zuschaltung) zu vermindern,
zumindest die letzte der Reihe geschalteten Leuchtdioden mit einem Serienwiderstand versehen ist, der den Übergangsbereich glättet. Dadurch kann die Änderung des Lichtstroms im
Übergangsbereich weniger abrupt beziehungsweise geglättet erfolgen, wodurch somit die Flickerwirkung reduziert werden kann. Prinzipiell könnten alle Leuchtdioden mit einem
passenden Serienwiderstand versehen sein, wobei sich dann aber eine Spannungskurve verschieben kann. Somit kann auch für jede der Leuchtdioden der Spannungs-Übergangsbereich geglättet werden (Abflachung der Kennlinie) .
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Bypass-Element zu der Baugruppe parallelgeschaltet ist. Die
leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung kann somit zumindest anstelle einer solchen der wenigstens zwei Leuchtdioden angeschlossen sein, bei der das Bypass-Element
parallelgeschaltet ist. Gerade hier kann die gewünschte
Funktionalität bezüglich eines kontinuierlichen Übergangs in Bezug auf die Lichtemission der entsprechenden der wenigstens zwei Leuchtdioden erreicht werden. Dagegen braucht bei einer Leuchtdiode, zu der kein Bypass-Element parallelgeschaltet ist, keine Baugruppe beziehungsweise Reihenschaltung
vorgesehen zu sein, weil deren Lichtemission durch kein
Bypass-Element unmittelbar beeinflusst werden kann. Vielmehr kann die Baugruppe beziehungsweise die
leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung in einem solchen Fall lediglich Spannungseigenschaften der Schaltungsanordnung beeinträchtigen, insbesondere eine Spannungskurve verschieben. Es kann jedoch Gründe geben, die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung auch hier vorzusehen. Es kann ferner vorgesehen sein, dass zumindest diejenige
Leuchtdiode der wenigstens zwei Leuchtdioden Bestandteil der Baugruppe ist, bei der die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements von der Versorgungsspannung am geringsten ist. Insbesondere kann die hierdurch gebildete leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung zumindest für
diejenige der wenigstens zwei Leuchtdioden angeschlossen sein, bei der die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements von der Versorgungsspannung am geringsten ist. Vorzugsweise braucht die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung nur für eine einzige der wenigstens zwei Leuchtdioden vorgesehen zu sein. Dadurch, dass für die anderen der wenigstens zwei Leuchtdioden die Baugruppe beziehungsweise die leuchtdiodenspezifische
Reihenschaltung nicht vorgesehen zu sein braucht, können Auswirkungen auf die Funktionalität der Schaltungsanordnung gering gehalten werden. Insbesondere nutzt diese
Weiterbildung den Effekt, dass sichtbare Auswirkungen des Änderns der Lichtemission der Schaltungsanordnung bei einem Betrieb von nur wenigen der Leuchtdioden besonders deutlich hervortreten können. Sind dagegen viele oder im Wesentlichen alle der Leuchtdioden hinsichtlich der Lichtemission
aktiviert, braucht ein Ändern der Lichtemission einer
einzelnen der Leuchtdioden nicht aufzufallen. Insofern nutzt diese Weiterbildung, dass eine relative Lichtstromänderung der Schaltungsanordnung bei einem großen gesamten Lichtstrom um einen konstanten Wert kleinere sichtbare Auswirkungen hat, als wenn ein kleiner gesamter Lichtstrom um den gleichen konstanten Wert geändert werden würde. Es wird ferner vorgeschlagen, dass nur diejenigen
Leuchtdioden der wenigstens zwei Leuchtdioden Bestandteil einer jeweiligen Baugruppe sind, bei denen das Bypass-Element parallelgeschaltet ist. Somit ist die leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung nur bei solchen der wenigstens zwei
Leuchtdioden angeschlossen, bei denen das Bypass-Element parallelgeschaltet ist. Dies kann berücksichtigen, dass Wirkungen in Bezug auf eine möglichst sanfte beziehungsweise kontinuierliche Änderung der Lichtemission der
Schaltungsanordnung im Wesentlichen dann erreicht werden können, wenn ein Bypass-Element parallelgeschaltet ist. Da die Wirkung in anderen Fällen reduziert sein kann oder nicht aufzutreten braucht, braucht hier dann keine Baugruppe beziehungsweise leuchtdiodenspezifische Reihenschaltung vorgesehen zu sein.
Die für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen für die mit der Schaltungsanordnung ausgerüstete Leuchteinrichtung sowie auch das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Somit können für Vorrichtungsmerkmale auch Verfahrensmerkmale und
umgekehrt formuliert sein. Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen. Es zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Schaltbildansicht eine erste
Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine zweite Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, Fig. 3 in einer schematischen Schaltbildansicht eine
dritte Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, Fig. 4 in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine vierte Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, Fig. 5 in einer schematischen Diagrammdarstellung ein
Strom-Spannungsdiagramm, in dem mittels
Leuchtdioden zugeordneter Graphen jeweilige
Leuchtdiodenströme abhängig von einer
Versorgungsspannung für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 dargestellt sind,
Fig. 6 eine schematische Diagrammdarstellung wie Fig. 5 für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2, Fig. 7 eine schematische Diagrammdarstellung wie Fig. 5 für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3,
Fig. 8 eine schematische Diagrammdarstellung wie Fig. 5, in der mittels Graphen die Funktion der
Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 dargestellt ist,
Fig. 9 eine schematische perspektivische Darstellung eines
Leuchtmittels als Leuchteinrichtung mit einem
Montagesockel ,
Fig. 10 eine schematische perspektivische Darstellung einer
Leiterplatte des Leuchtmittels gemäß Fig. 9, wobei die Leiterplatte eine Schaltungsanordnung der
Erfindung umfasst,
Fig. 11 in einer schematischen Schaltbildansicht eine
fünfte Ausgestaltung für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, die auf der ersten
Ausgestaltung nach Fig. 1 basiert und bei der anstelle der in Reihe geschalteten Leuchtdioden leuchtdiodenspezifische Reihenschaltungen aus diesen Leuchtdioden und einem jeweiligen elektrischen Widerstand angeschlossen sind, und Fig. 12 in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Lichtstrom-Spannungsdiagramm, in dem mittels zugeordneter Graphen ein durch die
Schaltungsanordnung gemäß Fig. 11 abgegebener
Lichtstrom abhängig von der Versorgungsspannung für die Schaltungsanordnung dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine erste Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung 10 gemäß der Erfindung, die zur Anordnung in einer Leuchteinrichtung ausgebildet ist, die nicht weiter dargestellt ist. Die
Schaltungsanordnung 10 weist vier in Reihe geschaltete
Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 auf, zu denen eine steuerbare Stromquelleneinheit 20 zum Beaufschlagen der in Reihe
geschalteten Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 mit einem
vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom 22 in Reihe geschaltet ist. Zu drei der Leuchtdioden, nämlich den
Leuchtdioden 14, 16, 18, ist jeweils ein MOSFET 24, 26, 28 als Bypass-Element unmittelbar parallelgeschaltet.
Ferner ist eine Steuereinheit 30 zum Steuern einer
elektrischen Leitfähigkeit der MOSFE xs 24, 26, 28 abhängig von einer Versorgungsspannung Ub vorgesehen, mit der die Reihenschaltung aus den Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 und der Stromquelleneinheit 20 beaufschlagt ist.
Die Stromquelleneinheit 20 weist vorliegend einen Widerstand Rl auf, der vom Leuchtdiodenstrom 22 durchströmt ist und der dem Erfassen des Leuchtdiodenstroms 22 dient. Entsprechend wird ein Spannungssignal als Leuchtdiodenstromsignal 32 bereitgestellt, welches zum Regeln des Leuchtdiodenstroms 22 genutzt wird. Zu diesem Zweck wird das
Leuchtdiodenstromsignal 32 über ein Widerstandsnetzwerk bestehend aus den Widerständen R2, R3 und R4 einem bipolaren NPN-Transistor Ql an seiner Basis zugeführt. Dadurch wird die Leitfähigkeit des Transistors Ql abhängig von dem
Leuchtdiodenstromsignal 32 gesteuert. Ein Emitter des Transistors Ql ist mit einem Bezugspotential 48 elektrisch gekoppelt. Ein Kollektor des Transistors Ql ist über einen Widerstand R7 an ein positives elektrisches
Potential der Versorgungsspannung Ub angeschlossen. Die
Versorgungsspannung Ub ist in Bezug auf das Bezugspotential 48 bestimmt. Das Bezugspotential 48 stellt somit ein
negatives elektrisches Potential der Versorgungsspannung Ub bereit .
Am Kollektor des Transistors Ql ist ferner ein erster
Anschluss eines Widerstands RH angeschlossen, der mit seinem zweiten Anschluss an ein Gate eines MOSFETxs Ul angeschlossen ist. Der MOSFET Ul ist - ebenso wie das Widerstandsnetzwerk und der Transistor Ql - der Stromquelleneinheit 20 zugeordnet und dient dem Einstellen des Leuchtdiodenstroms 22. Hierdurch ist eine Regelschaltung gebildet. Die Funktion dieser
Regelschaltung ergibt sich für den Fachmann anhand der
Schaltungsstruktur und bedarf dem Grunde nach keiner weiteren Erläuterungen. Mit der Stromquelleneinheit 20 kann der
Leuchtdiodenstrom 22 im Wesentlichen unabhängig von einem Spannungsabfall an der Stromquelleneinheit 20 innerhalb eines vorgegebenen Betriebsspannungsbereichs im Wesentlichen konstant gehalten werden. Der einzustellende Strom kann insbesondere durch einen Widerstandswert des elektrischen Widerstands Rl eingestellt sein.
Die Steuereinheit 30 umfasst ebenfalls einen bipolaren NPN- Transistor Q2, dessen Emitter ebenfalls an das
Bezugspotential 48 angeschlossen ist. Seine Basis ist über einen elektrischen Widerstand R5 an den elektrischen
Widerstand Rl der Stromquelleneinheit 30 angeschlossen und deshalb ebenfalls mit dem Leuchtdiodenstromsignal 32
beaufschlagt. Der Transistor Q2 wird also abhängig von dem Leuchtdiodenstromsignal 32 gesteuert.
Ein Kollektor des Transistors Q2 ist über einen elektrischen Widerstand R6 an das positive elektrische Potential der Versorgungsspannung Ub angeschlossen. Abhängig vom Leuchtdiodenstromsignal 32 sowie der Versorgungsspannung Ub stellt sich somit eine elektrische Spannung an einem Punkt C ein, einem Verbindungspunkt der Widerstands R6 mit dem
Kollektor des Transistors Q2. Gates der MOSFETxs 24, 26, 28 sind über jeweilige elektrische Widerstände R8, R9, RIO an den Punkt C angeschlossen. Sie sind deshalb mit im
Wesentlichen dem gleichen elektrischen Potential
beaufschlagt .
Bei ausreichender Versorgungsspannung Ub, die vorliegend noch über eine Diode Dl der Schaltungsanordnung 10 zugeführt wird, um eine Verpolung zu vermeiden, sind die MOSFETxs 24, 26, 28 nicht aktiv und der Leuchtdiodenstrom 22 strömt durch die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 12, 14, 16, 18, sodass die
Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 in bestimmungsgemäßer Weise Licht emittieren. Der Leuchtdiodenstrom 22 wird mittels der
Stromquelleneinheit 20 auf den vorgegebenen Wert geregelt. Schwankt nun die Versorgungsspannung Ub, die vorliegend eine Gleichspannung ist, innerhalb eines vorgegebenen
Betriebsbereichs, wird diese Spannungsschwankung durch die Stromquelleneinheit 20 abgefangen, sodass die Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 im Wesentlichen unabhängig von diesen
Schwankungen in ihrem gleichen Betriebszustand betrieben werden können.
Wird die Versorgungsspannung Ub jedoch weiter reduziert, das heißt, unter einen ersten Vergleichswert, kann an der
Reihenschaltung der Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 nicht mehr ausreichend Spannung zur Verfügung gestellt werden, um die in Reihe geschalteten Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 in ihrem bestimmungsgemäßen Betrieb betreiben zu können. Mit
abnehmender Versorgungsspannung Ub reduziert sich auch die jeweilige elektrische Spannung an den jeweiligen Source-
Anschlüssen der MOSFETs 24, 26, 28. Da die Gate-Elektroden dieser MOSFETs 24, 26, 28 auf dem gleichen elektrischen
Potential liegen, wird als erstes der MOSFET 28 abhängig von der jeweiligen geringen Versorgungsspannung Ub in den
leitfähigen Zustand übergehen und den Leuchtdiodenstrom 22 übernehmen. Dieser Vorgang wird fortgeführt, bis die
Leuchtdiode 18 selbst im Wesentlichen keinen signifikanten Leuchtdiodenstrom mehr führt und stattdessen der
entsprechende Leuchtdiodenstrom 22 über den MOSFET 28 parallel geführt wird. Dadurch kann die elektrische Spannung an der Leuchtdiode 18 immer weiter reduziert werden, sodass der Betrieb der übrigen Leuchtdioden 12, 14, 16
aufrechterhalten werden kann.
Sinkt die Versorgungsspannung Ub jedoch weiter ab, setzt sich die sukzessive Abschaltung der Leuchtdioden weiter fort. Als nächstes wird somit die Leuchtdiode 16 deaktiviert, indem der MOSFET 26 deren Leuchtdiodenstrom 22 übernimmt. Bei weiterer Reduzierung der Versorgungsspannung Ub übernimmt der MOSFET 24 den Leuchtdiodenstrom 22 der Leuchtdiode 14. Bei einer weiteren Reduktion der Versorgungsspannung Ub wird dann auch die Leuchtdiode 12 kein Licht mehr emittieren können. Eine Parallelschaltung eines MOSFET kann an dieser Situation jedoch nichts mehr ändern, weshalb für die Leuchtdiode 12 ein entsprechender MOSFET nicht vorgesehen ist.
Steigt die Versorgungspannung Ub hingegen wieder an, wird die Lichtemission und die Übernahme des Leuchtdiodenstroms 22 von dem jeweiligen MOSFET 24, 26, 28 zu der jeweiligen
Leuchtdiode 14, 16, 18 reversibel wieder rückgängig gemacht.
Durch diese Schaltungsanordnung 10 ist es möglich, die
Funktionalität der Schaltungsanordnung 10, insbesondere die Lichtemission, auch bei deutlich reduzierter
Versorgungsspannung Ub aufrechterhalten zu können.
Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, dass die Steuereinheit 30 ebenfalls eine Regelungsfunktion beinhaltet, nämlich unter Nutzung des Transistors Q2. Aus diesem Grunde erklärt sich auch das Netzwerk aus den Widerständen R2, R3 und R4 der Stromquelleneinheit 20, wodurch nämlich ein Einsatzpunkt des Transistors Q2 vor einem Einsatzpunkt des Transistors Ql liegt. Durch die mittels der Steuerschaltung 30
bereitgestellte Regelungsfunktion wird erreicht, dass die MOSFETs 24, 26, 28 nicht unmittelbar schaltend den
Leuchtdiodenstrom 22 übernehmen, sondern in einem
Linearbetrieb betrieben werden, in dem ein kontinuierlicher Übergang zwischen einer vollen Leitfähigkeit und einer vollen Sperrung der elektrischen Leitfähigkeit des jeweiligen der MOSFETs 24, 26, 28 erreicht wird. Das bedeutet, dass die Stromquelleneinheit 20 ihre Funktionalität noch
bereitzustellen vermag, während bereits die Steuereinheit 30 regelnd in den Betrieb eingreift. Es sind somit zwei
Stromregelkreise gebildet, die in Verbindung mit einem gemeinsamen Stromsensor, nämlich dem Widerstand Rl,
geschaltet sind.
Bei einem Einschalten der Versorgungsspannung Ub sind somit zunächst die MOSFETs 24, 26, 28 in einem jeweiligen
elektrisch leitfähigen Zustand, sodass lediglich die
Leuchtdiode 12 mit der Spannung Ub beaufschlagt ist. Mit ansteigender Versorgungsspannung Ub werden sukzessive die Leuchtdioden 14, 16, 18, wie bereits zuvor erläutert, in den aktiven Modus geschaltet, indem die jeweils zugeordneten MOSFETs 24, 26, 28 in den nicht-leitenden elektrischen
Zustand überführt werden.
Fig. 5 zeigt dies anhand eines Strom-Spannungs-Diagramms 58. In dem Diagramm 58 ist eine Ordinate 60 dem Leuchtdiodenstrom 22 und eine Abszisse 62 der Versorgungsspannung Ub
zugeordnet. Aus dem Diagramm 58 ist ersichtlich, dass bei einer Spannung von etwa 3,5 Volt die Leuchtdiode 12 in den aktiven Modus übergeht, welches mittels des Graphen 50 dargestellt ist. Aus dem Diagramm 58 ist ersichtlich, dass der Strom steil bis etwa zur Höhe des vorgesehenen
Leuchtdiodenstroms 22 ansteigt. Sobald die Leuchtdiode 12 die volle Stromführung übernommen hat, emittiert sie Licht. Mit weiterem Anstieg der Versorgungsspannung Ub wird bei etwa 7 Volt der MOSFET 24 in den lichtleitenden Zustand geregelt, woraufhin die Leuchtdiode 14 den entsprechenden Strom
übernimmt. Auch hier steigt der Leuchtdiodenstrom 22 wieder steil an, was mittels des Graphen 52 im Diagramm 58
dargestellt ist.
Ein weiterer Anstieg der Versorgungsspannung Ub auf etwas über 10 Volt führt dazu, dass als nächstes der MOSFET 26 vom elektrisch leitfähigen Zustand in den nicht-leitfähigen
Zustand überführt wird, woraufhin die Leuchtdiode 16 die Stromführung übernimmt und ebenfalls in den aktiven
Betriebsmodus der Lichtemission übergeht, welches mit dem Graphen 54 dargestellt ist.
Schließlich wird mit Erreichen einer Spannung Ub von etwa 13 Volt auch der MOSFET 28 in den nicht-leitenden Zustand überführt, woraufhin die Leuchtdiode 18 die entsprechende Stromführung übernimmt und ebenfalls in den aktiven
Betriebsmodus der Lichtemission übergeht, welches mittels des Graphen 56 dargestellt ist. Ab einer Betriebsspannung Ub von größer als etwa 13,5 Volt sind somit alle vier Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 im aktiven Betriebszustand der Lichtemission. Mittels der Regelung durch die Steuerschaltung 30 kann beim steilen Anstieg der Leuchtdiodenströme 22 der Strom leicht höher eingestellt werden, als wenn die MOSFETs 24, 26, 28 im leitfähigen Zustand sind. Dies kann anhand von Fig. 5 erkannt werden, weil der maximale Strom mit zunehmender
Versorgungsspannung Ub ebenfalls leicht ansteigt.
Fig. 2 zeigt eine weitere schematische Schaltbilddarstellung für eine Schaltungsanordnung 42 gemäß der Erfindung, die auf der Schaltungsanordnung 10 gemäß Fig. 1 basiert, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Ergänzend zu der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 umfasst die Schaltungsanordnung 42 einen Widerstand R13, der dazu dient, die Regelungsfunktionalität bezüglich der Transistoren Ql und Q2 zu linearisieren . Dadurch kann eine bessere
Regelungsfunktion erreicht werden.
Darüber hinaus umfasst die Schaltungsanordnung 42 eine
Überspannungserfassungseinheit 34 zum Erfassen der
Versorgungsspannung Ub, wobei die
Überspannungserfassungseinheit 34 ausgebildet ist, die
Stromquelleneinheit 20 bei einer Versorgungsspannung Ub, die größer als ein erster Vergleichswert ist, zu deaktivieren. Zu diesem Zweck umfasst die Überspannungserfassungseinheit 34 eine Zenerdiode D2, die mit ihrer Kathode an das positive elektrische Potential der Versorgungsspannung Ub und mit ihrer Anode über einen Widerstand R14 an die
Stromquelleneinheit 20 sowie die Steuereinheit 30
angeschlossen ist. Ein elektrischer Widerstand R12 dient hier der Entkopplung gegenüber dem elektrischen Widerstand Rl .
Steigt die Versorgungsspannung Ub derart an, dass die
Zenerdiode D2 in den leitfähigen Zustand übergeht, steigt auch die Spannung an einem Verbindungspunkt der Widerstände R12, R2 an, sodass die Transistoren Ql und Q2 aufgesteuert werden. Dadurch wird einerseits das Gatepotential des MOSFET Ul mit dem Bezugspotential 48 gekoppelt, ebenso wie die
Gatepotentiale der MOSFETs 24, 26, 28. Dadurch sind diese Transistoren deaktiviert und die Bereitstellung des
Leuchtdiodenstroms 22 ist eingestellt. Mit dieser
Schaltungsfunktion kann erreicht werden, dass bei einer zu hohen Versorgungsspannung Ub die Stromquelleneinheit 20, insbesondere der MOSFET Ul, nicht thermisch überlastet wird. Es handelt sich also um eine Schutzfunktion für die
Schaltungsanordnung 42.
Fig. 6 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Diagramm 64, wie Fig. 5 das Diagramm 58 darstellt. Die
Stromverläufe der Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 sind
entsprechend mit dem Graphen 50, 52, 54, 56 bezeichnet. Aus dem Diagramm 64 ist zu erkennen, dass bei einer Spannung Ub von größer als etwa 16 Volt die
Überspannungserfassungseinheit 34 aktiv wird, weil die
Zenerdiode D2 leitfähig wird. Zu diesem Zeitpunkt ist also der erste Vergleichswert erreicht. Dadurch geht die
Bereitstellung des Leuchtdiodenstroms 22 zurück, wie anhand des rechten Bereichs des Diagramms 64 ersichtlich ist. Für eine Versorgungsspannung, die größer ist als etwa 16 Volt, wird somit die Schaltungsanordnung 42 geschützt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer
Schaltungsanordnung 44 gemäß der Erfindung, die auf der Schaltungsanordnung 42, wie sie anhand von Fig. 2 erörtert wurde, basiert, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird.
Zusätzlich zu den aus der Schaltungsanordnung 42 bekannten Elementen umfasst die Schaltungsanordnung 44 eine
Temperaturerfassungseinheit 36, die ausgebildet ist, eine Temperatur von den Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 zu erfassen und ein Temperatursignal zum Steuern der Stromquelleneinheit 20 und der Steuereinheit 30 bereitzustellen.
Die Temperaturerfassungseinheit 36 umfasst vorliegend einen Eingangsanschluss , der durch einen ersten Anschluss eines elektrischen Widerstands R15 bereitgestellt ist, der an einem Verbindungspunkt der Leuchtdioden 14, 16 angeschlossen ist. Mit seinem gegenüberliegenden zweiten Anschluss ist der elektrische Widerstand R15 an einen PTC-Widerstand R16 sowie an eine Basis eines PNP-Transistors Q3 angeschlossen. Ein Emitter des Transistors Q3 ist über einen elektrischen
Widerstand R17 an das positive Potential der
Versorgungsspannung Ub angeschlossen. Ein Kollektor des Transistors Q3 ist an einen Verbindungspunkt des elektrischen Widerstands R13 mit der Zenerdiode D2 angeschlossen. Über ein Widerstandsnetzwerk R18, R19 können mit dem hierdurch
bereitgestellten Signal die Basen der Transistoren Ql und Q2 ergänzend gesteuert werden. Durch Wahl des Werts des elektrischen Widerstands R15 kann ein Einsatzpunkt der Temperaturerfassungseinheit 36
eingestellt werden. Eine Steigung der Einsatzfunktion der Temperaturerfassungseinheit 36 kann durch einen Wert des
Widerstands R17 eingestellt werden. Auch wenn vorliegend der Widerstand R15 an einem Verbindungspunkt der Leuchtdioden 14, 16 angeschlossen ist, kann der Widerstand R15 natürlich auch an einem anderen der Verbindungspunkte von anderen
Leuchtdioden angeschlossen sein. Eine entsprechende
schaltungstechnische Anpassung ist dann jedoch vorzusehen.
Der PTC-Widerstand R16 ist thermisch mit den Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 gekoppelt. Erreicht die erfasste Temperatur einen vorgegebenen Wert, der durch die Schaltungsdimensionierung bestimmt sein kann, wird der Transistor Q3 leitfähig und zieht die Basispotentiale der Transistoren Ql und Q2 über die Widerstände R18 und R19 in Richtung positives Potential der Versorgungsspannung Ub . Dadurch erhöhen die Transistoren Ql und Q2 ihre elektrische Leitfähigkeit und die Bereitstellung des Leuchtdiodenstroms 22 wird, wie bereits zuvor in Bezug auf die Überspannungserfassungsschaltung 34 erläutert, eingestellt . Aus Fig. 3 ist ferner ersichtlich, dass die
Schaltungsanordnung 44 eine mit den bipolaren Transistoren Ql und Q2 thermisch gekoppelte Temperaturkompensationseinheit 38 zum Kompensieren einer Temperaturdrift der bipolaren
Transistoren Ql und Q2 aufweist. Die
Temperaturkompensationseinheit 38 umfasst elektrische
Widerstände R20 und R21, die vorliegend in Reihe geschaltet sind, wobei der elektrische Widerstand R20 als NTC-Widerstand ausgebildet ist. Durch geeignete Wahl der Widerstandswerte kann die Funktion dieser Temperaturkompensationsschaltung angepasst werden. Bekanntermaßen nimmt mit zunehmender
Temperatur die Basis-Emitter-Spannung für einen vorgegebenen Arbeitspunkt eines bipolaren Transistors ab. Diese
Spannungsabnahme kann mittels der Temperaturkompensationseinheit 38 kompensiert werden. Die Auswirkung der Temperaturkompensation kann anhand eines
Diagramms 66 gemäß Fig. 7 ersehen werden. Mit den
Graphentupeln 50, 52, 54 werden die Kompensationen für unterschiedliche Temperaturen dargestellt.
Fig. 8 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Diagramm 68, welches die Funktion der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 zeigt. Im Unterschied zu Fig. 7 ist hier die spannungsgesteuerte Abschaltung gezeigt, die in Fig. 4 mittels dem elektrischen Widerstand R14 und der Zenerdiode D3 realisiert ist. Das kann an einer kleinen Kerbe im
Stromverlauf bei etwa 10V erkannt werden. Ferner ist die Einwirkung der Temperaturerfassungseinheit 36 darstellt.
Entsprechende Graphentupel 50, 52, 54 stellen die
entsprechende Temperaturabhängigkeit dar.
Fig. 4 zeigt eine weitere schematische Schaltbilddarstellung für eine weitere Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung 46 gemäß der Erfindung, die im Wesentlichen auf der
Schaltungsanordnung 44, wie sie bereits anhand von Fig. 3 erörtert wurde, basiert.
Zusätzlich zu der Schaltungsanordnung 44 umfasst die
Schaltungsanordnung 46 eine Deaktivierungseinheit 40 zum Erfassen der Versorgungsspannung Ub, wobei die
Deaktivierungseinheit 40 ausgebildet ist, die Steuereinheit 30 bei einer Versorgungsspannung Ub, die größer als ein zweiter Vergleichswert ist, zu deaktivieren. Die
Deaktivierungseinheit 40 dient dazu, ein Eingreifen der
MOSFETxs 24, 26 zu vermeiden, wenn die Versorgungspannung Ub einen ausreichenden Wert für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der Schaltungsanordnung 46 aufweist. Die Steuereinheit 30 braucht in diesem Fall nicht aktiv zu sein. Das hat den
Vorteil, dass bei einem Defekt einer der Leuchtdioden 12, 14, 16 nicht der entsprechend zugeordnete MOSFET 24, 26 durch Reduktion seiner elektrischen Leitfähigkeit den
Leuchtdiodenstrom 22 übernehmen kann. Dadurch kann eine übergeordnete Steuerung, beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug eine übergeordnete Kraftfahrzeugsteuerung, die Funktionstüchtigkeit der Leuchtdioden 12, 14, 16 ermitteln. Würde nämlich eine defekte Leuchtdiode 12, 14, 16 durch den parallelgeschalteten MOSFET 24, 26 deaktiviert, wäre ein
Ermitteln eines Defekts dieser Leuchtdiode 14, 16 durch die übergeordnete Fahrzeugsteuerung nicht möglich. Mit der
Deaktivierungseinheit 40 kann für den bestimmungsgemäßen Betrieb diese Funktionalität gewährleistet werden.
Durch die Deaktivierungseinheit 40 ist die Steuereinheit 30 lediglich dann aktiv, wenn die Versorgungsspannung Ub kleiner als der zweite Vergleichswert ist. Vorliegend besteht die Deaktivierungseinheit 40 aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand R14 mit einer Zenerdiode D3, die zwischen dem positiven Potential der Versorgungsspannung Ub und dem
Basisanschluss des Transistors Q2 angeschlossen ist. Der zweite Vergleichswert wird somit durch die Zenerspannung der Zenerdiode D3 bestimmt.
Fig. 11 zeigt eine Schaltungsanordnung 90, die im
Wesentlichen auf der Schaltungsanordnung 10 gemäß Fig. 1 basiert, weshalb ergänzend auf die obigen Ausführungen zur Schaltungsanordnung 10 verwiesen wird.
Die Schaltungsanordnung 90 der Fig. 11 unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung 10 gemäß Fig. 1 dadurch, dass die Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 Bestandteil einer jeweiligen Baugruppe sind, welche eine jeweilige Leuchtdiode 12, 14, 16, 18 und einen jeweiligen elektrischen Widerstand R12, R14,
R16, R18 umfasst, wobei die jeweilige Leuchtdiode 12, 14, 16, 18 der jeweiligen Baugruppe und der elektrische Widerstand R12, R14, R16, R18 der jeweiligen Baugruppe in Reihe
geschaltet sind. Anstelle der jeweiligen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 sind nunmehr jeweilige leuchtdiodenspezifische
Reihenschaltungen aus diesen jeweiligen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 und einem jeweiligen elektrischen Widerstand R22, R24, R26, R28 angeschlossen. Eine elektrische Spannung über sämtliche in Reihe geschalteten Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 und den jeweils zugeordneten elektrischen Widerständen R22, R24, R26, R28 ist mit Ui bezeichnet. Die elektrischen
Widerstände R22, R24, R26 brauchen lediglich optional
vorgesehen zu sein. Sie können daher in anderen
Ausgestaltungen zumindest teilweise auch nicht vorgesehen sein beziehungsweise entfallen.
Die Wirkung dieser Ausgestaltung kann anhand von Fig. 12 aufgezeigt werden. Fig. 12 zeigt eine schematische
Diagrammdarstellung eines Lichtstrom-Spannungsdiagramms 92, in dem eine Abszisse der Versorgungsspannung Ub in V und eine Ordinate einem Lichtstrom Φ der Schaltungsanordnung 90 zugeordnet ist. Mit einem Graphen 94 ist die Abhängigkeit des Lichtstroms Φ von der Versorgungsspannung Ub dargestellt, und zwar für den Fall der Schaltungsanordnung 10 gemäß Fig. 1, das heißt, ohne die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28. In einem Bereich 96 ist die Wirkung der
Schaltungsanordnung 10 zu erkennen. Wie anhand des Graphen 94 im Bereich 96 dargestellt ist, ändert sich der Lichtstrom abhängig von der Versorgungsspannung Ub nahezu sprunghaft beziehungsweise gestuft. Dies kann bei entsprechend schnellen Schwankungen der Versorgungsspannung Ub im Bereich 96 ungünstig als Flackern oder dergleichen visuell wahrgenommen werden. Der Graph 94 stellt also die Verhältnisse ohne die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 dar.
Um dieses Flackern im Bereich 96 zu reduzieren, ist der elektrische Widerstand R28 zu der Leuchtiode 18 in Reihe geschaltet, wie anhand von Fig. 11 ersichtlich ist. Die
Wirkung des elektrischen Widerstands R28 ist mit einem
Graphen 98 verdeutlicht. Zu erkennen ist in Fig. 12, dass ein im Bereich 96 durch den Graphen 94 dargestellter Sprung beziehungsweise eine Stufe durch die Wirkung des elektrischen Widerstands R28 abgeflacht werden kann, wie dies mit dem
Graphen 98 im Bereich 96 dargestellt ist. Dadurch kann der Übergang im Bereich 96 glättet werden. Daraus ergibt sich, dass auch die Änderung des Lichtstroms Φ im Bereich 96 flacher ist, wodurch die visuelle Erscheinung des Flackerns reduziert werden kann.
Ebenso kann die Wirkung der weiteren elektrischen Widerstände R22, R24, R26 in dem Diagramm 92 erkannt werden, die dem Grunde nach eine vergleichbare Wirkung wie der zuvor
beschriebene elektrische Widerstand R28 hervorrufen können. Die elektrischen Widerstände R22, R24, R26 brauchen nicht zwingend vorgesehen zu sein. Sie können daher auch lediglich optional vorgesehen sein.
Durch die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 kann die Änderung des Lichtstroms Φ im Übergangsbereich weniger abrupt beziehungsweise geglättet, also mit einem geringeren Gradienten, erfolgen, wodurch somit zum Beispiel eine
Flackerwirkung reduziert werden kann. Erkennbar ist dies in Fig. 12 durch den etwa treppenförmig mit der
Versorgungsspannung Ub ansteigenden Lichtstrom Φ. Eine jeweilige Stufe des im Wesentlichen treppenförmigen Graphen 94 kann somit der Funktionalität einer jeweiligen der
Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 zugeordnet werden. Ohne die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 erfolgt eine steile Änderung des Lichtstroms Φ, wodurch die Flackerwirkung hervorgerufen werden kann.
Dies kann durch die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 reduziert werden. Unter Berücksichtigung des Graphen 98 kann einer jeweiligen der Stufen des Graphen 94 die
Auswirkung eines jeweiligen der elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 zugeordnet werden. Wie das Diagramm 90 mit dem Graphen 98 zeigt, können die Stufen des Graphen 94 abgeflacht werden. Dadurch kann die Flackerwirkung reduziert werden.
Prinzipiell können natürlich alle der Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 mit einem passenden Serienwiderstand R22, R24, R26,
R28 versehen beziehungsweise kombiniert sein, wobei sich dann aber eine Spannungskurve verschieben kann, und zwar
insbesondere zu einer größeren elektrischen Spannung. Somit kann auch für jede der Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 ein jeweiliger Spannungs-Übergangsbereich, wie der Bereich 96, geglättet werden, was durch die Abflachung der Kennlinie dargestellt ist. Dabei ist zu beachten, dass an den
jeweiligen der elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 im bestimmungsgemäßen Betrieb der Lichtemission der
Schaltungsanordnung 90 eine zusätzliche elektrische Spannung anliegt, sodass die elektrische Spannung Ui insgesamt größer als ohne die elektrischen Widerstände R22, R24, R26, R28 bei der Schaltungsanordnung 10 gemäß Fig. 1 sein wird.
Fig. 9 zeigt in einer schematischen perspektivischen
Darstellung ein Leuchtmittel 84 mit einem Montagesockel 86 nach Art einer Lampe als Leuchteinrichtung, das als Lampe für einen Nebelscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Das Leuchtmittel 84 hat einen Montagesockel 86, über den das Leuchtmittel 84 an einer nicht weiter
dargestellten Fassung befestigt werden kann. Der
Montagesockel 86 hat eine etwa kreiszylindrische
Außenmantelfläche 70, von der aus sich vier Schlüssellaschen 72 radial nach außen erstrecken. Stirnseitig hat der
Montagesockel 86 eine kreiszylindrische Aussparung, in die eine Leiterplatte 80 mit einer Schaltungsanordnung 10, 42, 44, 46 angeordnet ist. Beabstandet zu den Schlüssellaschen 72 ist der Montagesockel 86 von einem Dichtring 74 umgriffen.
Des Weiteren erstreckt sich vom Montagesockel 86 ein
Kühlkörper 76. Dieser hat eine Mehrzahl von Kühlrippen, die sich entgegengesetzt zu einer Richtung, in die von der
Schaltungsanordnung 10, 42, 44, 46 Licht abgegeben wird, axial vom Montagesockel 86 weg erstrecken. Die Kühlrippen umgreifen dabei einen Anschluss 78 für das Leuchtmittel 84, der für die elektrische Kontaktierung vorgesehen ist. Fig. 10 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Leiterplatte 80 des Leuchtmittels 84 gemäß Fig. 9. Im vorliegend dargestellten Fall handelt es sich hier um die Schaltungsanordnung 46. Die Leiterplatte 80 umfasst als Bestückungsseite eine erste Leiterplattenfläche 82 sowie auf der gegenüberliegenden Seite eine zweite Leiterplattenfläche, die vorliegend nicht weiter dargestellt ist. Auf der
Leiterplattenoberseite (Top Layer) , welche durch die erste Leiterplattenfläche 82 gegeben ist, sind somit neben den
Leuchtdioden 12, 14, 16 weitere elektronische Bauelemente (in der Fig. 10 nicht gezeigt) bestückt.
Diese werden vorzugsweise als oberflächenmontierte
Bauelemente (Surface Mount Device, SMD) auf einer ersten Kupferschicht 88 auf der Leiterplattenoberseite der
Leiterplatte 80 aufgelötet. Die Kupferschicht 88 ist hierbei so gestaltet, dass die gewünschten Kontaktierungen
hergestellt werden können. Für den Fall, dass eine
Entflechtung der Schaltung in einer Ebene nicht möglich ist, kann über eine zweite Kupferschicht auf der zweiten
Leiterplattenfläche der Leiterplatte 80 ein entsprechendes Leitungsnetz bereitgestellt werden, welches auf der
Leiterplattenoberseite der Leiterplatte 80 angeordnete
Leiterbahnen elektrisch miteinander verbindet. Zu diesem Zweck können in der Leiterplatte 80 Durchkontaktierungen angebracht werden, welche eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Kupferschicht 88 auf der Leiterplattenoberseite der Leiterplatte 26, also auf der ersten Leiterplattenfläche, und der Kupferschicht auf der zweiten Leiterplattenfläche, also auf der Unterseite der Leiterplatte 80, herstellen.
Die Leiterplatte 80 ist über eine Schicht aus
wärmeleitfähigem Klebstoff mit einem Kühlkörper 76 verbunden, welcher als Wärmesenke zur Abführung der in der
Schaltungsanordnung 46 entstehenden Verlustwärme an die
Umgebung dient.
In Fig. 10 ist die Leiterplatte 80 in einer Schrägansicht von oben gezeigt, bei welcher die in unterschiedliche Netze aufgeteilte Kupferschicht auf der Leiterplattenoberseite der Leiterplatte 80 sowie die exemplarisch auf der hierdurch zugleich bereitgestellten Bestückungsseite der Leiterplatte 80 angeordneten Leuchtdioden 12, 14, 16 erkennbar sind.
Neben den zur Herstellung der elektrischen Verbindungen gegebenenfalls erforderlichen Durchkontaktierungen können hierbei weitere Durchkontaktierungen eingesetzt werden, deren Funktion darin besteht, aufgrund der mit ihrer guten
elektrischen Leitfähigkeit korrelierten guten
Wärmeleitfähigkeit Wärme von der ersten Leiterplattenfläche 82, also der Leiterplattenoberseite der Leiterplatte 80, auf die zweite Leiterplattenfläche, also auf die Unterseite der Leiterplatte 80, abzuleiten. Auf der Unterseite der
Leiterplatte 80, also der zweiten Leiterplattenfläche, können in der Kupferschicht 88 entsprechende großflächige Bereiche ausgebildet werden. Durch diese Ausgestaltung der
Kupferschicht auf der Unterseite der Leiterplatte 80 kann somit ein Wärmetransport in lateraler Richtung erzielt werden . Auf der Leiterplatte 80, die vorliegend aus einem Werkstoff FR4 gebildet ist und partiell mit thermischen
Durchkontaktierungen mit einer Wandstärke von üblicherweise circa 25 ym Kupfer bestückt ist, sind die Leuchtdioden 12, 14, 16 direkt auf die Kupferschicht 88 der Leiterplatte 80 aufgeklebt. Dies wird auch Chip-on-Board-Prozess , kurz COB, genannt. Durch diesen Aufbau ist eine thermische Spreizung der Verlustwärme der Leuchtdioden 12, 14, 16 nur bedingt optimal möglich, da die Dicke der Kupferfläche einer
herkömmlichen und am Markt erhältlichen FR4-Leiterplatte typischerweise nur zwischen 35 ym und 70 ym beträgt. Die
Entwärmung findet also in der Hauptsache auf dem direkten Weg durch die Leiterplatte 80 in die Wärmesenke in Form des Kühlkörpers 76 hinein statt. Eine ausgeprägte und thermisch vorteilhafte Spreizung der Wärme in lateraler Richtung findet hierbei nicht statt. Zur Anbindung der Leiterplatte 80 (auch als Printed Circuit Bord, PCB bezeichnet) an den Kühlkörper 76 wird ein wärmeleitfähiger Klebstoff verwendet. Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken. Natürlich können für die Realisierung der erfindungsgemäßen Funktionen auch andere Funktionseinheiten vorgesehen sein, mittels denen die Regelungen und Funktionen realisiert werden können.
Beispielsweise kann hierzu vorgesehen sein, dass
Schaltungsanordnungen mit Operationsverstärkern zum Einsatz kommen. Auch weitere Integration von Bauteilen kann
vorgesehen sein, sodass die Schaltungsanordnungen 10, 42, 46 zumindest teilweise auch als integrierte Schaltung
ausgebildet sein kann.
_ ,
36
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Sehaltungsanordnung
12 Leuchtdiode
14 Leuchtdiode
16 Leuchtdiode
18 Leuchtdiode
20 Stromquelleneinheit
22 Leuchtdiodenstrom
24 MOSFET
26 MOSFET
28 MOSFET
30 Steuereinheit
32 Leuchtdiodenstromsignal
34 Überspannungserfassungseinheit
36 Temperaturerfassungseinheit
38 Temperaturkompensationseinheit
40 Deaktivierungseinheit
42 Schaltungsanordnung
44 Schaltungsanordnung
46 Schaltungsanordnung
48 Bezugspotential
50 Graph
52 Graph
54 Graph
56 Graph
58 Diagramm
60 Ordinate
62 Abs zisse
64 Diagramm
66 Diagramm
68 Diagramm
70 Außenmantelfläche
72 SchlüsseHasche 74 Dichtring
76 Kühlkörper
78 Anschluss
80 Leiterplatte
82 Leiterplattenfläche
84 Leuchtmittel
86 Montagesockel 88 Kupferschicht
90 Schaltungsanordnung
92 Diagramm
94 Graph
96 Bereich
98 Graph
Dl Diode
D2 Zenerdiode
D3 Zenerdiode
Ul MOSFET
Rl Widerstand
R2 Widerstand
R3 Widerstand
R4 Widerstand
R5 Widerstand
R6 Widerstand
R7 Widerstand
R8 Widerstand
R9 Widerstand
RIO Widerstand
RH Widerstand
R12 Widerstand
R13 Widerstand
R14 Widerstand
R15 Widerstand
R16 PTC-Widerstand
R17 Widerstand R18 Widerstand
R19 Widerstand
R20 NTC-Widerstand
R21 Widerstand
R22 Widerstand
R24 Widerstand
R26 Widerstand
R28 Widerstand
Ql NPN-Transistor
Q2 NPN-Transistor
Q3 PNP-Transistor
Ub VersorgungsSpannung
Ui elektrische Spannung der in Reihe geschalteten
Leuchtdioden
Φ Lichtstrom

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (10, 42, 44, 46) für eine
Leuchteinrichtung mit:
- wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18),
einer zu den wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) in Reihe geschalteten steuerbaren Stromquelleneinheit (20) zum Beaufschlagen der in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) mit einem vorgebbaren elektrischen
Leuchtdiodenstrom (22),
wenigstens einem zu einer der wenigstens zwei
Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) parallelgeschalteten Bypass- Element (24, 26, 28), und
- einer Steuereinheit (30) zum Steuern einer elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements (24, 26, 28) abhängig von einer elektrischen Versorgungsspannung (Ub) , mit der die Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) und der Stromquelleneinheit (20) beaufschlagt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromquelleneinheit (20) ausgebildet ist, den
Leuchtdiodenstrom (22) zu erfassen und ein
Leuchtdiodenstromsignal (32) zum Regeln des
Leuchtdiodenstroms (22) bereitzustellen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (30) ausgebildet ist, das Bypass-Element (24, 26, 28) abhängig vom Leuchtdiodenstromsignal (32) zu regeln .
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine Überspannungserfassungseinheit (34) zum Erfassen der Versorgungsspannung (Ub) , die ausgebildet ist, die Stromquelleneinheit (20) bei einer Versorgungsspannung (Ub) , die größer als ein erster Vergleichswert ist, zu
deaktivieren .
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine Temperaturerfassungseinheit (36) , die ausgebildet ist, eine Temperatur von wenigstens einer der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) zu erfassen und ein
Temperatursignal zum Steuern der Stromquelleneinheit (20) und/oder der Steuereinheit (30) bereitzustellen.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperaturerfassungseinheit (36) eine
Leuchtdiodenspannung von wenigstens einer der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) erfasst und ferner ausgebildet ist, das Temperatursignal abhängig von der
Leuchtdiodenspannung bereitzustellen.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromquelleneinheit (20) zum Regeln des
Leuchtdiodenstroms (22) und/oder die Steuereinheit (30) zum Regeln des Bypass-Elements (24, 26, 28) einen bipolaren
Transistor (Ql, Q2) aufweist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch
eine mit dem bipolaren Transistor (Ql, Q2) thermisch
gekoppelte Temperaturkompensationseinheit (38) zum
Kompensieren einer Temperaturdrift des bipolaren Transistors (Ql, Q2) .
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Deaktivierungseinheit (40) zum Erfassen der
Versorgungsspannung (Ub) , die ausgebildet ist, die
Steuereinheit (30) bei einer Versorgungsspannung (Ub) , die größer als ein zweiter Vergleichswert ist, zu deaktivieren.
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) Bestandteil einer Baugruppe ist, welche eine jeweilige der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) und einen elektrischen Widerstand (R12, R14, R16, R18) umfasst, wobei die jeweilige Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) der Baugruppe und der elektrische Widerstand (R12, R14, R16, R18) der Baugruppe in Reihe geschaltet sind.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bypass-Element (24, 26, 28) zu der Baugruppe
parallelgeschaltet ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest diejenige Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) der
wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) Bestandteil der Baugruppe ist, bei der die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Bypass-Elements (24, 26, 28) von der
Versorgungsspannung (Ub) am geringsten ist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
nur diejenigen Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) Bestandteil einer
jeweiligen Baugruppe sind, bei denen das Bypass-Element (24, 26, 28) parallelgeschaltet ist.
14. Leuchteinrichtung (84) mit einem elektrischen Anschluss (78) zum Anschließen an eine elektrische Energiequelle, die eine elektrische Versorgungsspannung (Ub) bereitstellt, und einer an den elektrischen Anschluss (78) angeschlossenen Schaltungsanordnung (10, 42, 44, 46),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaltungsanordnung (10, 42, 44, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
15. Verfahren zum Steuern von wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) einer
Schaltungsanordnung (10, 42, 44, 46) einer Leuchteinrichtung, bei dem:
die wenigstens zwei in Reihe geschalteten Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) mittels einer steuerbaren
Stromquelleneinheit (20) mit einem vorgebbaren elektrischen Leuchtdiodenstrom (22) beaufschlagt werden, wobei wenigstens zu einer der wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) ein Bypass-Element (24, 26, 28) parallelgeschaltet ist,
- eine elektrische Versorgungsspannung (Ub) , mit der die
Reihenschaltung aus den wenigstens zwei Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) und der Stromquellenschaltung (20) beaufschlagt wird, erfasst wird, und
eine elektrische Leitfähigkeit des Bypass-Elements (24, 26, 28) abhängig von der erfassten elektrischen
Versorgungsspannung (Ub) und/oder dem Leuchtdiodenstrom (22) gesteuert wird.
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