DE102011016802B4

DE102011016802B4 - Control device for LED lighting devices

Info

Publication number: DE102011016802B4
Application number: DE102011016802A
Authority: DE
Inventors: Walter Megerle
Original assignee: Seuffer GmbH and Co KG
Current assignee: Seuffer GmbH and Co KG
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: DE102011016802A1

Abstract

Steuerungsvorrichtung, die in Reihe mit einer Mehrzahl von zu steuernden Leuchtdioden (D1–Dm) schaltbar ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (2) umfasst:
– ein erstes Schaltelement (T1) zur Steuerung eines Stroms (IS) durch die Mehrzahl der Leuchtdioden (D1 bis Dm),
– eine Erzeugungseinrichtung (R3) zur Erzeugung eines Steuersignals (U3) und Zuführen des Steuersignals zu dem ersten Schaltelement (T1), und
– eine Begrenzungseinrichtung (R1, R2, T2) zur Erfassung des Stroms (IS) durch die Leuchtdioden (D1–Dm) und zur Beeinflussung der Steuerungsvorrichtung (2) in Abhängigkeit von dem erfassten Strom (IS) zur Begren- zung des Stroms, wobei
– die Erzeugungseinrichtung (R3) mittels eines Knotenpunkts (Z) mit einer Bezugsspannung (UR) verbunden ist, und wobei das Steuersignal (U3) in Abhängigkeit von der Bezugsspannung gebildet wird, und
– die Bezugsspannung (UR) ein Potential innerhalb der Reihenschaltung der Mehrzahl der Leuchtdioden (D1–Dm) ist.A control device switchable in series with a plurality of light emitting diodes (D1-Dm) to be controlled, the control device (2) comprising:
A first switching element (T1) for controlling a current (IS) through the plurality of light emitting diodes (D1 to Dm),
- Generating means (R3) for generating a control signal (U3) and supplying the control signal to the first switching element (T1), and
- A limiting device (R1, R2, T2) for detecting the current (IS) through the light emitting diodes (D1-Dm) and for influencing the control device (2) in dependence on the detected current (IS) to limit the current,
- The generating means (R3) by means of a node (Z) is connected to a reference voltage (UR), and wherein the control signal (U3) is formed in dependence on the reference voltage, and
- The reference voltage (UR) is a potential within the series connection of the plurality of light-emitting diodes (D1-Dm).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung, und insbesondere eine elektrische Steuerungsvorrichtung zur Steuerung von Beleuchtungseinrichtungen unter Verwendung von Leuchtdioden (LED).The present invention relates to a control device, and more particularly to an electric control device for controlling lighting devices using light emitting diodes (LED).

Durch die weitergehende technische Entwicklung bei der Herstellung von Leuchtdioden (engl.: light emitting diode, LED) sowie der damit verbundenen ständig steigenden Lichtausbeute und Lebensdauer werden zunehmend Beleuchtungseinrichtungen unter Verwendung von Leuchtdioden entwickelt für allgemeine und auch spezielle Beleuchtungszwecke. An Stelle anderer Beleuchtungseinrichtungen, wie Glühlampen oder auch sogenannten Energiesparlampen werden spezielle Anordnungen von Leuchtdioden LED eingesetzt. In Abhängigkeit der erforderlichen Lichtstärke muss meist eine größere Anzahl von Leuchtdioden eingesetzt werden. In einer auf der Basis von Leuchtdioden gebildeten Leuchte, nachstehend auch als LED-Leuchte bezeichnet, werden häufig aus Kostengründen und aus Gründen einer gleichmäßigen und besseren Lichtverteilung statt einer geringen Anzahl von Leuchtdioden mit höherer oder höchster Leistung eine größere Anzahl von Leuchtdioden mit einer etwas niedrigeren Leistung eingesetzt, da hierdurch die Lebensdauer der einzelnen Bauelemente verlängert werden kann. In manchen Fällen kann die erforderliche Lichtleistung (die sog. Bemessungslichtleistung) nur durch den Einsatz einer großen Anzahl von Leuchtdioden erreicht werden. Dies ist beispielsweise der Fall bei Beleuchtungseinrichtungen zur Beleuchtung öffentlicher Straßen und Plätze oder größerer Hallen und Sportanlagen.Due to the advanced technical development in the production of light emitting diodes (engl. Light emitting diode, LED) and the associated ever-increasing light output and life increasingly lighting devices using light emitting diodes are being developed for general and special lighting purposes. In place of other lighting devices, such as incandescent lamps or so-called energy-saving lamps special arrangements of light emitting diodes LED are used. Depending on the required light intensity usually a larger number of light-emitting diodes must be used. In a lamp formed on the basis of light emitting diodes, hereinafter also referred to as LED light, often for reasons of cost and for the sake of a uniform and better light distribution instead of a small number of light emitting diodes with higher or highest power, a larger number of light emitting diodes with a slightly lower Power used, since this can extend the life of the individual components. In some cases, the required light output (the so-called rated light output) can only be achieved by using a large number of light-emitting diodes. This is the case, for example, with lighting devices for illuminating public streets and squares or larger halls and sports facilities.

Leuchtdioden stehen mit unterschiedlicher Leistung zur Verfügung. Hierbei ist zu beachten, dass mit der größer werdenden Leistung der einzelnen Leuchtdiode ihr Wirkungsgrad verschlechtert wird. Auch aus diesem Grund werden bei vielen Anwendungen die Leuchtdioden in größerer Anzahl mit einer jeweils geringeren Einzelleistung betrieben. Hierbei kann die tatsächliche Betriebsleistung unterhalb der von einem Hersteller angegebenen Nennleistung liegen.LEDs are available with different power. It should be noted that with the increasing power of the individual LED their efficiency is degraded. Also for this reason, the LEDs are operated in larger numbers with a lower individual power in many applications. In this case, the actual operating power may be below the rated power specified by a manufacturer.

Eine größere Anzahl von Leuchtdioden ist im Allgemeinen in entsprechenden geometrischen Anordnungen bei der Ausgestaltung einer Leuchte vorgesehen (Leuchtdipoden-Array, LED-Array). Hierbei können mehrere Leuchtdioden in unterschiedlichen Gruppen parallel und in Reihe geschaltet werden. Bei Anwendungen werden für die jeweiligen Beleuchtungseinrichtungen auf der Basis der Leuchtdioden die einzelnen Leuchtdioden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit (Lichtabgabe) sowie ihrer Lichtfarbe (Farbtemperatur) ausgewählt. Es sind grundsätzlich verschiedene Lichtfarben sowie Infrarotstrahlung oder ultraviolette Strahlung möglich, wobei im Allgemeinen das abgegebene Licht innerhalb eines begrenzten Spektralbereichs liegt.A larger number of light-emitting diodes is generally provided in corresponding geometrical arrangements in the design of a luminaire (light-emitting diode array, LED array). In this case, a plurality of light emitting diodes in different groups can be connected in parallel and in series. In applications, the individual light-emitting diodes are selected with regard to their performance (light output) and their light color (color temperature) for the respective lighting devices based on the LEDs. In principle, different light colors as well as infrared radiation or ultraviolet radiation are possible, wherein in general the emitted light lies within a limited spectral range.

Bei Leuchtdioden ist die Lichtabgabe annähernd proportional zum Betriebsstrom, d. h. zur Stromaufnahme der Leuchtdiode in ihrer Durchlassrichtung. Ferner liegt auch eine von ihrer Temperatur abhängige exponentiell ansteigende Strom-Spannungs-Kennlinie vor. Es wird ein Betrieb der Leuchtdioden mittels eines Konstantstroms bevorzugt, wobei die Lichtabgabe gesteuert werden kann und sich dann die Betriebsspannung einstellt. Wie es bei Halbleiterbauelementen üblich ist besitzen auch Leuchtdioden eine entsprechende Exemplarstreuung hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften, so dass dies bei der Beschaltung der Leuchtdioden in verschiedenen Gruppen in Reihe und parallel Auswirkungen hat und daher berücksichtigt werden muss.In light emitting diodes, the light output is approximately proportional to the operating current, d. H. for current consumption of the light emitting diode in its forward direction. Furthermore, there is also an exponentially increasing current-voltage characteristic dependent on its temperature. It is preferred to operate the light-emitting diodes by means of a constant current, wherein the light output can be controlled and then adjusts the operating voltage. As is customary in semiconductor components, light-emitting diodes also have a corresponding specimen scattering with regard to their electrical properties, so that this has an effect on the wiring of the light-emitting diodes in different groups in series and in parallel and therefore has to be taken into account.

Die Gestaltung einer LED-Leuchte umfasst die Leuchtdioden in einer geometrischen Anordnung mit einer Reihen- oder Parallelschaltung, wobei die einzelnen Leuchtdioden alle die gleiche Helligkeit (Lichtabgabe) aufweisen sollen. Daher ist je nach Versorgungsspannung und einem zu erreichenden Lichtstrom in Abhängigkeit von dem Beleuchtungsbedarf eine günstige Anordnung in Verbindung mit einer jeweiligen Reihen- und Parallelschaltungen zu wählen. Es kann hierbei die Anordnung der Leuchtdioden aus x Strängen zu jeweils y Leuchtdioden im Einzelstrang vorgesehen sein, wobei dann die zum Speisen eines einzelnen Stranges erforderliche Spannung, die Strang-Brennspannung, etwa der von außen zur Verfügung gestellten Versorgungsspannung entspricht.The design of an LED lamp comprises the light emitting diodes in a geometric arrangement with a series or parallel connection, wherein the individual light emitting diodes should all have the same brightness (light output). Therefore, depending on the supply voltage and a luminous flux to be reached depending on the lighting requirements to choose a convenient arrangement in conjunction with a respective series and parallel circuits. It can be provided in this case the arrangement of the light emitting diodes of x strands to each y light-emitting diodes in single strand, in which case the voltage required for feeding a single strand, the strand-burning voltage, as the supply voltage provided from the outside corresponds.

Im Betrieb der Leuchtdioden kann entsprechend der Schaltungsanordnung eine Helligkeitseinstellung oder Leistungsteuerung und eine Regelung mittels einer entsprechenden Pulsbreitenmodulation (engl.: Pulse Width Modulation, PWM) der Betriebsgrößen erreicht werden. Hierbei wird die Taktfrequenz entsprechend groß gewählt, so dass für das menschliche Auge kein Flimmern erkennbar ist.During operation of the light-emitting diodes, brightness adjustment or power control and regulation by means of a corresponding pulse width modulation (PWM) of the operating variables can be achieved in accordance with the circuit arrangement. Here, the clock frequency is chosen to be large, so that no flicker is visible to the human eye.

Ungeachtet der Möglichkeit einer entsprechenden Helligkeitseinstellung oder Leistungssteuerung oder Regelung weisen jeweilige Leuchtdioden aus fertigungstechnischen Gründen durch die unvermeidliche Exemplarstreuung unterschiedliche Brennspannungen auf, so dass bei einem LED-Strang bei der Parallelschaltung mehrerer LED-Stränge, dessen Brennspannung am niedrigsten ist, die jeweiligen Leuchtdioden somit die größte Lichtabgabe aufweisen und auch in Folge der geringeren Brennspannung einen höheren Strom tragen. Ungeachtet einer entsprechenden Regelung eines im Wesentlichen konstant gehaltenen Stroms zur Ansteuerung der jeweiligen Leuchtdioden anhand der Energie aus einer entsprechenden Leistungsquelle kann in Einzelfällen eine Überlast durch einen übermäßig hohen Strom nicht vermieden werden. Es kann ein länger andauender zu hoher Strom die übliche höhere Lebensdauer einer Leuchtdiode erheblich verkürzen, so dass neben dem Vorteil einer geringeren Wartung bei LED-Leuchten auch der Wirkungsgrad und damit die Vorteile einer Effizienz der Leuchtdioden verloren gehen können oder zumindest vermindert werden.Regardless of the possibility of a corresponding brightness adjustment or power control or regulation have respective LEDs for manufacturing reasons due to the unavoidable Exemplarstreuung different burning voltages, so that in a LED string in the parallel circuit of several LED strands whose burning voltage is lowest, the respective LEDs thus the have the largest light output and also carry a higher current due to the lower burning voltage. Regardless of a corresponding control of a substantially constant current for driving the respective light-emitting diodes based on the energy from a corresponding power source, an overload can not be avoided in some cases by an excessively high current. It can shorten the usual longer life of a light emitting diode a much longer lasting to high current, so that in addition to the advantage of lower maintenance of LED lights and the efficiency and thus the benefits of efficiency of the LEDs can be lost or at least reduced.

Zur Beschaltung von Leuchtdioden an einer Leistungsquelle mit einem im Wesentlichen konstant gehalten Strom kann ein entsprechend dimensionierter Vorwiderstand verwendet werden, oder es können die Leuchtdioden aus einem Netzteil mit einem Transformator und einem Gleichrichter sowie einem entsprechenden Kondensator betrieben werden. Ebenfalls ist ein Betrieb mit einer in angemessener Weise dimensionierten Elektronikschaltung in Form einer Konstant-Stromquelle sinnvoll. Derartige Anordnungen ermöglichen zwar eine wirkungsvolle Steuerung und das Vermeiden von Beschädigungen oder unnötiger Belastung der Leuchtdioden, jedoch stellen diese Maßnahmen sehr stark verlustbehaftete Betriebs- oder Steuerungsmöglichkeiten dar, wodurch ebenfalls die Effizienz beim Einsatz von Leuchtdioden vermindert wird.For the connection of light-emitting diodes to a power source with a substantially constant current, a correspondingly dimensioned series resistor can be used, or the light-emitting diodes can be operated from a power supply with a transformer and a rectifier and a corresponding capacitor. Also, an operation with a suitably dimensioned electronic circuit in the form of a constant current source makes sense. Although such arrangements allow effective control and avoidance of damage or unnecessary loading of the LEDs, but these measures are very lossy operating or control options, which also reduces the efficiency of the use of LEDs is reduced.

Die Druckschrift DE 102 30 103 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung für Leuchtdioden (LED), wobei die Schaltungsanordnung eine Stromregelung durchführen kann für eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden. Ein Hauptbauelement (Schaltelement) in Form eines Transistors wird in entsprechender Weise angesteuert zur Bereitstellung einer Stromregelung, wobei hierzu der Strom durch die Vielzahl der Leuchtdioden erfasst wird. Bei der Reihenschaltung der Leuchtdioden zusammen mit einem Widerstand und einer Induktivität wird des Weiteren die Gesamtspannung erfasst, sodass das diese ebenfalls in die Regelung einfließt. Die Schaltungsanordnung stellt somit eine konstante Stromversorgung auf der Grundlage eines Wandler-Prinzips bereit, wobei ein periodisch um einen Gleichstrom schwankender dreieckförmiger Wechselstrom durch die Leuchtdioden fließt.The publication DE 102 30 103 A1 discloses a power supply for light emitting diode (LED) circuitry, the circuitry being capable of current regulation for a plurality of light emitting diodes connected in series. A main component (switching element) in the form of a transistor is driven in a corresponding manner to provide a current control, for which purpose the current is detected by the plurality of light-emitting diodes. In the series connection of the LEDs together with a resistor and an inductance, the total voltage is further detected, so that this also flows into the scheme. The circuit arrangement thus provides a constant power supply based on a converter principle, with a periodically alternating with a direct current alternating triangular alternating current flowing through the light-emitting diodes.

Die Druckschrift DE 10 2006 059 355 A1 offenbart eine Ansteuerungseinrichtung und ein Verfahren zum Betrieb von zumindest einer Reihenschaltung von Leuchtdioden, wobei neben einer zentralen Spannungsregeleinheit jeder Zweig der Reihenschaltung der Leuchtdioden mit einer Stromregelungseinheit ausgestattet ist. Jede Stromregelungseinheit ist mit der Spannungsregelungseinheit zur Übertragung eines Stromregelsignals an die Spannungsregelungseinheit verbunden. Die Stromregelung erfolgt in Verbindung mit einer Erfassung des Stroms durch einen jeweiligen Zweig der Leuchtdioden mittels Spannungsteiler.The publication DE 10 2006 059 355 A1 discloses a driving device and a method for operating at least one series circuit of light-emitting diodes, wherein, in addition to a central voltage regulating unit, each branch of the series connection of the light emitting diodes is equipped with a current regulating unit. Each current control unit is connected to the voltage regulation unit for transmitting a current regulation signal to the voltage regulation unit. The current regulation takes place in conjunction with a detection of the current through a respective branch of the light-emitting diodes by means of voltage dividers.

Die Druckschrift DE 10 2006 061 885 A1 offenbart eine Lampenvorrichtung auf LED-Basis, wobei zumindest ein Zweig mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden durch ein zentrales Schaltelement mit einem elektrischen Strom versorgt wird. Mittels eines Informationssignals eines entsprechenden Messwiderstands, der vom Strom der Reihenschaltung der Leuchtdioden durchflossen wird, kann eine Stromregelung durchgeführt werden. Die Schaltung umfasst ferner ein weiteres Regelelement in Form eines Transistors, der bei Auftreten eines Überstroms eine Strombegrenzung vornimmt.The publication DE 10 2006 061 885 A1 discloses an LED-based lamp device, wherein at least one branch having a plurality of light-emitting diodes connected in series is supplied with electrical current by a central switching element. By means of an information signal of a corresponding measuring resistor, which is traversed by the current of the series connection of the LEDs, a current control can be performed. The circuit further comprises a further control element in the form of a transistor, which carries out a current limitation when an overcurrent occurs.

Die Druckschrift DE 10 2008 010 320 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden, wobei ebenfalls in Reihe mit den Leuchtdioden ein zentrales Schaltelement und ein Stromerfassungswiderstand geschaltet sind. Eine Steuerschaltung dient zur Einstellung und Regelung eines Stroms durch die Vielzahl der Leuchtdioden. Die Steuerschaltung kann im Betrieb eine Strombegrenzung vornehmen. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, einzelne Leuchtdioden der in Reihe geschalteten Leuchtdioden zu überbrücken und somit aus der Anzahl der betriebenen Leuchtdioden herauszunehmen. Auf diese Weise kann ein Abschalten dieser Leuchtdioden oder auch ein getaktetes Dimmen erreicht werden.The publication DE 10 2008 010 320 A1 discloses a circuit arrangement for driving a plurality of series-connected LEDs, wherein also in series with the LEDs, a central switching element and a current detection resistor are connected. A control circuit is used to set and control a current through the plurality of LEDs. The control circuit can make a current limit during operation. It is also possible to bridge individual LEDs of series-connected LEDs and thus remove from the number of LEDs operated. In this way, a shutdown of these LEDs or a clocked dimming can be achieved.

3 zeigt in schematischer Weise eine weitere bekannte Anordnung einer Vielzahl von Leuchtdioden, die in einzelnen Strängen parallel geschaltet sind und durch eine entsprechende Leistungsversorgungseinrichtung mit Leistung versorgt werden. 3 shows schematically a further known arrangement of a plurality of light emitting diodes, which are connected in parallel in individual strands and are powered by a corresponding power supply device with power.

Gemäß 3 ist ein elektrischer Wandler (beispielsweise ein Schaltwandler) W auf seiner Primärseite über einen Netzschalter SO mit einem allgemeinen Leistungsversorgungsnetz mit der Netzspannung U1 verbunden. An seiner Sekundärseite gibt der Schaltwandler W eine Spannung U2 und einen zugehörigen Strom (vorzugsweise einen Konstantstrom) für eine Vielzahl von Leuchtdioden D ab. Die Vielzahl der Leuchtdioden D ist in der vorstehend angegebenen Weise in Reihe und parallel geschaltet, wobei im vorliegenden Fall gemäß 3 beispielsweise vier Stränge oder Zweige ST1 bis ST4 vorgesehen sind. Die vier Stränge ST1 bis ST4 sind zueinander parallel geschaltet, wobei an jedem Strang insgesamt die Spannung U2 anliegt und ein gemeinsamer Strom Ig der gesamten Parallelschaltung zugeführt wird.According to 3 is an electrical converter (such as a switching converter) W on its primary side via a power switch SO connected to a general power supply network to the mains voltage U1. On its secondary side, the switching converter W outputs a voltage U2 and an associated current (preferably a constant current) for a plurality of light-emitting diodes D. The plurality of light-emitting diodes D is connected in series and in parallel in the manner indicated above, in the present case according to 3 For example, four strands or branches ST1 to ST4 are provided. The four strings ST1 to ST4 are connected in parallel with one another, wherein the voltage U2 is applied to each string in total and a common current Ig is supplied to the entire parallel circuit.

Jeder der Stränge ST1 bis ST4 umfasst die gleiche Anzahl y von bis auf jeweilige unvermeidliche Exemplarstreuungen gleiche Leuchtdioden D, die innerhalb eines Stranges zueinander jeweils in Reihe geschaltet sind. In jedem Strang fließt der Strom I, d. h. in dem ersten Strang ST1 der Strom I1, und in analoger Weise in den anderen Strängen die Ströme I2, I3 und I4.Each of the strands ST1 to ST4 comprises the same number y of the same light-emitting diodes D, which are in each case in series with each other, except for respective unavoidable specimen scattering are switched. In each strand, the current I flows, that is, in the first strand ST1, the current I1, and in an analogous manner in the other strands, the currents I2, I3 and I4.

Im Einzelnen umfasst gemäß 3 der erste Strang ST1 beispielsweise die in Reihe geschalteten Leuchtdioden D11 bis D1y, und in gleicher Weise umfasst der zweite Strang ST2 die zueinander in Reihe geschalteten Leuchtdioden D21 bis D2y. Dies gilt in gleichartiger Weise für den dritten und vierten Strang ST3 und ST4Specifically, according to 3 the first strand ST1, for example, the series-connected LEDs D11 to D1y, and in the same way, the second strand ST2 comprises the light-emitting diodes D21 to D2y connected in series to one another. This applies equally to the third and fourth strand ST3 and ST4

Zum Schalten der einzelnen Stränge ist in jedem Strang ein Schalter S1 bis S4 vorgesehen, und zur Strombegrenzung ist in jedem Strang ein Widerstand R eingesetzt, der aufgrund der ungefähren Gleichheit der Reihenschaltung der jeweiligen Leuchtdioden ebenfalls im wesentlichen (und abgesehen von Toleranzen) für jeden Strang gleich ist.For switching the individual strings, a switch S1 to S4 is provided in each string, and for current limiting, a resistor R is used in each string, which, due to the approximate equality of the series connection of the respective light emitting diodes substantially (and tolerances) for each strand is equal to.

Bei dem Betrieb der Vielzahl der Leuchtdioden gemäß 3 gibt der Wandler W die in einem gewissen Umfang veränderliche Spannung U2 ab, so dass im Wesentlichen den Leuchtdioden in der Reihen- und Parallelschaltung ein gesteuerter konstanter Strom zugeführt wird.In the operation of the plurality of light-emitting diodes according to 3 The converter W outputs the voltage U2 which can be varied to a certain extent, so that essentially a controlled constant current is supplied to the light-emitting diodes in the series and parallel connection.

Im Idealfall, d. h. bei der Annahme idealer und völlig identischer Bauelemente fließt in jedem der Stränge ST1 bis ST4 der gleiche Strom, so dass die Ströme I1 bis I4 identisch sind. Bei einer tatsächlichen Ausführung einer derartigen Leuchtdioden Anordnung einer LED-Leuchte gemäß 3 treten jedoch innerhalb der gesamten Schaltung einschließlich sämtlicher Leuchtdioden D durch deren Exemplarstreuung merkbare Unterschiede auf, so dass eine erwünschte gleichmäßige Stromaufteilung und damit eine gewünschte gleichmäßige Lichtabgabe sämtlicher Leuchtioden nicht gewährleistet ist. Somit verursachen die Exemplarstreuung der beteiligten Bauelemente sowie beispielsweise auch unterschiedliche Leitungslängen beim Anschluss der einzelnen Stränge von in Reihe geschalteten Leuchtdioden sowie beispielsweise auch Übergangswiderstände bei verschlechterten Kontakten Probleme bei der Stromaufteilung von parallel geschalteten Strängen. Es besteht die Möglichkeit, durch individuelle Widerstände R in den einzelnen Strängen eine unterschiedliche Stromaufteilung auszugleichen, wobei dies jedoch einer experimentellen Bestimmung bedarf und die Widerstände R bei ihrem Betrieb ebenfalls zu den unerwünschten elektrischen Verlusten beitragen. In jedem Fall ermöglichen derartige Widerstände R nur eine Einstellung, so dass im Laufe des Betriebs sich verändernde Eigenschaften der beteiligten Bauelemente nicht berücksichtigt werden können. Somit tritt eine gewisse Ungleichmäßigkeit der Ausleuchtung der jeweiligen Leuchtdioden oder auch jeweiliger Stränge von Leuchtdioden bei einer Vielzahl parallel geschalteter Stränge auf.In the ideal case, ie assuming ideal and completely identical components, the same current flows in each of the strings ST1 to ST4, so that the currents I1 to I4 are identical. In an actual embodiment of such a light-emitting diode arrangement of an LED lamp according to 3 However, noticeable differences occur within the entire circuit, including all light-emitting diodes D, as a result of their specimen scattering, so that a desired uniform current distribution and thus a desired uniform light output of all the light-emitting diodes is not guaranteed. Thus, the specimen scattering of the components involved as well as, for example, different line lengths when connecting the individual strands of light-emitting diodes connected in series and also, for example, contact resistances in the case of deteriorated contacts, cause problems in the current distribution of parallel-connected strands. It is possible to compensate for a different power distribution by individual resistors R in the individual strands, but this requires an experimental determination and the resistors R also contribute in their operation to the unwanted electrical losses. In any case, such resistors R allow only one setting, so that in the course of operation, changing properties of the components involved can not be considered. Thus, a certain unevenness of the illumination of the respective light-emitting diodes or of respective strands of light-emitting diodes occurs in the case of a multiplicity of parallel-connected strands.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Steuerungsvorrichtung derart auszugestalten, dass eine wirksame Ansteuerung von Leuchtdioden eines Stranges mittels einer einfachen und kostengünstigen Schaltungsanordnung bei einem gleichzeitig hohen Wirkungsgrad und einer gleichmäßigen Ausleuchtung der Leuchtdioden gewährleistet ist.The present invention is therefore based on the object to design a control device such that an effective control of light emitting diodes of a strand is ensured by means of a simple and inexpensive circuit arrangement with a high efficiency and a uniform illumination of the light-emitting diodes.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in den Patentansprüchen angegeben Merkmalen hinsichtlich einer Steuerungsvorrichtung und einer die Steuerungsvorrichtung verwendenden Beleuchtungseinrichtung gelöst.According to the invention, this object is achieved with the features specified in the patent claims with regard to a control device and a lighting device using the control device.

Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung, die in Reihe mit einer Mehrzahl von zu steuernden Leuchtdioden schaltbar ist, umfasst: ein erstes Schaltelement zur Steuerung eines Stroms durch die Mehrzahl der Leuchtdioden, eine Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals und Zuführen des Steuersignals zu dem ersten Schaltelement, und eine Begrenzungseinrichtung zur Erfassung des Stroms durch die Leuchtdioden und zur Beeinflussung der Steuerungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten Strom zur Begrenzung des Stroms.The control device according to the invention, which is switchable in series with a plurality of light-emitting diodes to be controlled, comprises: a first switching element for controlling a current through the plurality of light-emitting diodes, a generating device for generating a control signal and supplying the control signal to the first switching element, and a limiting device for detecting the current through the light-emitting diodes and for influencing the control device as a function of the detected current for limiting the current.

Die Lösung der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine wirksame Ansteuerung einer Mehrzahl parallel geschalteter Stränge, wobei der Steuerungsvorrichtung eine einfache Schaltungsanordnung und damit eine kostengünstige Verwirklichung zu Grunde liegen. Bei dem Betrieb der Steuerungsvorrichtung wird der Strom durch einen der Stränge mit der Reihenschaltung der Leuchtdioden erfasst, wobei die Steuerungsvorrichtung in einem selbstregelnden Bereich betrieben wird und auch bei Schwankungen der Leistungszufuhr oder bei unterschiedlichen Exemplarstreuungen der beteiligten Bauelemente eine annähernd gleichmäßige Ausleuchtung der Leuchtdioden dieses Stranges erreicht wird. Mit der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung ausgerüstete weitere Stränge werden ebenfalls in gleichartiger Weise geregelt, so dass mit dem Einsatz der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung in jedem zu betreibenden Strang der LED-Beleuchtungseinrichtung selbsttätig eine gleichmäßige Ausleuchtung erreicht wird. Gleichzeitig können eine Überlastung einzelner Stränge und ebenfalls eine Veränderung der Einstellung in Folge sich ändernder Temperaturen verhindert werden.The solution of the present invention enables effective control of a plurality of parallel-connected strands, wherein the control device is based on a simple circuit arrangement and thus a cost-effective implementation. In the operation of the control device, the current is detected by one of the strings with the series connection of the light emitting diodes, wherein the control device is operated in a self-regulating range and reaches an approximately uniform illumination of the light emitting diodes of this strand even with fluctuations in the power supply or different specimen scattering of the components involved becomes. Equipped with the control device according to the invention further strands are also controlled in a similar manner, so that with the use of the control device according to the invention in each strand to be operated LED lighting device automatically uniform illumination is achieved. At the same time an overload of individual strands and also a change of the setting due to changing temperatures can be prevented.

Im Ergebnis kann der durch die Gesamtheit der in Reihe geschalteten Leuchtdioden fließende Strom nahezu konstant und auf einem angemessenen Wert gehalten werden, so dass in der Berücksichtigung möglicher individueller Unterschiede der einzelnen Leuchtdioden jeweils der betreffende Strang auf seine optimalen Werte und damit auf eine gleichmäßige Leistungszufuhr geregelt wird. Wird eine Mehrzahl von LED-Strängen mit der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung ausgestattet und werden die entsprechenden elektrischen Parameter in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuert oder geregelt, dann führt dies zu einer sehr gleichmäßigen Ausleuchtung der einzelnen LED-Stränge bei einem gleichzeitig hohen Wirkungsgrad und dem Vermeiden der Überlast einzelner Bauteile.As a result, the current flowing through the entirety of the light-emitting diodes connected in series can be kept almost constant and at an appropriate value, so as to take into account possible individual differences the individual light-emitting diodes each of the strand in question is regulated to its optimum values and thus to a uniform power supply. If a plurality of LED strings are equipped with the control device according to the invention and the corresponding electrical parameters are controlled or regulated in the manner described above, then this leads to a very uniform illumination of the individual LED strands with a simultaneously high efficiency and avoidance of overload individual components.

Mit dem relativ einfachen Aufbau der gesamten Schaltungsanordnung, bei der auf einfache handelsübliche Bauteile zurückgegriffen werden kann und die auf einer vergleichsweise kleinen Leiterplatte aufgebaut werden kann, kann eine kostengünstige Fertigung erreicht werden. Die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Schaltungsanordnung der Steuerungsvorrichtung stellt somit eine einfache und kostengünstige Lösung zur Bereitstellung einer gleichmäßigen Ansteuerung verschiedener LED-Stränge dar.With the relatively simple construction of the entire circuit arrangement, in which can be used on simple commercially available components and which can be constructed on a comparatively small circuit board, a cost-effective production can be achieved. The proposed according to the present invention circuitry of the control device thus provides a simple and inexpensive solution for providing a uniform control of different LED strands.

In den zugehörigen Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung angegeben.In the associated subclaims further embodiments of the present invention are given.

Die Erzeugungseinrichtung der Steuerungsvorrichtung kann mittels eines Knotenpunkts mit einer Bezugsspannung verbunden sein, und es kann das Steuersignal in Abhängigkeit von der Bezugsspannung gebildet werden.The generating means of the control device may be connected to a reference voltage by means of a node, and the control signal may be formed in dependence on the reference voltage.

Die Bezugsspannung kann ein Potential innerhalb der Reihenschaltung der Mehrzahl der Leuchtdioden oder eine Versorgungsspannung sein.The reference voltage may be a potential within the series connection of the plurality of light-emitting diodes or a supply voltage.

Die Begrenzungseinrichtung kann einen ersten Widerstand aufweisen zur Erfassung des Stroms und zum Bilden einer ersten Spannung in Abhängigkeit von dem Strom. Die Begrenzungseinrichtung kann ein zweites Schaltelement aufweisen, das mit einem zweiten Knotenpunkt verbunden ist, an dem das Steuersignal anliegt, und wobei das zweite Schaltelement in Abhängigkeit von der ersten Spannung an dem ersten Widerstand angesteuert werden kann zur Beeinflussung des Steuersignals zur Verminderung des Stroms.The limiting means may comprise a first resistor for detecting the current and for forming a first voltage in dependence on the current. The limiting means may comprise a second switching element connected to a second node to which the control signal is applied, and wherein the second switching element may be driven in response to the first voltage across the first resistor to affect the control signal to reduce the current.

Die Begrenzungseinrichtung kann den Strom über eine erste Spannung erfassen und es kann die erste Spannung einer externen Leistungsversorgungseinheit zugeführt werden zur Steuerung einer Versorgungsspannung (Ausgangsspannung) der Leistungsversorgungseinheit.The limiting device may detect the current via a first voltage and the first voltage may be supplied to an external power supply unit for controlling a supply voltage (output voltage) of the power supply unit.

Das Steuersignal zur Ansteuerung des ersten Schaltelements kann an einem zweiten Knotenpunkt anliegen, und es kann die Steuerungsvorrichtung ferner ein drittes Schaltelement aufweisen zur weiteren Beeinflussung des Steuersignals am zweiten Knotenpunkt in Abhängigkeit von einer an dem dritten Schaltelement anliegenden Steuerspannung. Die Steuerspannung kann ein analoges Spannungssignal oder ein PWM-Signal sein.The control signal for driving the first switching element may be present at a second node, and the control device may further comprise a third switching element for further influencing the control signal at the second node in dependence on a voltage applied to the third switching element control voltage. The control voltage may be an analog voltage signal or a PWM signal.

Das erste Schaltelement kann ein MOSFET sein, während das zweite und dritte Schaltelement jeweils ein Bipolartransistor sein kann.The first switching element may be a MOSFET, while the second and third switching element may each be a bipolar transistor.

Das zweite Schaltelement der Begrenzungseinrichtung kann alternativ ein Operationsverstärker sein.The second switching element of the limiting device may alternatively be an operational amplifier.

Die Erzeugungseinrichtung kann ein hochohmiger Widerstand sein, der zwischen einem zweiten Knotenpunkt und einem dritten Knotenpunkt angeordnet sein kann.The generating means may be a high resistance resistor which may be disposed between a second node and a third node.

Die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einer Beleuchtungseinrichtung mit einer Mehrzahl von in Reihe und in mehreren Strängen parallel geschalteten Leuchtdioden verwendet werden.The control device according to the present invention may be used in a lighting device having a plurality of light emitting diodes connected in parallel in series and in several strings.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.The present invention will be described in more detail below by means of embodiments with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung einer LED-Beleuchtungseinrichtung, bei der die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung verwendet wird, 1 a block diagram of the circuit arrangement of an LED lighting device, in which the control device according to the invention is used,

2 ein detailiertes Schaltbild der Schaltungsanordnung der Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in einem Strang der LED-Beleuchtungseirichtung gemäß 1 angeordnet ist, und 2 a detailed circuit diagram of the circuit arrangement of the control device according to the present invention, as in a strand of the LED Beleuchtungseirichtung according to 1 is arranged, and

3 eine schematische Schaltungsanordnung zum Betreiben mehrerer Stränge von in Reihe geschalteten Leuchtdioden gemäß dem Stand der Technik. 3 a schematic circuit arrangement for operating a plurality of strands of series-connected LEDs according to the prior art.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred embodiments

Nachstehend wird im Einzelnen unter Bezugnahme auf 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.The following will be described in detail with reference to 1 A first embodiment of the present invention is described.

1 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung einer Beleuchtungseinrichtung (LED-Beleuchtungseinrichtung), bei der die erfindungsgemäße LED-Steuerungsvorrichtung 2 verwendet wird. 1 shows a schematic and simplified representation of a block diagram of the circuit arrangement of a lighting device (LED lighting device), wherein the LED control device according to the invention 2 is used.

Gemäß der Darstellung in 1 ist eine Leistungsversorgungseinheit 1 mit einem allgemeinem Strom- oder Leistungsversorgungsnetz verbunden, das eine Spannung UA (Netzspannung) zur Verfügung stellt. Mittels eines ersten Schalters S1 wird die Spannung UA des Netzes der Leistungsversorgungseinheit 1 zugeführt. Die Leistungsversorgungseinheit 1 gibt in gesteuerter oder in geregelter Weise eine Ausgangsspannung UB ab, durch die eine Beleuchtungseinrichtung B, die beispielsweise mit einer Vielzahl von Leuchtdioden ausgestattet ist, betrieben wird. As shown in 1 is a power supply unit 1 connected to a general power or power supply network that provides a voltage UA (mains voltage). By means of a first switch S1, the voltage UA of the network of the power supply unit 1 fed. The power supply unit 1 In a controlled or regulated manner, it outputs an output voltage UB through which a lighting device B, which is equipped, for example, with a multiplicity of light-emitting diodes, is operated.

Parallel an Ausgangsanschlüssen der Leistungsversorgungseinheit 1 ist zumindest ein Strang ST1 geschaltet, der eine Vielzahl von nachstehend noch im einzelnen in Verbindung mit 2 beschriebene und in Reihe zueinander geschaltete Leuchtdioden aufweist. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Strängen ST1, ST2, ST3 bis STn (n ist eine natürliche Zahl) vorgesehen. 1 zeigt beispielhaft drei Stränge ST bis ST3, wobei in jedem Strang die jeweilige Reihenschaltung der Leuchtdioden D angeordnet ist. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich zur Vereinfachung der Darstellung auf diese drei in 1 gezeigten Stränge ST1, ST2 und ST3 zur Veranschaulichung des Aufbaus und der Funktion der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung 2. Die vorliegende Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt.Parallel to output terminals of the power supply unit 1 is connected at least one strand ST1, which is a variety of below in more detail in conjunction with 2 having described and connected in series with each other LEDs. Preferably, a plurality of strings ST1, ST2, ST3 to STn (n is a natural number) are provided. 1 shows by way of example three strands ST to ST3, wherein in each strand, the respective series connection of the LEDs D is arranged. The following description refers to simplify the illustration to these three in 1 shown strands ST1, ST2 and ST3 to illustrate the structure and function of the control device according to the invention 2 , However, the present invention is not limited thereto.

Ebenfalls in Reihe zu der Reihenschaltung der Leuchtdioden D ist in jedem Strang die Steuerungsvorrichtung 2 angeordnet. Mittels der Steuerungsvorrichtung 2 wird der Strom durch die Reihenschaltung der Leuchtdioden D und damit die Leistungsaufnahme, und in Verbindung der Leistungsaufnahme die Lichtabgabe der Vielzahl der Leuchtdioden beeinflusst und insbesondere gesteuert oder geregelt.Also in series with the series connection of the LEDs D is in each strand, the control device 2 arranged. By means of the control device 2 is the current through the series connection of the LEDs D and thus the power consumption, and in conjunction with the power consumption, the light output of the plurality of LEDs influenced and in particular controlled or regulated.

Die in den jeweiligen Strängen ST1 bis ST3 angeordneten Steuerungsvorrichtungen 2 werden von außen des Weitern mit einer Steuerspannung UP versorgt, mittels der ebenfalls die Steuerung der Lichtabgabe der Reihenschaltung der Leuchtdioden D möglich ist. Hierbei wird ein konstantes Signal (analoges Signal) oder ein in der entsprechenden Weise dimensioniertes Pulsbreitenmodulationssignal (PWM-Signal) zugeführt, so dass in Abhängigkeit von einem weiteren Regelungskonzept oder in Abhängigkeit von einem Helligkeitsbedarf eines Benutzers der Beleuchtungseinrichtung B die Lichtabgabe der Vielzahl der Leuchtdioden eigestellt werden kann. Mittels der Steuerspannung UP wird somit ein Dimmen der Leuchtdioden der Beleuchtungseinrichtung B erreicht.The control devices arranged in the respective strands ST1 to ST3 2 are supplied from the outside of Weitern with a control voltage UP, by means of which also the control of the light output of the series connection of the light-emitting diodes D is possible. In this case, a constant signal (analog signal) or a pulse width modulation signal (PWM signal) dimensioned in the corresponding manner is supplied, so that depending on a further control concept or depending on a brightness requirement of a user of the illumination device B, the light output of the plurality of light emitting diodes is set can be. By means of the control voltage UP, a dimming of the LEDs of the illumination device B is thus achieved.

Ein zweiter Schalter S2 dient dazu die Beleuchtungseinrichtung B von der Leistungsversorgungeinheit 1 zu trennen und somit abzuschaltenA second switch S2 serves for the illumination device B from the power supply unit 1 to disconnect and thus turn off

Der Aufbau der Steuerungsvorrichtung 2 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 im Einzelnen beschrieben.The structure of the control device 2 is described below with reference to 2 described in detail.

Gemäß 2 und in der gleichartigen Weise, wie es in Verbindung mit 1 beschrieben ist, ist die Reihenschaltung der Leuchtdioden D, bestehend aus beispielsweise den Leuchtdioden D1, D2, D3... Dm (m ist eine natürliche Zahl), mit der Steuerungsvorrichtung 2 in Reihe geschaltet, wobei gemäß 2 die zur Steuerungsvorrichtung 2 gehörenden Bauelemente mittels einer gestrichelten Linie bezeichnet sind.According to 2 and in the same way as in connection with 1 is described, the series connection of the light-emitting diodes D, consisting for example of the light-emitting diodes D1, D2, D3 ... Dm (m is a natural number), with the control device 2 connected in series, according to 2 that to the control device 2 belonging components are indicated by a dashed line.

Die Steuerungsvorrichtung 2 umfasst ein erstes Schaltelement T1, das in Form eines Feldeffekttransistors MOSFET mit der Reihenschaltung der Leuchtdioden D in Reihe geschaltet und ebenfalls in Reihenschaltung über einen ersten Widerstand R1 mit dem Massepotenzial verbunden ist. Zwischen dem ersten Schaltelement T1 und ersten Widerstand R1 ist ein erster Knotenpunkt X definiert.The control device 2 comprises a first switching element T1, which is connected in the form of a field effect transistor MOSFET with the series circuit of the LEDs D in series and is also connected in series connection via a first resistor R1 to the ground potential. Between the first switching element T1 and the first resistor R1, a first node X is defined.

Durch die gesamte vorstehend beschriebene Reihenschaltung aus der Reihenschaltung der Leuchtdioden D, dem ersten Schaltelement T1 und dem ersten Widerstand R1 fließt ein Strom IS, der an dem ersten Widerstand R1 einen Spannungsabfall U1 bewirkt. Ein Gate-Anschluss des ersten Schaltelements T1 ist mit einem zweiten Knotenpunkt Y verbunden, an dem weitere Bauelemente wie ein zweiter Widerstand R2 angeschlossen sind. Zwischen einem dritten Knotenpunkt Z der innerhalb der Reihenschaltung der Leuchtdioden D angeordnet ist, beispielsweise gemäß der Darstellung in 2 zwischen den Leuchtdioden D1 und D2, und dem zweiten Knotenpunkt Y ist ein dritter Widerstand R3 eingesetzt, und es sind ferner mit dem zweiten Knotenpunkt Y ein zweites und ein drittes Schaltelement T2 und T3 verbunden. Das zweite und dritte Schaltelement T2 und T3 ist somit zwischen dem zweiten Knotenpunkt B und dem Massepotenzial angeordnet. Der zweite Widerstand R2 verbindet den ersten Knotenpunkt X mit dem zweiten Schaltelement T2.Through the entire series circuit described above from the series connection of the light-emitting diodes D, the first switching element T1 and the first resistor R1 flows a current IS, which causes a voltage drop U1 at the first resistor R1. A gate terminal of the first switching element T1 is connected to a second node Y, to which further components such as a second resistor R2 are connected. Between a third node Z is disposed within the series circuit of the LEDs D, for example, as shown in FIG 2 between the light emitting diodes D1 and D2, and the second node Y, a third resistor R3 is inserted, and there are further connected to the second node Y, a second and a third switching element T2 and T3. The second and third switching element T2 and T3 is thus arranged between the second node B and the ground potential. The second resistor R2 connects the first node X with the second switching element T2.

Das zweite und dritte Schaltelement T2 und T3 ist jeweils in der Form eines Bipolartransistors vorgesehen, wobei die Basis des zweiten Schaltelements T2 über einen zweiten Widerstand R2 mit dem ersten Knotenpunkt X verbunden ist, und die Basis des dritten Schaltelements T3 mit einem äußeren Anschluss verbunden ist, an dem die Steuerspannung UP (beispielsweise ein PWM-Signal) angelegt werden kann.The second and third switching elements T2 and T3 are each provided in the form of a bipolar transistor, wherein the base of the second switching element T2 is connected to the first node X via a second resistor R2, and the base of the third switching element T3 is connected to an external terminal to which the control voltage UP (for example, a PWM signal) can be applied.

Die Reihenschaltung der Leuchtdioden D und der Steuerungsvorrichtung 2 ist derart, dass die Reihenschaltung der Leuchtdioden D unmittelbar mit dem zugehörigen Anschluss der Versorgungspannung UB (Betriebsspannung) zum Betreiben der gesamten Schaltungsanordnung und insbesondere der Reihenschaltung der Leuchtdioden D verbunden ist. Die in 2 dargestellte oberste Leuchtdiode Dm liegt somit unmittelbar an der Versorgungsspannung UB. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung festgelegt, vielmehr kann auch die Steuerungsvorrichtung unmittelbar an der Versorgungsspannung UB anliegen und es kann die in 2 gezeigte unterste Leuchtdiode D1 an dem Massepotential angeschlossen sein.The series connection of the LEDs D and the control device 2 is such that the series connection of the LEDs D directly to the associated terminal of the supply voltage UB (operating voltage) for operating the entire circuit arrangement and in particular the series connection of the LEDs D is connected. In the 2 represented top LED Dm is thus directly to the supply voltage UB. However, the invention is not limited to this arrangement, but rather, the control device can be applied directly to the supply voltage UB and it can be in 2 shown lowest LED D1 be connected to the ground potential.

2 zeigt somit als Beispiel die Ausgestaltung des ersten Stranges ST1, wobei die weiteren Stränge ST2 bis STn in gleicher Weise ausgestaltet sind. Hierbei wird die Steuerspannung UP sämtlichen Steuerungsvorrichtungen 2 der einzelnen Stränge ST1 bis STn zugeführt. Sämtliche Stränge liegen ebenfalls zueinander parallel zwischen der Versorgungsspannung UB und dem Massepotenzial. An dem zweiten Knotenpunkt Y kann eine Spannung (ein Potenzial) U3 bestimmt werden, die relativ zum Massepotenzial definiert ist. 2 shows as an example the configuration of the first strand ST1, wherein the further strands ST2 to STn are configured in the same way. At this time, the control voltage UP becomes all the control devices 2 the individual strands ST1 to STn supplied. All strings are also parallel to each other between the supply voltage UB and the ground potential. At the second node Y, a voltage (a potential) U3 defined relative to the ground potential can be determined.

Wird die gesamte Schaltungsanordnung gemäß der Darstellung in 2 mit der Versorgungsspannung UB verbunden, so ergibt sich der nachfolgende Betriebsablauf. Bei dieser Beschreibung werden das erste bis dritte Schaltelement T1 bis T3 als erster bis dritter Transistor bezeichnet.If the entire circuit arrangement according to the illustration in 2 connected to the supply voltage UB, the result is the following operation. In this description, the first to third switching elements T1 to T3 are referred to as first to third transistors.

Unmittelbar nach dem Anlegen der Versorgungspannung UB ist der erste Transistor T1 nicht aktiv bzw. ausgeschaltet (sperrend) wobei über den dritten Knotenpunkt Z und den dritten Widerstand R3 ein positiver Wert der Spannung U3 an dem Gate-Anschluss des ersten Transistors T1 angelegt wird, worauf dieser eingeschaltet und leitend wird. Die Spannung U3 (relativ zum Massepotenzial) stellt ein Steuersignal dar. Über die Reihenschaltung der Leuchtdioden D, des ersten Transistors T1 und des ersten Widerstands R1 fließt der Strom IS. Der Strom IS, welcher der Betriebsstrom für die Reihenschaltung der Leuchtdioden D ist und diese zur Lichtabgabe bringt, bewirkt einen Spannungsabfall am ersten Widerstand R1 in Form der ersten Spannung U1 relativ zum Massepotenzial.Immediately after the application of the supply voltage UB, the first transistor T1 is not active or switched off (blocking), wherein a positive value of the voltage U3 is applied to the gate terminal of the first transistor T1 via the third node Z and the third resistor R3, whereupon this is turned on and becomes conductive. The voltage U3 (relative to the ground potential) constitutes a control signal. The current IS flows via the series connection of the light-emitting diodes D, the first transistor T1 and the first resistor R1. The current IS, which is the operating current for the series connection of the light-emitting diodes D and brings them to the light output, causes a voltage drop across the first resistor R1 in the form of the first voltage U1 relative to the ground potential.

Diese Spannung liegt am ersten Knotenpunkt X an und ist in Verbindung mit der Versorgungspannung UB derart eingestellt, dass ein vorbestimmter Wertebereich der Spannung U1 auftritt. Der Wertebereich liegt beispielsweise bei einer konkreten Schaltungsausführung zwischen etwa 0.5 V und 0.7 V, und beispielsweise bei einem mittleren Wert von etwa 0.6 V. Diese entsprechenden Werte können zu Anfang über die Leitungsversorgungseinheit 1 durch entsprechendes Verändern der Versorgungsspannung UB eingestellt werden. Zu diesem Zweck ist gemäß der Darstellung in 1 eine Verbindung 11 (Leitungsverbindung) zwischen den Steuerungsvorrichtungen 2 der jeweiligen Stränge ST1 bis STn und der Leistungsversorgungseinheit 1 vorgesehen, wobei die erste Spannung U1 (relativ zum Massepotenzial) zugeführt wird. Die Verbindung 11 ist ebenfalls in 1 gezeigt. Es erfolgt somit eine Erfassung des Stroms IS durch die Vielzahl der Leuchtdioden D1 bis Dm über die erste Spannung U1 bzw. den Spannungsabfall des Stroms IS am ersten Widerstand R1.This voltage is applied to the first node X and is set in conjunction with the supply voltage UB such that a predetermined range of the voltage U1 occurs. The value range is, for example, in a specific circuit design between about 0.5 V and 0.7 V, and for example at an average value of about 0.6 V. These corresponding values can initially over the line supply unit 1 be adjusted by appropriately changing the supply voltage UB. For this purpose, as shown in 1 a connection 11 (Line connection) between the control devices 2 the respective strings ST1 to STn and the power supply unit 1 provided, wherein the first voltage U1 (relative to the ground potential) is supplied. The connection 11 is also in 1 shown. There is thus a detection of the current IS through the plurality of light-emitting diodes D1 to Dm via the first voltage U1 and the voltage drop of the current IS at the first resistor R1.

Im Ergebnis sind die einzelnen Leuchtdioden D1 bis Dm der Reihenschaltung der Leuchtdioden D im Wesentlichen vollständig ausgeleuchtet und es befindet sich die Schaltungsanordnung der Steuerungsvorrichtung 2 in einem stationären Zustand.As a result, the individual light-emitting diodes D1 to Dm of the series connection of the light emitting diodes D are substantially completely illuminated and the circuit arrangement of the control device is located 2 in a stationary state.

Hierbei besteht die Möglichkeit, ein Dimmen der Reihenschaltung der Leuchtdioden D vorzunehmen, indem beispielsweise der zwischen dem zweiten Knotenpunkt Y und dem Massepotenzial geschaltete dritte Transistor T3 mit entsprechenden Signalen angesteuert wird. Im Einzelnen kann dem Basisanschluss des dritten Transistors T3 eine Steuerspannung UP in Form einer Pulsbreitenmodulationsspannung von extern zugeführt werden, so dass das Potenzial am zweiten Knotenpunkt Y und somit die dritte Spannung U3 entsprechend dem Signalverlauf zeitweilig in Richtung des Massepotenzials gebracht wird und somit der erste Transistor T1 über das zeitweilig niedrige Potenzial an seinem Gate-Anschluss zyklisch ausgeschaltet wird. Auf diese Weise wird ein Dimmen der Reihenschaltung der Leuchtdioden D1 erreicht. Bei einer ausreichend hohen Frequenz der Steuerspannung UP ist für das menschliche Auge kein Flimmern zu erkennen.In this case, it is possible to dim the series connection of the light-emitting diodes D by, for example, actuating the third transistor T3 connected between the second node Y and the ground potential with corresponding signals. Specifically, the base terminal of the third transistor T3, a control voltage UP in the form of a pulse width modulation voltage supplied externally, so that the potential at the second node Y and thus the third voltage U3 is temporarily brought according to the waveform in the direction of the ground potential and thus the first transistor T1 is turned off cyclically over the temporarily low potential at its gate terminal. In this way, a dimming of the series connection of the light-emitting diodes D1 is achieved. At a sufficiently high frequency of the control voltage UP no flicker is visible to the human eye.

Wird nun in Verbindung mit dem allgemeinen stationären Betriebszustand der Schaltungsanordnung gemäß 2 angenommen, dass einzelne Leuchtdioden D1 bis Dm in Folge unvermeidlicher Fertigungstoleranzen eine höhere oder eine geringere Stromaufnahme aufweisen, dann kann beispielsweise bei einer unerwünschten höheren Stromaufnahme durch den etwas größeren Strom IS eine vergrößerte Spannung U1 am ersten Widerstand R1 und damit an dem ersten Knotenpunkt X ermittelt werden. In diesem Fall wird über den zweiten Widerstand R2 dem zweiten Transistor T2 ein vorbestimmtes Potenzial und auch ein entsprechender Strom zugeführt, so dass der zweite Transistor T2 leitend wird und das Potenzial am zweiten Knotenpunkt Y und somit die dritte Spannung U3 vermindert wird. Dies wirkt sich auf das Verhalten und insbesondere auf den leitenden Zustand des ersten Transistors T1 aus, so dass in Verbindung mit dem zweiten Transistor T2 und der Erfassung der Veränderung der ersten Spannung U1 eine Regelung durchgeführt wird, die zu einer Begrenzung der ersten Spannung U1 auf vorzugsweise den mittleren Wert von etwa 0.6 V führt, wobei im Ergebnis über die geregelte Beeinflussung des ersten Transistors T1 der Strom IS in entsprechender Wiese vermindert wird.Will now be in conjunction with the general stationary operating state of the circuit according to 2 Assuming that individual light-emitting diodes D1 to Dm have a higher or lower current consumption as a result of unavoidable manufacturing tolerances, an increased voltage U1 at the first resistor R1 and thus at the first node X can be determined, for example, with an undesirably higher current consumption by the somewhat larger current IS become. In this case, a predetermined potential and also a corresponding current is supplied to the second transistor T2 via the second resistor R2, so that the second transistor T2 becomes conductive and the potential at the second node Y and thus the third voltage U3 are reduced. This has an effect on the behavior and in particular on the conducting state of the first transistor T1, so that in conjunction with the second transistor T2 and the detection of the change in the first voltage U1, a regulation is performed which limits the first voltage U1 Preferably, the average value of about 0.6 V results, with the result of the controlled influencing the first Transistor T1 of the current IS is reduced in a corresponding manner.

Der durch die Reihenschaltung der Leuchtdioden D und den ersten Transistor T1 fließende Strom IS bildet somit die Regelstrecke, während der erste Transistor T1 das Stellglied darstellt. Mittels der Schaltungsanordnung bestehend aus dem ersten Widerstand R1, dem zweiten Widerstand R2 und dem zweiten Transistor T2 (zweites Schaltelement) kann eine erwünschte Strombegrenzung geregelt werden.The current IS flowing through the series connection of the LEDs D and the first transistor T1 thus forms the controlled system, while the first transistor T1 represents the actuator. By means of the circuit arrangement consisting of the first resistor R1, the second resistor R2 and the second transistor T2 (second switching element), a desired current limitation can be regulated.

Mittels des dritten Widerstands R3 wird somit ein grundlegendes Steuersignal in Form der dritten Spannung U3 zur Ansteuerung des ersten Transistors T1 (erstes Schaltelement) erzeugt und dem ersten Transistor T1 zugeführt. Der dritte Widerstand R3 wird somit auch als Erzeugungseinrichtung bezeichnet. Die Bauelemente R1, R2 und T2 werden auch als eine Begrenzungseinrichtung bezeichnet, mittels denen einerseits über die erste Spannung U1 der Strom IS erfasst und andererseits das Steuersignal der dritten Spannung U3 für den ersten Transistor T1 in Abhängigkeit von dem erfassten Strom IS beeinflusst wird. Diese Beeinflussung dient zur Begrenzung des Stroms IS.By means of the third resistor R3 thus a basic control signal in the form of the third voltage U3 for driving the first transistor T1 (first switching element) is generated and supplied to the first transistor T1. The third resistor R3 is thus also referred to as a generation device. The components R1, R2 and T2 are also referred to as a limiting device, by means of which, on the one hand, the current IS is detected via the first voltage U1 and, on the other hand, the control signal of the third voltage U3 for the first transistor T1 is influenced as a function of the detected current IS. This influence serves to limit the current IS.

In Verbindung mit dem erfassten Strom IS über den Widerstand R1 und die daran auftretende Spannung U1 sowie in Verbindung mit einem Spannungsteiler bestehend aus dem dritten Widerstand R3 und dem zweiten Transistor T2, die sämtlich auf den zweiten Knotenpunkt Y und damit auf den Gate-Anschluss des ersten Transistors T1 einwirken, wird die passende und optimale Gate-Spannung des ersten Transistors T1 eingestellt bzw. geregelt, so dass der gesamte Betrieb der Reihenschaltung der Leuchtdioden D optimiert werden kann. Der erste Transistor T1 stellt somit das Stellorgan zur Steuerung oder Regelung des Stroms IS durch sämtliche Leuchtdioden D1 bis Dm dar.In conjunction with the detected current IS across the resistor R1 and the voltage U1 occurring thereon, as well as in conjunction with a voltage divider consisting of the third resistor R3 and the second transistor T2, all to the second node Y and thus to the gate terminal of acting first transistor T1, the matching and optimum gate voltage of the first transistor T1 is set or regulated, so that the entire operation of the series connection of the LEDs D can be optimized. The first transistor T1 thus represents the actuator for controlling or regulating the current IS through all light-emitting diodes D1 to Dm.

Der dritte Knotenpunkt Z befindet sich gemäß 2 beispielsweise innerhalb der Reihenschaltung der Leuchtdioden D und stellt eine weitere Spannung, die Bezugsspannung UR bereit. Die Bezugsspannung UR wird somit innerhalb der Reihenschaltung der Leuchtdioden D abgegriffen und dient als Basis zur Bereitstellung der grundlegenden dritten Spannung U3 als Steuersignal für den ersten Transistor T1. In Folge des dritten Knotenpunkts Z in der Reihenschaltung der Leuchtdioden D als Abgriff der Bezugsspannung UR kann zur Beschaffung dieser Bezugsspannung UR auf eine separate Hilfsspannung verzichtet werden. Alternativ kann der dritte Knotenpunkt Z auch an einer anderen Stelle innerhalb der Reihenschaltung der Leuchtdioden D abweichend von der Darstellung in 2 angeordnet sein, wobei dann andere Widerstandswerte für den dritten Widerstand R3 durch die andere abgegriffene Spannung vorgesehen sind. Es kann auch der dritte Knotenpunkt Z direkt die Versorgungsspannung UB abgreifen mit einer entsprechenden Dimensionierung des dritten Widerstands R3, um die geeignete dritte Spannung U3 und damit das Steuersignal für den ersten Transistor T1 zu erhalten.The third node Z is located according to 2 for example, within the series connection of the LEDs D and provides a further voltage, the reference voltage UR ready. The reference voltage UR is thus tapped within the series connection of the LEDs D and serves as the basis for providing the fundamental third voltage U3 as a control signal for the first transistor T1. As a result of the third node Z in the series connection of the LEDs D as a tap of the reference voltage UR can be dispensed with to obtain this reference voltage UR to a separate auxiliary voltage. Alternatively, the third node Z may be at a different location within the series connection of the light-emitting diodes D deviating from the illustration in FIG 2 be arranged, in which case other resistance values for the third resistor R3 are provided by the other tapped voltage. It is also the third node Z directly tapped the supply voltage UB with a corresponding dimensioning of the third resistor R3 to obtain the appropriate third voltage U3 and thus the control signal for the first transistor T1.

Neben dem Verzicht auf eine separate Erzeugungseinrichtung für die Bezugsspannung UR, die gemäß der vorstehenden Beschreibung am dritten Knotenpunkt Z abgegriffen wird, besteht mit diesem Abgriff innerhalb der Reihenschaltung der Leuchtdioden D oder der direkten Versorgungsspannung UB die Möglichkeit, als das erste Schaltelement T1 bzw. den ersten Transistor T1 einen Feldeffekt-Transistor MOSFET einzusetzen mit einer höheren Schwellenspannung an der Steuerelektrode (Gate) gegenüber einem vergleichbaren bipolaren Transistor. Es ist trotzdem die volle Aussteuerungsfähigkeit des ersten Transistors T1 gewährleistet. Bei einer unerwünscht geringeren Spannung an der Steuerelektrode oder dem Gate-Anschluss des ersten Transistors T1 wäre der Spannungsabfall über den Transistor T1 (Stecke Drain-Source) zu hoch und würde den sonst erreichbaren hohen Wirkungsgrad nötig einschränken, da für ein vollständiges Durchschalten des ersten Transistors T1 das entsprechende Steuersignal (die dritte Spannung U3) nicht ausreichen würde.In addition to the omission of a separate generation device for the reference voltage UR, which is tapped according to the above description at the third node Z, this tap within the series circuit of the LEDs D or the direct supply voltage UB, the possibility as the first switching element T1 and the first transistor T1 to use a field effect transistor MOSFET with a higher threshold voltage at the control electrode (gate) over a comparable bipolar transistor. Nevertheless, the full modulation capability of the first transistor T1 is ensured. At an undesirably lower voltage at the control electrode or the gate terminal of the first transistor T1, the voltage drop across the transistor T1 (plug drain-source) would be too high and would restrict the otherwise achievable high efficiency necessary because of a complete switching of the first transistor T1 the corresponding control signal (the third voltage U3) would not be sufficient.

Wie es bereits vorstehend angegeben wurde besteht über das dritte Schaltelement in Form des dritten Transistors T3 und einer entsprechenden Ansteuerung durch die Steuerspannung UP in Form eines PWN-Signals die Möglichkeit, die unmittelbare Lichtabgabe der in Reihe geschalteten Leuchtdioden D1 bis Dm in Abhängigkeit vom Bedarf an Lichtstärke einzustellen (zu dimmen). Mit dem dritten Transistor T3 und einer entsprechenden Ansteuerung durch die Steuerspannung UP kann der erste Transistor T1 ein- und ausgeschaltet werden, wobei dies in Abhängigkeit von dem jeweiligen Schaltzyklus, d. h. den Schaltzeiten des PWM-Signals durchgeführt wird.As already stated above, via the third switching element in the form of the third transistor T3 and a corresponding control by the control voltage UP in the form of a PWN signal, it is possible to directly output the light-emitting diodes D1 to Dm connected in series as required Adjust the light intensity (to dim). With the third transistor T3 and a corresponding control by the control voltage UP, the first transistor T1 can be switched on and off, this being dependent on the respective switching cycle, ie. H. the switching times of the PWM signal is performed.

Anstelle der Ansteuerung des dritten Transistors T3 mittels des PWM-Signals kann der dritte Transistor T3 auch durch eine analoge Ansteuerung an seinem Basisanschluss derart eingestellt werden, dass eine stufenlose Einstellung des Steuersignals in Form der dritten Spannung U3 für den ersten Transistor T1 möglich ist. Die analoge Ansteuerung mittels eines analogen Spannungssignals führt bei dem dritten Transistor T3 zu einer entsprechenden Verminderung des Potenzials am zweiten Knotenpunkt Y und damit der dritten Spannung U3, so dass auf diese Weise der Gate-Anschluss des ersten Transistors T1 in entsprechender Weise beeinflusst wird. Die Steuerspannung kann dabei von einer externen Spannungsquelle zugeführt werden, wenn ein Benutzer eine entsprechende Einstellung vornimmt. Es kann jedoch auch die Steuerspannung UP von extern in Verbindung mit einer externen Regeleinrichtung zugeführt werden, wenn beispielsweise nach weiteren Kriterien, wie einer allgemeinen Umgebungshelligkeit oder in einer zeitlichen Abhängigkeit eine Regelung oder Steuerung der Lichtabgabe der Vielzahl der Leuchtdioden D1 bis Dm durchgeführt werden soll.Instead of driving the third transistor T3 by means of the PWM signal, the third transistor T3 can also be adjusted by an analog control at its base terminal such that a continuous adjustment of the control signal in the form of the third voltage U3 for the first transistor T1 is possible. The analog control by means of an analog voltage signal leads in the third transistor T3 to a corresponding reduction of the potential at the second node Y and thus the third voltage U3, so that in this way the gate terminal of the first transistor T1 is influenced in a corresponding manner. The control voltage can be supplied from an external power source when a user makes a corresponding setting. However, it can also control the UP from external be supplied in conjunction with an external control device, if, for example, according to other criteria, such as a general ambient brightness or in a time dependence, a regulation or control of the light output of the plurality of light-emitting diodes D1 to Dm should be performed.

Wird gemäß der vorstehenden Beschreibung beispielsweise der Leistungsversorgungseinheit 1 der Wert der ersten Spannung U1, d. h. der Spannungsabfall des Stroms IS über dem ersten Widerstand R1 direkt oder in Form einer relativen Information hierzu zugeführt, dann kann die Leistungsversorgungseinheit 1, die beispielsweise auch als ein Netzteil ausgebildet sein kann, manuell oder automatisch (beispielsweise über einen geeigneten Bus) auf den höchsten Wirkungsgrad der gesamte Anordnung eingestellt werden. Die Leistungsversorgungseinheit 1 kann somit in einen übergeordneten Regelkreis eingebunden sein, mittels dessen die Ausgangsspannung der Leistungsversorgungseinheit 1, d. h. die Versorgungsspannung UB derart eingestellt wird, dass der Strom und in der Folge die an dem ersten Widerstand auftretende Spannung (erste Spannung U1) etwa in dem vorstehend angegebene Spannungsbereich von 0.5 V bis 0.7 V und vorzugsweise etwa 0.6 V beträgt, wobei hiermit etwa der Wert der Schwellenspannung (Basisspannung) des zweiten Transistors T2 erreicht wird und sich somit sich die gesamte Schaltungsanordnung gerade noch in dem gewünschten selbstregelnden Betrieb befindet und gleichzeitig ein guter Wirkungsgrad erzielt wird.For example, according to the above description, the power supply unit becomes 1 the value of the first voltage U1, ie the voltage drop of the current IS across the first resistor R1 is fed directly or in the form of relative information thereto, then the power supply unit 1 which, for example, can also be designed as a power supply unit, can be adjusted manually or automatically (for example via a suitable bus) to the highest efficiency of the entire arrangement. The power supply unit 1 can thus be integrated into a higher-level control circuit, by means of which the output voltage of the power supply unit 1 that is, the supply voltage UB is set such that the current and subsequently the voltage occurring at the first resistor (first voltage U1) is approximately in the above-mentioned voltage range of 0.5 V to 0.7 V and preferably about 0.6 V, wherein hereby approximately the value of the threshold voltage (base voltage) of the second transistor T2 is reached and thus the entire circuit arrangement is just in the desired self-regulating operation and at the same time a good efficiency is achieved.

Liegt eine Beleuchtungseinrichtung B mit insgesamt n Strängen ST1 bis STn an Reihenschaltungen von Leuchtdioden D vor, dann wird die Ausgangsspannung (Versorgungsspannung) UB der Leistungsversorgungseinheit 1 derart eingestellt, dass der letzte der n Stränge ST1 bis STn seinen Betriebsstrom (Bemessungsstrom) IS zum Erreichen der bevorzugten ersten Spannung U1 mit einem Wert von etwa 0.6 V über dem jeweiligen ersten Widerstand R1 erreicht.If a lighting device B with a total of n strings ST1 to STn is present at series connections of light-emitting diodes D, then the output voltage (supply voltage) UB of the power supply unit 1 set such that the last of the n strings ST1 to STn reaches its operating current (IS) to reach the preferred first voltage U1 having a value of about 0.6 V across the respective first resistor R1.

Wird ein Spannungsabfall über die Kombination des ersten Transistors T1 und des ersten Widerstandes R1 als zu groß empfunden, kann anstelle des zweiten Transistors T2 mit einer Basis-Emitter-Schwellenspannung von etwa 0.6 V ein geeigneter Operationsverstärker eingesetzt werden, wobei in diesem Fall der Spannungsabfall über die Kombination T1 und R1 weiter optimiert werden kann.If a voltage drop over the combination of the first transistor T1 and the first resistor R1 is perceived as too large, instead of the second transistor T2 with a base-emitter threshold voltage of about 0.6 V, a suitable operational amplifier can be used, in which case the voltage drop across the combination T1 and R1 can be further optimized.

Bei der in 2 gezeigten Schaltungsanordnung besteht ebenfalls die Möglichkeit, eine Optimierung im Hinblick auf eine Temperaturkompensation vorzunehmen. Durch das Einfügen einer geeigneten Temperaturkompensation kann die Kennlinie des zweiten Transistors T2 (des zweiten Schaltelements) bei Bedarf begradigt werden, wobei dies auch (allerdings invers) für den Fall gilt, dass der zweite Transistor T2 durch einen Operationsverstärker ersetzt wird. Auch hier kann bei Bedarf eine Temperaturkompensation durchgeführt werden, indem eine Temperaturkennlinie ausgebildet wird, da im Allgemeinen geeignete Operationsverstärker kein ausgeprägtes Temperaturverhalten aufweisen. Es kann somit der Stroms IS durch die Gesamtheit der miteinander in Reihe geschalteten Leuchtdioden bei ansteigenden Temperaturen durch die Kennlinie des zweiten Transistors T2 abgeregelt werden (Verminderung des Stroms), wodurch eine erhöhte Eigen-Systemstabilität erreicht wird.At the in 2 shown circuit arrangement is also possible to make an optimization with regard to a temperature compensation. By introducing an appropriate temperature compensation, the characteristic of the second transistor T2 (the second switching element) can be straightened if necessary, which also applies (but inversely) in the event that the second transistor T2 is replaced by an operational amplifier. Here too, a temperature compensation can be carried out if necessary by forming a temperature characteristic, since in general suitable operational amplifiers do not have a pronounced temperature behavior. It is thus the current IS through the totality of the LEDs connected in series with increasing temperatures by the characteristic of the second transistor T2 can be adjusted (reduction of the current), whereby an increased intrinsic system stability is achieved.

Durch die Schaltungsanordnung mit der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung 2 in Verbindung mit der Darstellung in 2 ergeben sich folgende Vorteile. Die Schaltungsanordnung besteht aus wenigen käuflichen Bauelementen und ist auf einfache Weise und mit einem geringen Raumbedarf zu verwirklichen. Auf den Betrieb der Reihenschaltung der Leuchtdioden D, der mittels des Stellglieds T1 (erster Transistor, erstes Schaltelement) steuerbar ist, können überschneidend verschiedene Steuerungs- und Regelungsmaßnahmen einwirken. Unmittelbar nach dem Einschalten wird mittels des dritten Widerstands R3 und des Abgriffs der Bezugsspannung UR in Verbindung mit dem dritten Knotenpunkt Z zum Ansteuern des ersten Transistors das Steuersignal in Form der dritten Spannung U3 gebildet. Hiermit erfolgt das grundliegende Einschalten. Eine Stromerfassung und eine in Abhängigkeit von diesem Strom durchzuführende Beeinflussung des Steuersignals U3 erfolgt über die Begrenzungseinrichtung, bestehend aus dem ersten Widerstand R1, dem zweiten Widerstand R2 und dem zweiten Transistor T2. Eine Spannungserfassung erfolgt am ersten Knotenpunkt X relativ zum Massepotenzial (Spannung U1). Eine Grundeinstellung kann durch die zentrale Leistungsversorgungseinheit 1 bewirkt werden, indem die Versorgungsspannung UB derart eingestellt wird, dass die erste Spannung U1 in einem bestimmten Wertebereich liegt. Des Weiteren können Eingriffe zur Veränderung des dem ersten Transistor T1 zugeführten Steuersignals U3 auch über eine Ansteuerung des dritten Transistors T3 erfolgen, wodurch eine direkte Leistungssteuerung (Dimmen) in Abhängigkeit von einem Beleuchtungsbedarf, beispielsweise über ein analoges Signal oder ein PWM-Signal erfolgen kann.By the circuit arrangement with the control device according to the invention 2 in conjunction with the illustration in 2 There are the following advantages. The circuit consists of few commercially available components and can be realized in a simple manner and with a small space requirement. On the operation of the series connection of the light-emitting diodes D, which is controllable by means of the actuator T1 (first transistor, first switching element), can overlap different control and regulatory measures act. Immediately after switching on, the control signal in the form of the third voltage U3 is formed by means of the third resistor R3 and the tap of the reference voltage UR in conjunction with the third node Z for driving the first transistor. This is the basic switching on. A current detection and an influencing of the control signal U3 to be carried out as a function of this current takes place via the limiting device consisting of the first resistor R1, the second resistor R2 and the second transistor T2. A voltage is detected at the first node X relative to the ground potential (voltage U1). A basic setting can be made by the central power supply unit 1 be effected by the supply voltage UB is set such that the first voltage U1 is in a certain range of values. Furthermore, interventions for changing the control signal U3 supplied to the first transistor T1 can also take place via an activation of the third transistor T3, whereby a direct power control (dimming) can take place as a function of a lighting requirement, for example via an analog signal or a PWM signal.

Die Verwendung eines Effekttransistors MOSFET als erstes Schaltelement T1 (erster Transistor) verhindert im Gegensatz zu der Verwendung eines bipolaren Transistors an dieser Stelle durch einen vernachlässigbaren Gate-Strom in Verbindung mit dem Steuersignal U3 ein Glimmen der Vielzahl der Leuchtdioden D1 bis Dm, wenn der Transistor T3 leitend ist und somit der Strang abgeschaltet wird. Daher kann der Wert des dritten Widerstands R3, dessen Strom ein Glimmen der Vielzahl der Leuchtdioden D1 bis Dm verursachen würde, sehr hoch ohmig ausgestaltet werden.The use of an effect transistor MOSFET as a first switching element T1 (first transistor) prevents, in contrast to the use of a bipolar transistor at this point by a negligible gate current in conjunction with the control signal U3, a glow of the plurality of light emitting diodes D1 to Dm when the transistor T3 is conductive and thus the strand is switched off. Therefore, the value of the third resistor R3, whose current would cause the plurality of LEDs D1 to Dm to glow, can be made very high in an ohmic manner.

Die Schaltungsanordnung der Steuerungsvorrichtung 2 gemäß 2 ist somit in Verbindung mit der Begrenzungseinrichtung mit den Bauelementen R1, R2 und T2 selbsteinstellend bzw. selbstregelnd, so dass ein übergeordneter Regelkreis zur Strombegrenzung nicht erforderlich ist und somit eine Vereinfachung der Schaltungsanordnung erreicht werden kann. Des Weiteren kann auch die Verdrahtung innerhalb der Beleuchtungseinrichtung B vereinfacht werden. Neben den Leitungen für das Massepotenzial und die Versorgungsspannung UB ist lediglich die Weiterleitung der Information hinsichtlich der Spannung U1 an die Leistungsversorgungseinheit 1 erforderlich.The circuit arrangement of the control device 2 according to 2 is thus in connection with the limiting device with the components R1, R2 and T2 self-adjusting or self-regulating, so that a higher-level control circuit for current limiting is not required and thus simplification of the circuit arrangement can be achieved. Furthermore, the wiring within the illumination device B can also be simplified. In addition to the lines for the ground potential and the supply voltage UB is only the forwarding of the information regarding the voltage U1 to the power supply unit 1 required.

Durch die eigenständige (selbstregelnde) Strombegrenzung mittels des regelnden Eingriffs der Begrenzungseinrichtung (R1, R2, T2) wird ferner im Falle eines Fehlers einer der Leuchtdioden D1 bis Dm ein Notabschalten bewirkt bzw. eine Überlast der Leistungsversorgungeinheit 1 oder eines gleichartigen Netzteils oder auch anderer Bauteile verhindert.Due to the independent (self-regulating) current limitation by means of the regulating intervention of the limiting device (R1, R2, T2), in the event of a fault, one of the light-emitting diodes D1 to Dm is furthermore caused an emergency shutdown or an overload of the power supply unit 1 or a similar power supply or other components prevented.

Der geringe Spannungsabfall an R1 und T1 unterstützt den hohen Wirkungsgrad der gesamten Schaltungsanordnung durch geringe Verluste an diesen Bauelementen.The small voltage drop at R1 and T1 supports the high efficiency of the entire circuit arrangement due to low losses on these components.

Mit der in 2 gezeigten Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung 2 kann somit eine mehrfache Steuerung oder Regelung des Stroms durch die Vielzahl der in Reihe miteinander geschalteten Leuchtdioden D1–Dm erreicht werden, wobei gleichzeitig eine einfache und kostengünstig herstellbare Schaltungsanordnung verwendet wird. Es wird mit einfachen Mitteln eine wirksame Symmetrierung der einzelnen Stränge ST1 bis STn der Beleuchtungseinrichtung B erreicht, wobei der Wirkungsgrad hoch ist und die Vorteile (Effizienz) der Verwendung von Leuchtdioden als Leuchtmittel erhalten bleiben. Die Steuerungsvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung bildet somit eine selbsteinstellende analoge Konstantstromquelle zur Steuerung des Stroms IS durch die Mehrzahl der Leuchtdioden D1–Dm in einem jeweiligen Strang einer Beleuchtungseinrichtung B.With the in 2 shown circuit arrangement of the control device according to the invention 2 Thus, a multiple control or regulation of the current through the plurality of series-connected LEDs D1-Dm can be achieved, at the same time a simple and inexpensive to produce circuit arrangement is used. It is achieved by simple means an effective balancing of the individual strands ST1 to STn of the lighting device B, wherein the efficiency is high and the advantages (efficiency) of the use of light-emitting diodes remain as lighting means. The control device 2 Thus, according to the present invention, a self-adjusting constant current analog source for controlling the current IS by the plurality of light-emitting diodes D1-Dm in a respective leg of a lighting device B.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren beschrieben.The present invention has been described with reference to embodiments in conjunction with the accompanying figures.

Es ist jedoch für den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann selbstverständlich, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den vorstehend beschriebenen Figuren und die für die jeweiligen Bauteile und Komponenten verwendeten Bezugszeichen der Figuren und der Beschreibung sowie die beispielhaften Angaben nicht einschränkend auszulegen sind. Somit ist die Erfindung auf die angegebene Darstellung in den Figuren und insbesondere auf Dimensionen und Anordnungen nicht beschränkt. Als zur Erfindung gehörig werden sämtliche Ausführungsformen und Varianten gesehen, die unter die beigefügten Patentansprüche fallen.However, it will be understood by those skilled in the art that the structure of the present invention as set forth in the foregoing descriptions and the reference numerals of the figures and description used to describe the various components and components, as well as the exemplary disclosures, are not to be construed as limiting. Thus, the invention is not limited to the indicated representation in the figures and in particular to dimensions and arrangements. As belonging to the invention, all embodiments and variants are considered, which fall under the appended claims.

Claims

Steuerungsvorrichtung, die in Reihe mit einer Mehrzahl von zu steuernden Leuchtdioden (D1–Dm) schaltbar ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (2) umfasst: – ein erstes Schaltelement (T1) zur Steuerung eines Stroms (IS) durch die Mehrzahl der Leuchtdioden (D1 bis Dm), – eine Erzeugungseinrichtung (R3) zur Erzeugung eines Steuersignals (U3) und Zuführen des Steuersignals zu dem ersten Schaltelement (T1), und – eine Begrenzungseinrichtung (R1, R2, T2) zur Erfassung des Stroms (IS) durch die Leuchtdioden (D1–Dm) und zur Beeinflussung der Steuerungsvorrichtung (2) in Abhängigkeit von dem erfassten Strom (IS) zur Begren- zung des Stroms, wobei – die Erzeugungseinrichtung (R3) mittels eines Knotenpunkts (Z) mit einer Bezugsspannung (UR) verbunden ist, und wobei das Steuersignal (U3) in Abhängigkeit von der Bezugsspannung gebildet wird, und – die Bezugsspannung (UR) ein Potential innerhalb der Reihenschaltung der Mehrzahl der Leuchtdioden (D1–Dm) ist.Control device switchable in series with a plurality of light-emitting diodes (D1-Dm) to be controlled, the control device ( 2 ) comprises: - a first switching element (T1) for controlling a current (IS) through the plurality of light-emitting diodes (D1 to Dm), - generating means (R3) for generating a control signal (U3) and supplying the control signal to the first switching element ( T1), and - limiting means (R1, R2, T2) for detecting the current (IS) through the light emitting diodes (D1-Dm) and for influencing the control device ( 2 ) depending on the detected current (IS) to limit the current, wherein - the generating means (R3) by means of a node (Z) with a reference voltage (UR) is connected, and wherein the control signal (U3) in dependence on the Reference voltage is formed, and - the reference voltage (UR) is a potential within the series connection of the plurality of light-emitting diodes (D1-Dm).

Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Begrenzungseinrichtung (R1, R2, T2) einen ersten Widerstand (R1) aufweist zur Erfassung des Stroms (IS) und zum Bilden einer ersten Spannung (U1) in Abhängigkeit von dem Strom (IS).A control device according to claim 1, wherein the limiting means (R1, R2, T2) comprises a first resistor (R1) for detecting the current (IS) and for forming a first voltage (U1) in response to the current (IS).

Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Begrenzungseinrichtung (R1, R2, T2) ein zweites Schaltelement (T2) aufweist, das mit einem zweiten Knotenpunkt (Y) verbunden ist, an dem das Steuersignal (U3) anliegt, und wobei das zweite Schaltelement (T2) in Abhängigkeit von der ersten Spannung (U1) an dem ersten Widerstand (R1) angesteuert wird zur Beeinflussung des Steuersignals (U3) zur Verminderung des Stroms (IS).Control device according to claim 2, wherein the limiting means (R1, R2, T2) comprises a second switching element (T2) connected to a second node (Y) to which the control signal (U3) is applied, and wherein the second switching element (T2 ) is driven in response to the first voltage (U1) at the first resistor (R1) to influence the control signal (U3) to reduce the current (IS).

Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Begrenzungseinrichtung (R1, R2, T2) den Strom (IS) über eine erste Spannung (U1) erfasst und die erste Spannung einer externen Leistungsversorgungseinheit (1) zugeführt wird zur Steuerung einer Versorgungsspannung (UB) der Leistungsversorgungseinheit (1).Control device according to claim 1, wherein the limiting device (R1, R2, T2) detects the current (IS) via a first voltage (U1) and the first voltage of an external power supply unit ( 1 ) is supplied to control a supply voltage (UB) of the power supply unit ( 1 ).

Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Steuerungssignal (U3) zur Ansteuerung des ersten Schaltelements (T1) am zweiten Knotenpunkt (Y) anliegt, und die Steuerungsvorrichtung (2) ferner ein drittes Schaltelement (T3) aufweist zur weiteren Beeinflussung des Steuersignals (U3) am zweiten Knotenpunkt (Y) in Abhängigkeit von einer an dem dritten Schaltelement (T3) anliegenden Steuerspannung (UP). Control device according to one of claims 1 to 4, wherein the control signal (U3) for driving the first switching element (T1) is applied to the second node (Y), and the control device ( 2 ) Further, a third switching element (T3) for further influencing the control signal (U3) at the second node (Y) in response to a voltage applied to the third switching element (T3) control voltage (UP).

Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerspannung (UP) ein analoges Spannungssignal oder ein PWM-Signal ist.Control device according to claim 5, wherein the control voltage (UP) is an analog voltage signal or a PWM signal.

Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Schaltelement (T1) ein MOSFET ist.A control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first switching element (T1) is a MOSFET.

Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das zweite Schaltelement (T2) ein Bipolartransistor ist.Control device according to claim 3, wherein the second switching element (T2) is a bipolar transistor.

Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das dritte Schaltelement (T3) ein Bipolartransistor ist.A control device according to claim 5, wherein the third switching element (T3) is a bipolar transistor.

Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das zweite Schaltelement (T2) der Begrenzungseinrichtung (R1, R2, T2) ein Operationsverstärker ist.A control device according to claim 3, wherein said second switching element (T2) of said limiting means (R1, R2, T2) is an operational amplifier.

Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erzeugungseinrichtung (R3) ein hochohmiger Widerstand ist, der zwischen einem zweiten Knotenpunkt (Y) und einem dritten Knotenpunkt (Z) angeordnet ist.A control device according to claim 1, wherein said generating means (R3) is a high-resistance resistor disposed between a second node (Y) and a third node (Z).

Beleuchtungseinrichtung mit einer Mehrzahl von in Reihe und in mehreren Strängen (ST1 bis STn) parallel geschalteten Leuchtdioden (D1 bis Dm), mit einer Steuerungsvorrichtung (2) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 11.Lighting device having a plurality of light-emitting diodes (D1 to Dm) connected in parallel in series and in several strings (ST1 to STn), with a control device ( 2 ) according to one of the claims 1 to 11.