DE10040154C2

DE10040154C2 - Leuchtreklame

Info

Publication number: DE10040154C2
Application number: DE10040154A
Authority: DE
Inventors: Hermann Grimm
Original assignee: WESTIFORM HOLDING AG NIEDERWAN
Current assignee: WESTIFORM HOLDING AG NIEDERWAN
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2020-08-18
Also published as: DE10040154A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtreklame, insbesondere eine Konturbleuchtung, mit einer Mehrzahl von Leuchtdio den, die von mindestens einer mit einer Konstantstrom schaltung zur Vorgabe eines Versorgungsstroms für die Leuchtdioden zusammenarbeitenden Spannungsquelle gespeist sind.

Bei derartigen vom Markt her bekannten Leuchtreklamen werden Spannungsquellen mit einer im wesentlichen konstan ten Versorgungsspannung eingesetzt. Die Konstantstromquelle regelt geringfügige Schwankungen der Betriebsspannung aus und sorgt dafür, daß die Leuchtdioden von einem Strom durchflossen werden, der innerhalb bestimmter Grenzen der Betriebsspannung konstant ist.

Die an den Leuchtdioden abfallende Betriebsspannung, nachfolgend Diodenspannung genannt, ist abhängig von der Zahl der betriebenen Leuchtdioden, den Umgebungsbedingungen (z. B. der Umgebungstemperatur) und von der Serienstreuung bei der Herstellung der Leuchtdioden. Daher fällt bei den bekannten Leuchtreklamen, deren Diodenspannung aus den oben genannten Gründen variiert, bei gegebener Versor gungsspannung an der Konstantstromschaltung eine nicht unerhebliche Spannung unterschiedlicher Größe ab. Dies führt zu einer unnötig hohen Verlustleistung. Eine reduzierte Lebensdauer der Leuchtreklame und ein unnötig hoher Energieverbrauch sind die Folge.

Bekannte Konturbeleuchtungen sind außerdem so ausgelegt, daß sie bei normalen, insbesondere auch sommerlichen Tempe raturen eine ausreichende Leuchtwirkung aufweisen. Da die Lichtausbeute der Leuchtdioden, d. h. ihre abgegebene Lichtleistung bei gegebenem Diodenstrom, mit sinkender Temperatur zunimmt, erhöht sich die abgegebene Lichtlei stung derartiger bekannter Leuchtreklamen bei sinkender Umgebungstemperatur, was unnötig ist und sogar zu einer störenden Blendwirkung der Leuchtreklame führt.

Die DE 198 41 490 A1 betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz einer Serienschaltung von Leuchtdioden vor einem Ausfall, bei welcher mindestens einer Leuchtdiode eine Bypass-Vorrichtung, beispielsweise eine Zener-Diode, parallel geschaltet ist.

In der DE 93 07 862 U1 ist der Einsatz von Leuchtdioden in Verbindung mit einer Konstantstromquelle in einer Leuchtreklame beschrieben.

Aus der US 57 83 909 A ist eine Schaltungsordnung mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden bekannt, bei welcher ein Temperatursensor eine mit der Arbeitstemperatur der Leuchtdioden korrelierte Temperatur mißt. Die Kon stantstromschaltung ist dabei so steuerbar, daß der von ihr für die Leuchtdioden abgegebene Versorgungsstrom eine Temperaturabhängigkeit besitzt, welche die Tempera turabhängigkeit der Lichtausbeute der Leuchtdioden kom pensiert.

Der Zeitschriftenartikel "LED mit großem Versorgungsspan nungsbereich" in Elektor Mai 1981, Heft 5, Seite 39 befaßt sich mit einer Konstantstromschaltung, die in der Lage ist, auch verhältnismäßig große Schwankungen der Versorgungsspannung zu kompensieren.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leuchtreklame der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ihre Effizienz insbesondere durch Minimierung der Verlustleistung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spannungsquelle zugeordnet sind:

a) eine Vergleichsschaltung, welche die an den Leucht dioden abfallende Spannung mit der Ausgangsspannung der Spannungsquelle vergleicht;
b) eine Steuerschaltung, welche mit der Vergleichsschal tung und der Spannungsquelle verbunden ist und die Ausgangsspannung der Spannungsquelle steuert,

wobei

a) mit der Steuerschaltung die Ausgangsspannung der Spannungsquelle so steuerbar ist, daß an der in Reihe zu den Leuchtdioden geschalteten unabhängigen Konstant stromschaltung immer nur die minimale, zu ihrem Betrieb erforderliche Spannung abfällt.

Mittels der Vergleichsschaltung und der Steuerschaltung ist somit eine Überwachung des Hauptanteils der nicht in Lichtleistung umgesetzten Spannung, d. h. der Versorgungs spannung, die nicht an den Leuchtdioden abfällt, möglich. Mit der Steuerschaltung wird gewährleistet, daß an der Konstantstromschaltung immer nur die minimale, zu ihrem Betrieb erforderliche Steuerspannung abfällt. Auf diese Weise wird die Verlustleistung an der Konstantstromschal tung minimiert und die Lebensdauer sowie die Energieeffi zienz der Leuchtreklame werden erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Leuchtreklame umfaßt die Konstantstromschaltung einen Temperatursensor, wobei

a) der Temperatursensor eine mit der Arbeitstemperatur der Leuchtdioden korrelierte Temperatur mißt und
b) die Konstantstromschaltung durch den Temperatursensor so steuerbar ist, daß der von ihr abgegebene Versor gungsstrom für die Leuchtdioden eine Temperaturabhän gigkeit besitzt, welche die Temperaturabhängigkeit der Lichtausbeute der Leuchtdioden zumindest annähernd kompensiert.

Eine unnötig hohe Lichtleistung und ein damit verbundener Energieverbrauch bei niedrigen Temperaturen werden mit einer derart ausgeführten Leuchtreklame vermieden, da dort die Lichtleistung über den Versorgungsstrom an die Arbeitstemperatur der Leuchtdioden und somit mittelbar an die Umgebungsbedingungen angepaßt ist. Ferner wird dadurch die störende Blendwirkung aufgrund einer zunehmen den Helligkeit der Konturbeleuchtung bei abnehmendem Umge bungslicht vermieden. Der Temperatursensor braucht dabei nicht die Arbeitstemperatur der Leuchtdioden selbst zu messen; es genügt, wenn er eine mit dieser Arbeits temperatur in eindeutiger Weise verbundene Temperatur, eine "korrelierte" Temperatur erfaßt, z. B. die Umgebungs temperatur oder die Temperatur im Gehäuse der Leuchtreklame.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: ein schematisches Diagramm der Abhängigkeit der Lichtleistung einer Leuchtdiode vom Dioden strom;

Fig. 2: ein schematisches Diagramm der Abhängigkeit der Lichtleistung der Leuchtdiode von der Diodentemperatur bei verschiedenen konstanten Diodenströmen;

Fig. 3: ein schematisches Diagramm der Abhängigkeit des Diodenstroms von der Diodentemperatur zur Einstellung einer konstanten Lichtleistung;

Fig. 4: ein Blockschaltbild einer Konturbeleuchtung; und

Fig. 5: ein detaillierteres Schaltbild der Konturbeleuch tung gemäß Fig. 4.

Die in Fig. 4 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeich nete Konturbeleuchtung setzt sich aus einer Vielzahl von Leuchtdioden-bestückten Platinen (LED-PCBs) 2 zusammen, von denen in Fig. 4 eine schematisch als Block dargestellt ist. Jede LED-PCB 2 enthält eine Mehrzahl von Leuchtdioden (vgl. die Leuchtdioden 3 in Fig. 5), z. B. zwölf Leucht dioden 3.

Typische Charakteristika der Leuchtdioden 3 sind in den Fig. 1 bis 3 zusammengefaßt. Da alle Leuchtdioden 3 die gleiche Charakteristik aufweisen, können die Dia gramme der Fig. 1 bis 3, da sie lediglich qualitativ zu verstehen sind, auch zur Beschreibung des gesamten LED-PCBs 2 herangezogen werden.

Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit der Lichtleistung L einer Leuchtdiode 3 vom Diodenstrom I bei konstanter Diodentempe ratur. Mit steigendem Diodenstrom I steigt die Lichtlei stung L innerhalb des zulässigen Arbeitsbereichs monoton. Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Lichtleistung einer Leuchtdiode 3 von der Temperatur der Leuchtdiode 3 bei verschiedenen, jeweils konstanten Diodenströmen I₁ bis I₃, wobei gilt: I₁ < I₂ < I₃. Mit sinkender Dioden temperatur T steigt die Lichtleistung bei konstantem Diodenstrom I an. Um eine vorgegebene Lichtleistung L₀ für eine Leuchtdiode 3 zu erzielen, ist bei einer ersten, tiefen Diodentemperatur T₁ der kleinste Diodenstrom I₁ ausreichend. Bei einer mittleren Diodentemperatur T₂ ist dazu der Strom I₂ erforderlich, der größer ist als der Strom I₁. Für eine hohe Diodentemperatur T₃ ist für die Lichtleistung L₀ der höchste Diodenstrom I₃ erforderlich.

Die generelle Abhängigkeit des Diodenstroms I von der Diodentemperatur T zur Erzielung einer konstanten Licht leistung L₀ einer Leuchtdiode 3 ist in Fig. 3 wiederge geben. Der erforderliche Diodenstrom I sinkt mit abnehmender Diodentemperatur T. Dies liegt daran, daß die Lichtausbeute der Leuchtdiode 3 mit abnehmender Diodentemperatur wächst.

Mit der Schaltungsanordnung für die Konturbeleuchtung 1, die schematisch in Fig. 4 und detaillierter in Fig. 5 dargestellt ist, wird eine konstante Lichtleistung bei veränderlicher Temperatur des LED-PCBs 2 erzielt. Dies geschieht wie folgt:
Zur Versorgung der LED-PCB 2 mit dem Diodenstrom I dient eine Spannungsquelle 11. Diese arbeitet über eine Leitung 10 mit einer Konstantstromschaltung 9 zusammen, an deren Ausgangsleitung 12 ein konstanter Diodenstrom I für die LED-PCB 2 abgegeben wird. Der Strom ist in dem Sinne konstant, als er weitgehend von Spannungsschwankungen der Spannungsquelle 11 unabhängig ist. Der Wert, auf den der Strom geregelt wird, ist jedoch in einer Weise veränderbar, die weiter unten näher erläutert wird. Hierzu weist die Konstantstromschaltung 9 einen Steuereingang 20 auf.

Ein Temperatursensor 5 ist in dem Gehäuse der Leuchtreklame angeordnet und mißt die hier herrschende Temperatur, die mit der Arbeitstemperatur der Leuchtdioden 3 in eindeu tiger Weise korreliert ist. Alternativ kann der Tempera tursensor 5 auch an der Gebäudewand hinter der Leuchtre klame angebracht sein und die hier herrschende Umgebungs temperatur messen. Der Temperatursensor 5 ist mit dem Steuereingang 20 der Konstantstromschaltung 9 verbunden.

Mit der Spannungsquelle 11 steht über eine Steuerleitung eine Spannungssteuerschaltung 29 in Verbindung. Diese erhält als Eingangssignal das Ausgangssignal eines Kompa rators 26. Der Komparator 26 vergleicht die Spannung direkt am Ausgang der Spannungsquelle 11, die er über einen Verzweigungspunkt 31 in der Leitung 10 abgreift, mit der an den Leuchtdioden 3 abfallenden Spannung, die er über einen Verzweigungspunkt 32 in der Ausgangslei tung 12 abgreift.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung ist folgende:
Bei einer bestimmten ersten vom Temperatursensor 5 gemes senen Temperatur der Leuchtdioden 3 liefert die Konstant stromschaltung 9 einen konstanten Diodenstrom I für die Leuchtdioden 3 auf der Ausgangsleitung 12. Wenn die Arbeitstemperatur der Leuchtdioden 3 sich ändert, z. B. aufgrund abendlich sinkender Außentemperaturen geringer wird, steuert der Temperatursensor 5 die Konstantstrom schaltung 9 nun gemäß der in Fig. 3 schematisch darge stellten Temperatur/Strom-Kennlinie derart an, daß der Diodenstrom I sinkt. Die Lichtleistung L₀ der Leuchtdio den 3 bleibt dann entsprechend den obigen Ausführun gen zu den Fig. 1 bis 3 konstant.

Die Spannungsregelung der Spannungsquelle 11 funktio niert folgendermaßen:
Der Komparator 26 vergleicht kontinuierlich oder in vorge gebenen zeitlichen Abständen die Spannungen an den Verzwei gungspunkten 31 und 32. Die Spannung am Verzweigungspunkt 31 in der Leitung 10 entspricht U_I + U_D, also der Summe der Spannungen, die an der Konstantstromschaltung 9 und den Leuchtdioden 3 abfallen. Die Spannung am Verzwei gungspunkt 32 ist die an den Leuchtdioden 3 abfallende Diodenspannung U_D. Durch den Vergleich am Komparator 26 wird demnach die Spannung U_I, die an der Konstantstrom schaltung 9 abfällt, bestimmt.

Das Ergebnis dieses Vergleichs wird an die Spannungssteu erschaltung 29 weitergeleitet. In der Spannungssteuerschal tung 29 wird der gemessene Spannungs-Istwert U_I mit einem vorgegebenen Spannungs-Sollwert für die Spannung an der Konstantstromschaltung 9 verglichen. Der Spannungs-Sollwert entspricht der zum Betrieb der Konstantstromschaltung 9 erforderlichen minimalen Steuerspannung. Abhängig vom Vergleichsergebnis zwischen Ist- und Sollwert steuert die Spannungssteuerschaltung 29 die Spannungsquelle 11 so an, daß an der Konstantstromschaltung 9 diese minimale Spannung abfällt. Auf diese Weise wird eine möglichst geringe Versorgungsspannung bereitgestellt und die Verlustleistung in der Konstantstromschaltung 9 minimiert.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanord nung von Fig. 1 detaillierter dargestellt:
Mitsamt dem Temperatursensor 5 stellt die Konstantstrom schaltung 9 eine Konstantstromquelle mit zwei Transistoren 13, 14 sowie zwei Widerständen, nämlich dem Temperatursensor 5 und einem weiteren Steuerwiderstand 15, dar. Die Wahl der Transistoren und der Arbeitswiderstände 5, 15 ist dabei derart, daß die gewünschte Temperatur/Strom charakteristik erzielt wird.

Zusätzlich enthält die Schaltungsanordnung einen nicht dargestellten Komparator. Dieser vergleicht das vom Temperatursensor 5 kommende Signal mit einem abgespeicher ten Wert, welcher für eine maximale Arbeitstemperatur der Leuchtreklame repräsentativ ist. Wird diese Maximaltempe ratur überschritten, gibt der Komparator ein Signal ab, welches die gesamte Schaltungsanordnung, zumindest aber die Konstantstromschaltung 9, abschaltet.

Claims

1. Leuchtreklame, insbesondere Konturbeleuchtung, mit
einer Mehrzahl von Leuchtdioden, die von mindestens einer mit einer Konstantstromschaltung zur Vorgabe eines Versorgungsstroms für die Leuchtdioden zusammenarbeitenden Spannungsquelle gespeist sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Spannungsquelle (11) zugeordnet sind:

a) eine Vergleichsschaltung (26), welche die an den Leucht dioden (3) abfallende Spannung mit der Ausgangsspannung der Spannungsquelle (11) vergleicht;
b) eine Steuerschaltung (29), welche mit der Vergleichs schaltung (26) und der Spannungsquelle (11) verbunden ist und die Ausgangsspannung der Spannungsquelle (11) steuert,

wobei

a) mit der Steuerschaltung (29) die Ausgangsspannung der Spannungsquelle (11) so steuerbar ist, daß an der in Reihe zu den Leuchtdioden (2) geschalteten unab hängigen Konstantstromschaltung (9) immer nur die minimale, zu ihrem Betrieb erforderliche Spannung abfällt.

2. Leuchtreklame nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromschaltung (9) einen Temperatur sensor (5) umfaßt, wobei

a) der Temperatursensor (5) eine mit der Arbeitstempe ratur der Leuchtdioden (3) korrelierte Temperatur mißt und
b) die Konstantstromschaltung (9) durch den Temperatursen sor (5) so steuerbar ist, daß der von ihr abgegebene Versorgungsstrom für die Leuchtdioden (3) eine Tempera turabhängigkeit besitzt, welche die Temperaturabhängig keit der Lichtausbeute der Leuchtdioden (3) zumindest annähernd kompensiert.