DE202015008006U1

DE202015008006U1 - Leuchtdiodenmodul und Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE202015008006U1
Application number: DE202015008006.5U
Authority: DE
Original assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Current assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-02-21
Anticipated expiration: 2025-11-20
Also published as: AT16963U1

Abstract

Leuchtdiodenmodul, umfassend: mehrere Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23); für jeden der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) einen Schalter (31, 32, 33) zum Verbinden des jeweiligen Leuchtdiodenstrangs (21, 22, 23) mit einer Netzspannung (VL); für jeden der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) einen Stromregler (41, 42, 43) zum Steuern eines Stromes durch den jeweiligen Leuchtdiodenstrang (21, 22, 23); einen Nulldurchgangsdetektor (60) zur Erfassung von Nulldurchgängen der Netzspannung (VL); und eine Steuerung (50), welche dazu ausgestaltet ist, die Schalter (31, 32, 33) derart anzusteuern, dass jeder der Leuchtdiodenstränge (21, 23, 24) jeweils an einem Zeitpunkt, welcher für diesen Leuchtdiodenstrang (21, 22, 23) im Verhältnis zu einem von dem Nulldurchgangsdetektor (60) erfassten Nulldurchgang definiert ist, vorübergehend mit der Netzspannung (VL) verbunden wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Leuchtdiodenmodule, insbesondere Leuchtdiodenmodule welche flexibel mit verschiedenen Konfigurationen von Leuchtdiodensträngen bestückt werden können. Weiterhin betrifft die vorliegende Anmeldung Beleuchtungsvorrichtungen mit einem oder mehreren solcher Leuchtdiodenmodule.
HINTERGRUND
Bei auf Leuchtdioden basierenden Leuchtmitteln, ist es bekannt, Leuchtdiodenmodule zu verwenden, welche mehrere Stränge von in Reihe verbundenen Leuchtdioden, im Folgenden als Leuchtdiodenstränge bezeichnet, aufweisen. Bei solchen Leuchtdiodenmodulen ist es möglich, die Leuchtdiodenstränge in einem sogenannten AC-Betrieb direkt über eine Netzspannung von beispielsweise 230 V oder 120 V zu versorgen, ohne dass ein spezieller Leuchtdiodentreiber zur Konvertierung der Netzspannung in ein Gleichspannungssignal mit niedrigem Spannungspegel erforderlich wäre. Mitunter können solche Leuchtdiodenmodule auch für einen sogenannten DC-Betrieb ausgestaltet sein. Ein für den DC-Betrieb ausgestaltetes Leuchtdiodenmodul weist zusätzlich einen Gleichrichter auf, über welchen die Leuchtdiodenstränge mit der Netzspannung verbunden sind.
Bei solchen auf mehreren Leuchtdiodensträngen basierenden Leuchtdiodenmodulen bestehen jedoch Probleme dahingehend, dass bei einer bestimmten Netzspannung, z. B. von 230 V, auch eine entsprechende Konfiguration der Leuchtdiodenstränge gewählt werden muss. Insbesondere bestehen hier Einschränkungen bezüglich des Typs von verwendeten Leuchtdioden sowie der Anzahl von Leuchtdioden in einem Leuchtdiodenstrang. Weiterhin kann es aufgrund von unterschiedlichen Erfordernissen bezüglich Betriebsspannung oder -strom problematisch sein, verschiedene Typen von Leuchtdioden, z. B. Multi-Junction-Leuchtdioden und Single-Junction-Leuchtdioden, in einem Leuchtdiodenmodul zu kombinieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf an Leuchtdiodenmodulen, die Verbesserungen im Hinblick auf die oben beschriebenen Nachteile bringen. Es besteht insbesondere ein Bedarf an Leuchtdiodenmodulen, in welchen flexibel verschiedene Konfigurationen von Leuchtdiodensträngen zum Einsatz kommen können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Leuchtdiodenmodul bereitgestellt, welches mehrere Leuchtdiodenstränge umfasst. Typischerweise umfasst ein solcher Leuchtdiodenstrang eine oder mehrere in der Reihe verbundene Leuchtdioden. Hierbei kann es sich um herkömmliche Leuchtdioden vom Single-Junction-Typ oder um Leuchtdioden vom Multi-Junction-Typ handeln. Für jeden der Leuchtdiodenstränge umfasst das Leuchtdiodenmodul einen Schalter zum Verbinden des jeweiligen Leuchtdiodenstrang mit einer Netzspannung. Bei der Netzspannung kann es sich insbesondere um eine Wechselspannung von 230 V oder 120 V handeln. Weiterhin umfasst das Leuchtdiodenmodul für jeden der Leuchtdiodenstränge einen Stromregler zum Steuern eines Stromes durch den jeweiligen Leuchtdiodenstrang. Ein solcher Stromregler kann auf verschiedene Weise realisiert sein, z. B. auf Basis eines regelbaren Widerstands und/oder Stromspiegels. Darüber hinaus umfasst das Leuchtdiodenmodul einen Nulldurchgangsdetektor zur Erfassung von null Durchgängen der Netzspannung. Weiterhin umfasst das Leuchtdiodenmodul eine Steuerung, welche dazu ausgestaltet ist, die Schalter derart anzusteuern, dass jeder der Leuchtdiodenstränge jeweils an einem Zeitpunkt, welche für diesen Leuchtdiodenstrang im Verhältnis zu einem von dem Nulldurchgangsdetektor erfassten Nulldurchgang definiert ist, vorübergehend mit der Netzspannung verbunden wird.
Mittels der Ansteuerung der Schalter abhängig von den Nulldurchgängen der Netzspannung kann erreicht werden, dass an dem Zeitpunkt, an welchem ein bestimmter Leuchtdiodenstrang mit der Netzspannung verbunden wird, der momentane Pegel der Netzspannung einen für den Leuchtdiodenstrang geeigneten Spannungswert aufweist. So kann beispielsweise ein Leuchtdiodenstrang für einen niedrigen Spannungsabfall über den Leuchtdiodenstrang ausgelegt sein und dementsprechend an einem Zeitpunkt mit der Netzspannung verbunden werden, welcher nahe an einem Nulldurchgang der Netzspannung liegt. Umgekehrt kann für einen Leuchtdiodenstrang welcher für einen höheren Spannungsabfall über den Leuchtdiodenstrang ausgelegt ist die Verbindung mit der Netzspannung an einem Zeitpunkt vorgenommen werden, welcher näher an einem maximalen Pegel der Netzspannung und somit weiter entfernt von den Nulldurchgängen liegt.
Über die Stromregler kann gleichzeitig für jeden der Leuchtdiodenstränge ein gewünschter Strom durch den Leuchtdiodenstrang eingestellt werden. Auf diese Weise kann eine hohe Flexibilität bezüglich der verwendbaren Konfigurationen von Leuchtdiodensträngen und von möglichen Betriebsweisen, z. B. im Hinblick auf individuell steuerbare Leuchtstärken der verschiedenen Leuchtdiodenstränge, erreicht werden. Der Zeitpunkt der vorübergehenden Verbindung mit der Netzspannung kann somit für jeden der Leuchtdiodenstränge abhängig von einer Anzahl von Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenstrang gewählt sein. Weiterhin kann dieser Zeitpunkt für jeden der Leuchtdiodenstränge abhängig von einem Typ von Leuchtdioden in den Leuchtdiodenstrang gewählt sein. Beispielsweise kann wenigstens einer der Leuchtdiodenstränge Multi-Junction-Leuchtdioden umfassen und ein weiterer der Leuchtdiodenstränge Single-Junction-Leuchtdioden umfassen, und die Zeitpunkte der vorübergehenden Verbindung mit der Netzspannung und somit die an die Leuchtdiodenstränge mit Leuchtdioden verschiedene Typen angelegten Spannungen können entsprechend angepasst werden. Ähnliches gilt für Leuchtdiodenstränge, welche sich hinsichtlich der Anzahl von Leuchtdioden unterscheiden.
Die Steuerung kann weiterhin dazu ausgestaltet sein, eine Zeitdauer der vorübergehenden Verbindung der Leuchtdiodenstränge mit der Netzspannung zu steuern. Hierbei wird typischerweise eine Zeitdauer gewählt, welche kleiner oder gleich 10% einer Periodendauer der Netzspannung, vorzugsweise kleiner oder gleich ein Prozent der Periodendauer der Netzspannung ist. Mit einer kleineren Zeitdauer kann eine höhere Genauigkeit bezüglich der an den jeweiligen Leuchtdiodenstrang angelegten Spannung erreicht werden. Umgekehrt kann mit einer längeren Zeitdauer eine höhere Lichtausbeute erzielt werden.
Die Steuerung kann weiterhin dazu ausgestaltet sein, die Stromregler zur Einstellung der jeweiligen Ströme durch die Leuchtdiodenstränge anzusteuern. Beispielsweise können die Stromregler als spannungsgesteuerte oder stromgesteuerte Stromquellen ausgestaltet sein, z. B. auf Basis eines regelbaren Widerstands und/oder eines Stromspiegels, und die Steuerung entsprechende Spannung Steuersignale bzw. Stromsteuersignale an die Stromregler ausgeben.
In dem die Ströme über die Steuerung steuerbar sind, kann eine flexible Einstellung der Ströme auch im laufenden Betrieb des Leuchtdiodenmoduls vorgenommen werden, z. B. Indem für einen bestimmten Leuchtdiodenstrang an verschiedenen Zeitpunkten auch verschiedene Ströme eingestellt werden. Die Steuerung kann somit dazu ausgestaltet sein, die Stromregler zur Einstellung der jeweiligen Ströme durch die Leuchtdiodenstränge derart anzusteuern, dass für wenigstens einen der Leuchtdiodenstränge an verschiedenen Zeitpunkten der vorübergehenden Verbindung des Leuchtdiodenstrang mit der Netzspannung verschiedene Ströme durch den Leuchtdiodenstrang eingestellt werden. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass ein gegebener Leuchtdiodenstrang an einem ersten Zeitpunkt mit einer höheren Helligkeit leuchtet als an einem zweiten Zeitpunkt.
Das Leuchtdiodenmodul kann weiterhin ein Schalter-Array umfassen, über welches wenigstens zwei der Leuchtdiodenstränge vorübergehend in Reihe verwendbar sind. Über ein solches Schalter-Array können die Leuchtdiodenstränge flexibel umkonfiguriert werden. Dies kann wiederum bei den Zeitpunkten der vorübergehenden Verbindung mit der Netzspannung berücksichtigt werden. So können beispielsweise zwei Leuchtdiodenstränge in Reihe verbunden werden, sodass sich ein kombinierter Leuchtdiodenstrang ergibt, welcher für eine höhere Spannung geeignet ist, und dieser kombinierte Leuchtdiodenstrang kann an einem Zeitpunkt, an welchem der momentane Pegel der Netzspannung dieser höheren Spannung entspricht, vorübergehend mit der Netzspannung verbunden werden. Die Steuerung kann somit weiterhin dazu ausgestaltet sein, dass Schalter-Array derart anzusteuern, dass wenigstens zwei der Leuchtdiodenstränge an einem Zeitpunkt, welcher im Verhältnis zu einem von dem Nulldurchgangsdetektor erfassten Nulldurchgang definiert ist, vorübergehend in Reihe verbunden werden. Darüber hinaus kann die Steuerung dazu ausgestaltet sein, die Schalter derart anzusteuern, dass die in Reihe verbundenen Leuchtdiodenstränge an einem Zeitpunkt, welcher im Verhältnis zu einem von dem Nulldurchgangsdetektor erfassten Nulldurchgang definiert ist, vorübergehend mit der Netzspannung verbunden werden.
Das Leuchtdiodenmodul kann weiterhin einen Gleichrichter umfassen, welcher zwischen die Leuchtdiodenstränge und die Netzspannung gekoppelt ist. Die Leuchtdiodenstränge können somit über den Gleichrichter mit der Netzspannung verbunden werden. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Leuchtdiodenstränge in jeder Halbwelle der Netzspannung betreibbar sind und somit eine höhere Lichtausbeute möglich ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Beleuchtungsvorrichtung mit dem oben beschriebenen Leuchtdiodenmodul bereitgestellt. Bei einer solchen Beleuchtungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um ein für einen direkten Betrieb an der Netzspannung ausgelegtes Leuchtmittel handeln, beispielsweise ein auf Leuchtdioden basierendes Retrofit-Leuchtmittel.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
1 zeigt ein Leuchtdiodenmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt ein Leuchtdiodenmodul gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
3 veranschaulicht ein Beispiel für eine Ansteuerung von Leuchtdiodensträngen in einem Leuchtdiodenmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für eine Ansteuerung von Leuchtdiodensträngen in einem Leuchtdiodenmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 zeigt ein Beispiel für eine flexible zeitabhängige Steuerung von Strömen durch verschiedene Leuchtdiodenstränge in einem Leuchtdiodenmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben, in denen identische Bezugszeichen identische oder korrespondierende Elemente repräsentieren. Die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern dies in der Beschreibung nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird.
1 zeigt ein Leuchtdiodenmodul. Das Leuchtdiodenmodul wird von einer Netzspannung VL versorgt. Hierbei kann es sich speziell um eine Wechselspannung von 230 V mit 50 Hz, wie sie in vielen europäischen Ländern zur Versorgung von Haushalten üblich ist, oder um eine Wechselspannung von 120 V mit 60 Hz handeln, wie sie beispielsweise in Nord- und Mittelamerika zur Versorgung von Haushalten üblich ist. Es versteht sich jedoch, dass auch abweichende Spannungsamplituden oder Frequenzen möglich sind. Das Leuchtdiodenmodul kann beispielsweise Teil einer Beleuchtungsvorrichtung sein, z. B. eines auf Leuchtdioden basierenden Leuchtmittels welches keinen gesonderten Leuchtdiodentreiber aufweist.
Das Leuchtdiodenmodul von 1 ist mit einem Gleichrichter 10 versehen, bei welchem es sich beispielsweise um herkömmlichen Brückengleichrichter handeln kann. Wie in der Figur angedeutet, wird mittels des Gleichrichters 10 die Netzspannung VL in eine gleichgerichtete Eingangsspannung VIN umgewandelt. Bei dem dargestellten Beispiel werden durch die Gleichrichtung negative Halbwellen der Netzspannung VL in positive Halbwellen der gleich gerichteten Eingangsspannung VIN umgewandelt, so dass die gleichgerichtete Eingangsspannung VIN lediglich positive Halbwellen aufweist. Es versteht sich jedoch, dass auch abweichende Formen der Gleichrichtung zum Einsatz kommen könnten. Beispielsweise könnte der Gleichrichter 10 derart ausgestaltet sein, dass negative Halbwellen der Netzspannung VL abgeschnitten werden. Weiterhin könnte, wie den 1 gezeigt, ein Kondensator 15 zur Dämpfung von Spannungsvariationen der gleich gerichteten Eingangsspannung VIN vorgesehen sein.
Das Leuchtdiodenmodul weist darüber hinaus mehrere Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 auf. Wie dargestellt, besteht jeder der Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 aus einer Reihenanordnung mehrerer Leuchtdioden. Die Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 können sich dabei sowohl hinsichtlich der Anzahl von Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 als auch hinsichtlich des Typs von Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 unterscheiden. Beispielsweise könnte wenigstens einer der Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 herkömmliche Leuchtdioden vom Single-Junction-Typ umfassen, während wenigstens ein anderer der Leuchtdiodenstränge Leuchtdioden vom Multi-Junction-Typ umfasst. Es versteht sich, dass die in 1 dargestellte Anzahl von drei Leuchtdiodensträngen 21, 22, 23 lediglich beispielhaft ist und dass auch eine kleinere oder größere Anzahl von Leuchtdiodenstränge vorgesehen sein könnte.
Weiterhin verfügt das Leuchtdiodenmodul für jeden der Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 über einen entsprechenden Schalter 31, 32, 33. Wie dargestellt, ist jeder der Schalter 31, 32, 23 mit dem entsprechenden Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 in Reihe verbunden und ermöglicht, den jeweiligen Leuchtdiodenstrang steuerbar 21, 22, 23 mit der Netzspannung VL zu koppeln. Bei dem dargestellten Beispiel erfolgt diese Kopplung, in dem ein Ende des jeweiligen Leuchtdiodenstrangs 21, 22, 23 über den Schalter 31, 32, 33 selektiv mit Masse verbunden wird bzw. von Masse getrennt wird. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Arten steuerbare Kopplung mit der Netzspannung VL möglich sind. So könnte der Schalter 31, 32, 33 beispielsweise auch das andere Ende des Leuchtdiodenstrangs 21, 22, 23 mit dem Gleichrichter 10 verbinden. Die Schalter 31, 32, 33 können beispielsweise auf Basis von Transistoren, z. B. MOS-Transistoren, implementiert sein.
Weiterhin verfügt das Leuchtdiodenmodul für jeden der Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 über einen Stromregler 41, 42, 43. Wie dargestellt, ist jeder der Stromregler 41, 42, 43 mit dem entsprechenden Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 und Schalter 31, 32, 33 in Reihe verbunden und ermöglicht, bei geschlossenem Schalter 31, 32, 33 den Strom durch den entsprechenden Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 einzustellen. Die Stromregler 41, 42, 43 können beispielsweise als spannungsgesteuerte oder stromgesteuerte Stromquellen implementiert sein und auf regelbaren Widerstände und/oder Stromspiegeln basieren.
Zur Ansteuerung der Schalter 31, 32, 33 weist das Leuchtdiodenmodul weiterhin eine Steuerung 50 auf. Die Steuerung 50 kann beispielsweise als anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC, „Application Specific Integrated Circuit”), als Controller, als Mikrocontroller, als Prozessor, als Mikroprozessor oder als anderer Chip ausgestaltet sein. Die Steuerung 50 erzeugt Steuersignale zur Ansteuerung der Schalter 31, 32, 33. Bei diesen Steuersignalen kann es sich beispielsweise um Spannungssignale handeln, welche dann Gate-Anschlüsse von die Schalter 31, 32, 33 bildenden Transistoren angelegt werden. Bei dem dargestellten Beispiel erzeugt die Steuerung 50 weiterhin Steuersignale zur Ansteuerung der Stromregler 41, 42, 43. Bei den Steuersignalen zur Ansteuerung der Stromregler 41, 42, 43 kann es sich abhängig von der Implementierung der Stromregler 41, 42, 43 um Spannungssignale oder Stromsignale handeln.
Weiterhin verfügt das Leuchtdiodenmodul über einen Nulldurchgangsdetektor 60, welcher dazu ausgestaltet ist, Nulldurchgänge der Netzspannung VL zu erfassen. Der Nulldurchgangsdetektor 60 kann beispielsweise dazu ausgestaltet sein, einen Spannungspuls auszugeben, wenn ein Nulldurchgang der Netzspannung VL erfolgt.
Weiterhin kann in dem Leuchtdiodenmodul auch eine Gleichspannungsquelle 70 vorgesehen sein, über welche beispielsweise die Steuerung 50 mit einer geeigneten Gleichspannung versorgt werden kann. Zu diesem Zweck kann die Gleichspannungsquelle 70 beispielsweise die gleichgerichtete Eingangsspannung VIN in eine Gleichspannung mit niedrigem Spannungspegel von beispielsweise 5 V umwandeln. Hierbei können optional auch die von dem Nulldurchgangsdetektor 60 erfassten Nulldurchgänge der Netzspannung VL genutzt werden. Es versteht sich jedoch, dass auch ein direkter Betrieb der Steuerung 50 über die gleichgerichtete Eingangsspannung VIN denkbar wäre.
Abhängig von dem verwendeten Leuchtdiodentyp und der Anzahl von Leuchtdioden in den Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 variieren typischerweise auch die Erfordernisse bezüglich einer für den Betrieb des jeweiligen Leuchtdiodenstrangs 21, 22, 23 bereitzustellenden Spannungen bzw. hinsichtlich einer für den Betrieb des jeweiligen Leuchtdiodenstrangs 21, 22, 23 maximal zulässigen Spannung. So ist typischerweise mit höherer Anzahl von Leuchtdioden in den Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 die bereitzustellenden bzw. maximal zulässige Spannung ebenfalls höher. Weiterhin ist typischerweise bei Verwendung von Leuchtdioden vom Multi-Junction-Typ die bereitzustellenden bzw. maximal zulässige Spannung höher als bei Verwendung von Leuchtdioden vom Single-Junction-Typ.
Um den unterschiedlichen Spannungserfordernissen Rechnung zu tragen, wird bei dem Leuchtdiodenmodul ausgenutzt, dass die Netzspannung VL bzw. die gleichgerichtete Eingangsspannung VIN zeitlich variabel ist. Insbesondere wird ein bestimmter Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 dann über den Gleichrichter 10 mit der Netzspannung VL verbunden, wenn die Netzspannung VL bzw. die gleichgerichtete Eingangsspannung VIN einen für diesen Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 geeigneten Spannungspegel aufweist. Dies geschieht über die Schalter 31, 32, 33, welche von der Steuerung 50 an entsprechenden Zeitpunkten vorübergehend geschlossen werden. So kann beispielsweise für einen Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23, welcher mit einem geringeren Spannungspegel betrieben werden soll, der entsprechende Schalter 31, 32, 33 an einem Zeitpunkt geschlossen werden, welcher näher an einem Nulldurchgang der Netzspannung VL liegt als bei einem Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23, welcher mit einem höheren Spannungspegel betrieben werden soll.
Gleichzeitig und unabhängig davon kann über die Stromregler 41, 42, 43 für jeden der Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 der Strom eingestellt werden, welcher bei Schließen des entsprechenden Schalters 31, 32, 33 durch den Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 fließt. Weiterhin kann über den Stromregler 41, 42, 43 auch ein maximal über den Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 auftretender Spannungsabfall begrenzt werden. Wenn beispielsweise über den Stromregler 41, 42, 43 ein Strom vorgegeben wird, bei welchem gemäß der Spannung-Strom-Charakteristik des Leuchtdiodenstrangs 21, 22, 23 ein Spannungsabfall auftritt, welcher unterhalb des momentanen Spannungspegels der gleichgerichteten Eingangsspannung VIN liegt, wenn der Schalter 31, 32, 33 geschlossen wird, würde die Differenz zu diesem momentanen Spannungspegel über den Stromregler 41, 42, 43 abfallen. Durch die Stromregler 41, 42, 43 wird somit die Flexibilität bezüglich der einsetzbaren Konfigurationen der Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 erhöht. Weiterhin kann, wie unten beispielhaft erläutert, die unabhängige Einstellbarkeit des Stroms für jeden Leuchtdiodenstrang 21, 22, 23 auch zur Bereitstellung verschiedener Effekte genutzt werden.
2 zeigt eine Variante des Leuchtdiodenmoduls von 1, bei welcher das Leuchtdiodenmodul zusätzlich ein Schalter-Array 80 umfasst. Wie dargestellt, ist das Schalter-Array 80 zwischen die Netzspannung 80 und die Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 gekoppelt. Über das Schalter-Array 80 können die einzelnen Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 auf flexible Weise miteinander in Reihe verbunden werden, so einen oder mehrere kombinierte Leuchtdiodenstränge auszubilden. Ein solcher kombinierter Leuchtdiodenstrang kann dann über das Schalter-Array 80 mit der Netzspannung VL gekoppelt werden. Zu diesem Zwecke ist das Schalter-Array 80 ebenfalls über ein Steuersignal von der Steuerung 50 steuerbar. Bei diesem Steuersignal kann es sich beispielsweise um ein Adresssignal zur Adressierung einzelner Schalter in dem Schalter-Array 80 handeln.
Bei dem in 2 dargestellten Beispiel weist das Schalter-Array 80 einen ersten Eingang E1 auf, welcher über den Gleichrichter 10 mit der Netzspannung VL gekoppelt ist. Weiterhin verfügt das Schalter-Array 80 über einen ersten Ausgang A1, welcher mit einem ersten Ende des Leuchtdiodenstrangs 21 verbunden ist, einen zweiten Ausgang A2, welcher mit einem ersten Ende des Leuchtdiodenstrangs 22 verbunden ist, und einen dritten Ausgang A3, welcher mit einem ersten Ende des Leuchtdiodenstrangs 23 verbunden ist. Über das Schalter-Array 80 können diese ersten Enden der Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 einzeln oder gleichzeitig mit der Netzspannung VL gekoppelt werden. Weiterhin verfügt das Schalter-Array 80 über einen zweiten Eingang E2, welcher mit einem zweiten Ende des Leuchtdiodenstrangs 22 verbunden ist und dritten Eingang E3, welcher mit einem zweiten Ende des Leuchtdiodenstrangs 23 verbunden ist. Darüber hinaus verfügt das Schalter-Array 80 über einen vierten Ausgang A4, welcher über den Stromregler 42 und den Schalter 32 mit Masse verbunden ist, und über einen fünften Ausgang A5, welcher über den Stromregler 43 und den Schalter 33 mit Masse verbunden ist. Ein zweites Ende des Leuchtdiodenstrangs 21 ist über den Stromregler 41 und den Schalter 43 mit Masse verbunden. Weiterhin verfügt das Schalter-Array 80 über einen Steuereingang C zur Aufnahme der Steuersignale von der Steuerung 50.
Durch selektives Herstellen von Verbindungen in dem Schalter-Array 80 können somit verschiedene Konfigurationen von Leuchtdiodensträngen hergestellt werden. So kann durch Verbinden des Eingangs E1 mit den Ausgängen A1, A2 und A3, Verbinden des Eingangs E2 mit dem Ausgang A4 und Verbinden des Eingangs E3 mit dem Ausgang A5 eine Konfiguration hergestellt werden, bei welchem die Leuchtdiodenstränge 21, 22, 23 ähnlich wie bei 1 einzeln parallel zwischen die gleichgerichtete Eingangsspannung und Masse gekoppelt sind. Weiterhin kann durch Verbinden des Eingangs E1 mit den Ausgängen A2 und A3 und Verbinden des Eingangs E2 mit dem Ausgang A1 sowie Verbinden des Eingangs E3 mit dem Ausgang A5 eine Konfiguration hergestellt werden, bei welcher die Leuchtdiodenstränge 21 und 22 in Reihe verbunden und zwischen die gleichgerichtete Eingangsspannung VIN und Masse gekoppelt sind, während der Leuchtdiodenstrang 23 parallel dazu einzelne zwischen die gleichgerichtete Eingangsspannung VIN und Masse gekoppelt ist. Auf ähnliche Weise kann durch Verbinden des Eingangs E1 mit den Ausgängen A2 und A3 und Verbinden des Eingangs E3 mit dem Ausgang A1 sowie Verbinden des Eingangs E2 mit dem Ausgang A4 eine Konfiguration hergestellt werden, bei welcher die Leuchtdiodenstränge 21 und 23 in Reihe verbunden und zwischen die gleichgerichtete Eingangsspannung VIN und Masse gekoppelt sind, während der Leuchtdiodenstrang 22 parallel dazu einzeln zwischen die gleichgerichtete Eingangsspannung VIN und Masse gekoppelt ist. Weiterhin kann durch Verbinden des Eingangs E1 mit dem Ausgang A3, Verbinden des Eingangs E3 mit dem Ausgang A2 und Verbinden des Eingangs E2 mit dem Ausgang A1 eine Konfiguration hergestellt werden, bei welcher die Leuchtdiodenstränge 21, 22 und 23 in Reihe verbunden und zwischen die gleichgerichtete Eingangsspannung VIN und Masse gekoppelt sind.
Mittels des Schalter-Arrays 80 können somit verschiedene Konfigurationen von einzelnen Leuchtdiodensträngen oder kombinierten Leuchtdiodensträngen hergestellt werden, welche aufgrund einer unterschiedlichen Anzahl von Leuchtdioden auch unterschiedliche Spannungserfordernisse aufweisen. Für diese unterschiedlichen Konfigurationen können wiederum geeignete Zeitpunkte für die vorübergehende Verbindung mit der Netzspannung VL gewählt werden und die Schalter 31, 32, 33 entsprechend über die Steuerung 50 angesteuert werden. Weiterhin kann für jede solche Konfiguration über die Stromregler 41, 42, 43 ein geeigneter Strom für den einzelnen Leuchtdiodenstrang bzw. kombinierten Leuchtdiodenstrang eingestellt werden.
3 veranschaulicht ein Beispiel für die Ansteuerung von verschiedenen Leuchtdiodensträngen in einem Leuchtdiodenmodul wie in 1 oder 2 dargestellt. Insbesondere zeigt 3 eine Abfolge von Halbwellen der gleichgerichteten Eingangsspannung, welche eine erste Halbwellen HW1, eine zweite Halbwelle HW2 und eine dritte Halbwellen HW3 umfasst. Weiterhin zeigt 3 beispielhafte Ströme durch die verschiedenen Leuchtdiodenstränge, welche an verschiedenen Zeitpunkten durch vorübergehendes Schließen des dem jeweiligen Leuchtdiodenstrang entsprechenden Schalters eingestellt werden. Hierbei bezeichnet I_A den Strom durch einen ersten Leuchtdiodenstrang, welcher zu einem ersten Zeitpunkt hervorgerufen wird, I_B den Strom durch einen zweiten Leuchtdiodenstrang, welcher zu einem ersten Zeitpunkt hervorgerufen wird, und I_C den Strom durch einen dritten Leuchtdiodenstrang, welcher zu einem dritten Zeitpunkt hervorgerufen wird. Wie in 3 zu erkennen, werden die Ströme I_A, I_B, I_C in der ersten Halbwelle HW1 und der zweiten Halbwelle HW2 gleich gewählt, wohingegen in der dritten Halbwellen HW3 die Ströme I_A, I_B, I_C abweichend von den Halbwellen HW1 und HW2 gewählt sind. Diese abweichende Einstellung der Ströme I_A, I_B, I_C ist aufgrund der Stromregler 41, 42, 43 möglich, obwohl aufgrund der gleichen Zeitpunkte im Verhältnis zu den Nulldurchgängen der Netzspannung VL der gleiche Spannungspegel der gleichgerichteten Eingangsspannung VIN vorliegt.
4 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für die Ansteuerung von verschiedenen Leuchtdiodensträngen in einem Leuchtdiodenmodul. Bei dem Beispiel von 4 wird jedoch abweichend von den Darstellungen in 1 und 2 davon ausgegangen, dass das Leuchtdiodenmodul keinen Gleichrichter aufweist und somit sowohl positive als auch negative Halbwellen der Netzspannung VL an den einzelnen Leuchtdiodenstränge anliegen. Wiederum bezeichnet I_A den Strom durch einen ersten Leuchtdiodenstrang, welcher zu einem ersten Zeitpunkt hervorgerufen wird, I_B den Strom durch einen zweiten Leuchtdiodenstrang, welcher zu einem ersten Zeitpunkt hervorgerufen wird, und I_C den Strom durch einen dritten Leuchtdiodenstrang, welcher zu einem dritten Zeitpunkt hervorgerufen wird. In diesem Fall fließen die Ströme I_A, I_B, I_C nur in den positiven Halbwellen der Netzspannung VL. Ähnlich wie bei dem Beispiel von 3 besteht jedoch auch in diesem Fall die Möglichkeit, in verschiedenen Halbwellen verschiedene Werte für die Ströme I_A, I_B, I_C einzustellen.
5 veranschaulicht schematisch ein weiteres Beispiel für Möglichkeiten der Einstellung verschiedene Ströme durch verschiedene Leuchtdiodenstränge eines Leuchtdiodenmoduls wie beispielsweise in 1 oder 2 dargestellt. Bei dem Beispiel von 5 wird davon ausgegangen, dass das Leuchtdiodenmodul vier Leuchtdiodenstränge, bezeichnet mit A, B, C und D, aufweist. Eine Periodendauer der Netzspannung ist in 5 jeweils nach Art einer Uhr veranschaulicht, wobei Segmente der Uhrskala verschiedenen Zeitpunkten innerhalb der Periodendauer entsprechen. In 5 sind somit drei verschiedene Perioden der Netzspannung VL veranschaulicht, welche drei aufeinanderfolgenden oder separaten Zeitintervallen T₁, T₂ und T₃ entsprechen. In 5 bezeichnet I_A1 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang A in dem Zeitintervall T₁ eingestellt wird, I_B1 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang B in dem Zeitintervall T₁ eingestellt wird, I_C1 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang C in dem Zeitintervall T₁ eingestellt wird, und I_D1 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang D in dem Zeitintervall T₁ eingestellt wird. Da für jeden der Leuchtdiodenstränge A, B, C und D ein separater Stromregler vorgesehen ist, können die Ströme I_A1, I_B1, I_C1 und I_D1 unabhängig voneinander eingestellt werden. Auf ähnliche Weise bezeichnet I_A2 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang A in dem Zeitintervall T₂ eingestellt wird, I_B2 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang B in dem Zeitintervall T₂ eingestellt wird, I_C2 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang C in dem Zeitintervall T₂ eingestellt wird, und I_D2 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang D in dem Zeitintervall T₂ eingestellt wird, sowie I_A3 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang A in dem Zeitintervall T3 eingestellt wird, I_B3 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang B in dem Zeitintervall T₃ eingestellt wird, I_C3 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang C in dem Zeitintervall T₃ eingestellt wird, und I_D3 den Strom, welcher in dem Leuchtdiodenstrang D in dem Zeitintervall T₃ eingestellt wird. Es versteht sich das auch in den Zeitintervallen T₂ und T₃ die jeweiligen Ströme in den unterschiedlichen Leuchtdiodenstränge unabhängig voneinander eingestellt werden können. Weiterhin können die Ströme für denselben Leuchtdiodenstrang in den verschiedenen Zeitintervallen unterschiedlich eingestellt werden. Gemäß einem Beispiel können für die Ströme in den einzelnen Leuchtdiodensträngen in den verschiedenen Zeitintervallen folgende Werte gewählt werden: I_A1 = 50 mA, I_B1 = 50 mA, I_C1 = 100 mA, I_D1 = 100 mA; I_A2 = 100 mA, I_B2 = 50 mA, I_C2 = 50 mA, I_D2 = 50 mA; I_A3 = 50 mA, I_B3 = 50 mA, IC3 = 50 mA, I_D1 = 100 mA. Bei Verwendung eines Schalter-Arrays wie beispielsweise in 2 dargestellt können insbesondere in Fällen, bei welchem Ströme durch zwei oder mehr Leuchtdiodenstränge fließen sollen, auch mehrere der Leuchtdiodenstränge in Reihe verbunden werden, sodass übermäßig hohe Spannungsabfälle über den einzelnen Leuchtdioden vermieden werden können.
Es versteht sich das bei den im vorangegangenen beschriebenen Leuchtdiodenmodulen vielfältige Modifikationen möglich sind, beispielsweise bezüglich der Anzahl von darin vorgesehenen Leuchtdiodensträngen oder hinsichtlich der Art der Kopplung mit der Netzspannung. Darüber hinaus versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Leuchtdiodenmodule in vielfältigen Arten von Beleuchtungsvorrichtungen zum Einsatz kommen können, welche nicht auf Leuchtdioden-basierte Leuchtmittel vom Retrofit-Typ beschränkt sind.

Claims

Leuchtdiodenmodul, umfassend: mehrere Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23); für jeden der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) einen Schalter (31, 32, 33) zum Verbinden des jeweiligen Leuchtdiodenstrangs (21, 22, 23) mit einer Netzspannung (VL); für jeden der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) einen Stromregler (41, 42, 43) zum Steuern eines Stromes durch den jeweiligen Leuchtdiodenstrang (21, 22, 23); einen Nulldurchgangsdetektor (60) zur Erfassung von Nulldurchgängen der Netzspannung (VL); und eine Steuerung (50), welche dazu ausgestaltet ist, die Schalter (31, 32, 33) derart anzusteuern, dass jeder der Leuchtdiodenstränge (21, 23, 24) jeweils an einem Zeitpunkt, welcher für diesen Leuchtdiodenstrang (21, 22, 23) im Verhältnis zu einem von dem Nulldurchgangsdetektor (60) erfassten Nulldurchgang definiert ist, vorübergehend mit der Netzspannung (VL) verbunden wird.
Leuchtdiodenmodul nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (50) weiterhin dazu ausgestaltet ist, eine Zeitdauer der vorübergehenden Verbinddung der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) mit der Netzspannung (VL) zu steuern.
Leuchtdiodenmodul nach Anspruch 2, wobei für jeden der Leuchtdiodenstränge eine Zeitdauer der vorübergehenden Verbindung mit der Netzspannung (VL) kleiner oder gleich 10% einer Periodendauer der Netzspannung (VL), vorzugsweise kleiner oder gleich 1% der Periodendauer der Netzspannung (VL) ist.
Leuchtdiodenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (50) weiterhin dazu ausgestaltet ist, die Stromregler (41, 42, 43) zur Einstellung der jeweiligen Ströme durch die Leuchtdiodenstränge (21, 23, 24) anzusteuern.
Leuchtdiodenmodul nach Anspruch 4, wobei die Steuerung (50) weiterhin dazu ausgestaltet ist, die Stromregler (41, 42, 43) zur Einstellung der jeweiligen Ströme durch die Leuchtdiodenstränge (21, 23, 24) derart anzusteuern, dass für wenigstens einen der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) an verschiedenen Zeitpunkten der vorübergehenden Verbindung des Leuchtdiodenstrangs (21, 22, 23) mit der Netzspannung (VL) verschiedene Ströme durch den Leuchtdiodenstrang (21, 22, 23) eingestellt werden.
Leuchtdiodenmodul nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für jeden der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) der Zeitpunkt der vorübergehenden Verbindung mit der Netzspannung (VL) abhängig von einer Anzahl von Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenstrang (21, 22, 23) gewählt ist.
Leuchtdiodenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für jeden der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) der Zeitpunkt der vorübergehenden Verbindung mit der Netzspannung (VL) abhängig von einem Typ von Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenstrang (21, 22, 23) gewählt ist.
Leuchtdiodenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leuchtdiodenmodul weiterhin ein Schalter-Array (80) umfasst, über welches wenigstens zwei der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) vorübergehend in Reihe verbindbar sind.
Leuchtdiodenmodul nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (50) weiterhin dazu ausgestaltet ist, das Schalter-Array (80) derart anzusteuern, dass die wenigstens zwei Leuchtdiodenstränge (21, 23, 24) an einem Zeitpunkt, welcher im Verhältnis zu einem von dem Nulldurchgangsdetektor (60) erfassten Nulldurchgang definiert ist, vorübergehend in Reihe verbunden werden.
Leuchtdiodenmodul nach Anspruch 9, wobei die Steuerung (50) weiterhin dazu ausgestaltet ist, die Schalter (31, 32, 33) derart anzusteuern, dass die in Reihe verbundenen Leuchtdiodenstränge (21, 23, 24) an einem Zeitpunkt, welcher im Verhältnis zu einem von dem Nulldurchgangsdetektor (60) erfassten Nulldurchgang definiert ist, vorübergehend mit der Netzspannung (VL) verbunden werden.
Leuchtdiodenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) Multi-Junction-Leuchtdioden umfasst und wenigstens ein weiterer der Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) Single-Junction-Leuchtdioden umfasst.
Leuchtdiodenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leuchtdiodenmodul weiterhin einen Gleichrichter (10) umfasst, welcher zwischen die Leuchtdiodenstränge (21, 22, 23) und die Netzspannung (VL) gekoppelt ist.
Beleuchtungsvorrichtung mit einem Leuchtdiodenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche.