WO2011054547A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur erzeugung von led-mischlicht vorbestimmter farbe - Google Patents

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WO2011054547A1
WO2011054547A1 PCT/EP2010/058479 EP2010058479W WO2011054547A1 WO 2011054547 A1 WO2011054547 A1 WO 2011054547A1 EP 2010058479 W EP2010058479 W EP 2010058479W WO 2011054547 A1 WO2011054547 A1 WO 2011054547A1
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WO
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led
temperature
light
circuit
different
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PCT/EP2010/058479
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English (en)
French (fr)
Inventor
Istvan Bakk
Hans Hoschopf
Peter Pachler
Original Assignee
Tridonic Jennersdorf Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light

Definitions

  • the invention relates to a method and a circuit arrangement for generating mixed light of a predetermined color by mixing the longer-wavelength light emitted by at least one first LED with the shorter-wavelength light emitted by at least one second LED.
  • the boundary between the longer-wavelength and the shorter-wavelength light may be, for example, 500 nm (with respect to the peak of the spectrum). It is known to produce mixed light of a predetermined color by mixing the light emitted by at least two LEDs, the light emitted from one LED and from the other LED having different wavelengths.
  • white light can be obtained by mixing the light emitted by a red light LED and that of a color-converted blue light LED or UV light LED (this is, for example, a blue light or UV light-emitting LED chip with a Phosphor layer is covered, which converts the blue light or the UV light into a longer wavelength light with a correspondingly different color) are generated.
  • a color-converted blue light LED or UV light LED this is, for example, a blue light or UV light-emitting LED chip with a Phosphor layer is covered, which converts the blue light or the UV light into a longer wavelength light with a correspondingly different color
  • white light can also be generated by RGB (red, green, blue) mixture.
  • a change in temperature can be caused by the ambient temperature fluctuating or even by the fact that the LED module is heated by the operating current over time. In the latter case, a stable state is reached only after a certain warm-up time. This is usually at least 10 minutes, but can take much longer.
  • Color location changes of the mixed light result: the higher the temperature rises in an LED module, the lower the intensity of the light emitted by the LEDs (with constant current through the LED).
  • the gradient of the intensity as a function of the temperature is decreasing or, in other words, the gradient is negative. This would not be a problem in terms of the color of the mixed light, if the negative gradient of the longer wavelength LED light and the shorter wavelength LED light would be about the same. In fact, however, the negative gradient of longer wavelength LED light is greater than the negative gradient of shorter wavelength LED light, with the result that the spectrum of the mixed light changes.
  • the invention has for its object to counteract the described adverse phenomenon.
  • the object is solved by the features of the independent claims.
  • the dependent claims form the central one
  • the invention proposes a method for operating a preferably electrically constant-current LED path which preferably produces white mixed light with at least two LED types of different spectrum.
  • the Farbortwa ensures that the mixed light, which is caused by the different negative gradient of the temperature dependencies of the intensity of at least two different LED types, circuitry is reduced without the use of measurements and feedback variables.
  • a compensation of the different negative gradients of the temperature dependencies of the intensity can take place by a preferably passive circuit branch connected in parallel to at least part of the LED path whose current profile essentially shows an inverse temperature gradient with respect to the intensity change to be compensated.
  • the circuit branch may have at least one passive temperature-dependent component, in particular a PTC resistor and / or an NTC resistor.
  • the PTC resistor or the NTC resistor may be part of a network (R1, R2, PTC) for controlling a transistor (T) whose base-emitter path (or drain-source path) lies in the circuit branch.
  • the circuit branch may be connected in parallel to a part of the LED path which contains only one type of LEDs or which contains several different LED types.
  • the LEDs of the first LED type (LED (r)) and the second LED type (LED (b)) may be connected in series or in parallel.
  • the first LED type (LED (r)) can be an optional color-converted red, amber, orange, or infra-orange LED.
  • the second LED type (LED (b)) can be an optional color-converted blue light LED or UV light LED.
  • the invention also relates to an operating circuit for a preferably with constant current supplied LED track, which has at least two LED types of different spectrum for generating preferably white mixed light,
  • the compensation circuit has a preferably passive circuit branch which is connected in parallel to at least part of the LED path and whose current profile essentially corresponds to an inverse temperature gradient. shows the intensity change to be compensated.
  • the invention further relates to an LED module having such an operating circuit with a
  • Constant power source and one of these supplied LED track.
  • the invention also relates to an LED lamp, in particular for white light, comprising at least one such LED module.
  • the LED lamp can be a retrofit LED lamp, which is designed to replace, for example, incandescent lamps, compact gas discharge lamps or halogen lamps, and having corresponding mechanical and electrical connections.
  • FIG. 1 shows the temperature dependence of the intensity of the light emitted by a red-light diode and of the light emitted by a color-converted blue-light LED
  • Figure 2 shows a basic circuit arrangement with a
  • PTC resistor for producing white mixed light by mixing the light emitted by red LEDs and the color-converted blue LEDs, and with a PTC resistor to compensate for the different temperature dependency of the efficiency of the two types of LED mentioned.
  • FIG. 3 shows a modification of the embodiment of FIG.
  • FIG. 4 shows a basic circuit arrangement as in FIG.
  • LED chain LED6-10 with a blue LED from the LED chain LED1-5 is reversed.
  • FIG. 5 CIE coordinates for different luminous fluxes
  • LEDs that emit red light are representative of longer wavelength LEDs
  • blue light emitting LEDs also referred to as “blue or color converted blue LEDs”
  • FIG. 1 shows the natural or uncompensated profile of the intensity of the light emitted by red LEDs as a function of the temperature (of the semiconductor junction) as a dotted curve (in each case at constant current).
  • the natural course of the intensity of the intensity of the light emitted by blue LEDs is shown as a continuous drawn curve. It can be seen that both curves decrease with higher temperature, but the negative gradient of the intensity profile of the red LEDs is greater than that of the intensity profile of the blue LEDs.
  • the negative gradients of the two intensity gradients should be largely aligned. Otherwise, fluctuations in the room or ambient temperature or, after switching on, heating of the LED module to the operating temperature result in an undesired color shift of the mixed light.
  • the solution to this problem is according to the invention in a circuit compensation control (as opposed to a control) of the intensity profile of the light emitted from the red LEDs such that the negative gradient of the light emitted by the red LEDs is lowered so that it at least until Reach the operating temperature is approximately parallel to the intensity curve of the light emitted by the blue LEDs light.
  • the compensated intensity profile of the light emitted by the red LEDs is shown as a dashed curve.
  • circuit-technical control excludes a color detection by means of a sensor and feedback signal, so that the invention provides a circuit-type control without regulation with a feedback signal.
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement with which such a compensation can be achieved.
  • This circuit can be fed by a preferably regulated constant current whose amplitude of the dimming of the LED track can be adjustable, for example by specifying a desired value.
  • the circuit may, for example, be accommodated in a housing of a retrofit LED lamp.
  • the circuit arrangement includes a plurality of blue LEDs connected in series, denoted by LEDS (b), and also a plurality of red LEDs connected in series, denoted by LEDs (r).
  • a bypass circuit branch is connected in parallel, which consists of a transistor T and a resistor Rl.
  • Parallel to the emitter-base path of the transistor T is a resistor R2.
  • the temperature-sensitive resistor PTC has a positive temperature behavior, ie its resistance increases with temperature and vice versa.
  • the temperature-sensitive resistor PTC is in heat-conducting contact with the chip or module on which at least the LEDs (r) are arranged.
  • the LEDs (b) can also be arranged on this chip or module.
  • the resistance value of the temperature-sensitive resistor PTC also increases, with the result that the Emitter-base voltage of the transistor is lowered.
  • the transistor increasingly blocks, reducing the partial current of the total current flowing across the bypass. This means that the current flowing through the LEDs (r) is increased, which then leads to the desired reduction in the negative gradient of the intensity profile of the light emitted by the LEDs (r).
  • the network for generating a control voltage for the transistor T are also designed differently and can be realized for example with a temperature-sensitive device having a negative temperature behavior.
  • a further possibility for compensating the intensity profile of the light emitted by the LEDs (r) is that the forward voltage of at least one "red” LED and / or at least one "blue” LED, optionally all LEDs of the chain, with temporarily stabilized operating current Temperature measurement ("red” and “Blue” is just an example of the first or second type.) By evaluating the measured forward voltage, one can then obtain a control parameter to increase the operating current.
  • FIG. 3 also shows a circuit arrangement with which the compensation described above can be achieved.
  • the circuit arrangement includes a plurality of blue LEDs connected in series, denoted by LEDs (b), and a plurality of red LEDs also connected in series, denoted by LEDs (r).
  • LEDs (r) To the LEDs (r), a bypass circuit branch is connected in parallel, but in this embodiment, instead of a PTC, has an NTC with a negative temperature behavior, i. its resistance lowers with temperature and vice versa.
  • the temperature-sensitive resistor NTC is in heat-conducting contact with the chip or module, on which at least the LEDs (r) are arranged.
  • the LEDs (b) can also be arranged on this chip or module.
  • the three components of the functional unit R1-NTC-R2 supply the base of the transistor Tl with temperature-dependent current and temperature-dependent voltage, wherein the resistor Rl with the parallel resistor R2 and the temperature-sensitive resistor NTC forms a voltage divider for supplying the base.
  • the resistor R2 serves to limit the current in the lower temperature range and thus deforms the current characteristic of the sidestream.
  • Rl a side current to supply the transistor base and the voltage level is set depending on the existing voltage.
  • the NTC causes the current in the sidestream to switch off at high temperatures. At low temperatures, the effect Current amplification of the transistor with correspondingly low currents through the side string current limiting.
  • the functional unit T1-R3-R4 represents the current control unit.
  • the transistor is intended to switch large currents. For this reason, the linear current amplification factor is an essential quantity.
  • the two resistors R5 and R6 cause the current limit at temperatures of 40 ° to 20-30 ° and consume the most power. For this reason, a low power transistor (0.5W) can be used.
  • the resistors have the disadvantage that the dimensioning may require a large area.
  • a higher power transistor can be used and the resistor either omitted entirely or the design performed such that there is no current limiting and only a portion of the power is dissipated.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment based on FIG. 3, wherein, however, in the LED chain, a red LED is connected in the chain of blue LEDs by interchanging.
  • the compensation ratio of the compensation circuit changes, since the compensation current thus no longer concerns only the red LEDs, but also a blue LED.
  • the compensation circuit can thus be set to the desired temperature behavior such that, in addition to the resistance circuit, the properties of the NTC / PTC and the transistor amplification, the arrangement of the different colored LEDs in the LED string is changed. It depends in particular on which LEDs following the branch point for the
  • a particular field of application for such a temperature-compensated circuit are again retrofit LED lamps.
  • FIG. 5 shows CIE color coordinates for different compensation currents as a function of the temperature TC at the temperature-dependent resistor NTC in 5-degree increments.
  • a typical temperature gradient of 25 degrees to 85 degrees shows that the Earbort in the CIE diagram remains within a given McAdam ellipse of a defined color temperature (for example, 2700 Kelvin) during heating.
  • the McAdam ellipse shows the tolerance range of the human eye for a given point in the CIE diagram.
  • the human eye does not perceive any color change.
  • the compensation is even better at lower temperatures up to 60 ° than in the constellation according to FIG. 3 with unexchanged LEDs, but then a very strong shift occurs and the compensation is no longer sufficient. To counteract this, a steeper drop would have to be achieved up to 75 ° to approximately 0mA sidestream.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer vorzugsweise mit Konstantstrom gespeisten LED-Strecke, das vorzugsweise weisses Mischlicht mit wenigstens zwei LED-Typen unterschiedlichen Spektrums erzeugt, wobei die Farbortwanderung des Mischlichts, die durch die unterschiedlichen negativen Gradienten der Temperaturabhängigkeiten der Intensität der wenigstes zwei unterschiedlichen LED-Typen verursacht wird, schaltungstechnisch ohne Verwendung von Messungen und Rückführgrössen reduziert wird.

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzeugung von LED-Mischlicht vorbestimmter Farbe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Mischlicht vorbestimmter Farbe durch Mischen des von mindestens einer ersten LED emittierten längerwelligen Lichtes mit dem von mindestens einer zweiten LED emittierten kürzerwelligen Lichtes. Die Grenze zwischen dem längerwelligen und dem kürzerwelligen Licht kann bspw. bei 500nm (bzgl. des Peaks des Spektrums) liegen. Es ist bekannt, Mischlicht einer vorbestimmten Farbe durch Mischen des von mindestens zwei LEDs emittierten Lichtes zu erzeugen, wobei das von der einen LED und das von der anderen LED emittierte Licht unterschiedliche Wellenlängen haben. Beispielweise kann Weißlicht durch Mischen des von einer Rotlicht-LED emittierten Lichtes und des von einer farbkonvertierten Blaulicht-LED oder UV-Licht-LED (es handelt sich dabei bspw. um einen blaues Licht oder UV-Licht erzeugenden LED-Chip, der mit einer Phosphorschicht bedeckt ist, die das blaue Licht bzw. das UV-Licht in ein längerwelliges Licht mit einer entsprechend anderen Farbe umwandelt) erzeugt werden.
Alternativ kann Weisslicht auch durch RGB (rot, grün, blau) Mischung erzeugt werden.
Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass sich der Farbort des Mischlichtes im CIE-Diagramm mit der Temperatur ändert. Eine Temperaturänderung kann ihre Ursache darin haben, dass die Umgebungstemperatur schwankt oder aber auch darin, dass sich das LED-Modul durch den Betriebsstrom mit der Zeit erwärmt. Im letztgenannten Fall wird erst nach einer gewissen Aufwarmzeit ein stabiler Zustand erreicht. Diese beträgt in der Regel mindestens 10 Minuten, kann aber auch erheblich länger dauern.
Temperaturänderungen haben aus folgendem Grund
Farbortänderungen des Mischlichtes zur Folge: Je höher die Temperatur in einem LED-Modul ansteigt, desto geringer ist die Intensität des von den LEDs emittierten Lichtes (bei gleichbleibendem Strom durch die LED) . Der Verlauf der Intensität in Abhängigkeit von der Temperatur ist abfallend oder - mit anderen Worten - der Gradient ist negativ. Das wäre an sich in Bezug auf die Farbe des Mischlichtes noch kein Problem, wenn der negative Gradient des längerwelligen LED-Lichtes und der des kürzerwelligen LED-Lichtes in etwa gleich wären. Tatsächlich ist jedoch der negative Gradient von längerwelligem LED-Licht größer ist als der negative Gradient von kürzerwelligem LED-Licht, mit der Folge, dass sich das Spektrum des Mischlichtes verändert.
Somit kann es bei einer typischen Erwärmung eines LED-Moduls bspw. von Raumtemperatur auf 60°C bis 80°C zu einer Farbortverschiebung kommen, die für das menschliche Auge wahrnehmbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, der geschilderten nachteiligen Erscheinung entgegenzuwirken. Die Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen
Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter . Die Erfindung schlägt in einem ersten Aspekt vor ein Verfahren zum Betreiben einer vorzugsweise mit Konstant ström gespeisten LED-Strecke, das vorzugsweise weisses Mischlicht mit wenigstens zwei LED-Typen unterschiedlichen Spektrums erzeugt. Dabei wird die Farbortwanderung des Mischlichts, die durch die unterschiedlichen negativen Gradienten der Temperaturabhängigkeiten der Intensität der wenigstes zwei unterschiedlichen LED-Typen verursacht wird, schaltungstechnisch ohne Verwendung von Messungen und Rückführgrössen reduziert wird.
Eine Kompensation der unterschiedlichen negativen Gradienten der Temperaturabhängigkeiten der Intensität kann dabei durch einen vorzugsweise passiven und parallel zu wenigstens einem Teil der LED-Strecke geschalteten Schaltungszweig erfolgen, dessen Stromverlauf im Wesentlichen einen inversen Temperaturgradienten bzgl. der zu kompensierenden Intensitätsänderung zeigt. Der Schaltungszweig kann wenigstens ein passives temperaturabhängiges Bauteil, insbesondere einen PTC- und/oder einen NTC-Widerstand aufweisen.
Der PTC- iderstand oder der NTC-Widerstand kann Teil eines Netzwerkes (Rl, R2 , PTC) zur Steuerung eines Transistors (T) sein, dessen Basis-Emitter-Strecke (oder Drain-Source- Strecke) im Schaltungszweig liegt.
Der Schaltungszweig kann zu einem Teil der LED-Strecke parallel geschaltet sein, der nur einen Typ an LEDs enthält, oder der mehre unterschiedliche LED-Typen enthält.
Die LEDs des ersten LED-Typs (LED(r)) und des zweiten LED- Typs (LED(b)) können in Serie oder parallel geschaltet sein. Der erste LED-Typ (LED(r)) kann eine optional farbkonvertierte rote, amberfarbene , orange, oder infraorange LED ist.
Der zweite LED-Typ (LED (b) ) kann eine optional farbkonvertierte Blaulicht-LED oder UV-Licht LED ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Betriebsschaltung für eine vorzugsweise mit Konstantstrom gespeiste LED-Strecke, die zur Erzeugung von vorzugsweise weissem Mischlicht wenigstens zwei LED-Typen unterschiedlichen Spektrums aufweist,
aufweisend eine Kompensationsschaltung zur Verringerung der Farbortwanderung des Mischlichts, die durch die unterschiedlichen negativen Gradienten der
Temperaturabhängigkeiten der Intensität der wenigstes zwei unterschiedlichen LED-Typen verursacht wird,
wobei die Kompensationsschaltung einen vorzugsweise passiven und parallel zu wenigstens einem Teil der LED-Strecke geschalteten Schaltungszweig aufweist, dessen Stromverlauf im Wesentlichen einen inversen Temperaturgradienten bzgl . der zu kompensierenden Intensitätsänderung zeigt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein LED-Modul aufweisend eine derartige Betriebsschaltung mit einer
KonstantStromquelle , und eine von dieser versorgte LED- Strecke .
Schliesslich betrifft die Erfindung auch eine LED-Lampe, insbesondere für Weisslicht, aufweisend wenigstens ein derartiges LED-Modul. Die LED-Lampe kann eine Retrofit LED- Lampe sein, die zum Ersatz bspw. von Glühlampen, Kompakt- Gasentladungslampen oder Halogenlampen ausgebildet ist und entsprechende mechanische und elektrische Anschlüsse aufweist .
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 die Temperaturabhängigkeit der Intensität des von einer Rotlicht-Diode emittierten Lichtes und des von einer farbkonvertierten Blaulicht-LED emittierten Lichtes,
Figur 2 eine prinzipielle Schaltungsanordnung mit einem
PTC-Widerstand zum Erzeugen von weißem Mischlicht durch Mischen des von roten LEDs und des von farbkonvertierten blauen LEDs emittierten Lichtes, und mit einem PTC- Widerstand zur Kompensation der unterschiedlichen Temperaturabhängikeit der Effizienz der beiden genannten LED-Typen.
Figur 3 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von Figur
2, bei der anstelle des PTC-Widerstands ein MTC- Widerstand eingesetzt ist.
Figur 4 eine prinzipielle Schaltungsanordnung wie in Fig.
3 mit dem Unterschied, dass eine rote LED der
LED-Kette LED6-10 mit einer blauen LED aus der LED Kette LED1-5 vertauscht ist.
Figur 5 CIE-Koordinaten für unterschiedliche Lichtströme
der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 in Abhängigkeit der am temperaturempfindlichen TC- Widerstand vorliegenden Temperatur
Nachfolgend sollen LEDs, die rotes Licht emittieren (auch als „rote LEDs" bezeichnet), stellvertretend für längerwellige LEDs stehen, während blaues Licht emittierende LEDs (auch als „blaue oder farbkonvertierte blaue LEDs" bezeichnet) stellvertretend für kürzerwellige LEDs stehen.
Die Grenze bzgl. des Peaks des Spektrums zwischen dem längerwelligen und dem kürzerwelligen Licht kann bspw. bei 500nm liegen. In Figur 1 ist der natürliche oder unkompensierte Verlauf der Intensität des von roten LEDs emittierten Lichtes in Abhängigkeit von der Temperatur (des Halbleiterübergangs) als punktierte Kurve dargestellt (jeweils bei konstantem Strom) . Der natürliche Verlauf der Intensität der Intensität des von blauen LEDs emittierten Lichtes ist als durchgehend gezeichnete Kurve dargestellt. Man erkennt, dass beide Kurven mit höherer Temperatur abfallen, wobei jedoch der negative Gradient des Intensitätsverlaufes der roten LEDs größer ist als derjenige des Intensitätsverlaufes der blauen LEDs.
Um aus dem Licht der roten und der blauen (ggf- farbstoffkonvertierten) LED ein weißes Mischlicht erzeugen zu können, dessen Farbort im CIE-Diagramm von der Temperatur weitgehend unabhängig ist, sollten die negativen Gradienten der beiden Intensitätsverläufe weitgehend angeglichen sein. Andernfalls haben Schwankungen der Raum- oder Umgebungstemperatur oder - nach dem Einschalten - Erwärmen des LED-Moduls auf die Betriebstemperatur eine unerwünschte Farbverschiebung des Mischlichtes zur Folge. Die Lösung dieses Problems besteht gemäß der Erfindung in einer schaltungstechnischen Kompensationssteuerung (im Gegensatz zu einer Regelung) des Intensitätsverlaufes des von den roten LEDs emittierten Lichtes derart, dass der negative Gradient des von den roten LEDs emittierten Lichtes abgesenkt wird, so dass er zumindest bis zum Erreichen der Betriebstemperatur etwa parallel zu der Intensitätskurve des von den blauen LEDs emittierten Lichtes verläuft. Der kompensierte Intensitätsverlauf des von den roten LEDs emittierten Lichtes ist als gestrichelte Kurve dargestellt.
„Schaltungstechnische Steuerung" schließt insbesondere eine Farberfassung mittels Sensor und Rückführsignal aus. Die Erfindung sieht also eine schaltungstechnische Steuerung ohne Regelung mit Rückführsignal vor.
In Figur 2 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, mit der eine solche Kompensation erreichbar ist. Diese Schaltung kann durch einen vorzugsweise geregelten Konstantstrom gespeist sein, dessen Amplitude der Dimmung der LED-Strecke einstellbar sein kann, bspw. durch Vorgabe eines Sollwerts. Die Schaltung kann bspw. in einem Gehäuse einer Retrofit LED- Lampe aufgenommen sein.
Die Schaltungsanordnung enthält mehrere in Serie geschaltete blaue LEDs, mit LEDS(b) bezeichnet, und mehre ebenfalls in Serie geschaltete rote LEDs, mit LEDs(r) bezeichnet. Zu den LEDs (r) ist ein Bypass-Schaltungszweig parallel geschaltet, der von einem Transistor T und einem Widerstand Rl besteht. Parallel zur Emitter-Basis-Strecke des Transistors T liegt ein Widerstand R2. Dieser bildet mit einem temperatursensitiven Widerstand PTC einen Spannungsteiler, der den Emitter des Transistors mit einer Steuerspannung versorgt. Der temperatursensitive Widerstand PTC hat ein positives Temperatur-Verhalten, d. h. sein Widerstandswert erhöht sich mit der Temperatur und umgekehrt. Der temperatursensitive Widerstand PTC ist in wärmeleitendem Kontakt mit dem Chip bzw. Modul, auf dem mindestens die LEDs(r) angeordnet sind. Auch die LEDs (b) können auf diesem Chip oder Modul angeordnet sein.
Wenn sich bei der Schaltungsanordnung nach Figur 1 die Temperatur auf den Chip oder Modul infolge einer Steigerung der Umgebungstemperatur oder - nach dem Einschalten - durch die Betriebswärme der LEDs erhöht, so erhöht sich auch der Widerstandswert des temperatursensitiven Widerstandes PTC, mit der Folge, dass die Emitter-Basis-Spannung des Transistors erniedrigt wird. Das Ergebnis ist, dass der Transistor zunehmend sperrt, wodurch der über den Bypass fließende Teilstrom des Gesamtstromes reduziert wird. Das bedeutet, dass der durch die LEDs(r) fließende Strom erhöht wird, was dann zu der angestrebten Reduzierung des negativen Gradienten des Intensitätsverlaufs des von den LEDs (r) emittierten Lichtes führt.
Es versteht sich, dass das Netzwerk zur Erzeugung einer Steuerspannung für den Transistor T auch anders gestaltet werden und beispielsweise mit einem temperatursensitiven Bauelement realisiert werden kann, das ein negatives Temperatur-Verhalten hat.
Eine weitere Möglichkeit zur Kompensation des Intensitätsverlaufes des von den LEDs(r) emittierten Lichts besteht darin, dass man die Vorwärtsspannung mindestens einer „roten" LED und/oder mindestens einer „blauen" LED, optional aller LEDs der Kette, bei vorübergehend stabilisiertem Betriebsstrom zur Temperaturmessung heranzieht („Rot" und „blau" steht nur als Beispiel für den ersten bzw. zweiten Typen) . Durch Auswertung der gemessenen Vorwärtsspannung kann man dann einen Steuerparameter zur Erhöhung des Betriebsstroms gewinnen.
Figur 3 zeigt ebenfalls eine Schaltungsanordnung, mit der die oben beschriebene Kompensation erreichbar ist. Die Schaltungsanordnung enthält mehrere in Serie geschaltete blaue LEDs, mit LEDs (b) bezeichnet, und mehrere ebenfalls in Serie geschaltete rote LEDs, mit LEDs (r) bezeichnet. Zu den LEDs(r) ist ein Bypass-Schaltungszweig parallel geschaltet, der aber in dieser Ausführungsform statt eines PTC einen NTC mit einem negativen Temperatur-Verhalten aufweist, d.h. sein Widerstandswert senkt sich mit der Temperatur und umgekehrt. Auch in dieser Ausführungsform befindet sich der temperatursensitive Widerstand NTC in wärmeleitendem Kontakt mit dem Chip bzw. Modul, auf dem mindestens die LEDs(r) angeordnet sind. Auch die LEDs (b) können auf diesem Chip oder Modul angeordnet sein.
Die drei Bauteile der Funktionseinheit R1-NTC-R2 versorgen die Basis des Transistors Tl mit temperaturabhängigem Strom und temperaturabhängiger Spannung, wobei der Widerstand Rl mit dem parallel geschalten Widerstand R2 und dem temperatursensitiven Widerstand NTC einen Spannungsteiler zur Versorgung der Basis bildet.
Der Widerstand R2 dient dazu, den Strom im tieferen Temperaturbereich zu begrenzen und deformiert so die Stromkennlinie des Seitenstrangs. Mit Rl wird in Abhängigkeit der vorhandenen Spannung ein Seitenstrom zur Versorgung der Transistorbasis und das Spannungslevel eingestellt. Der NTC bewirkt bei hohen Temperaturen das Abschalten des Stroms im Seitenstrang. Bei niederen Temperaturen wirkt die Stromverstärkung des Transistors bei entsprechend geringen Strömen durch den Seitenstrang strombegrenzend.
Die Funktionseinheit T1-R3-R4 stellt die Stromregeleinheit dar. Der Transistor soll große Ströme schalten. Aus diesem Grund stellt der lineare Stromverstärkungsfaktor eine wesentliche Größe dar.
Die beiden Widerstände R5 und R6 verursachen bei Temperaturen von 40° bis 20-30° die Strombegrenzung und verbrauchen die meiste Leistung. Aus diesem Grund kann ein Transistor mit geringer Leistung (0,5 W) eingesetzt werden.
Die Widerstände haben aber den Nachteil, dass die Dimensionierung ggf. eine große Fläche benötigt. Alternativ kann ein Transistor mit höherer Leistung eingesetzt werden und der Widerstand entweder komplett weggelassen werden oder die Auslegung derart durchgeführt werden, dass keine Strombegrenzung stattfindet und nur ein Teil der Leistung abgetragen wird.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel angelehnt an Figur 3, wobei jedoch in der LED-Kette eine rote LED in die Kette der blauen LEDs durch Vertauschen geschaltet ist.
Somit ändert sich das Kompensationsverhältnis der Kompensationsschaltung, da der Kompensationsstrom somit nicht mehr nur noch die roten LEDs betrifft, sondern auch eine blaue LED.
Es kann somit die Kompensationsschaltung dadurch auf das gewünschte Temperaturverhalten eingestellt werden, dass neben der Widerstandbeschaltung, den Eigenschaften des NTC/PTC und der Transistorverstärkung auch die Anordnung der unterschiedlich farbigen LEDs in dem LED-Strang verändert wird. Dabei kommt es insbesondere darauf an, welche LEDs folgend auf den Abzweigungspunkt für die
Kompensationsschaltung vorliegen. Der genannten Weiterbildung folgen also auf den Abzweigungspunkt nicht nur LEDs gleicher Farbe, sondern in dem Reststrang liegt wenigstens eine LED der jeweils anderen Farbe vor.
Ein besonderes Anwendungsgebiet für eine derartige temperaturkompensierte Schaltung sind wiederum Retrofit-LED- Lampen .
Figur 5 zeigt CIE-Farbkoordinaten für unterschiedliche Kompensationsströme in Abhängigkeit der Temperatur TC am temperaturabhängigen Widerstand NTC in 5-Grad-Schritten . Bei einem typischen Temperaturverlauf von 25 Grad bis 85 Grad zeigt sich, dass der Earbort im CIE-Diagramm im Zuge der Erwärmung innerhalb einer vorgegebenen McAdam-Ellipse einer definierten Farbtemperatur (beispielsweise 2700 Kelvin) bleibt.
Die McAdam-Ellipse zeigt den Toleranzbereich des menschlichen Auges für einen vorgegebenen Punkt im CIE-Diagramm. Weil also durch die Kompensationsschaltung der Farbort innerhalb einer McAdam-Ellipse gehalten werden kann, nimmt das menschliche Auge keine Farbänderung wahr.
Um diesen Effekt zu erzielen, ist es notwendig, den Kompensationsstrom durch Dimensionierung der Widerstände und/oder Stromverstärkerleistung des Transistors Tl im Kompensationszweig einzustellen und andererseits die LED- Anordnung (Verteilung der roten bzw. der blauen LEDs) wie in Fig. 4 gezeigt entsprechend einzustellen. Die Temperaturkompensation funktioniert offensichtlich auch für unterschiedliche Kompensationsströme, wobei jedoch wegen des unterschiedlichen Seitenstroms in Relation zum Gesamtstrom eine Verschiebung Richtung rot bei höheren Strömen stattfindet.
Die Kompensation ist bei niederen Temperaturen bis 60° sogar besser als in der Konstellation nach Fig. 3 mit unvertauschten LEDs, aber danach tritt ein sehr starker Shift auf und die Kompensation ist nicht mehr ausreichend. Um hier entgegenzuwirken müsste ein steilerer Abfall bis 75° auf annähernd 0mA Seitenstrom erreicht werden.

Claims

Patentansprüche :
Verfahren zum Betreiben einer vorzugsweise mit
Konstantstrom gespeisten LED-Strecke, das
vorzugsweise weisses Mischlicht mit wenigstens zwei LED-Typen unterschiedlichen Spektrums erzeugt, wobei die Farbortwanderung des Mischlichts, die durch die unterschiedlichen negativen Gradienten der
Temperaturabhängigkeiten der Intensität der wenigstes zwei unterschiedlichen LED-Typen verursacht wird, schaltungstechnisch ohne Verwendung von Messungen und Rückführgrössen reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
wobei eine Kompensation der unterschiedlichen
negativen Gradienten der Temperaturabhängigkeiten der Intensität durch einen vorzugsweise passiven und parallel zu wenigstens einem Teil der LED-Strecke geschalteten Schaltungs zweig erfolgt, dessen
Stromverlauf im Wesentlichen einen inversen
Temperaturgradienten bzgl. der zu kompensierenden Intensitätsänderung zeigt.
Verfahren nach Anspruch 2,
wobei der Schaltungszweig ein passives
temperaturabhängiges Bauteil, insbesondere einen PTC- und/oder einen NTC-Widerstand aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der PTC-Widerstand oder der NTC-Widerstand Teil eines Netzwerkes (Rl, R2, PTC) zur Steuerung eines Transistors (T) ist, dessen Basis-Emitter-Strecke bzw. Drain-Source-Strecke im Schaltungszweig liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei der Schaltungszweig zu einem Teil der LED-
Strecke parallel geschaltet ist, der nur einen Typ an LEDs enthält, oder der mehre unterschiedliche LED- Typen enthält.
Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste LED-Typ (LED(r)) und der zweite LED- Typ (LED(b) ) in Serie oder parallel geschaltet sind
Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste LED-Typ (LED(r)) eine optional
farbkonvertierte rote, amberfarbene, orange, oder infraorange LED ist.
Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite LED-Typ (LED (b) ) eine optional farbkonvertierte Blaulicht-LED oder UV-Licht LED ist.
Betriebsschaltung für eine vorzugsweise mit
Konstantstrom gespeiste LED-Strecke, die zur
Erzeugung von vorzugsweise weissem Mischlicht
wenigstens zwei LED-Typen unterschiedlichen Spektrums aufweist,
aufweisend eine Kompensationsschaltung
zur Verringerung der Farbortwanderung des
Mischlichts, die durch die unterschiedlichen
negativen Gradienten der Temperaturabhängigkeiten der Intensität der wenigstes zwei unterschiedlichen LED- Typen verursacht wird,
wobei die Kompensationsschaltung einen vorzugsweise passiven und parallel zu wenigstens einem Teil der LED-Strecke geschalteten Schaltungszweig aufweist, dessen Stromverlauf im Wesentlichen einen inversen Temperaturgradienten bzgl. der zu kompensierenden Intensitätsänderung zeigt. 10. Betriebsschaltung nach Anspruch 9,
wobei der Schaltungszweig ein passives
temperaturabhängiges Bauteil, insbesondere einen PTC- und/oder einen NTC-Widerstand aufweist. 11. Betriebsschaltung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der PTC-Widerstand oder der NTC-Widerstand Teil eines Netzwerkes (Rl, R2, PTC) zur Steuerung eines Transistors (T) ist, dessen Basis-Emitter-Strecke im Schaltungszweig liegt.
Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Schaltungszweig zu einem Teil der LED- Strecke parallel geschaltet ist, der nur einen Typ an LEDs enthält, oder der mehre unterschiedliche LED- Typen enthält.
13. Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass in der LED-Strecke der erste LED-Typ (LED (r) ) und der zweite LED-Typ (LED(b)) in Serie oder
parallel geschaltet sind. Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste LED-Typ (LED(r)) eine optional färbkonvertierte rote, amberfarbene, orange, oder infraorange LED ist.
Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite LED-Typ (LED(b)) eine optional farbkonvertierte Blaulicht-LED oder UV-Licht LED ist.
LED-Modul,
aufweisend eine Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, und eine von dieser versorgte LED-Strecke.
LED-Lampe, insbesondere für Weisslicht, insbesondere Retrofit LED-Lampe, aufweisend wenigstens ein LED- Modul nach Anspruch 16.
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