DE112012005777T5

DE112012005777T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Antrieb von LED basierten Beleuchtungseinheiten

Info

Publication number: DE112012005777T5
Application number: DE112012005777.5T
Authority: DE
Inventors: Hung-Chi Chu
Original assignee: VastView Technology Inc
Current assignee: VastView Technology Inc
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2014-10-23
Also published as: WO2013170397A1

Abstract

Eine Vielzahl von Schalteinheiten ist verknüpft mit einer Vielzahl LED basierten Beleuchtungseinheiten, um die LED basierten Beleuchtungseinheiten zur Schaffung vieler Beleuchtungsmodi zusammenzuschalten. Jede Schalteinheit, die zwischen einer führenden Beleuchtungseiheit und einer hinteren Beleuchtungseinheit angeordnet ist, ist durch eine Schaltung getrennt steuerbar. Die Schalteinheit kann so konfiguriert sein, dass zwei LED basierte Beleuchtungseinheiten parallel oder in Reihe geschaltet sind oder die führende LED basierte Beleuchtungseinheit überbrückt wird. Alle LED basierten Beleuchtungseinheiten sind in Reihe geschaltet, wenn eine Eingangsspannungsquelle einen maximalen Spannungswert aufweist und sie sind parallel geschaltet, wenn die Eingangsspannungsquelle sich auf einem minimalen Spannungsniveau befindet. Wenn der Eingangsspannungswert sich verringert, steigt die Zahl der LED basierten Beleuchtungseinheiten, die parallel geschaltet sind, an und umgekehrt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein LED basierte Beleuchtungs-Einheiten und insbesondere Verfahren und Vorrichtung zum Antrieb einer Vielzahl von LED basierten Beleuchtungseinheiten, die entweder in Reihe oder parallel geschaltet sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Licht emittierende Dioden (LEDs) sind Lichtquellen auf Halbleiterbasis, die oft in niederenergetischen Geräten und Anwendungsfällen für Anzeigezwecke Verwendung finden. Die Anwendung von LEDs in verschiedenartigen Beleuchtungseinheiten ist immer gebräuchlicher geworden. So haben beispielsweise LEDs starker Helligkeit weit verbreitet für Verkehrsleuchten, Fahrzeugleuchten und Bremsleuchten Verwendung gefunden.
Eine LED hat eine I-V(Stromspannung)-Kennzeichnungskurve, die ähnlich einer gewöhnlichen Diode ist. Sobald die Spannung, die an der LED anliegt, kleiner ist als eine Durchlaßspannung, fließt durch die LED nur ein sehr kleiner Strom. Wenn die Spannung die Durchlaßspannung übersteigt, nimmt der Strom rapide zu. Die Ausgangs-Lichtintensität eines LED-Lichts ist annähernd dem LED-Strom proportional, und zwar für die meisten Betriebswerte des LED-Stroms, ausgenommen für den Starkstromwert. Eine typische Antriebs-Vorrichtung für ein LED-Licht ist so gebaut, dass sie einen konstanten Strom zur Stabilisierung des von der LED ausgehenden Lichts und eine Verlängerung der Lebensdauer der LED liefert.
Um die Helligkeit eines LED-Lichts zu erhöhen, werden gewöhnlich eine Anzahl LEDs in Reihe geschaltet, um dadurch eine LED-basierte Beleuchtungseinheit zu schaffen, und eine Anzahl LED-basierter Beleuchtungseinheiten kann darüber hinaus in Reihe geschaltet werden, um ein Beleuchtungsgerät zu bilden. So beschreibt beispielsweise das US-Patent 6 777 891 mehrere LED-basierte Beleuchtungseinheiten in Form eines Computer gesteuerten Lichtstrangs, wobei jede Beleuchtungseinheit einen einzeln steuerbaren Knoten des Lichtstrangs oder der Lichterkette bildet.
Die Betriebsspannung, die für jede Beleuchtungseinheit benötigt wird, ist typischerweise von der Durchlaßspannung der LEDs in jeder Beleuchtungseinheit abhängig, hängt also davon ab, wie viele LEDs für jede Beleuchtungseinheit benutzt werden und wie sie miteinander verbunden sind sowie wie die entsprechenden Beleuchtungseinheiten organisiert sind, um von einer Energiequelle Energie zu empfangen. Demzufolge ist in vielen Anwendungsfällen eine gewisse Art von Spannungswandler-Vorrichtung erforderlich, um eine im allgemeinen niedrige Betriebsspannung für eine oder mehrere LED-basierte Beleuchtungseinheiten von gewöhnlicherweise zur Verfügung stehenden höheren Stromzufuhrspannungen zu erhalten. Die Notwendigkeit einer Spannungswandler-Vorrichtung verringert den Wirkungsgrad, führt zu höheren Kosten und macht es auch schwieriger, eine LED-basierte Beleuchtungs-Vorrichtung zu miniaturisieren.
Das US-Patent Nr. 7 781 979 schlägt eine Vorrichtung zur Steuerung von in Reihe geschalteten LEDs vor. Zwei oder mehr LEDs sind in Reihe geschaltet. Ein Reihenstrom durchfließt die LEDs, sobald eine Betriebsspannung angelegt wird. Eine oder mehrere steuerbare Strompfade sind mit wenigstens einer LED parallel geschaltet, um den Reihenstrom an der LED teilweise abzulenken. Die Vorrichtung ermöglicht die Benutzung von Betriebsspannungen, beispielsweise 120 V Wechselstrom oder 240 V Wechselstrom, ohne dass eine Spannungswandler-Vorrichtung erforderlich ist.
Da mehr und mehr LED basierte Beleuchtungseinheiten in Beleuchtungs-Anordnungen, die eine große Helligkeit besitzen, benutzt werden, besteht ein starkes Bedürfnis nach Konstruktionsverfahren und Vorrichtungen, die LED basierte Beleuchtungseinheiten intelligent und wirksam antreiben sowie verbinden können, um den Gebrauch der LEDs zu fördern und stabile und große Helligkeit durch Verwendung der bereits zur Verfügung stehenden Wechselstromquelle von einer Energie liefernden Wandeinheit zu schaffen. Dazu kommt, dass es auch höchst erwünscht ist, viele unterschiedliche Beleuchtungsmodi für die miteinander verbundenen LED basierten Beleuchtungseinheiten zu schaffen, so dass die Helligkeit gemäß unterschiedlicher Beleuchtungserfordernisse oder Schwankung der Spannungshöhe der Wechselstromquelle in geeigneter Weise gesteuert werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Erfordernisse bei der Anwendung von LED basierten Beleuchtungseinheiten zu erfüllen. Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu entwickeln, die flexibel eine Vielzahl LED basierter Beleuchtungseinheiten in der Weise verbinden kann, dass jede der LED basierten Beleuchtungseinheiten mit ihrer benachbarten LED basierten Beleuchtungseinheit in Reihe oder parallel bzw. im Bypass geschaltet werden kann.
Demzufolge weist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl LED basierte Beleuchtungseinheiten auf, die mit einer Vielzahl von Schalteinheiten verbunden sind, welche durch eine Steuerung gesteuert werden. Jede Schalteinheit ist an eine vordere LED basierte Beleuchtungseinheit und eine hintere LED basierte Beleuchtungseinheit angeschlossen. Die Schalteinheit kann so gebaut sein, dass sie die beiden LED basierten Beleuchtungseinheiten parallel oder in Reihe schaltet oder die vordere also führende LED basierte Beleuchtungseinheit im Bypass umgeht. Die Eingangsspannungszufuhr ist an die erste LED basierte Beleuchtungseinheit angeschlossen, um die Vorrichtung mit Strom zu versorgen, und eine Stromsteuer-Vorrichtung verbindet die letzte LED basierte Beleuchtungseinheit mit der Erde.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jede Schalteinheit einen ersten parallelen Anschlußschalter auf, um zwei entsprechende positive Anschlußklemmen der vorderen und der hinteren LED basierten Beleuchtungseinheiten zu verbinden, und einen zweiten parallelen Anschlußschalter zur Verbindung von zwei entsprechenden negativen Anschlußklemmen der vorderen und hinteren LED basierten Beleuchtungseinheiten. Dazu kommt, dass jede Schalteinheit des weiteren einen Reihenanschlußschalter zur Verbindung der negativen Anschlußklemme der vorderen Beleuchtungseinheit mit der positiven Anschlußklemme der hinteren Beleuchtungseinheit aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, eine Vorrichtung zur Steuerung des Anschlusses der zahlreichen LED basierten Beleuchtungseinheiten gemäß der Spannungshöhe der Eingangszufuhrspannung oder der Spannungshöhe über der Stromsteuer-Vorrichtung oder den Spannungshöhen von den genannten beiden zu schaffen. Bei den bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Stromsteuer-Vorrichtung ein stromempfindlicher Widerstand oder eine variable Stromquelle sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind alle LED basierten Beleuchtungseinheiten in Reihe geschaltet, sobald die Eingangsspannungsquelle sich auf einem Maximum der Spannungshöhe befindet, und es sind alle zahlreichen LED basierten Beleuchtungseinheiten parallel geschaltet, wenn sich die Eingangsspannungsquelle auf einer minimalen Spannungshöhe befindet. Wenn die Spannungshöhe der Eingangsspannungsquelle abnimmt, steigt die Anzahl der LED basierten Beleuchtungseinheiten, die parallel geschaltet sind, an, und umgekehrt.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verschiedenartige Verfahren zum Antrieb der LED basierten Beleuchtungseinheiten zu entwickeln, um eine Vielzahl von Beleuchtungsmodi durch Reihenschaltung der LED basierten Beleuchtungseinheiten zu schaffen sowie einige der LED basierten Beleuchtungseinheiten parallel zu schließen oder einige der LED basierten Beleuchtungseinheiten zu überbrücken. Fünf Beispiele der Antriebsverfahren, von denen jedes mit einer Vielzahl von Beleuchtungsmodi auf andere Art und Weise arbeitet, sind für die Steuerung vorgesehen, um die Vielzahl von Schalteinheiten zu steuern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird für die auf diesem Gebiet tätigen Fachleute durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen noch verständlicher, in denen sind:
1 ein Schaltblockdiagramm einer Vorrichtung zur Steuerung LED basierter Beleuchtungseinheiten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein beispielsweises Blockdiagramm der Steuerung in der in 1 Vorrichtung;
3 ein Schaltungsblockdiagramm einer Vorrichtung zur Steuerung LED basierter Beleuchtungseinheiten gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ein beispielsweises Blockdiagramm der Steuerung bei der in 3 gezeigten Vorrichtung;
5 ein Beispiel für das Antreiben und Anschließen der zahlreichen LED basierten Beleuchtungseinheiten der Vorrichtung, um eine Vielzahl von Beleuchtungsmodi zu schaffen, und zwar auf der Grundlage der Spannungshöhe-Variation der Eingangsspannungsquelle, gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt die Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN und des entsprechenden Reihenstroms I_LED, der durch die Vorrichtung in unterschiedlichen Beleuchtungsmodi von 5 fließt;
7 zeigt ein erstes Antriebsverfahren, bei dem die Vielzahl der LED basierten Beleuchtungseinheiten gesteuert wird, so dass sie in einer vollen Reihenschaltung sind zu immer mehr parallelen Verbindungen, und zwar gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Eingangsspannung V_IN sich verringert und umgekehrt;
8A zeigt eine I-V-Kennzeichnungskurve für eine typische LED;
8B zeigt eine ideale Stromquelle ohne Begrenzung in der Minimalspannung V_min;
9 zeigt ein zweites Antriebsverfahren zur Steuerung mehrerer LED basierter Beleuchtungseinheiten, um eine Vielzahl von Beleuchtungsmodi gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichen;
10 zeigt ein drittes Antriebsverfahren zur Steuerung der Vielzahl von LED basierten Beleuchtungseinheiten, um gemäß der vorliegenden Erfindung viele Beleuchtungsmodi zu erhalten;
11 zeigt ein viertes Antriebsverfahren zur Steuerung der Vielzahl von LED basierten Beleuchtungseinheiten, die gemäß der vorliegenden Erfindung viele Beleuchtungsmodi zu erhalten;
12 zeigt ein fünftes Antriebsverfahren zur Steuerung der Vielzahl von LED basierten Beleuchtungseinheiten, um gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Zahl von Beleuchtungsmodi zu erhalten;
13 zeigt eine Übersicht des Helligkeitsvergleiches durch Vergleich der Helligkeit, die durch das vierte Antriebsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, mit der Helligkeit, die durch das Antriebsverfahren erhalten wird, welches von Philips für 32 LED basierte Beleuchtungseinheiten erhalten wird;
14 zeigt eine andere Übersicht des Helligkeitsvergleiches durch Vergleichen der Helligkeit, die durch das vierte Antriebsverfahren erhalten, mit der Helligkeit, die durch das fünfte Antriebsverfahren durch die vorliegende Erfindung mit denselben LED basierten Beleuchtungseinheiten erhalten wird; und
15 zeigt, dass jede LED basierte Beleuchtungseinheit wenigstens eine LED aufweisen kann, die in Reihe, parallel oder in ihrer Kombination erhalten wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die beigefügten Zeichnungen dienen zum weiteren Verständnis der Erfindung und bilden einen Teil der Beschreibung, in die sie eingefügt sind. Die Zeichnung zeigt Ausführungsformen der Erfindung und dient zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundlagen der Erfindung.
1 zeigt ein Schaltblockdiagramm einer Vorrichtung zur Steuerung LED basierter Beleuchtungseinheiten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist eine Vielzahl von LED basierten Beleuchtungseinheiten 101 auf, die zwischen den Knoten N_A und N_C geschaltet sind. Die Eingangsspannung V_IN versorgt die Vielzahl der LED basierten Beleuchtungseinheiten 101 durch den Knoten N_A mit Strom, und ein Stromfühler-Widerstand 103 verbindet den Knoten N_C mit der Erde. Jede Beleuchtungseinheit 101 weist wenigstens eine oder mehrere LEDs auf, die in Reihe, parallel oder beides geschaltet sind, und zwar zwischen der positiven Anschlußklemme A und der negativen Anschlußklemme C der Beleuchtungseinheit.
Wie aus 1 hervorgeht, weist die Vorrichtung ferner mehrere Schalteinheiten 102 auf, die mit mehreren LED basierten Beleuchtungseinheiten verknüpft sind. Jede Schalteinheit 102 ist zwischen zwei benachbarten Beleuchtungseinheiten 101 angeordnet, um die beiden benachbarten Beleuchtungseinheiten durch ihre entsprechenden positiven und negativen Anschlußklemmen A und C zu verbinden. Jede Schalteinheit 102 weist zwei parallele Anschlußschalter 1021 zum entsprechenden Anschließen der positiven und negativen Anschlußklemmen A und C der führenden LED basierten Beleuchtungseinheit 101 an die positiven und negativen Anschlußklemmen A und C der hinteren LED basierten Beleuchtungseinheit 101 auf. Jede Schalteinheit 102 ist auch mit einem Reihenanschlußschalter 1022 zur Verbindung der negativen Anschlußklemme C der führenden LED basierten Beleuchtungseinheit 101 mit der positiven Anschlußklemme A der hinteren LED basierten Beleuchtungseinheit 101 versehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Schalteinheit 102 drei unterschiedliche Betriebsmodi. In dem ersten Betriebsmodus sind die beiden parallelen Verbindungsschalter 1021 ausgeschaltet, und der Reihenverbindungsschalter 1022 ist eingeschaltet. Infolgedessen ist die negative Anschlußklemme C der führenden LED basierten Beleuchtungseinheit 101 an die positive Anschlußklemme A der am Ende befindlichen LED basierten Beleuchtungseinheit 101 angeschlossen. Mit anderen Worten. Zwei benachbarte LED basierte Beleuchtungseinheiten sind in Reihe geschaltet, wenn die Schalteinheit 102 zwischen ihnen so gesteuert wird, dass der Betrieb in dem ersten Modus stattfindet.
In dem zweiten Betriebsmodus sind die beiden parallelen Verbindungsschalter 1021 eingeschaltet und der Reihenverbindungsschalter 1022 ist ausgeschaltet. Wie am besten aus 1 ersichtlich, sind die positive Anschlußklemme A und die negative Anschlußklemme C der führenden LED basierten Beleuchtungseinheit 101 direkt mit der positiven Anschlußklemme A und der negativen Anschlußklemme C der am Ende befindlichen LED basierten Beleuchtungseinheit 101 verbunden. Daher sind die beiden benachbarten LED basierten Beleuchtungseinheiten 101 durch die Anschlüsse der positiven und negativen Anschlußklemmen A und C parallel geschaltet, wenn die Schalteinheit 102 zwischen ihnen so gesteuert wird, dass der Betrieb in dem zweiten Modus stattfindet.
In dem dritten Betriebsmodus ist der Parallel-Verbindungsschalter 1021 in der Schalteinheit 102, der die beiden Anschlußklemmen A der führenden und der am Ende befindlichen LED basierten Beleuchtungseinheiten verbindet, eingeschaltet, und der Reihen-Verbindungsschalter 1022 ist ebenfalls eingeschaltet, um die negative Anschlußklemme C der führenden LED basierten Beleuchtungseinheit mit der positiven Anschlußklemme A der am hinteren Ende befindlichen LED basierten Beleuchtungseinheit zu verbinden. Der Parallel-Verbindungsschalter 1021, der die beiden negativen Anschlußklemmen C der führenden und der am hinteren Ende befindlichen LED basierten Beleuchtungseinheit verbindet, ist ausgeschaltet. Infolgedessen sind die Anschlußklemmen A und C der führenden LED basierten Beleuchtungseinheiten 101 alle mit der positiven Anschlußklemme A der am hinteren Ende befindlichen LED basierten Beleuchtungseinheit kurzgeschlossen und daher wird die führende LED basierte Beleuchtungseinheit in dem dritten Betriebsmodus überbrückt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jede Schalteinheit 102 in der Vorrichtung separat gesteuert. Wie in 1 gezeigt, weist die Vorrichtung des weiteren eine Steuerung 110 auf, die dazu benutzt wird, eine entsprechende Reihe Steuersignale P und S an jede Schalteinheit 102 zu senden. Die beiden Steuersignale P und S können jede Schalteinheit 102 so steuern, dass sie in einem der drei oben beschriebenen Modi arbeitet. Da jedes Paar zwei benachbarte LED basierte Beleuchtungseinheiten 101 parallel oder in Reihe geschaltet sein kann, oder die führende LED basierte Beleuchtungseinheit 101 kann durch Steuern der Schalteinheit 102 zwischen ihnen überbrückt werden, lassen sich die Mehrzahl der Beleuchtungseinheiten in der Vorrichtung in vielen unterschiedlichen Beleuchtungsmodi steuern, wobei die Steuerung 110 Verwendung findet.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die letzte Beleuchtungseinheit mit dem einen Ende des stromempfindlichen Widerstandes 103 am Knoten N_C verbunden. Das andere Ende des stromempfindlichen Widerstandes 103 ist an die Erde angeschlossen. Der Knoten N_C ist auch mit der Steuerung 110 verbunden, so dass die Spannungshöhe am Knoten N_C durch die Steuerung 110 festgestellt werden kann. Die Vielzahl der Schalteinheiten 102 läßt sich durch die Steuerung 110 gemäß der Spannungshöhe über dem stromempfindlichen Widerstand 103 am Knoten N_C, der Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN, die dem Knoten N_A zugeführt wird oder der Kombination der beiden Spannungshöhen steuern.
2 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm der Steuerung 110 gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform. Ein Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler 1101 in der Steuerung 110 verwandelt die Eingangsspannung V_IN in ein digitales Signal, das an eine Zustandsmaschine 1102 gesendet wird. Die Spannungshöhe am Knoten N_C wird durch einen empfindlichen Verstärker 1103 ermittelt, der auch ein Signal an die Zustandsmaschine 1102 ausgeben kann. Die Logik der Steuerung der Vielzahl der Schalteinheiten 102 wird in der Zustandsmaschine 1102 zusammen mit einer Speicher-Vorrichtung 1104 verwirklicht, um Steuersignale P und S an jede Schalteinheit 102 zu senden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich die LED in der LED basierten Beleuchtungseinheit 101 auf alle Arten von Licht emittierenden Dioden, wie beispielsweise Halbleiter und organisches Licht emittierende Dioden, die Licht bei einer Vielfalt von Frequenzspektren emittieren können. Die Vorrichtung kann eine beliebige Zahl LED basierter Beleuchtungseinheiten aufweisen, und jede LED basierte Beleuchtungseinheit kann eine beliebige Zahl LED Vorrichtungen besitzen, und zwar gemäß dem Erfordernis bei den speziellen Anwendungsfällen der Vorrichtung. Die Schalteinheit 102 bezieht sich ganz allgemein auf eine Schalteinheit, die Schalteinrichtungen mit geeignetem Steuermechanismus zum Öffnen oder Schließen des Anschlusses oder eines oder mehrerer Schaltkreise. Die Schaltvorrichtungen können mechanischer oder elektrischer Natur sein oder Halbleiterschalter, versehen mit integrierten Schaltungen.
3 zeigt ein Schaltungsblockdiagramm einer Vorrichtung zur Steuerung LED basierter Beleuchtungseinheiten gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform weist die Vorrichtung auch mehrere LED basierte Beleuchtungseinheiten 101 auf, die mit mehreren Schalteinheiten 102 verknüpft sind und zwischen den Knoten N_A und N_C geschaltet sind. Der stromempfindliche Widerstand 102, der bei der Ausführungsform von 1 gezeigt ist, wird durch eine variable Stromquelle 105 ersetzt. Eine Steuerung 120 steuert den durch die variable Stromquelle 105 fließenden Strom, und zwar zusätzlich zu der Steuerung der Vielzahl von Schalteinheiten 102.
Bei dieser Ausführungsform wird auch die Spannungshöhe der variablen Stromquelle 105 am Knoten N_C ermittelt. Die Vielzahl von Schaltungseinheiten 102 kann durch die Steuerung 120 gemäß der Spannungshöhe gesteuert werden, die über der variablen Stromquelle 105, am Knoten N_C herrscht, ferner gemäß der Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN, die dem Knoten N_A zugeführt wird oder der Kombination der beiden Spannungshöhen.
4 zeigt ein beispielsweises Blockdiagramm der Steuerung 120 gemäß der Ausführungsform von 3. Die Logik der Steuerung der Vielzahl von Schalteinheiten 102 wird in einer Zustandsmaschine 1202 zusammen mit einer Speichervorrichtung 1204 umgesetzt, um zu jeder Schalteinheit 102 getrennte Steuersignale P und S zu senden. Die Spannungshöhe am Knoten N wird durch einen empfindlichen Verstärker 1203 ermittelt, der an die Statusmaschine 1202 ein Signal aussendet. Eine Stromsteuerschaltung 1205 steuert die variable Stromquelle 105.
Gemäß der Vorrichtung zur Steuerung der LED basierten Beleuchtungseinheit der vorliegenden Erfindung können zwei benachbarte LED basierte Beleuchtungseinheiten 101 so gesteuert werden, dass sie parallel oder in Reihe geschaltet sind oder mit der führenden LED basierten Beleuchtungseinheit überbrückt werden. Infolge dessen kann die Vielzahl von LED basierten Beleuchtungseinheiten 101 mit unterschiedlichen Antriebsverfahren gesteuert werden, um viele unterschiedliche Beleuchtungsmodi zu verwirklichen, und zwar auf der Grundlage wie jede einzelne LED basierte Beleuchtungseinheit 101 gestaltet ist, um mit ihrer benachbarten LED basierten Beleuchtungseinheit in Verbindung zu treten. So kann beispielsweise die Vorrichtung von einem Beleuchtungsmodus auf einen anderen Beleuchtungsmodus schalten, und zwar auf der Grundlage der Änderung in der Eingangsspannung V_IN.
5 zeigt ein Beispiel einer Vielzahl von Beleuchtungsmodi, die von der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angeboten werden. Die Vorrichtung kann auf der Grundlage der Änderung der Eingangsspannung V_IN gesteuert werden, um im Modus 0, Modus 1, ..., und Modus M zu arbeiten. Wenn die Eingangsspannung V_IN den höchsten Wert aufweist, arbeitet die Vorrichtung im Modus M, in dem alle zwei benachbarten LED basierten Beleuchtungseinheiten 101 so gesteuert werden, dass sie durch die Schalteinheit 102 zwischen ihnen in Reihe geschaltet werden, so dass alle LEDs in den LED basierten Beleuchtungseinheiten 101 in Reihe geschaltet sind. Wenn die Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN von dem höchsten Wert abnimmt, werden einige der LED basierten Beleuchtungseinheiten so gesteuert, dass sie parallel liegen, und der Beleuchtungsmodus der Vorrichtung schaltet vom Modus M zum Modus (M – 1), Modus (M – 2), ..., usw.
Wenn im Gegensatz dazu die Eingangsspannung V_IN sich auf dem niedrigsten Niveau bzw. Wert befindet, arbeitet die Vorrichtung im Modus 0, in dem jeweils zwei benachbarte LED basierte Beleuchtungseinheiten 101 so gesteuert werden, dass sie zwischen jeder Schalteinheit 102 zwischen ihnen parallel geschaltet werden, so dass alle LED basierten Beleuchtungseinheiten parallel geschaltet sind. Da die Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN von dem untersten Wert ansteigt, werden immer mehr LED basierte Beleuchtungseinheiten so gesteuert, dass sie in Reihe geschaltet sind, und der Beleuchtungsmodus der Vorrichtung schaltet vom Modus 0 zum Modus 1, Modus 2, ..., usw.
6 zeigt die Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN u den entsprechenden Reihenstrom I_LED, der durch die Vorrichtung unter den verschiedenen Modi fließt. Im allgemeinen wird eine Wechselstromspannung gleichgerichtet, bevor Energie an eine LED basierte Beleuchtungs-Vorrichtung abgegeben wird. Daher variiert die Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN entsprechend den vorgegebenen Zyklen der gleichgerichteten Sinuswellen. Zur Vereinfachung verwendet 6 eine Dreieckwelle zur Darstellung der Änderung der Eingangsspannung V_IN und des Betriebs der verschiedenen Beleuchtungsmodi dieser Erfindung. Als Beispiel kann bei der Spannungshöhe einer Dreieckwelle V_IN ausgedrückt werden als (V_M/T_M)t, wobei V_M = 120 Volt und T_M = (1/240) Sekunden für 120 Volt Wechselstromspannung von 60 Hz ist, ausgedrückt werden.
Wie in 6 gezeigt, arbeitet die Vorrichtung im Modus 0, wenn die Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN von 0 auf V₀ ansteigt. Mit anderen Worten, während der Zeit 0 bis T₀ ist Modus 0 der Beleuchtungsmodus. Wenn die Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN von V₀ auf V₁ während der Zeit T₀ bis T₁ ansteigt, arbeitet die Vorrichtung im Beleuchtungsmodus 1. In ähnlicher Weise arbeitet die Vorrichtung dann, wenn die Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN von V_M-1 auf V_M während der Zeit T_M-1 bis T_M ansteigt im Beleuchtungsmodus M. Wie aus 6 ersichtlich, hat bei den Zeiten T₀, T₁, ..., T_M der Reihenstrom I_LED, der durch die LED basierten Beleuchtungseinheiten fließt, die maximale Höhe I_MAX, und der Strom fällt dann und steigt daraufhin wieder allmählich zwischen jeder Zeitperiode T_i-1 bis T_i auf den Maximalwert an. Wenn die Spannungshöhe der Eingangsspannung V_IN von dem maximalen Wert V_M abfällt, arbeitet die Vorrichtung gleichermaßen, jedoch in umgekehrter Weise.
Um die Betriebsweise und die Beleuchtungsmodi der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weiter zu erklären, werden ein paar Anwendungsbeispiele verschiedener Antriebsverfahren für die Vielzahl von Beleuchtungsmodi zur Steuerung der Anschlüsse der LED basierten Beleuchtungseinheiten beschrieben. Zur Vereinfachung wird angenommen, dass die Gesamtzahl der LED basierten Beleuchtungseinheiten in der Vorrichtung N ist und jede LED basierte Beleuchtungseinheit nur eine LED aufweist. In jedem Antriebsverfahren bietet die vorliegende Erfindung M unterschiedliche Beleuchtungsmodi für die Vorrichtung, wobei M von N abhängt, aber für ein unterschiedliches Antriebsverfahren verschieden sein kann. 7 zeigt ein erstes Antriebsverfahren, bei dem die Mehrzahl der Beleuchtungseinheiten in der Vorrichtung von einer vollen Reihenschaltung auf immer mehr Parallelschaltungen geschaltet wird, sobald die Spannung V_IN abnimmt und umgekehrt.
Wie aus 7 ersichtlich ist, gibt es eine Gesamtheit von N Beleuchtungseinheiten in der Vorrichtung mit N = 2^M, und jede Beleuchtungseinheit weist hier aus Vereinfachungsgründen nur eine LED auf. Bei dem ganz links gezeigten Beleuchtungsmodus, wo die Eingangsspannung V_IN den höchsten Wert hat, sind alle Beleuchtungseinheiten in Reihe geschaltet. Wenn die Eingangsspannung abnimmt, schaltet die Vorrichtung in den nächsten Beleuchtungsmodus, der als zweites links gezeigt ist, und alle zwei LED basierten Beleuchtungseinheiten werden so gesteuert, dass sie parallel geschaltet sind. Daher gibt es N/2 Gruppen von LED basierten Beleuchtungseinheiten, die in der Vorrichtung in Reihe geschaltet sind, wobei jede Gruppe zwei LED basierte Beleuchtungseinheiten aufweist, die parallel geschaltet sind.
Wenn die Eingangsspannung weiter abfällt, schaltet die Vorrichtung in den folgenden Beleuchtungsmodus, wobei jeweils vier LED basierte Beleuchtungseinheiten so gesteuert werden, dass sie in Reihe liegen, um N/4 Gruppen LED basierter Beleuchtungseinheiten zu bilden, die mit jeder Gruppe, welche vier LED basierte Beleuchtungseinheiten aufweist, parallel geschaltet sind. Wenn die Eingangsspannung weiter abfällt, verringert sich die Zahl der Gruppen LED basierter Beleuchtungseinheiten, wobei jede Gruppe mit mehr LED basierten Beleuchtungseinheiten parallel geschaltet ist. Wenn die Eingangsspannung V_IN auf den untersten Wert sinkt, wird der Beleuchtungsmodus ganz rechts gezeigt, wobei dann alle LED basierten Beleuchtungseinheiten parallel geschaltet sind. Wenn die Eingangsspannung beginnt anzusteigen, dann schaltet die Vorrichtung die Beleuchtungsmodi in der umgekehrten Weise. Da sich in der Vorrichtung N = 2^M LED basierten Beleuchtungseinheiten befinden, bietet dieses Antriebsverfahren M + 1 unterschiedliche Beleuchtungsmodi für die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die von den LED basierten Beleuchtungseinheiten der Vorrichtung gemäß dem ersten Antriebsverfahren der vorliegenden Erfindung geschaffene Helligkeit läßt sich auf der Grundlage der I-V Charakteristik (Strom-Spannungs-Charakteristik) der LED analysieren. 8A zeigt eine I-V Charakteristikkurve für eine typische LED. Zur Vereinfachung ist die I-V Charakteristikkurve als stückweise linear gezeigt. Wenn die Eingangsspannung V_LED, die an einer LED anliegt, größer als eine Durchlaßspannung V_f0 ist, ist der Strom I_LED, der durch die LED fließt, linear proportional der Eingangsspannung V_LED. Wenn die Eingangsspannung V_LED die Spannung V_Lm erreicht, hat der Strom I_LED einen Maximalwert km. 8B zeigt eine ideale Stromquelle bei keiner Beschränkung der Minimalspannung V_min.
Die stückweise lineare I-V Charakteristikkurve kann wie folgt ausgedrückt werden:
wobei I_Lm der maixmale Strom ist, der von der Stromquelle an die LED geliefert wird. Die folgende Analyse nimmt an, dass kein Energieverlust vorhanden ist und jede LED basierte Beleuchtungseinheit eine LED besitzt mit denselben I-V Charakteristiken sowie eine Durchlaßspannung V_f0. Die Gesamtzahl der LED basierten Beleuchtungseinheiten ist:
wobei
für den ganzzahligen Teil der Anzahl (V_M/V_f0) steht und V_M die maximale Spannungshöhe ist, die der Vorrichtung durch die Eingangsspannung V_IN zugeführt wird.
Die gesamte Helligkeit einer Vielzahl von LED basierten Beleuchtungseinheiten ist proportional der Summe des durchschnittlichen Stroms, der durch jede LED fließt, d. h.
wobei I_{LED(j, k)} den Strom darstellt, der durch die j^th LED im Beleuchtungsmodus k fließt, der in 6 gezeigt ist, wobei angenommen wird, dass jede LED basierte Beleuchtungseinheit nur eine LED hat.
Für das erste Antriebsverfahren, das in 7 dargestellt ist, gibt es M + 1 verschiedene Modi für die Gesamtheit N der LED basierten Beleuchtungseinheiten mit M = log₂N und für den Beleuchtungsmodus k, wobei der Strom, der durch die LEDs fließt, beträgt: I_{LED(1, k)} = I_{LED(2, k)} = ... = I_{LED(N, k)}, wobei k = 0, 1, 2, ..., M ist. Für den Beleuchtungsmodus 0 ist der gesamte Strom, der jede LED fließt:
Mit
kann weiter gezeigt werden, dass
In gleicher Weise ist für den Beleuchtungsmodus k der gesamte Strom, der durch jede LED fließt:
Mit
kann weiter gezeigt werden, dass:
9 zeigt ein zweites Antriebsverfahren, bei dem die Vielzahl der LED basierten Beleuchtungseinheiten in der Vorrichtung ebenfalls von einer vollständigen Reihenschaltung zu immer mehr Parallelschaltungen geschaltet wird, sobald die Eingangsspannung V_IN abfällt und umgekehrt. Bei dieser Ausführungsform ist der Beleuchtungsmodus dann, wenn die Eingangsspannung V_IN sich auf dem höchsten Wert befindet, ganz links gezeigt, wobei alle LED basierten Beleuchtungseinheiten in Reihe geschaltet sind. Wenn die Eingangsspannung abfällt, ist nur eine Gruppe von LED basierten Beleuchtungseinheiten parallel geschaltet, und die Gruppe ist mit den verbleibenden LED basierten Beleuchtungseinheiten in Reihe geschaltet. Die Zahl der LED basierten Beleuchtungseinheiten in der Gruppe erhöht sich jedoch, wenn die Vorrichtung in den nächsten Beleuchtungsmodus schaltet, sobald sich die Eingangsspannung verringert, und die Anzahl der verbleibenden LED basierten Beleuchtungseinheiten, die in Reihe geschaltet sind, nimmt ab.
Unter Bezug auf 9 ist festzustellen, dass der Beleuchtungsmodus, der als zweites links gezeigt ist, zwei LED basierte Beleuchtungseinheiten aufweist, die parallel geschaltet sind und dass der Beleuchtungsmodus als dritter links drei LED basierte Beleuchtungseinheiten besitzt, die parallel geschaltet sind, während beim Beleuchtungsmodus ganz rechts alle LED basierten Beleuchtungseinheiten parallel geschaltet sind, wenn die Eingangsspannung sich weiter bis zu einem niedrigsten Niveau verringert. In ähnlicher Weise wie die Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, schaltet die Vorrichtung, sobald die Eingangsspannung ansteigt, die Beleuchtungsmodi in umgekehrter Weise. Wie aus 9 ersichtlich ist, beträgt die Zahl der verschiedenen Beleuchtungsmodi, die bei diesem Antriebsverfahren vorgesehen wird, N, wenn die gesamte Anzahl LED basierter Beleuchtungseinheiten N ist.
Bei dem zweiten Antriebsverfahren, das in 9 gezeigt ist, sind N verschiedene Beleuchtungsmodi für die Gesamtheit von N Beleuchtungseinheiten vorhanden, und für den Modus k gibt es k LEDs, die mit der Gruppe von (N – k) LEDs, die parallel geschaltet sind, in Reihe geschaltet sind. Der durch die LEDs fließende Strom ist:
wobei k = 0, 1, ..., N – 1. Für den Beleuchtungsmodus 0 ist der gesamte Strom, der durch jede LED in diesem Antriebsverfahren fließt, identisch mit dem ersten Antriebsverfahren, das oben besprochen ist, d. h.
Für den Beleuchtungsmodus k wird angenommen:
Mit
läßt sich der durch die LED fließende Strom wie folgt darstellen:
Daher ist
und der gesamte Strom, der durch die LED fließt, ist:
wobei
Zusätzlich zu den ersten und zweiten Antriebsverfahren, die oben beschrieben und erläutert worden sind, kann bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein drittes Verfahren Anwendung finden, das in 10 gezeigt ist. Wenn angenommen wird, dass die Gesamtzahl der LED basierten Beleuchtungseinheiten N ist und (M + 1) Verzweigungen n₀, n₁, ..., und n_M Verzweigungen in wachsender Reihe für n existieren, so ist N/n_k eine ganze Zahl für k = 0, 1, 2, ..., und M. Das dritte Antriebsverfahren gemäß dieser Erfindung hat (M + 1) Beleuchtungsmodi für die Vorrichtung, wobei der Beleuchtungsmodus k n_k Gruppen von LED basierten Beleuchtungseinheiten aufweist, die in Reihe geschaltet sind, und jede Gruppe hat N/n_k Beleuchtungseinheiten, die parallel geschaltet sind, wie in 10 gezeigt.
Für den Beleuchtungsmodus k zeigt der Strom, der durch die LEDs fließt: I_LED(1, k) = I_LED(2, k) = ... = I_LED(N, k). für
ist der gesamte Strom, der durch die LED fließt:
wobei
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch ein viertes Antriebsverfahren für die Vorrichtung Verwendung finden, um eine Vielzahl von Beleuchtungsmodi zu verwirklichen, wie in 11 gezeigt. Bei dem vierten Antriebsverfahren sind die LED basierten Beleuchtungseinheiten in (k + 1) Gruppen von LED basierten Beleuchtungseinheiten für den Beleuchtungsmodus k aufgeteilt. Die (k + 1) Gruppen der Beleuchtungseinheiten sind in Reihe geschaltet, und die LED basierten Beleuchtungseinheiten in jeder Gruppe sind parallel geschaltet. Mit anderen Worten, jede Gruppe hat ⌊ N / k+1⌋ LED basierte Beleuchtungseinheiten, die in Reihe geschaltet sind, wobei ⌊ N / k+1⌋ dem ganzzahligen Teil der Zahl N/(k + 1) entspricht.
Wenn N/(k + 1) keine ganze Zahl ist, werden N_z = (N – (k + 1) × ⌊ N / k+1⌋) Beleuchtungseinheiten umgangen. Das vierte Antriebsverfahren kann N unterschiedliche Beleuchtungsmodi bieten. Für den Beleuchtungsmodus k, k = 0, 1, ..., N, ist der durch die LEDs fließende Strom: I_{LED(1, k)} = I_{LED(2, k)} = ... = I_{LED(N-Nz, k)}, und I_{LED(N-Nz+1, k)} = I_{LED(N-Nz+2, k)} = ... = I_{LED(N, k)} = 0. wobei
und der gesamte Stromfluß durch die LED
wobei
Die vorliegende Erfindung bietet des weiteren ein fünftes Antriebsverfahren für die Vorrichtung, um eine Vielzahl von Beleuchtungsmodi zu schaffen, wie in 12 gezeigt. Das fünfte Antriebsverfahren ist ähnlich dem vierten Antriebsverfahren mit Ausnahme der Tatsache, dass die N_Z LED basierten Beleuchtungseinheiten, die in dem vierten Antriebsverfahren umgangen werden, in einigen der Gruppen gleichmäßig verteilt sind. Mit anderen Worten, in den (k + 1) Gruppen der LED basierten Beleuchtungseinheiten haben einige Gruppen ⌊ N / k+1⌋ Beleuchtungseinheiten, andere Gruppen jedoch haben (⌊ N / k+1⌋ + 1) Beleuchtungseinheiten. So gibt es beispielsweise für den Beleuchtungsmodus k A_k Gruppen, von denen jede aus ⌊ N / k+1⌋ Beleuchtungseinheiten besteht, die parallel geschaltet sind, und B_k Gruppen, von denen jede aus (⌊ N / k+1⌋ + 1) Beleuchtungseinheiten besteht, welche parallel geschaltet sind, wobei A_k + B_k = (k + 1) ist. Die (k + 1) Gruppen LED basierter Beleuchtungseinheiten sind in Reihe geschaltet.
Für den Beleuchtungsmodus k gilt
Der Stromfluß durch die LED kann wie folgt beschrieben werden:
Daher ist der Gesamtstrom, der durch die LED fließt
Um die Helligkeit der LED basierten Beleuchtungseinheiten, die durch die Antriebsmethoden erhalten werden, welche die vorliegende Erfindung bietet, mit derjenigen des bekannten Antriebsverfahrens zu vergleichen, wird die Helligkeit der LED basierten Beleuchtungseinheiten, die mit dem Verfahrensvorschlag verwendet werden, welcher in dem US Patent Nr. 7 781 979 offenbart ist, das der Firma Philips Solid-State Lightening Solutions, Inc. gehört, ebenfalls analysiert. Das Antriebsverfahren wird als Philips bezeichnet und hat N Beleuchtungsmodi, und für den Beleuchtungsmodus k ist der Strom, der durch jede LED fließt: I_{LED(1, k)} = I_{LED(2, k)} = ... = I_{LED(k+1, k)} = I_Lm, und I_{LED(k+2, k)} = I_{LED(k+3, k)} = ... = I_{LED(N, k)} = 0
Daher ist der für den Beleuchtungsmodus 0 und den Modus 1 durch die LED fließende Gesamtstrom:
Für den Beleuchtungsmodus k mit k >= 2 gilt:
und der gesamte Strom, der durch die LED fließt, ist:
13 zeigt eine Tabelle, die die Helligkeit vergleicht, welche durch Verwendung des Antriebsverfahrens, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, erreicht wird, mit dem Antriebsverfahren, das durch Philips für die LED basierten Beleuchtungseinheiten erreicht wird, welche 32 LEDs mit 32 unterschiedlichen Beleuchtungsmodi umfaßt. Bei dem Vergleich wird angenommen, dass die LEDs Cree LEDs sind und die Eingangsspannung V_IN 120 Volt bei 60 Hz beträgt. Aus 13 ist ersichtlich, dass das vierte Antriebsverfahren dieser Erfindung zu mehr Helligkeit für die LED basierten Beleuchtungseinheiten in vielen Beleuchtungsmodi führt.
14 zeigt eine andere Tabelle des Vergleichs des Helligkeit, die durch Verwendung des vierten und des fünften Antriebsverfahrens der vorliegenden Erfindung für dieselben LED basierten Beleuchtungseinheiten erzielt wird. Es kann festgestellt werden, dass die zwei Antriebsverfahren sehr kompatibel sind, wobei das vierte Antriebsverfahren geringfügig mehr Helligkeit der LED basierten Beleuchtungseinheiten in einigen Beleuchtungsmodi liefert.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung und Schaltung einer Vielzahl von LED basierten Beleuchtungseinheiten, wobei einige in Reihe geschaltet und einige parallel geschaltet werden können. Die Beleuchtungseinheit kann eine oder mehrere LEDs aufweisen, die in Reihe geschaltet sind, parallel liegen oder in Kombination von beiden, wie in 15 gezeigt. Obgleich nur drei Beispiele in 15 dargestellt sind, wird darauf hingewiesen, dass die LEDs auf viele unterschiedliche Weisen geschaltet werden können, um als Beleuchtungseinheit der vorliegenden Erfindung zu dienen. Durch Verwendung der drei Antriebsverfahren der Erfindung lassen sich viele Beleuchtungsmodi für die LED basierten Beleuchtungseinheiten schaffen. Die vorliegende Erfindung kann den Einsatz von LEDs vergrößern, wie aus der Helligkeitsvergleichstabelle ersichtlich ist, die in 13 gezeigt wird. Viele unterschiedliche Beleuchtungsmodi können für zahlreiche Erfordernisse angeboten werden. Dazu kommt, dass durch Benutzung eines geeigneten Antriebsverfahren der durch die LEDs der Beleuchtungseinheiten fließende Strom gesteuert werden kann, so dass er gleichmäßiger ist.
Obgleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es für die auf diesem Gebiet tätigen Fachleute offensichtlich, dass eine Vielzahl von Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert werden soll.

Claims

Vorrichtung zum Antrieb von LED basierten Beleuchtungseinheiten, umfassend eine Vielzahl von LED basierten Beleuchtungseinheiten, von denen jede eine positive Anschlußklemme, eine negative Anschlußklemme und eine oder mehrere LEDs aufweist, die zwischen der positiven und der negativen Anschlußklemme geschaltet sind; ferner umfassend mehrere Schalteinheiten, die mit den zahlreichen LED basierten Beleuchtungseinheiten verknüpft sind, wobei jede dieser Schalteinheiten zwischen einer entsprechenden führenden LED basierten Beleuchtungseinheit und einer entsprechenden hinteren LED basierten Beleuchtungseinheit angeordnet ist; des weiteren umfassend eine Eingangsspannungsquelle, die an die positive Anschlußklemme einer ersten LED basierten Beleuchtungseinheit der mehreren LED basierten Beleuchtungseinheiten angeschlossen ist; eine Steuerung zum Steuern der mehreren Schalteinheiten und eine Stromsteuer-Vorrichtung mit einem ersten Ende, das mit der negativen Anschlußklemme wenigstens einer LED basierten Beleuchtungseinheit der mehreren LED basierten Beleuchtungseinheiten verbunden ist, sowie mit einem zweiten Ende, das mit der Erde verbunden ist; wobei jede der mehreren Schalteinheiten durch die Schaltung getrennt gesteuert wird und einen Reihenschaltungsmodus zum Anschluß an die negative Anschlußklemme der entsprechenden führenden LED basierten Beleuchtungseinheit an die positive Anschlußklemme der entsprechenden hinteren LED basierten Beleuchtungseinheit aufweist, ferner einen parallelen Anschlußmodus zum Zusammenschließen der beiden positiven Anschlußklemmen der entsprechenden führenden und hinteren LED basierten Beleuchtungseinheiten, und zum Zusammenschließen der beiden negativen Anschlußklemmen der entsprechenden führenden und hinteren LED basierten Beleuchtungseinheiten, und ferner aufweisend einen Überbrückungsmodus zur Verbindung der beiden positiven und negativen Anschlußklemmen der entsprechenden führenden LED basierten Beleuchtungseinheiten mit der positiven Anschlußklemme der entsprechenden hinteren LED basierten Beleuchtungseinheit.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der zahlreichen Schalteinheiten einen ersten Parallelanschlußschalter zum Anschließen der beiden positiven Anschlußklemmen der entsprechenden führenden und hinteren LED basierten Beleuchtungseinheiten aufweist, des weiteren einen zweiten Parallelanschlußschalter zum Anschließen der beiden negativen Anschlußklemmen der entsprechenden führenden und hinteren LED basierten Beleuchtungseinheiten und einen Reihenanschlußschalter zum Anschließen der negativen Anschlußklemmen der entsprechenden führenden LED basierten Beleuchtungseinheit an die positive Anschlußklemme der entsprechenden hinteren LED basierten Beleuchtungseinheit.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende der Stromsteuer-Vorrichtung an die Steuerung ein Spannungshöhensignal sendet, und dass die Steuerung eine Vielzahl von Schalteinheiten so steuert, dass sie in unterschiedlichen Modi gemäß dem Spannungshöhensignal arbeiten.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung eine Vielzahl von Spannungseinheiten steuert, so dass sie in unterschiedlichen Modi gemäß einer Spannungssignalhöhe der Eingangsspannungsquelle und der Spannungssignalhöhe arbeiten, die von dem ersten Ende der Stromsteuer-Vorrichtung gesendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsteuer-Vorrichtung ein stromempfindlicher Widerstand ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Stromsteuer-Vorrichtung eine variable Stromquelle ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren LED basierten Beleuchtungseinheiten eine oder mehrere LEDs aufweist, die zwischen den positiven und negativen Anschlußklemmen in Reihe geschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren LED basierten Beleuchtungseinheiten mehrere LEDs aufweist, die zwischen der positiven und der negativen Anschlußklemme in Reihe geschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren LED basierten Beleuchtungseinheiten mehrere LEDs aufweist, die zwischen den positiven und negativen Anschlußklemmen in einer Kombination von Parallelschaltung und Reihenschaltung verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung mehrere Schalteinheiten so steuert, dass sie gemäß einer Spannungssignalhöhe der Eingangsspannungsquelle in unterschiedlichen Modi arbeiten.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle die zahlreichen Schalteinheiten so gesteuert werden, dass sie im Reihenschaltmodus arbeiten, sobald die Eingangsspannungsquelle einen maximalen Spannungswert erreicht und im Parallelschaltmodus arbeiten, sobald die Eingangsspannungsquelle einen minimalen Spannungswert erreicht, und dass einige der mehreren Schalteinheiten so gesteuert werden, dass sie im Reihenschaltmodus arbeiten und einige der mehreren Schalteinheiten so gesteuert werden, dass sie im Parallelschaltmodus arbeiten, wenn die Spannungshöhe der Eingangsspannungsquelle zwischen dem maximalen Spannungswert und dem minimalen Spannungswert variiert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schalteinheiten, die gesteuert werden, um in dem Parallelschaltmodus zu arbeiten, sich erhöht, wenn die Spannungshöhe der Eingangsspannungsquelle sich von der maximalen Spannungshöhe auf die minimale Spannungshöhe verringert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung N LED basierte Beleuchtungseinheiten und (M + 1) unterschiedliche Beleuchtungsmodi aufweist, wobei N = 2^M ist und im Beleuchtungsmodus k für k = 0, 1, 2, ..., M 2^k Gruppen LED basierte Beleuchtungseinheiten mit jeder Gruppe in Reihe geschaltet sind, die (N/2^k) LED basierte Beleuchtungseinheiten aufweist, welche parallel geschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung N LED basierte Beleuchtungseinheiten und N verschiedene Beleuchtungsmodi aufweist und im Beleuchtungsmodus k für k = 0, 1, 2, ..., N – 1 k LED basierte Beleuchtungseinheiten vorhanden sind, die mit einer Gruppe von LED basierten Beleuchtungseinheiten in Reihe geschaltet sind, welche von den übrigen (N – k) LED basierten Beleuchtungseinheiten, die parallel geschaltet sind, gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung N LED basierte Beleuchtungseinheiten und (M + 1) unterschiedliche Beleuchtungsmodi aufweist, wo ganze Zahlen n₀, n₁, ..., M in aufsteigender Ordnung Verzweigungen oder Teiler für N sind, und zwar mit N/n_k eine ganze Zahl und im Beleuchtungsmodus k für k = 0, 1, 2, ..., M n_k Gruppen LED basierter Beleuchtungseinheiten vorhanden sind, die mit jeder Gruppe aus (N/n_k) LED basierten Beleuchtungseinheiten parallel geschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung N LED basierte Beleuchtungseinheiten und N unterschiedliche Beleuchtungsmodi aufweist und im Beleuchtungsmodus k für k = 0, 1, 2, ..., N – 1 (k + 1) Gruppen von LED basierten Beleuchtungseinheiten vorhanden sind, die mit jeder Gruppe in Reihe geschaltet sind, welche ⌊ N / k+1⌋ LED basierte Beleuchtungseinheiten aufweist, die parallel geschaltet sind, und die verbleibenden (N – (k + 1) × ⌊ N / k+1⌋) LED basierten Beleuchtungseinheiten überbrückt werden, wobei ⌊ N / k+1⌋ einen ganzen Teil von N/(k + 1) darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung N LED basierte Beleuchtungseinheiten und N verschiedene Beleuchtungsmodi aufweist, und dass im Beleuchtungsmodus k für k = 0, 1, 2, ..., N – 1 alle LED basierten Beleuchtungseinheiten in (k + 1) Gruppen von LED basierten Beleuchtungseinheiten unterteilt sind, welche in Reihe geschaltet sind, wobei A_k jeder der Gruppen ⌊ N / k+1⌋ LED basierte Beleuchtungseinheiten aufweist, die parallel geschaltet sind und B_k jeder Gruppe (⌊ N / k+1⌋ + 1) LED basierte Beleuchtungseinheiten aufweist, die parallel geschaltet sind, wobei schließlich ⌊ N / k+1⌋ einen ganzzahligen Teil von N/(k + 1) und A_k + B_k = (k + 1) darstellt.