EP1449408A1 - Schaltungsanordnung für ein led-array - Google Patents

Schaltungsanordnung für ein led-array

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EP1449408A1
EP1449408A1 EP02803750A EP02803750A EP1449408A1 EP 1449408 A1 EP1449408 A1 EP 1449408A1 EP 02803750 A EP02803750 A EP 02803750A EP 02803750 A EP02803750 A EP 02803750A EP 1449408 A1 EP1449408 A1 EP 1449408A1
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EP
European Patent Office
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led
led array
circuit arrangement
array according
current
Prior art date
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EP02803750A
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EP1449408B1 (de
EP1449408B2 (de
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Simon BLÜMEL
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S362/00—Illumination
    • Y10S362/80—Light emitting diode

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for an LED array, in particular for a light signal device, with two or more LED chains connected in parallel, in each of which at least one LED (light-emitting diode, light-emitting diode) is arranged, with two or more LEDs that are connected in series.
  • the anode sides of the LED chains can each be coupled to the positive pole of a supply voltage, and the cathode sides can each be coupled to the negative pole of the supply voltage.
  • a variation in the forward voltage of LEDs can be due to the manufacturing process.
  • a fine grouping of the LEDs with regard to the forward voltage is conceivable. This is associated with comparatively high costs, since appropriate logistics and warehousing are required.
  • the forward voltage of an LED is temperature-dependent, whereby different temperature dependencies can occur between individual LEDs. A change in temperature can therefore lead to a change in the forward voltages.
  • an electrical resistor is connected in series with each LED chain in conventional circuits. Overall, this resistance leads to a flatter UI characteristic of the LED chain in question, so that a certain limitation of the current in the LED chain is achieved.
  • the size of this resistor and thus the voltage drop across it increases, which worsens the efficiency of the overall system.
  • a change in the forward voltage of an LED chain can also be caused by the failure of individual LEDs, for example by a short circuit of an LED.
  • the current is set using resistors connected in series, this leads to a strong redistribution of the currents in the LED chains.
  • the present invention has for its object a
  • circuit arrangement for an LED array with two or more LED chains connected in parallel, in each of which at least one LED is arranged, where two or more LEDs are connected in series and the anode sides of the LED chains are each connected to the positive pole a supply voltage and the cathode sides can each be coupled to the negative pole of the supply voltage, it is provided that for each LED chain a control arrangement for controlling a predetermined current distribution on the individual LED chains is connected in series.
  • the control arrangements preferably each include a current amplification circuit for impressing the current into the respective LED chain.
  • the current amplification circuits can each have a control input for regulating the current in the LED chain, the control inputs of the current amplification circuits being connected to one another.
  • a combination of a transistor with an emitter resistor is provided as the control arrangement, the collector-emitter path or the emitter resistor being connected in series with the respective LED chain.
  • the base connections of the transistors which represent the above-mentioned control inputs, are particularly preferably connected to one another and are at the same potential during operation.
  • the emitter resistor is used in particular to adjust the current distribution on the LED chains.
  • the value is the Emitter resistances are inversely proportional to the corresponding emitter current, which approximately corresponds to the collector current or the current in the associated LED chain (except for interrupted LED chains, as will be explained in more detail below).
  • a control circuit applies a predetermined current to the base connections of the transistors.
  • separate control circuits are provided for the individual LED chains.
  • a common control circuit is provided for a plurality of the LED chains, preferably for all LED chains.
  • the drive circuit which applies a predetermined current to the base connections of the transistors is in each case formed as a series circuit comprising a diode and a resistor, which connects the collector and base connections of the transistors.
  • the diodes ensure that the operating conditions for the transistors are met and, on the other hand, prevent a redistribution of the currents in the LED chains via the common connection of the base connections.
  • a change in the forward voltage of an LED chain which can be caused, for example, by a temperature change or by a short circuit in an LED, is intercepted by means of the control circuit by a corresponding change in the associated collector base voltage, so that the collector current and so that the current in the LED chain does not change or changes only to a small extent.
  • the collector base voltage at the associated transistor increases. Since only the respective base current of the transistors flows through the resistors of the drive circuit, which is typically typically a factor of 100 to 250 smaller than the collector current, the resistors can be dimensioned in such a way that even with a small change in the current through the resistor, a sufficient level high voltage to compensate for the different forward voltages in the individual LED chains across the resistor.
  • the fault case opposite to a short circuit of an LED is a failure of an LED which interrupts the LED chain. This can be caused, for example, by an overload of the LED, so that the LED "burns out”.
  • the intended current distribution is kept constant even in the event of extreme changes in the forward voltages.
  • the collector currents or the currents in the LED chains typically fluctuate only by a few mA.
  • neither an interruption in an LED chain nor a short circuit in an LED chain leads to a breakdown of the current distribution. A costly grouping of the LED components according to forward voltages is not necessary.
  • the values of the resistances in the drive circuit in the first embodiment of the invention are preferably in the range between 100 ohms and 1000 ohms. This means that even relatively small currents can generate sufficiently high compensating voltages to compensate for different forward voltages of the LED chains.
  • the drive circuit which applies a predetermined current to the base connections of the transistors in the control arrangements, is operated in the reverse direction Zener diode formed, which is preferably connected in series with a resistor and / or a fuse.
  • the Zener diode is connected to the base connections on the transistor side.
  • the base current for the transistors is conducted via a single common current path.
  • the supply of the basic connections of the transistors is conducted via a single common current path.
  • 10 transistors can be realized by a current path next to the array, in which the drive circuit, for example the zener diode, is installed. This reduces the circuitry for an LED array compared to the first embodiment.
  • the zener diode should have a zener voltage, which is about
  • I V is greater than the large forward voltage of the LED chains. This ensures a stable operating state for the transistors.
  • an LED chain is interrupted in the second embodiment of the invention, for example because an LED burns out, no more current flows through the defective LED chain, and the voltage between the collector and the base of the associated transistor breaks down.
  • the base of the transistor of the defective chain is still at the same potential due to the common electrical connection of the transistor base connections, the transistor of the defective chain is operated as a diode.
  • the compensation currents required for this flow through the Zener diode and the common connection of the transistor bases.
  • the current distribution predetermined by the dimensioning of the emitter resistances is retained for the other intact LED chains, the currents in the LED chains being approximately equal to the emitter current and, in turn, inversely proportional to the emitter resistances.
  • the fuse is designed in series with the zener diode as a melting resistor. In particular, this prevents the transistors from being destroyed if the array is overloaded.
  • the value of the resistance in series with the zener diode is preferably in the range between 100 ohms and 1000 ohms, so that the required compensation voltages can in turn be generated with relatively small currents.
  • a fuse for example a melting resistor, connected in series with the LED chains.
  • a fuse for example a melting resistor
  • individual faulty LED chains are switched off in a defined manner when the current in the LED chain is too high.
  • the predetermined current distribution in the remaining LED chains is also maintained in the event of an associated interruption of an LED chain.
  • the LED array can be configured flexibly, and in particular a predetermined current can be set for each LED chain without any particular effort. As a rule, a uniform current distribution is desired, which can easily be achieved by using the same emitter resistors.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a first exemplary embodiment of the invention in accordance with the first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a second exemplary embodiment of the invention according to the first embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a third exemplary embodiment of the invention according to the first embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic circuit diagram of a fourth exemplary embodiment of the invention according to the second
  • Figure 5 is a schematic circuit diagram of a fifth embodiment of the invention according to the second embodiment.
  • a plurality of LEDs 2 connected in series to form LED chains Three chains LK1, LK2, LK3 are shown, each with four LEDs 2, wherein a circuit arrangement according to the invention can of course also comprise a different number of LEDs in the LED chains or a different number of LED chains. This is illustrated by the dashed lines in the supply voltage lines (see below), the connection of the transistor base connections (see below) and the LED chains. Furthermore, the number and / or type of LEDs in the individual LED chains can vary from chain to chain.
  • a melting resistor Ful, Fu2, Fu3 can be connected in series with the LED chains LK1, LK2, LK3.
  • the LED Chains LK1, LK2, LK3 are connected on the anode side to the positive pole of a supply voltage U v and on the cathode side each with a control arrangement RA1, RA2, RA3.
  • the control arrangements RA1, RA2, RA3 each include an npn transistor T1, T2, T3, the collector terminals C1, C2, C3 of which each have the cathode side of the associated LED chain LK1, LK2, L3 or the melting resistor Ful which may be connected between them. Fu2, Fu3 is connected.
  • the emitter connection El, E2, E3 is connected to the negative pole of a supply voltage U v via an emitter resistor R12, R22, R32.
  • the transistors T1, T2, T3 in the arrangement shown are designed as commercially available • npn transistors. Between the cathode side or the melting resistance of each LED chain and the respective base connection B1, B2, B3 of the associated transistor T1, T2, T3, there is a control circuit in the form of a series circuit comprising a diode D1, D2, D3 and an electrical resistor Rll, R21, R31 switched.
  • the base connections B1, B2, B3 of the transistors T1, T2, T3 are connected to one another.
  • the running index x denotes the number of the LED chain here and below.
  • the following description also applies generally to an LED array with N LED chains, where x is between 1 and N.
  • the current Ix which - apart from the much lower base current in each case corresponds to the current in the respective LED chain LKx, is regulated in such a way that a voltage of approximately 0.65 is applied to the base-emitter path of the associated transistor Tx V occurs.
  • the current is set via the transistors T1, T2, T3 in such a way that the voltage drop across the emitter resistors is approx. 65 V below the common base potential. Since the voltage between the base and emitter of 0.65V is (almost) the same for transistors T1, T2, T3, the same voltages must drop across the respective emitter resistors R12, R22, R32.
  • the currents II, 12, 13 in the LED chains are thus regulated so that the voltages U12, U22, U32 are the same. Overall, the distribution of the currents on the LED chains is thus determined by the emitter resistors R12, R22, R32, the ratio of the currents being equal to the ratio of the reciprocal emitter resistance values.
  • the emitter current which is made up of the associated base and collector currents, was equated with the collector current, ie the base current, which is much lower in comparison, was neglected.
  • a change in the forward voltage of an LED chain LKx e.g. by short-circuiting an LED, is intercepted by a corresponding change in the associated collector base voltage.
  • the setting of the emitter current Ix and thus the current in the LED chain LKx explained above remains almost unaffected by this, so that the collector current or the current in the LED chain does not change or changes only slightly.
  • the power supply to the base inputs B1, B2, B3 of the transistors Tl, T2, T3 is realized in each case by means of a control circuit in the form of a series connection of a diode D1, D2, D3 and a resistor R11, R21, R31.
  • the diodes D1, D2, D3 have a double function: on the one hand, they set the operating condition of the transistors
  • Tl, T2, T3, ie the required voltage at the respective collector base section Cx-Bx safely, on the other hand they suppress cross currents between the individual LED chains LK1, LK2, LK3.
  • the latter means that there is no current through the common electrical connection of the transistor bases B1, B2, B3, for example due to potential differences in the individual LED chains LK1, LK2, LK3, which can be caused, for example, by different forward voltages or a short-circuited LED , can flow from one LED chain to another LED chain.
  • the diodes D1, D2, D3 are dimensioned so that on them
  • LEDs could also be used here, which can additionally serve as an optical indicator for different forward voltages in the individual chains.
  • the base current of the transistors T1, T2, T3 flows through the electrical resistors R11, R21, R31 and is typically 100 to 250 times smaller than the collector current.
  • These resistors R11, R21, R31 are preferably so dimensionally
  • the resistors R11, R21, R31 preferably have values in the range from 100 ohms to 1000 ohms.
  • the equalizing currents flow through the control circuits of the remaining chains to maintain the voltage at the emitter resistor of the interrupted LED chain.
  • the resistors R11, R21, R31 do not necessarily have to have the same value. The same resistance values are advantageous for optimum reliability and the symmetry of the arrangement.
  • a fuse Fux is preferably connected in series with an LED chain LKx, which additionally prevents excessive current in an LED chain.
  • the fuse blows and thus switches off the LED chain in a defined manner. This breaks the LED chain.
  • the fuses Ful, Fu2, Fu3 can for example be designed as a melting resistor. Commercially available melting resistors can be used that burn out from a defined output and thus permanently interrupt the flow of electricity.
  • a further advantage of the first embodiment of the invention or of the exemplary embodiment shown in FIG. 1 is that a partial stream is branched off for regulation in each LED chain LKx. This increases the reliability and stability of the system.
  • the tolerance of the base currents is 2%, so that overall a comparatively high precision of the current distribution is achieved.
  • circuit arrangement according to FIG. 1 can be expanded by any number of LED chains in the manner shown.
  • the circuit shown in FIG. 1 can also be constructed in an analogous manner with pnp transistors.
  • a corresponding second exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 2.
  • the third exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 3 shows an LED array of a size that is used, for example, in signal technology.
  • Corresponding circuits can be used, for example, for traffic signals such as traffic lights or warning lights or for train signals.
  • the circuit corresponds essentially to Figure 2.
  • a total of 120 LEDs 2 in 20 LED chains LK1, ..., LK20 with 6 LEDs each are connected in parallel.
  • the currents in the LED chains of the LED array are additionally controlled by a monitoring circuit 4, which is not described in more detail here.
  • Figure 4 shows a fourth embodiment according to the second embodiment of the invention.
  • several LEDs 2 are also connected in series to form LED chains LKl, LK2, LK3 and the LED chains LKl, LK2, LK3 on the anode side with the positive pole of a supply voltage and on the cathode side via an optional fuse Ful, Fu2, Fu3 each connected to a control arrangement RA1, RA2, RA3.
  • the control arrangements RA1, RA2, RA3 each in turn comprise a transistor Tx, the collector connection Cx of which leads to the corresponding LED chain LKx.
  • the emitter connection Ex is connected to the negative pole of the supply voltage via an emitter resistor Rx2.
  • the base connections B1, B2, B3 of the transistors T1, T2, T3 are connected to one another as in the previous exemplary embodiments and are therefore at the same potential.
  • a common control circuit A which controls the base current for the transistors T1, T2 , T3 generated.
  • a series circuit comprising a Zener diode Dz operated in the reverse direction and a resistor Rz serves as the control circuit.
  • This series connection can optionally include a fuse FuB, for example a melting resistor. This is dimensioned in such a way that it burns out with a predetermined number of interrupted LED chains, each of which leads to an increase in the base current as described. This switches off the entire LED array. Such a mode of operation can be useful, for example, if the remaining number of intact LED chains no longer meets the safety requirements.
  • the fuses Ful, Fu2, Fu3 are also optional and serve as additional protection of the LED chains against excessive currents as described above.
  • the resistor Rz connected in series with the zener diode Dz preferably has a value between 100 ohms and 1000 ohms.
  • the emitter resistors R12, R22, R32 must also have the same value. In special applications, however, different emitter resistances may also be required, for example when combining LEDs of different colors, which usually differ in terms of their specified operating current.
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of the invention according to the second embodiment.
  • the control arrangements RA1, RA2, RA3 are implemented with pnp transistors T1, T2, T3 instead of with npn transistors.
  • control arrangements are arranged between the positive pole of the supply voltage and the anode sides of the LED chains.
  • the control circuit is designed as a series connection of a Zener diode Dz and a resistor Rz and optionally an optional fuse FuB, the Zener diode being connected on the anode side to the negative pole of the supply voltage via the resistor Rz.
  • the first or the second embodiment of the invention can be more advantageous.
  • the first embodiment is characterized by a particular stability, since usually all LED chains contribute to the current for the control. Furthermore, this first embodiment has the higher overall efficiency compared to the second embodiment.
  • the second embodiment requires less circuitry and can be switched off particularly easily via the common connection between the control circuit and the control arrangement, for example as described by means of the fuse FuB.

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  • Led Devices (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein LED-Array mit zwei oder mehr parallel geschalteten LED-Ketten (LK1, LK2, LK3), in denen jeweils mindestens eine LED (2) angeordnet ist, wobei bei zwei oder mehr LEDs (2) diese in Serie geschaltet sind. Die Anodenseiten der LED-Ketten (LK1, LK2, LK3) sind jeweils an den Pluspol einer Versorgungsspannung (UV) und die Kathodenseiten jeweils an den Minuspol der Versorgungsspannung (UV) ankoppelbar. Zu jeder LED-Kette (LK1, LK2, LK3) ist jeweils eine Regelungsanordnung (RA1, RA2, RA3) zur Regelung einer vorgesehenen Stromaufteilung auf die einzelnen LED-Ketten (LK1, LK2, LK3) in Serie geschaltet.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung für ein LED-Array
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für ein LED-Array, insbesondere für eine Lichtsignaleinrichtung, mit zwei oder mehr parallel geschalteten LED-Ketten, in denen jeweils mindestens eine LED (light emit- ting diode, Lichtemissiondiode) angeordnet ist, wobei bei zwei oder mehr LEDs diese in Serie geschaltet sind. Die Anodenseiten der LED-Ketten sind jeweils an dem Pluspol einer Versorgungsspannung, die Kathodenseiten jeweils an dem Minuspol der VersorgungsSpannung ankoppelbar.
Bei derartigen LED-Arrays können aufgrund der steilen U-I- Kennlinie von LEDs bereits kleine Änderungen der Durchlassspannung eine große Stromänderung bewirken und so zu einer erheblichen Abweichung der Stromstärke in den einzelnen LED- Ketten des LED-Arrays von einer vorgegebenen Sollstromstärke führen.
Eine Variation der Durchlassspannung von LEDs kann einerseits fertigungsbedingt sein. Zur Lösung des oben geschilderten Problems ist eine feine Gruppierung der LEDs hinsichtlich der Duchlassspannung denkbar. Dies ist mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden, da eine entsprechende Logistik und Lagerhaltung erforderlich ist.
Andererseits ist die DurchlassSpannung einer LED tempera- turabhängig, wobei zwischen einzelnen LEDs wiederum unterschiedliche Temperaturabhängigkeiten auftreten können. Eine Temperaturänderung kann daher zu einer Änderung der Durchlassspannungen führen. Um einer damit verbundenen Ände- rung der Stromstärke in den LED-Ketten entgegenzuwirken, ist bei herkömmlichen Schaltungen beispielsweise zu jeder LED- Kette ein elektrischer Widerstand in Serie geschaltet. Dieser Widerstand führt insgesamt zu einer flacheren U-I-Kennlinie der betreffenden LED-Kette, so dass eine gewisse Limitierung des Stroms in der LED-Kette erreicht wird. Mit steigenden Genauigkeitsanforderungen bei der Einhaltung einer vorgegebenen Stromverteilung auf die einzelnen LED-Ketten wächst allerdings die Größe dieses Widerstands und damit die daran abfal- lende Spannung, wodurch der Wirkungsgrad des Gesamtsystems verschlechtert wird.
Weiterhin kann eine Veränderung der Durchlassspannung einer LED-Kette auch durch den Ausfall einzelner LEDs, beispiels- weise durch Kurzschluss einer LED, hervorgerufen werden. Dies führt bei einer Stromeinstellung mittels seriell geschalteter Widerstände zu einer starken Umverteilung der Ströme in den LED-Ketten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung für ein LED-Array der genannten Art zu schaffen, bei der eine vorgegebene Verteilung der Ströme auf die einzelnen LED-Ketten auch bei unterschiedlichen DurchlassSpannungen oder einer Veränderung der Durchlassspannungen in den einzelnen LED-Ketten möglichst weitgehend aufrechterhalten wird. Insbesondere soll auch bei einem Kurzschluss einer LED oder der Unterbrechung einer LED-Kette die vorgegebene Stromverteilung möglichst unverändert bleiben.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung für ein LED- Array mit zwei oder mehr parallel geschalteten LED-Ketten, in denen jeweils mindestens eine LED angeordnet ist, wobei bei zwei oder mehr LEDs diese seriell geschaltet sind und wobei die Anodenseiten der LED-Ketten jeweils an dem Pluspol einer Versorgungsspannung und die Kathodenseiten jeweils an dem Minuspol der VersorgungsSpannung ankoppelbar sind, vorgesehen, dass zu jeder LED-Kette jeweils eine Regelungsanordnung zur Regelung einer vorgegebenen Stromverteilung auf die einzelnen LED-Ketten in Serie geschaltet ist.
Vorzugsweise umfassen dabei die Regelungsanordnungen jeweils eine Stromverstärkungsschaltung zur Einprägung des Stroms in die jeweilige LED-Kette. Die Stromverstärkungsschaltungen können dabei jeweils einen Regelungseingang zur Regelung des Stroms in der LED-Kette aufweisen, wobei die Regelungseingän- ge der Stromverstärkungsschaltungen miteinander verbunden sind.
Unter LEDs sind bei der Erfindung Lichtemissionsdioden jeder
Art, inbesondere in Form von LED-Bauelementen, zu verstehen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist als Regelungsanordnung jeweils eine Kombination eines Transistors mit einem Emitterwiderstand vorgesehen, wobei die Kollektor- Emitter-Strecke bzw. der Emitterwiderstand in Serie zu der jeweiligen LED-Kette geschaltet ist. Besonders bevorzugt sind dabei die Basisanschlüsse der Transistoren, die die obengenannten Regelungseingänge darstellen, miteinander verbunden und befinden sich im Betrieb auf gleichem Potential.
Der Emitterwiderstand dient insbesondere zur Einstellung der Stromverteilung auf die LED-Ketten. Dabei ist der Wert der Emitterwiderstände jeweils umgekehrt proportional zum entsprechenden Emitterstrom, der näherungsweise dem Kollektorstrom bzw. dem Strom in der zugehörigen LED-Kette entspricht (ausgenommen unterbrochene LED-Ketten, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird) .
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung beaufschlagt eine Ansteuerschaltung die Basisanschlüsse der Transistoren mit einem vorbestimmten Strom. Bei einer er- sten Ausführungsform der Erfindung sind dabei für die einzelnen LED-Ketten jeweils gesonderte Ansteuerschaltungen vorgesehen. Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist eine gemeinsame Ansteuerschaltung für eine Mehrzahl der LED- Ketten, vorzugsweise für alle LED-Ketten, vorgesehen.
Vorzugsweise ist bei der ersten Ausführungsform der Erfindung die die Basisanschlüsse der Transistoren mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagende Ansteuerschaltung jeweils als Serienschaltung aus einer Diode und einem Widerstand gebil- det, die jeweils Kollektor- und Basisanschluss der Transistoren verbindet. Die Dioden stellen einerseits sicher, dass die Betriebsbedingungen für die Transistoren erfüllt sind und verhindern andererseits eine Umverteilung der Ströme in den LED-Ketten über die gemeinsame Verbindung der Basisanschlüs- se.
Eine Veränderung in der Durchlassspannung einer LED-Kette, die beispielsweise durch eine Temperaturänderung oder durch den Kurzschluss einer LED hervorgerufen sein kann, wird mit- tels der Ansteuerschaltung durch eine entsprechende Veränderung der zugehörigen Kollektor-Basis-Spannung abgefangen, so dass sich der Kollektorstrom und damit der Strom in der be- treffenden LED-Kette nicht bzw. nur in geringem Umfang ändert .
Fällt beispielsweise in einer LED-Kette eine LED durch Kurz- schluss aus, so verringert sich die DurchläseSpannung der
LED-Kette. Dies wird mittels der zugehörigen Regelungsanordnung dadurch kompensiert, dass sich die Kollektor-Basis- Spannung am zugehörigen Transistor erhöht . Da über die Widerstände der Ansteuerschaltung nur der jeweilige Basisstrom der Transistoren fließt, der etwa typischerweise um einen Faktor 100 bis 250 kleiner als der Kollektorstrom ist, können die Widerstände jeweils so dimensioniert werden, dass schon bei einer geringen Änderung des Stroms durch den Widerstand eine ausreichend hohe Spannung zum Ausgleich der unterschiedlichen Durchlassspannungen in den einzelnen LED-Ketten an dem Widerstand abfällt.
Den zu einem Kurzschluss einer LED entgegengesetzten Fehlerfall stellt ein Ausfall einer LED dar, der die LED-Kette un- terbricht. Dies kann beispielsweise durch eine Überlastung der LED verursacht sein, so dass die LED "durchbrennt".
In der zugehörigen LED-Kette fließt dann kein Strom mehr, die Spannung zwischen Kollektor und Basis des zugehörigen Transi- stors bricht zusammen. Die Basis des Transistors der defekten Kette liegt aufgrund der gemeinsamen elektrischen Verbindung der Transistorbasisanschlüsse nach wie vor auf demselben Potential. Der Transistor der defekten LED-Kette wird also als Diode betrieben, wobei die hierfür erforderlichen Ausgleichs- ströme über die intakten LED-Ketten und die Verbindung der Tranistorbasisanschlüsse fließen. Die durch die Dimensionierung der Emitterwiderstände vorgegebene Stromverteilung bleibt für die übrigen intakten LED-Ketten erhalten, wobei die Ströme in den intakten LED-Ketten annähernd gleich den jeweiligen Emitterströmen und wiederum jeweils umgekehrt proportional zu den entsprechenden Emitterwiderständen sind.
In entsprechender Weise werden auch alle weiteren Betriebsbzw. Fehler-Zustände bezüglich der DurchlassSpannungen der LED-Ketten zwischen den Extremfällen eines Kurzschlusses und einer Unterbrechung einer LED bzw. LED-Kette kompensiert, so dass die Stromverteilung in den LED-Ketten (abgesehen von ei- ner unterbrochenen LED-Kette) weitgehend aufrechterhalten wird.
Insbesondere wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die vorgesehene Stromverteilung auch bei extremen Ände- rungen der Durchlassspannungen konstant gehalten. Die Kollektorströme bzw. die Ströme in den LED-Ketten schwanken dabei typischerweise nur noch um wenige mA. Vorteilhafterweise führt weder eine Unterbrechung einer LED-Kette noch ein Kurzschluss in einer LED-Kette zum Zusammenbruch der Stromvertei- lung. Eine kostenträchtige Gruppierung der LED-Bauelemente nach Durchlassspannungen ist nicht erforderlich.
Vorzugsweise liegen die Werte der Widerstände in der Ansteuerschaltung bei der ersten Ausführungsform der Erfindung im Bereich zwischen 100 Ohm und 1000 Ohm. Damit können bereits durch relativ kleine Ströme ausreichend hohe Ausgleichsspannungen zur Kompensation unterschiedlicher Durchlassspannungen der LED-Ketten erzeugt werden.
Bei einer bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Ansteuerschaltung, die die Basisanschlüsse der Transistoren in den Regelungsanordnungen mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagt, als eine in Sperrrichtung betriebene Zenerdiode ausgebildet, die vorzugsweise mit einem Widerstand und/oder einer Sicherung in Reihe geschaltet ist . Transistor- seitig ist die Zenerdiode mit den Basisanschlüssen verbunden.
5 Die Zenerdiode und der Widerstand stellen eine gemeinsame
Stromversorgung für die jeweiligen Transistorbasisanschlüsse dar. Die Differenz zwischen der DurchläseSpannung der jeweiligen LED-Kette und der an der Ansteuerschaltung abfallenden Spannung liegt am jeweiligen Transistor einer Regelungsanord-
10 nung als Kollektor-Basis-Spannung an. Eine Veränderung der Durchlassspannung einer LED-Kette wird durch eine entsprechende Veränderung der zugehörigen Kollektor-Basis-Spannung kompensiert, so dass sich der Kollektorstrom und damit der entsprechende Strom in der LED-Kette nicht bzw. nur sehr ge-
L5 ringfügig ändert .
Bei dieser zweiten Ausführungform wird der Basisstrom für die Transistoren über einen einzigen gemeinsamen Strompfad geführt . Hierbei kann die Versorgung der Basisanschlüsse der
10 Transistoren durch einen Strompfad neben dem Array realisiert werden, in den die Ansteuerschaltung, beispielsweise die Zenerdiode, eingebaut ist. Dies reduziert den Schaltungsaufwand für ein LED-Array gegenüber der ersten Ausführungsform. Die Zenerdiode sollte eine Zenerspannung aufweisen, die etwa
,5 I V größer ist als die große Durchlassspannung der LED- Ketten. Damit ist für die Transistoren ein stabiler Betriebszustand gewährleistet.
Bei der ersten Ausführungsform ist demgegenüber die für die
!0 Regelungsanordnungen erforderlich Spannung geringer, so dass diese Ausführungsform vor allem bei längeren LED-Ketten ein energetisch vorteilhafteres Gesamtsystem darstellt. Fällt bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer LED-Kette eine LED durch Kurzschluss aus, so verringert sich die Durchlassspannung der LED-Kette. Dies wird mittels der zugehörigen Regelungsanordnung dadurch kompensiert, dass sich die Kollektor-Basis-Spannung am zugehörigen Transistor erhöht. Die jeweiligen Kollektorströme bzw. Ströme in den LED- Ketten bleiben damit annähernd konstant .
Wird bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung hingegen eine LED-Kette unterbrochen, beispielsweise, weil eine LED durchbrennt, so fließt durch die defekte LED-Kette kein Strom mehr, die Spannung zwischen Kollektor und Basis des zugehörigen Transistors bricht zusammen. Die Basis des Transistors der defekten Kette liegt aufgrund der gemeinsamen elektri- sehen Verbindung der Transistorbasisanschlüsse nach wie vor auf demselben Potential, der Transistor der defekten Kette wird als Diode betrieben. Die hierfür erforderlichen Ausgleichsströme fließen über die Zenerdiode und die gemeinsame Verbindung der Transistorbasen. Die durch die Dimensionierung der Emitterwiderstände vorgegebene Stromverteilung bleibt für die übrigen intakten LED-Ketten erhalten, wobei die Ströme in den LED-Ketten annähernd gleich dem Emitterstrom und wiederum umgekehrt proportional zu den Emitterwiderständen sind.
Damit werden auch mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung die obengenannten Vorteile der ersten Ausführungsform erreicht .
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Sicherung in Serie zur Zenerdiode als Schmelzwiderstand ausgeführt. Das verhindert insbesondere, dass bei Überlastung des Arrays die Transistoren zerstört werden. Vorzugsweise liegt der Wert des Widerstands in Serie zur Zenerdiode im Bereich zwischen 100 Ohm und 1000 Ohm, so dass wiederum mit relativ kleinen Strömen die erforderlichen Ausgleichsspannungen erzeugt werden können.
Weiterhin ist es bei beiden Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft, eine seriell zu den LED-Ketten geschaltete Sicherung, zum Beispiel einen Schmelzwiderstand, vorzusehen. Auf diese Weise werden einzelne fehlerhafte LED-Ketten bei zu hohem Strom in der LED-Kette definiert abgeschaltet. Wie oben beschrieben wird auch bei der damit einhergehenden Unterbrechung einer LED-Kette die vorgegebene Stromverteilung in den verbleibenden LED-Ketten aufrechterhalten.
Da die Ströme in den LED-Ketten umgekehrt proportional zu den jeweiligen Emitterwiderständen sind, ist das LED-Array flexibel ausgestaltbar, wobei insbesondere ohne besonderen Aufwand für jede LED-Kette ein vorgegebener Strom eingestellt werden kann. In der Regel wird eine gleichmäßige Stromverteilung ge- wünscht sein, was durch gleiche Emitterwiderstände ohne weiteres realisierbar ist.
Weitere Vorteile, Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere für eine Lichtsignaleinrichtung, er- geben sich aus den im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß der ersten Aus- führungsform, Figur 2 einen schematischen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß der ersten Ausführungsform,
Figur 3 einen schematischen Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß der ersten Ausführungsform,
Figur 4 einen schematischen Schaltplan eines vierten Aus- führungsbeispiels der Erfindung gemäß der zweiten
Ausführungsform, und
Figur 5 einen schematischen Schaltplan eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß der zweiten Ausführungsform.
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Schaltplan ist jeweils eine
Mehrzahl von LEDs 2 seriell zu LED-Ketten geschaltet. Dargestellt sind drei Ketten LK1, LK2 , LK3 mit je vier LEDs 2, wobei eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung selbstverständlich auch eine andere Anzahl von LEDs in den LED-Ketten oder eine andere Anzahl von LED-Ketten umfassen kann. Dies ist durch die gestrichelten Linien in den Versorgungsspannungs- leitungen (s.u.), der Verbindung der Transistorbasisanschlüsse (s.u.) bzw. der LED-Ketten verdeutlicht. Weiterhin kann auch die Abzahl und/oder der Typ der LEDs in den einzelnen LED-Ketten von Kette zu Kette variieren.
Optional kann zu den LED-Ketten LK1, LK2 , LK3 ein Schmelzwiderstand Ful, Fu2, Fu3 in Serie geschaltet sein. Die LED- Ketten LK1, LK2 , LK3 sind anodenseitig jeweils mit dem Pluspol einer Versorgungsspannung Uv und kathodenseitig jeweils mit einer Regelungsanordnung RAl, RA2 , RA3 verbunden.
Die Regelungsanordnungen RAl, RA2 , RA3 umfassen jeweils einen npn-Transistor Tl, T2, T3 , dessen Kollektoranschluss Cl, C2 , C3 jeweils mit der Kathodenseite der zugehörigen LED-Kette LK1, LK2 , L3 bzw. mit dem gegebenenfalls dazwischen geschalteten Schmelzwiderstand Ful, Fu2 , Fu3 verbunden ist. Der Emitteranschluss El, E2 , E3 ist jeweils über einen Emitterwiderstand R12, R22, R32 an dem Minuspol einer Versorgungsspannung Uv angeschlossen.
Die Transistoren Tl , T2 , T3 sind in der dargestellten Anord- nung als handelsübliche • npn-Transistoren ausgeführt. Zwischen der Kathodenseite bzw. dem Schmelzwiderstand jeder LED-Kette und dem jeweiligen Basisanschluss Bl, B2 , B3 des zugehörigen Transistors Tl, T2 , T3 ist jeweils eine Ansteuerschaltung in Form einer Serienschaltung aus einer Diode Dl, D2 , D3 und ei- nem elektrischen Widerstand Rll, R21, R31 geschaltet.
Die Basisanschlüsse Bl, B2 , B3 der Transistoren Tl, T2 , T3 sind miteinander verbunden.
Im Betrieb fällt an den Widerständen Rx2 bei einer Bestromung mit der Stromstärke Ix eine Spannung Ux2=Rx2*Ix ab. Der Laufindex x bezeichnet hier und im Folgenden die Nummer der LED-Kette. Im gezeigten Beispiel gilt also für die linke LED- Kette x=l, für die mittlere x=2 und für rechte LED-Kette LK3 x=3. Die folgende Beschreibung gilt auch allgemein für ein LED-Array mit N LED-Ketten, wobei dann x zwischen 1 und N liegt . Der Strom Ix, der - abgesehen von dem jeweils sehr viel geringeren Basisstrom dem Strom in der jeweiligen LED-Kette LKx entspricht, wird dabei so geregelt, dass an der Basis- Emitter-Strecke des zugehörigen Transistors Tx eine Spannung von ca. 0,65 V auftritt.
Da die Basiseingänge Bl, B2 , B3 der Transistoren Tl, T2 , T3 untereinander elektrisch verbunden sind und auf gleichem Potential liegen, wird über die Transistoren Tl, T2 , T3 der Strom so eingestellt, dass die an den Emitterwiderständen abfallende Spannung ca. 0,65 V unter dem gemeinsamen Basispotential liegt. Da die Spannung zwischen Basis und Emitter von 0,65V bei den Transistoren Tl, T2 , T3 (nahezu) gleich ist, müssen dazu an den jeweiligen Emitterwiderständen R12 , R22, R32 die gleichen Spannungen abfallen. Die Ströme II, 12, 13 in den LED-Ketten werden damit so geregelt, dass die Spannungen U12, U22, U32 gleich sind. Insgesamt wird damit die Verteilung der Ströme auf die LED-Ketten durch die Emitterwiderstände R12 , R22, R32 festgelegt, wobei das Ver- hältnis der Ströme gleich dem Verhältnis der reziproken Emitterwiderstandswerte ist .
Bei dieser Betrachtung wurde jeweils der Emitterstrom, der sich aus dem zugehörigen Basis- und Kollektorstrom zusammen- setzt, mit dem Kollektorstrom gleichgesetzt, also der im Vergleich wesentlich geringere Basisstrom vernachlässigt.
Soll ein Gesamtstrom gleichmäßig auf alle LED-Ketten LK1, LK2, LK3 aufgeteilt werden, so müssen alle Emitterwiderstände R12, R22, R32 denselben Widerstandswert aufweisen. Eine unterschiedlichen Bestromung der verschiedenen Ketten kann ohne besonderen Aufwand durch unterschiedliche Werte für die Emitterwiderstände R12 , R22, R32 realisiert werden. Damit kann vorteilhafterweise die Bestromung der LED-Ketten je nach Anforderung angepaßt werden, ohne dass weitere, gegebenenfalls aufwändigere Änderungen der Schaltung erforderlich sind.
Eine Veränderung der DurchläseSpannung einer LED-Kette LKx, z.B. durch Kurzschluss einer LED, wird durch eine entsprechende Veränderung der zugehörigen Kollektor-Basis-Spannung abgefangen. Die oben erläuterte Einstellung des Emitterstroms Ix und damit des Stroms in der LED-Kette LKx bleibt hiervon nahezu unberührt, so dass dass sich der Kollektorstrom bzw. der Strom in der LED-Kette nicht oder nur geringfügig ändert.
Wird im Extremfall einer Unterbrechung einer LED-Kette LKx der Strom in der LED-Kette bzw. der Kollektorstrom auf Null reduziert, so wird die Spannung Ux2 am zugehörigen Emitterwiderstand Rxl durch eine entsprechende Änderung des Basisstroms aufrechterhalten. Dies wird über die gemeinsame elektrische Verbindung der Transistorbasisanschlüsse ermöglicht. Die Näherung, dass der Basisstrom gegenüber dem Kollektorstrom vernachlässigt werden kann, gilt in diesem Ausnahmefall nicht mehr.
Die Stromversorgung der Basiseingänge Bl, B2 , B3 der Transi- stören Tl, T2 , T3 ist jeweils mittels einer Ansteuerschaltung in Form einer Serienschaltung einer Diode Dl, D2 , D3 und eines Widerstands Rll, R21, R31 realisiert.
Den Dioden Dl, D2 , D3 kommt hierbei eine Doppelfunktion zu: Einerseits stellen sie die Betriebsbedingung der Transistoren
Tl, T2, T3, d.h. die erforderliche Spannung an der jeweiligen Kollektor-Basis-Strecke Cx-Bx sicher, andererseits unterdrük- ken sie Querströme zwischen den einzelnen LED-Ketten LK1, LK2, LK3. Letzteres bewirkt, dass über die gemeinsame elektrische Verbindung der Transistorbasen Bl, B2 , B3 kein Strom, beispielsweise aufgrund von Potentialunterschieden in den einzelnen LED-Ketten LKl, LK2 , LK3 , die etwa wegen unter- 5 schiedlicher DurchlassSpannungen oder einer kurzgeschlossener LED verursacht sein können, von einer LED-Kette in eine andere LED-Kette fließen kann.
Die Dioden Dl, D2 , D3 sind so dimensioniert, dass an ihnen
LO eine Spannung abfällt, die für einen stabilen Betriebszustand der Transistoren Tl, T2 , T3 ausreicht. Beispielsweise könnten hier auch LEDs zum Einsatz kommen, die zusätzlich als optischer Indikator für unterschiedliche Durchlassspannungen in den einzelnen Ketten dienen können.
L5
Über die elektrischen Widerstände Rll, R21, R31 fließt der Basisstrom der Transistoren Tl, T2, T3 , der typischerweise um einem Faktor 100 bis 250 kleiner als der Kollektorstrom ist. Diese Widerstände Rll, R21, R31 sind vorzugsweise so dimen-
20 sioniert, dass bereits eine sehr kleine Veränderung des Basisstroms durch den Widerstand Rxl, beispielsweise im Bereich unter 1 mA, eine ausreichend große Änderung der Spannung an dem Widerstand Rxl bewirkt, wodurch unterschiedliche Durchlassspannungen oder eine Änderung der DurchlassSpannungen bei
25 den einzelnen LED-Ketten LKl, LK2 , LK3 ausgeglichen werden. Die Widerstände Rll, R21, R31 weisen dazu vorzugsweise Werte im Bereich von 100 Ohm bis 1000 Ohm auf.
Bei der Unterbrechung einer LED-Kette fließen über die An- 30 Steuerschaltungen der verbleibenden Ketten auch die Aus- gleichströme zur Aufrechterhaltung der Spannung am Emitterwiderstand der unterbrochenen LED-Kette. Die Widerstände Rll, R21, R31 müssen prinzipiell nicht zwangsläufig denselben Wert aufweisen. Für eine optimale Zuverlässigkeit und die Symmetrie der Anordnung sind gleiche Widerstandswerte vorteilhaft .
Bei der gezeigten Schaltung ist, insbesondere durch die Emitterwiderstände R12, R22, R32, eine ausreichende Stabilität der Schaltung gegenüber fertigungsbedingten Schwankungen der Stromverstärkungsfaktoren, d.h. dem Verhältnis von Kollektor- ström zu Basisstrom, der Transistoren Tl, T2 , T3 gewährleistet .
In einer weiteren Variante, die insbesondere bei erhöhten Sicherheitsanforderungen vorteilhaft ist, ist vorzugsweise je- weils eine Sicherung Fux in Serie zu eine LED-Kette LKx geschaltet, welcher zusätzlich einen zu großen Strom in einer LED-Kette unterbindet. Im Fehlerfall, wenn beispielsweise in einer LED-Kette LKx der doppelte Sollstrom fließt, brennt die Sicherung durch und schaltet so die LED-Kette definiert ab. Damit wird die LED-Kette unterbrochen. Wie bereits beschrieben ist es hierbei von Vorteil, dass bei einer solchen Unterbrechung die Stromverteilung in den noch intakten LED-Ketten aufrechterhalten bleibt. Die Sicherungen Ful, Fu2 , Fu3 können zum Beispiel als Schmelzwiderstand ausgeführt sein. Dabei können handelsübliche Schmelzwiderstände eingesetzt werden, die ab einer definierten Leistung durchbrennen und so dauerhaft den Stromfluss unterbrechen.
Ein weiterer Vorteil der ersten Ausführungsform der Erfindung bzw. des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels besteht darin, dass bei jeder LED-Kette LKx ein Teilstrom zur Regelung abgezweigt wird. Dadurch wird die Zuverlässigkeit und Stabilit des Systems erhöht. Bei Verwendung von Emitter- widerständen R12, R22, R32 mit 1% Toleranz beträgt die Toleranz der Basisströme 2%, so dass insgesamt eine vergleichweise hohe Präzision der Stromverteilung erzielt wird.
Wie bereits erläutert ist die Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 um eine beliebige Anzahl an LED-Ketten in der dargestellten Weise erweiterbar.
Die in Figur 1 gezeigte Schaltung kann in analoger Weise auch mit pnp-Transistoren aufgebaut werden. Ein entsprechendes zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 2 dargestellt. Hierbei sind die Regelungsanordnungen RAl, RA2 , RA3 mit den Transistoren Tl, T2, T3, den Emitterwiderständen R12 , R22, R32 und den Ansteuerschaltungen aus den Widerständen Rll, R21, R31 und den Dioden Dl, D2 , D3 zwischen den Anodenseiten der LED-Ketten LKl, LK2 , LK3 und dem Pluspol der Versorgungsspannung Uv angeordnet .
Das in Figur 3 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel der Erfin- düng zeigt ein LED-Array in einer Größe, die beispielsweise in der Signaltechnik eingesetzt wird. Entsprechende Schaltungen können zum Beispiel für VerkehrsSignale wie Ampeln oder Warnleuchten oder für Bahnsignale verwendet werden.
Die Schaltung entspricht im wesentlichen Figur 2. Im Unterschied dazu sind insgesamt 120 LEDs 2 in 20 LED-Ketten LK1,...,LK20 mit je 6 LEDs parallel geschaltet. Die Ströme in den LED-Ketten des LED-Arrays werden zusätzlich durch eine hier nicht näher beschriebene Überwachungsschaltung 4 kon- trolliert.
Bei Arrays dieser Größe ist es von besonderer Bedeutung, einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Die eingangs beschriebene Möglichkeit nach dem Stand der Technik, unterschiedliche Durchlassspannungen der LED-Ketten des Arrays mittels rein ohmscher Serienwiderstände zu kompensieren, würde hier zu einer sehr hohen Verlustleistung und in der Folge zu aufwändigen Kühlmaßnahmen führen.
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Wie bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind auch hier jeweils meh- rere LEDs 2 seriell zu LED-Ketten LKl, LK2 , LK3 geschaltet und die LED-Ketten LKl, LK2 , LK3 anodenseitig mit dem Pluspol einer VersorgungsSpannung und kathodenseitig über eine optionale Sicherung Ful, Fu2 , Fu3 jeweils mit einer Regelungsanordnung RAl, RA2, RA3 verbunden.
Die Regelungsanordnungen RAl, RA2 , RA3 umfassen wiederum jeweils einen Transistor Tx, dessen Kollektoranschluss Cx zu der entsprechenden LED-Kette LKx führt. Der Emitteranschluss Ex ist jeweils über einen Emitterwiderstand Rx2 mit dem Mi- nuspol der Versorgungsspannung verbunden.
Die Basisanschlüsse Bl, B2 , B3 der Transistoren Tl, T2 , T3 sind wie bei den bisherigen Ausführungsbeispielen miteinander verbunden und liegen somit auf demselben Potential.
Im Unterschied zu den in Figur 1 bis 3 gezeigten Ausführungs- beispielen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel nach der zweiten Ausfürungsform der Erfindung eine gemeinsame Ansteu- erschaltung A vorgesehen, die den Basisstrom für die Transistoren Tl, T2, T3 erzeugt. Als Ansteuerschaltung dient eine Serienschaltung aus einer in Sperrrichtung betriebenen Zenerdiode Dz und einem Widerstand Rz . Optional kann diese Serienschaltung eine Sicherung FuB, zum Beispiel einen Schmelzwiderstand umfassen. Diese ist so dimensioniert, dass sie bei einer vorgegebenen Zahl von unter- brochenen LED-Ketten, die jeweils wie beschrieben zu einem Anstieg des Basisstroms führen, durchbrennt. Damit wird das gesamte LED-Array abgeschaltet. Eine solche Funktionsweise kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn die verbleibende Anzahl von intakten LED-Ketten den Sicherheitsanforderungen nicht mehr genügt.
Die Sicherungen Ful, Fu2 , Fu3 sind ebenfalls optional und dienen wie oben beschrieben der zusätzlichen Absicherung der LED-Ketten gegen zu hohe Ströme.
Der in Serie zur Zenerdiode Dz geschaltete Widerstand Rz besitzt vorzugsweise einen Wert zwischen 100 Ohm und 1000 Ohm.
Für eine gleichmäßige Basisstromaufteilung in allen Ketten müssen auch hier die Emitterwiderstände R12, R22, R32 den gleichen Wert aufweisen. Bei speziellen Anwendungen können aber auch unterschiedliche Emitterwiderstände erforderlich sein, zum Beispiel bei der Kombination von LEDs unterschiedlicher Farben, die sich in der Regel hinsichtlich ihres spezifizierten Betriebsstroms unterscheiden.
Die Zenerdiode ist so dimensioniert, dass die daran abfallende Spannung einen stabilen Betriebszustand der Transistoren sicherstellt. Vorzugsweise ist die Zenerspannung der Zener- diode Dz etwa 1 V größer als die höchste DurchlassSpannung der LED-Ketten. Figur 5 zeigt eine fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der zweiten Ausführungsform. Im Unterschied zu dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Regelungsanordnungen RAl, RA2, RA3 mit mit pnp-Transistoren Tl, T2 , T3 statt mit npn-Transistoren realisiert.
Entsprechend sind die Regelungsanordnungen jeweils zwischen dem Pluspol der Versorgungsspannung und den Anodenseiten der LED-Ketten angeordnet. Die Ansteuerschaltung ist wie in Figur 4 als Serienschaltung einer Zenerdiode Dz und eines Widerstands Rz und gegebenenfalls einer optionalen Sicherung FuB ausgeführt, wobei die Zenerdiode anodenseitig über den Widerstand Rz mit dem Minuspol der VersorgungsSpannung verbunden ist .
Je nach Anforderung kann die erste oder die zweite Aufüh- rungsform der Erfindung vorteilhafter sein. Dabei zeichnet sich die erste Ausführungsform durch eine besondere Stabilität aus, da in der Regel alle LED-Ketten zum Strom für die Regelung beitragen. Weiterhin besitzt diese erste Ausführungsform gegenüber der zweiten Ausführungsform den höheren Gesamtwirkungsgrad.
Die zweite Ausführunsform erfordert aufgrund der gemeinsamen Ansteuerschaltung für die LED-Ketten einen geringeren schaltungstechnischen Aufwand und ist besonders leicht über die gemeinsame Verbindung zwischen Ansteuerschaltung und Regelungsanordnung abschaltbar, beispielsweise wie beschrieben mittels der Sicherung FuB.
Die Erläuterung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele ist selbstverständlich nicht als Einschränkung hierauf zu verstehen.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung für ein LED-Array mit zwei oder mehr 5 parallel geschalteten LED-Ketten (LKl, LK2 , LK3) , in denen jeweils mindestens eine LED (2) angeordnet ist, wobei bei zwei oder mehr LEDs (2) diese in Serie geschaltet sind, bei der jeweils die Anodenseiten der LED-Ketten (LKl, LK2 , LK3) an dem Pluspol einer VersorgungsSpannung (Uv) und die Katho-
L0 denseiten an dem Minuspol der Versorgungsspannung (Uv) ankoppelbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zu jeder LED-Kette (LKl, LK2 , LK3) jeweils eine Regelungsanordnung (RAl, RA2 , RA3) zur Regelung einer vorgegebenen
15 Stromverteilung auf die einzelnen LED-Ketten (LKl, LK2 , LK3) in Serie geschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass 0 die Regelungsanordnungen (RAl, RA2 , RA3) jeweils eine Stromverstärkungsschaltung zur Einprägung eines Stroms in die LED- Ketten (LKl, LK2 , LK3) gemäß der vorgegebenen Stromverteilung umfassen.
5 3. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Stromverstärkungsschaltungen jeweils einen Regelungseingang zur Regelung des Stroms in der zugehörigen LED-Kette 0 aufweisen, wobei die Regelungseingänge miteinander verbunden sind.
4. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Regelungsanordnungen (RAl, RA2 , RA3) jeweils einen vor- zugsweise bipolaren Transistor (Tl, T2 , T3) enthalten, dessen Kollektoranschluss (Cl, C2 , C3) jeweils mit der Kathodenseite der zugehörigen LED-Kette (LKl, LK2 , LK3) verbunden ist, und dessen Emitteranschluss (El, E2 , E3) jeweils über einen Emitterwiderstand (R12, R22, R32) mit dem Minuspol der Versor- gungsspannung (Uv) verbindbar ist, wobei die Basisanschlüsse (Bl, B2, B3) der Transistoren (Tl, T2 , T3) miteinander verbunden sind, und wobei eine Ansteuerschaltung die Basisanschlüsse (Bl, B2, B3) der Transistoren (Tl, T2 , T3) mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagt.
5. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Regelungsanordnungen (RAl, RA2 , RA3) jeweils einen vor- zugsweise bipolaren Transistor (Tl, T2 , T3) enthalten, dessen Kollektoranschluss (Cl, C2 , C3) jeweils mit der Anodenseite der zugehörigen LED-Kette (LKl, LK2 , LK3) verbunden ist und dessen Emitteranschluss (El, E2 , E3) jeweils über einen Emitterwiderstand (R12, R22, R32) mit dem Pluspol der Versor- gungsspannung (U) verbindbar ist, wobei die Basisanschlüsse (Bl, B2, B3) der Transistoren (Tl, T2 , T3) miteinander verbunden sind, und wobei eine Ansteuerschaltung die Basisanschlüsse (Bl, B2, B3) der Transistoren (Tl, T2 , T3) mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagt .
6. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach Anspruch 4 oder 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Ansteuerschaltung jeweils eine Serienschaltung einer Diode (Dl, D2 , D3) und eines Widerstands (Rll, R21, R31) vorgesehen ist, die zwischen dem jeweiligen Kollektoranschluss (Cl, C2 , C3) und dem jeweiligen Basisanschluss (Bl, B2 , B3) des Transistors (Tl, T2 , T3) einer Regelungsanordnung (RAl, RA2, RA3) angeordnet ist.
7. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach Anspruch 3 oder 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ansteuerschaltung eine an den Pluspol der Versorgungs- Spannung (Uv) anschließbare, in Sperrrichtung zu der Versorgungsspannung (Uv) betriebene Zenerdiode (Dz) umfasst, deren Anode mit den Steuereingängen bzw. mit den Basisanschlüssen (Bl, B2, B3) verbunden ist.
8. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach Anspruch 3 oder 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ansteuerschaltung eine an den Minuspol der Versorgungsspannung (Uv) anschließbare, in Sperrrichtung zu der Versorgungsspannung (Uv) betriebene Zenerdiode (Dz) umfasst, deren Kathode mit den Steuereingängen bzw. mit den Basisanschlüssen (Bl, B2, B3) verbunden ist.
9. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach einem der Ansprüche 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in Serie zu der Zenerdiode (Dz) eine Sicherung (FuB) , vor- zugsweise ein Schmelzwiderstand, geschaltet ist.
10. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in Serie zu der Zenerdiode (Dz) ein Widerstand (Rz) geschaltet ist.
5 11. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Wert des Widerstands (Rz) in Serie zur Zenerdiode (Dz) zwischen 100 Ohm und 1000 Ohm liegt.
.0
12. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach einem der Ansprüche 4 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Emitterwiderstände (R12, R22, R32) zur Einstellung der Ströme in den jeweiligen LED-Ketten (LKl, LK2 , LK3) dienen.
L5
13. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach einem der Ansprüche 4 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Werte der Emitterwiderstände (R12, R22, R32) zwischen 20 1 Ohm und 100 Ohm liegen und vorzugsweise etwa 10 Ohm betragen.
14. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass seriell zu den LED-Ketten (LKl, LK2 , LK3) jeweils eine Sicherung (Ful, Fu2, Fu3) , vorzugsweise ein Schmelzwiderstand, geschaltet ist .
0 15. Schaltungsanordnung für ein LED-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das LED-Array eine Lichtsignaleinrichtung ist.
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