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Die Erfindung beschreibt eine Stromversorgung für Leuchtdiodenanordnungen mit einer Stromquelle.
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Leuchtdioden wurden bislang hauptsächlich einzeln als Signal- oder Statusanzeige verwendet. Durch Fortschritte bei der Fertigung von Leuchtdioden werden jedoch ständig neue Einsatzbereiche erschlossen. Daher nimmt die Verbreitung von Leuchtdioden für Beleuchtungszwecke stetig zu. Mittlerweile werden Leuchtdioden bereits als Ersatz für Glühlampen und Leuchtstofflampen für allgemeine und spezielle, mitunter auch für großflächige Beleuchtungszwecke verwendet.
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Bei diesen Anwendungen sind meist mehrere Leuchtdioden zu einer Leuchtdiodenanordnung zusammengefasst, wobei die einzelnen Leuchtdioden parallel und/oder seriell geschaltet sind.
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Bei praktisch jeder Anwendung und jedem Gerät ist die Anzahl, die Leistung und die Verschaltung der Leuchtdioden innerhalb der Leuchtdiodenanordnung verschieden. Daher benötigt jedes Gerät eine speziell an die Leuchtdiodenanordnung angepasste Stromversorgung. Aufgrund der nahezu unendlichen Vielzahl an Konfigurationsmöglichkeiten für die Leuchtdiodenanordnungen ist dies sehr aufwändig und kostenintensiv.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stromversorgung zu schaffen, die für verschiedene Leuchtdiodenanordnungen einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stromversorgung für eine Leistungsklasse dimensioniert ist und eine einstellbare Stromquelle und eine einstellbare Leistungsbegrenzung aufweist, wobei die Leistungsbegrenzung innerhalb der Grenzen der Leistungsklasse einstellbar ist, dass die Stromversorgung einen Steuerbaustein zur Steuerung der Stromquelle und der Leistungsbegrenzung aufweist und dass der Steuerbaustein zur Ausführung eines Betriebsprogrammes ausgebildet ist, das als Eingabeparameter die Anzahl der anzusteuernden Leuchtdioden und die Art deren Verschaltung aufweist und davon abhängig die Stromstärke der Stromquelle und die Leistungsbegrenzung gesteuert werden.
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Die erfindungsgemäße Stromversorgung ist dadurch an alle Anwendungen innerhalb einer Leistungsklasse anpassbar. Der Vorteil dabei ist, dass innerhalb einer Leistungsklasse nur noch eine einzige erfindungsgemäße Stromversorgung notwendig ist, die an jedes Gerät mit einer Leuchtdiodenanordnung anpassbar ist.
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Die Anpassung der Stromversorgung an die Leuchtdiodenanordnung erfolgt durch Übergabe von Eingabeparametern an einen Steuerbaustein der Stromversorgung. Diese Eingabeparameter umfassen im Wesentlichen die Anzahl der einzelnen Leuchtdioden in der Leuchtdiodenanordnung und die Art der Verschaltung. Das heißt wie viele Leuchtdioden sind parallel und/oder seriell geschaltet.
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Zusätzlich wird beispielsweise der Nennstrom und/oder die Leistungsaufnahme der einzelnen Leuchtdioden als Eingabeparameter benötigt. Aus diesen Eingabeparametern werden durch das Betriebsprogramm des Steuerbausteins der zum Betrieb der Leuchtdiodenanordnung benötigte Strom und die benötigte Leistung ermittelt. Nach diesen Werten werden die Stromquelle und die Leistungsbegrenzung der Stromversorgung eingestellt und geregelt.
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Um die Verlustleistung und die Kosten gering zu halten, ist die erfindungsgemäße Stromversorgung jeweils für eine Leistungsklasse ausgelegt. Das heißt die Leistungsbegrenzung ist nur innerhalb der Grenzen der vorgegebenen Leistungsklasse einstellbar, beispielsweise zwischen 30 W und 60 W, zwischen 10 W und 20 W, zwischen 60 W und 100 W oder zwischen jedem anderen sinnvollen Wertepaar.
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Der Vorteil ist nun, dass die Anpassung der Stromversorgung an die anzusteuernde Leuchtdiodenanordnung durch den Endanwender erfolgen kann, ohne dass dafür tiefgreifende Kenntnisse der elektronischen Grundlagen notwendig sind. Der Anwender, beispielsweise ein Lampenhersteller, kann beispielsweise eine Lampe mit einer Leuchtdiodenanordnung entwerfen und die Stromversorgung dazu selbst anpassen. Bei einer kurzfristigen Änderung der Leuchtdiodenanordnung, beispielsweise der Anzahl der Leuchtdioden oder deren Verschaltung, ist keine andere Stromversorgung notwendig, solange die Leistungsklasse der verwendeten Stromversorgung nicht verlassen wird. Es genügt dann eine Neukonfiguration durch Änderung der Eingabeparameter.
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Der Steuerbaustein ist insbesondere ein Mikrokontroller, da diese kostengünstig sind und einfach mit dem Betriebsprogramm ausgestattet werden können. Der Steuerbaustein kann jedoch auch beispielsweise ein ASIC, ein FPGA, ein PIC oder ein anderes dergleichen programmierbares Bauteil aufweisen.
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Die Eingabeparameter sind vorzugsweise in einem Festspeicher abgelegt, von dem sie beim Start des Betriebsprogrammes in den Arbeitsspeicher geladen werden. Zweckmäßigerweise ist der Festspeicher nichtflüchtig, so dass die Parameter auch ohne Betriebsspannung erhalten bleiben.
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Die Stromversorgung kann beispielsweise Eingabegeräte aufweisen, die eine Änderung der Eingabeparameter direkt an der Stromversorgung ermöglichen.
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Vorzugsweise sind die Eingabeparameter aber über eine mit der Stromversorgung verbindbare externe Steuereinheit einstellbar oder änderbar. Dies kann beispielsweise über eine Schnittstelle des Steuerbausteins erfolgen. Dabei ist es grundsätzlich möglich, dass die Eingabeparameter selbst im Festspeicher abgelegt werden und/oder dass in der Steuereinheit daraus bereits weitere, für das Betriebsprogramm benötigte Parameter berechnet und diese alternativ oder zusätzlich im Festspeicher abgelegt werden.
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Die externe Steuereinheit kann beispielsweise ein Computer sein, mit dem eine grafische oder eine dialoggestützte Konfiguration durchführbar ist. Selbstverständlich kann die Steuereinheit auch diskrete Bedienelemente, etwa Schalter, aufweisen.
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Zusätzlich zur einstellbaren Leistungsbegrenzung kann die Stromversorgung eine einstellbare Spannungsbegrenzung aufweisen, so dass im Falle eines Fehlers oder eines Defekts in der Leuchtdiodenanordnung die Spannung nicht unerwünscht ansteigt und dadurch die Leuchtdioden oder andere Teile der Stromversorgung zerstört werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Stromversorgung eine Dimmeinrichtung auf, mit der die Helligkeit der Leuchtdiodenanordnung bis zu einem einstellbaren Maximalwert beliebig veränderbar ist. Dabei können die Helligkeit und/oder die Dimmcharakteristik als zusätzliche, vom Endanwender einstellbare Eingabeparameter des Betriebsprogrammes sein.
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Die Erfindung beschreibt weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Stromversorgung. Dabei wird in einem Betriebsprogramm eines Steuerbausteins aus der Anzahl der Leuchtdioden und deren Verschaltung in einer Leuchtdiodenanordnung als Eingabeparameter der benötigte Strom und die benötigte Leistung berechnet und dementsprechend die Stromquelle und die Leistungsbegrenzung auf diese Werte eingestellt.
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Die Eingabe der Eingabeparameter erfolgt vorzugsweise menügeführt durch eine externe mit der Stromversorgung verbindbare Steuereinheit.
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Die Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Stromversorgung mit verschiedenen möglichen Leuchtdiodenanordnungen und
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2a–2d beispielhaft eine menügeführte Programmierung der Eingabeparameter über einen externen Computer.
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Die 1 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausbildung einer erfindungsgemäßen Stromversorgung 1, die eine Leistungsfaktorkorrektur 2, eine einstellbare Gleichstromquelle 3, eine einstellbare Leistungsbegrenzung 4 und einen Steuerbaustein 5 zur Steuerung der einzelnen Komponenten aufweist. Die Stromversorgung 1 ist so ausgelegt, dass die einstellbare Leistung innerhalb einer Leistungsklasse liegt, das heißt, dass die Leistung nur innerhalb der Grenzen der Leistungsklasse einstellbar ist. Beispielsweise weist die Stromversorgung eine einstellbare Leistung zwischen 30 W und 60 W auf. Wird für eine Anwendung eine geringere oder eine höhere Leistung benötigt, muss eine Stromversorgung einer entsprechend anderen Leistungsklasse verwendet werden. Bei geringer Leistung ist unter Umständen keine Leistungsfaktorkorrektur notwendig.
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Die genaue Ausführung der einzelnen Komponenten spielt für die Erfindung keine wesentliche Rolle, weshalb die Leistungsfaktorkorrektur 2, die Stromquelle 3 und die Leistungsbegrenzung 4 nicht näher im Detail beschrieben sind. Diese Komponenten sind aus dem Stand der Technik in vielen Ausführungen bekannt, so dass eine für die jeweilige Anwendung geeignete Ausführung leicht ausgewählt werden kann.
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Der Steuerbaustein 5 der Stromversorgung 1 ist im Beispiel als Mikrokontroller ausgeführt. Der Mikrokontroller 5 hat einen nichtflüchtigen Speicher 6, in dem die Eingabeparameter 7 und das Betriebsprogramm 8 gespeichert sind. Beim Einschalten der Stromversorgung, werden das Betriebsprogramm 8 und die Eingabeparameter 7 in den Arbeitsspeicher 9 geladen, wo das Betriebsprogramm 8 ausgeführt wird.
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Das Betriebsprogramm 8 hat einen Regelalgorithmus 10 mit dem aus den Eingabeparametern 7 die Betriebsparameter zur Steuerung der Stromquelle 3 und der Leistungsbegrenzung 4 und eventuell weiterer Komponenten berechnet werden.
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Im Beispiel ist links eine Leuchtdiodenanordnung 11 mit einem Leuchtdiodenmodul (LED-Modul) 12 gezeigt, in dem drei einzelne Leuchtdioden 13 in Reihe geschaltet sind. Eingabeparameter 7 wären in diesem Falle die Anzahl drei und Parallelschaltung. Alternativ kann auch das LED-Modul 12 als kleinste Einheit betrachtet werden. In diesem Falle wäre die Anzahl auf Eins zu setzen, wobei die Verschaltung egal wäre.
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Aus diesen Eingabeparametern 7 berechnet der Mikrokontroller 5 den benötigten Strom und die benötigte Leistung. Eventuell benötigt der Kontroller dazu die Leistungsaufnahme und den Strom der Einzelleuchtdioden 13 oder des LED-Moduls 12 als zusätzliche Eingabeparameter.
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Die Stromquelle 3 der Stromversorgung 1 wird daraufhin auf den benötigten Strom eingestellt, wobei die Spannung entsprechend geregelt wird, dass sich dieser Strom einstellt. Weiterhin wird die Leistungsbegrenzung 4 eingestellt, damit insgesamt die Spannung nicht zu hoch geregelt wird.
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Wird in der Leuchtdiodenanordnung 11 ein weiteres identisches LED-Modul 12 zum ersten parallel geschaltet, wie in der mittleren Leuchtdiodenanordnung 11 gezeigt, müsste lediglich dieses Modul 12 zusätzlich angegeben werden. Die Eingabeparameter 7 wären dann Zwei und Parallelschaltung Die benötigte Spannung ändert sich dadurch nicht, jedoch müssten der Strom und damit auch die Leistung verdoppelt werden.
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Anders hingegen bei der rechten Leuchtdiodenanordnung 11 mit drei in Reihe geschalteten, identischen LED-Modulen 12. Die Parameter wären dann Drei und Reihenschaltung. Hier bleibt gegenüber der linken Anordnung 11 der Strom gleich, jedoch verdreifacht sich die benötigte Spannung, wodurch sich auch die Leistungsaufnahme verdreifacht.
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Im Stand der Technik müsste für jede dieser Leuchtdiodenanordnungen 11 eine eigene Stromversorgung ausgelegt werden. Durch die Erfindung ist dies alles mit nur einer Stromversorgung möglich, solange die Leistungsklasse nicht verlassen wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäße Stromversorgung 1 vom Endanwender einfach auf die anzusteuernde Leuchtdiodenanordnung eingestellt werden kann.
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Die Änderung der Eingabeparameter 7 erfolgt beispielsweise durch eine externe Steuereinheit 14, die im Beispiel als Programm auf einem Computer realisiert ist.
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Die 2a bis 2d zeigen beispielhaft, wie eine Konfiguration der Eingabeparameter der Stromversorgung über diesen externen Computer 14 erfolgen kann.
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Der Computer 14 wird dazu mit einer Schnittstelle der Stromversorgung verbunden und auf dem Computer ein menügeführtes Konfigurationsprogramm ausgeführt. In einem ersten Schritt (2a) wird beispielsweise die Verschaltung der anzusteuernden Leuchtdioden gewählt. Dabei können hier sowohl Einzelleuchtdioden als auch LED-Module mit mehreren Leuchtdioden als kleinste Einheit berücksichtigt werden. Im folgenden wird von LED-Modulen ausgegangen, wobei die Anzahl der Leuchtdioden im Modul auch eins sein kann.
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Danach wird die Anzahl der anzusteuernden LED-Module gewählt (2b). Im Beispiel wurde eine parallele Verschaltung von 3 LED-Modulen gewählt. Eine Symbolgrafik zeigt die Schaltung an, wobei im Beispiel einzelne Leuchtdioden der Einfachheit halber auch die LED-Module repräsentieren.
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In einem weiteren Schritt wird die maximale Leistungs- bzw. Stromaufnahme der LED-Module eingegeben (2c).
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In einem letzen Schritt (2d) kann die Einstellung übernommen und an die Stromversorgung übermittelt werden.
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Die Programmierung der Eingabeparameter kann daneben auf viele andere Weisen erfolgen. Die Erfindung ist daher keinesfalls auf das gezeigte Beispiel beschränkt.
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Im Betriebsprogramm 8 der Stromversorgung 1 werden aus diesen Eingabeparametern die benötigte Stromstärke und die benötigte Leistung nach einem Algorithmus berechnet. Entsprechend dieser Werte werden die Stromquelle 3 und die Leistungsbegrenzung 4 eingestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromversorgung
- 2
- Leistungsfaktorkorrektur
- 3
- Stromquelle
- 4
- Leistungsbegrenzung
- 5
- Steuerbaustein
- 6
- nichtflüchtiger Speicher
- 7
- Eingabeparameter
- 8
- Betriebsprogramm
- 9
- Arbeitspeicher
- 10
- Regelalgorithmus
- 11
- Leuchtdiodenanordnung
- 12
- LED-Modul
- 13
- Leuchtdiode
- 14
- Steuereinheit
