DE102014114851A1 - Circuit for network-compliant operation of light-emitting diodes as well as illuminant and luminaire - Google Patents

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Uwe Wiesner
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Abstract

Die Erfindung betrifft Schaltung zum netzkonformen Betreiben von Leuchtdioden, wobei die Schaltung n LED-Ketten mit einer jeweiligen Ordnungszahl N, wobei das n ganzzahlig und größer 1 und das N ganzzahlig und größer 0 ist, einen Gesamtversorgungsspannungsanschluss, an welchem eine zeitabhängige Versorgungsspannung, insbesondere gleichgerichtete Wechselspannung, anlegbar ist, und eine LED-Ketten-Beschaltung aufweist und die LED-Ketten-Beschaltung derart eingerichtet ist, dass die einzelnen LED Ketten mit steigender Versorgungsspannung mit steigender Ordnungszahl N beschaltet und mit fallender Versorgungsspannung mit fallender Ordnungszahl abgeschaltet werden, wobei dem Gesamtversorgungsspannungsanschluss eine gesteuerte Widerstandsschaltung zugeordnet ist, welche derart eingerichtet ist, dass bis zu einem ersten Grenzstrom und/oder ab einem zweiten Grenzstrom ein ohm’scher Widerstand beschaltet ist, sodass der Eingangsstrom der Leuchte sinusförmiger ist.The invention relates to a circuit for network-compatible operation of LEDs, wherein the circuit n LED chains with a respective atomic number N, wherein n is integer and greater than 1 and the N is integer and greater than 0, a total supply voltage terminal to which a time-dependent supply voltage, in particular rectified AC voltage, can be applied, and has an LED chain wiring and the LED chain wiring is set up such that the individual LED chains connected with increasing supply voltage with increasing atomic number N and switched off with decreasing supply voltage with decreasing atomic number, the total supply voltage terminal a controlled resistance circuit is associated, which is set up such that up to a first limiting current and / or from a second limiting current, an ohmic resistor is connected, so that the input current of the lamp is sinusoidal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum netzkonformen Betreiben von Leuchtdioden, wobei die Schaltung n LED-Ketten mit einer jeweiligen Ordnungszahl N, wobei das n ganzzahlig und größer 1 und das N ganzzahlig und größer 0 ist, einen Gesamtversorgungsspannungsanschluss, an welchem eine zeitabhängige Versorgungsspannung, insbesondere gleichgerichtete Wechselspannung, anlegbar ist, und eine LED-Ketten-Beschaltung aufweist und die LED-Ketten-Beschaltung derart eingerichtet ist, dass die einzelnen LED Ketten mit steigender Versorgungsspannung mit steigender Ordnungszahl N beschaltet und mit fallender Versorgungsspannung mit fallender Ordnungszahl abgeschaltet werden, sowie ein Leuchtmittel und eine Leuchte.The invention relates to a circuit for network-compatible operation of light-emitting diodes, wherein the circuit n LED chains with a respective atomic number N, where n is integer and greater than 1 and the N is integer and greater than 0, a total supply voltage terminal to which a time-dependent supply voltage, in particular rectified AC voltage, can be applied, and has an LED chain circuit and the LED chain circuit is set up such that the individual LED chains connected with increasing supply voltage with increasing atomic number N and switched off with decreasing supply voltage with decreasing atomic number, and a Bulbs and a light.

Insbesondere bei LED-Leuchten mit mehr als 25W, gibt es Probleme mit erzeugten Oberwellen der LED-Leuchten, da diese die sinusförmige Netzspannung deformieren. Dies liegt insbesondere daran, dass mit steigender Netzspannung stufenweise entsprechende LED-Ketten zugeschaltet werden. Dies führt zu einem treppenförmigen Stromverlauf (siehe 2, Kurve mit Bezugszeichen 205), welcher lediglich äußerst grob einem gewünschten Sinusverlauf entspricht.Especially with LED lights with more than 25W, there are problems with generated harmonics of the LED lights, as these deform the sinusoidal mains voltage. This is due in particular to the fact that with increasing mains voltage stepwise corresponding LED chains are switched on. This leads to a staircase-shaped current profile (see 2 , Curve with reference number 205 ), which corresponds only extremely roughly to a desired sinusoidal course.

Insbesondere Netzbetreiber müssen auf derartige Verbraucher reagieren. Dazu müssen Transformatoren und Generatoren größer ausgelegt werden, das wiederum die Kosten erhöht und die Laufzeiten bisheriger Geräte verringert, da diese durch neuere und besser für derartige Verbraucher (LED-Leuchten) ausgelegte Geräte ausgetauscht werden müssen.In particular, network operators must respond to such consumers. Transformers and generators must be designed to be larger, which in turn increases the cost and reduces the running time of previous devices, as they must be replaced by newer and better designed for such consumers (LED lights) devices.

Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the prior art.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Schaltung zum netzkonformen Betreiben von Leuchtdioden, wobei die Schaltung n LED-Ketten mit einer jeweiligen Ordnungszahl N, wobei das n ganzzahlig und größer 1 und das N ganzzahlig und größer 0 ist, einen Gesamtversorgungsspannungsanschluss, an welchem eine zeitabhängige Versorgungsspannung, insbesondere gleichgerichtete Wechselspannung, anlegbar ist, und eine LED-Ketten-Beschaltung aufweist und die LED-Ketten-Beschaltung derart eingerichtet ist, dass die einzelnen LED Ketten mit steigender Versorgungsspannung mit steigender Ordnungszahl N beschaltet und mit fallender Versorgungsspannung mit fallender Ordnungszahl abgeschaltet werden, wobei dem Gesamtversorgungsspannungsanschluss eine gesteuerte Widerstandsschaltung (111) zugeordnet ist, welche derart eingerichtet ist, dass bis zu einem ersten Grenzstrom (211) und/oder ab einem zweiten Grenzstrom (213) ein ohm’sches Widerstandsbauteil (113) beschaltet ist.The object is achieved by a circuit for network-compatible operation of light emitting diodes, wherein the circuit n LED chains with a respective atomic number N, where n is integer and greater than 1 and the N is integer and greater than 0, a total supply voltage terminal at which a time-dependent supply voltage , in particular rectified AC voltage, can be applied, and has an LED chain circuit and the LED chain circuit is set up such that the individual LED chains connected with increasing supply voltage with increasing atomic number N and switched off with decreasing supply voltage with decreasing atomic number, wherein the total supply voltage terminal is a controlled resistance circuit ( 111 ), which is set up such that up to a first limiting current ( 211 ) and / or from a second limiting current ( 213 ) an ohmic resistance component ( 113 ) is connected.

Somit kann der Strom- und somit der Spannungsverlauf der Schaltung dem Netzspannungsverlauf weiter angepasst werden. Insbesondere bei Phasenwinkeln von 0° bis 25° und 155° bis 180° bei einer sinusförmigen Halbwelle kann durch den zugeschalteten Widerstand eine Spannung abgegriffen werden, welche zu einer Verbrauchsstrom der Schaltung in diesem Bereich führt, welche der Netzspannung quasi folgt. Durch die Auswahl des ohm’schen Widerstands können auch andere Verbrauchsverläufe realisiert werden.Thus, the current and thus the voltage curve of the circuit can be further adapted to the line voltage profile. In particular, at phase angles of 0 ° to 25 ° and 155 ° to 180 ° in a sinusoidal half-wave can be tapped by the connected resistor, a voltage which leads to a consumption current of the circuit in this area, which follows the mains voltage quasi. By selecting the ohmic resistance, other consumption profiles can also be realized.

Dies hat zur Folge, dass die Netzspannung weniger durch Oberwellen der Schaltung belastet wird und die Netzspannung einen zulässigen sinusförmigen Verlauf ausprägt. Auch können entsprechende Generatoren und Transformatoren netzwerkbetreiberseitig kompakter und kostengünstiger ausgelegt werden.This has the consequence that the mains voltage is less burdened by harmonics of the circuit and the mains voltage forms a permissible sinusoidal course. Also, corresponding generators and transformers network operators can be designed more compact and cost-effective.

Folgendes Begriffliche sei erläutert.The following conceptual is explained.

Bei der „Schaltung“ handelt es sich insbesondere um eine elektronische Schaltung, welche auf einer entsprechenden Platine mit entsprechenden Bauteilen ausgestaltet ist. Aber auch freiverdrahtete Leitungen und Bauteile können die Schaltung umsetzen.The "circuit" is in particular an electronic circuit which is designed on a corresponding board with corresponding components. But also over-wired cables and components can implement the circuit.

Unter einem „netzkonformen Betreiben“ wird insbesondere verstanden, dass eine einem Sinusverlauf angenäherte Verbrauchscharakteristik durch die Schaltung gegeben ist. Insbesondere ist die Schaltung so ausgestaltet, dass während einer vollständigen Dunkelheit sämtlicher LEDs die Schaltung als ohm’scher Widerstand wirkt.A "network-compliant operation" is understood to mean, in particular, that a consumption characteristic which approximates a sinusoidal curve is given by the circuit. In particular, the circuit is designed so that during a complete darkness of all LEDs, the circuit acts as an ohmic resistance.

Unter „Leuchtdioden“, im Folgenden auch LED (light emitting diode) abgekürzt, sind insbesondere Halbleiterbauelemente zu verstehen, welche bei einer angelegten Spannung oder bei einem fließenden Strom Licht, insbesondere im optischen Spektrum von 400–800nm, aussenden."Light-emitting diodes", hereinafter also abbreviated LED (light emitting diode), are to be understood in particular as semiconductor components which emit light, in particular in the optical spectrum of 400-800 nm, with an applied voltage or with a flowing current.

Die „LED-Ketten“ umfassen im Allgemeinen mehrere Leuchtdioden. Wenn zuvor bereits LED-Ketten mit mehreren Leuchtdioden verwendet werden, werden auch Einzeldioden, welche entsprechend angesteuert werden, als LED-Kette bezeichnet. So kann beispielsweise eine der LED-Ketten durch eine oder mehrere Z-Dioden (Zenerdioden) gebildet werden.The "LED chains" generally comprise a plurality of light-emitting diodes. If previously LED chains are used with multiple LEDs, even single diodes, which are controlled accordingly, referred to as LED chain. For example, one of the LED strings can be formed by one or more Zener diodes (zener diodes).

Insbesondere gibt das „n“ die Anzahl der LED-Ketten an. Üblicherweise werden zwischen 2 und 10 LED-Ketten und besonders bevorzugt zwischen 4 und 6 LED-Ketten verwendet. Die Ordnungszahl „N“ nummeriert die einzelnen Ketten. Somit kann jede einzelne LED-Kette mit Angabe der Ordnungszahl N eindeutig bestimmt werden.In particular, the "n" indicates the number of LED strings. Usually between 2 and 10 LED chains and more preferably between 4 and 6 LED chains are used. The Ordinal number "N" numbers the individual chains. Thus, each individual LED chain with indication of the ordinal number N can be uniquely determined.

Der „Gesamtversorgungsspannungsanschluss“ wird insbesondere durch eine Anschlussleitung gebildet, welche sowohl die einzelne LED-Kette als auch die gesteuerte Widerstandsschaltung (direkt oder indirekt) versorgt. Insbesondere kann in diesem Gesamtspannungsversorgungsanschluss eine gleichgerichtete Wechselspannung mit 230Veff aufgeprägt werden. Dies bedeutet, dass sich an dem Gesamtversorgungsspannungsanschluss im Allgemeinen gleichgerichtete sinusförmige Halbwellen mit Spannungswerten zwischen 0 und ca. 325V anliegen.The "total supply voltage connection" is formed, in particular, by a connecting line which supplies both the individual LED chain and the controlled resistance circuit (directly or indirectly). In particular, a rectified AC voltage with 230V rms can be impressed in this total voltage supply connection. This means that generally rectified sinusoidal half-waves with voltage values between 0 and approx. 325V are applied to the total supply voltage connection.

Unter der „zeitabhängigen Versorgungsspannung“ werden insbesondere Spannungen verstanden, bei denen sich der Spannungswert abhängig von der Zeit oder entsprechend einem Phasenwinkel ändert. Dadurch, dass insbesondere bei einer Wechselspannung diese gleichgerichtet wird, liegt anschließend insbesondere eine zeitabhängige Gleichspannung vor.The term "time-dependent supply voltage" is understood in particular to mean voltages in which the voltage value changes as a function of time or according to a phase angle. Due to the fact that it is rectified in particular in the case of an alternating voltage, a time-dependent direct voltage is then present in particular.

Mittels der „LED-Ketten-Beschaltung“ können einzelne oder mehrere LED-Ketten insbesondere abhängig von der an den Gesamtversorgungsanschluss anliegenden Spannung beschaltet werden. So kann zum Beispiel die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 1 bei einer ansteigenden Spannung bis 142V allein betrieben werden. Anschließend kann durch entsprechendes Umschalten die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 2 bis zu einer Spannung von 218V zugeschaltet werden. Bis zu einer Spannung von 257V kann dann noch zusätzlich die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 3 und bis zu einer Spannung von 283V die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 4 und ab 320V die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 5 hinzugeschaltet werden.By means of the "LED chain wiring", one or more LED strings can be connected in particular depending on the voltage applied to the overall supply terminal. Thus, for example, the LED chain with the atomic number N = 1 can be operated with an increasing voltage up to 142V alone. Subsequently, by appropriate switching the LED chain with the ordinal number N = 2 can be switched up to a voltage of 218V. Up to a voltage of 257V, the LED chain with the ordinal number N = 3 and up to a voltage of 283V, the LED chain with the ordinal number N = 4 and from 320V the LED chain with the ordinal number N = 5 can additionally be connected.

Bei fallender Spannung werden nun in umgekehrter Reihenfolge die einzelnen LED-Ketten wieder abgeschaltet, sodass ab einer Spannung von 320V die LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 5, ab 283V die LED-Kette mit der Ordnungszahl 4 und so weiter abgeschaltet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die LED-Ketten-Beschaltung das Beschalten der einzelnen LED-Ketten mittels schaltbarer Stromquellen realisiert. Diese schaltbaren Stromquellen sind dabei insbesondere derart eingerichtet, dass eine LED-Kettenspannung (Spannungsabfall an der LED-Kette oder an den LED-Ketten) während des Betreibens die LED-Kette oder die LED-Ketten im Wesentlichen konstant bleibt. Dies erhöht die Lebensdauer der einzelnen LEDs.When the voltage drops, the individual LED chains are switched off again in reverse order, so that the LED chain with the ordinal number N = 5, from 283V the LED chain with the ordinal number 4 and so on are switched off starting from a voltage of 320V. It is particularly advantageous if the LED chain wiring realizes the wiring of the individual LED chains by means of switchable current sources. In particular, these switchable current sources are set up in such a way that an LED chain voltage (voltage drop across the LED chain or on the LED chains) remains essentially constant during operation of the LED chain or the LED chains. This increases the life of the individual LEDs.

Die „gesteuerte Widerstandsschaltung“ ist insbesondere eine Schaltung oder ein Schaltungsteil, welche oder welches insbesondere bis zu einem „ersten Grenzstrom“ betrieben wird, sodass eine Spannung an dem ohm’schen Widerstand abfällt und ein Strom durch diesen fließt. Bei einer gleichgerichteten Netzspannungshalbwelle ist beispielsweise die Widerstandsschaltung zwischen einem Phasenwinkel φ von 0° bis ca. 25° als ohm’scher Widerstand beschaltet. Der erste Grenzstrom ist insbesondere der Stromwert, welcher fließt, wenn die erste LED-Kette (N = 1) betrieben wird und somit die LEDs der ersten LED-Kette (N = 1) leuchten.The "controlled resistance circuit" is in particular a circuit or a circuit part, which is operated in particular up to a "first limit current", so that a voltage drops across the ohmic resistance and a current flows through it. In a rectified mains voltage half-wave, for example, the resistance circuit between a phase angle φ of 0 ° to about 25 ° connected as ohmic resistance. The first limit current is in particular the current value which flows when the first LED chain (N = 1) is operated and thus the LEDs of the first LED chain (N = 1) light up.

Zudem ist die gesteuerte Widerstandsschaltung eine Schaltung oder ein Schaltungsteil, welche oder welches ab einem „zweiten Grenzstrom“ betrieben wird, sodass eine Spannung an dem ohm’schen Widerstand abfällt und ein Strom durch diesen fließt. Bei einer gleichgerichteten Netzspannungshalbwelle ist beispielsweise die Widerstandsschaltung zwischen einem Phasenwinkel φ von ca. 155° bis 180° als ohm’scher Widerstand beschaltet. Der Wert des ersten Grenzstroms und des zweiten Grenzstroms kann identisch sein oder voneinander abweichen.In addition, the controlled resistance circuit is a circuit or a circuit part which is operated from a "second limit current", so that a voltage across the ohmic resistance drops and a current flows through it. In a rectified mains voltage half-wave, for example, the resistance circuit between a phase angle φ of about 155 ° to 180 ° connected as ohmic resistance. The value of the first limit current and the second limit current may be identical or different.

In einer Ausführungsform ist das ohm’sche Widerstandsbauteil ein ohm’scher Widerstand oder ein Transistor, insbesondere bipolarer Transistor, welcher insbesondere in einem Verstärkungsbereich betrieben wird, ist.In one embodiment, the ohmic resistance component is an ohmic resistor or a transistor, in particular a bipolar transistor, which is operated in particular in a gain region.

Somit können alternative ohm’sche Verbraucher bereitgestellt werden.Thus, alternative ohmic consumers can be provided.

Das „ohm‘sche Widerstandsbauteil“ ist vorliegend insbesondere ein elektrischer Widerstand, dessen Widerstandswert im Wesentlichen unabhängig von der Spannung, der Stromstärke und der Frequenz ist. Das Verhalten eines solchen ohm’schen Widerstands beschreibt insbesondere das ohmsche Gesetz.In the present case, the "ohmic resistance component" is, in particular, an electrical resistor whose resistance value is essentially independent of the voltage, the current intensity and the frequency. The behavior of such ohmic resistance describes in particular Ohm's law.

Um die gesteuerte Widerstandsschaltung lediglich mit einem Bauteil auszuführen, kann der Transistor sowohl die Steuerung der Widerstandschaltung als auch den ohm’schen Widerstand realisieren.In order to carry out the controlled resistance circuit with only one component, the transistor can realize both the control of the resistance circuit and the ohmic resistance.

In einer weiteren Ausführungsform steuert die LED-Ketten-Beschaltung die Widerstandsschaltung. Somit können zusätzliche Steuer- oder Regelbauteile wie Mikroprozessoren vermieden werden, welche grundsätzlich die Steuerung mittels der zugehörigen Rechner umsetzen könnten. Auch FPGAs können somit eingespart werden oder können eingesetzt werden.In another embodiment, the LED string circuitry controls the resistance circuit. Thus, additional control or regulating components such as microprocessors can be avoided, which could in principle implement the control means of the associated computer. Also, FPGAs can be saved or can be used.

Um die Schaltung betreiben zu können, kann die Schaltung eine angelegte Spannungsversorgung aufweisen, welche die zeitabhängige Versorgungsspannung der Schaltung aufprägt.In order to operate the circuit, the circuit may have an applied voltage supply which imposes the time-dependent supply voltage of the circuit.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Leuchtmittel, welches eine Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist. In a further aspect, the object is achieved by a luminous means which has a circuit according to one of the preceding claims.

Beispielsweise kann solch ein Leuchtmittel die Form und Funktion einer Glühbirne oder einer Leuchtstoffröhre ersetzen.For example, such a light source can replace the shape and function of a light bulb or a fluorescent tube.

Weiterhin kann die Aufgabe gelöst werden durch eine Leuchte, insbesondere Straßenbeleuchtungsanlage, Indoor-Beleuchtungsanlage, Parkhausbeleuchtungsanlage oder Beleuchtungsanlagen für Gänge, Hotels, Flugzeuge und Schiffe, welche ein zuvor beschriebenes Leuchtmittel aufweist.Furthermore, the object can be achieved by a lamp, in particular street lighting system, indoor lighting system, parking garage lighting system or lighting systems for corridors, hotels, aircraft and ships, which has a previously described light source.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigenFurthermore, the invention will be explained with reference to exemplary embodiments. Show it

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltung mit 5 LED-Ketten und einem Ersatzschaltbild einer gesteuerten Widerstandsschaltung und 1 a schematic representation of a circuit according to the invention with 5 LED chains and an equivalent circuit diagram of a controlled resistance circuit and

2 einen Spannungs-/Stromverlauf einer Halbperiode von 0° bis 180° für die einzelnen Spannungen und Ströme der Schaltung aus 1. 2 a voltage / current curve of a half-period from 0 ° to 180 ° for the individual voltages and currents of the circuit 1 ,

Eine LED-Schaltung 101 umfasst eine Graetz-Brückenschaltung 103 an deren Ausgang eine Versorgungsleitung 107 angeordnet ist. Die Versorgungsleitung 107 leitet eine Spannung beziehungsweise setzt ein Potential gegenüber der Masse so, dass die LED-Ketten 121, 123, 125, 127, 129 schalt- und versorgbar sind. Weiterhin ist an der Versorgungsleitung 107 eine gesteuerte Widerstandsschaltung 111 angeordnet, welche als Ersatzschaltbild dargestellt ist.An LED circuit 101 includes a Graetz bridge circuit 103 at the output of a supply line 107 is arranged. The supply line 107 conducts a voltage or sets a potential opposite the ground so that the LED chains 121 . 123 . 125 . 127 . 129 can be switched and supplied. Furthermore, on the supply line 107 a controlled resistance circuit 111 arranged, which is shown as an equivalent circuit diagram.

An dem Graetz-Brückengleichrichter 103 liegt die Versorgungsspannung 105 als eine Wechselspannung mit 230Veff an. Die gesteuerte Widerstandsschaltung 111 umfasst einen ohm’schen Widerstand 113, welcher über einen Schalter 115 elektrisch steuerbar auf Masse schaltbar ist.At the Graetz bridge rectifier 103 is the supply voltage 105 as an AC voltage with 230V eff . The controlled resistance circuit 111 includes an ohmic resistor 113 which has a switch 115 electrically controllable to ground is switchable.

Die erste LED-Kette mit der Ordnungszahl N = 1 weist 44 LEDs, die zweite LED-Kette 123 mit der Ordnungszahl N = 2 weist 24 LEDs, die dritte LED-Kette 125 mit der Ordnungszahl N = 3 weist 12 LEDs, die vierte LED-Kette 127 mit der Ordnungszahl N = 4 weist 8 LEDs und die fünfte LED-Kette 129 mit der Ordnungszahl N = 5 weist eine Z-Diode auf.The first LED chain with the atomic number N = 1 has 44 LEDs, the second LED chain 123 with the atomic number N = 2 has 24 LEDs, the third LED chain 125 with atomic number N = 3 has 12 LEDs, the fourth LED chain 127 with atomic number N = 4 has 8 LEDs and the fifth LED chain 129 with the atomic number N = 5 has a Zener diode.

Der ersten LED-Kette 121 ist die schaltbare Stromquelle 131, der zweiten LED-Kette 123 die schaltbare Stromquelle 133, der dritten LED-Kette 125 die schaltbare Stromquelle 137, der vierten LED-Kette 127 die schaltbare Stromquelle 139 und der Z-Diode 129 die Stromquelle 141 zugeordnet. Je nach Höhe einer auf der Versorgungsleitung 107 anliegenden Spannung in Bezug zur Masse werden die einzelnen schaltbaren Stromquellen 131, 133, 137, 139 geschaltet. Alternativ werden die einzelnen schaltbaren Stromquellen 131, 133, 137, 139 abhängig vom Phasenwinkel geschaltet. Diese Schaltung wird beispielsweise mit einem Baustein CL8800 (Sequential Linear LED Driver) der Firma Supertex® Inc. realisiert.The first LED chain 121 is the switchable power source 131 , the second LED chain 123 the switchable power source 133 , the third LED chain 125 the switchable power source 137 , the fourth LED chain 127 the switchable power source 139 and the Zener diode 129 the power source 141 assigned. Depending on the height of one on the supply line 107 applied voltage in relation to the ground are the individual switchable power sources 131 . 133 . 137 . 139 connected. Alternatively, the individual switchable power sources 131 . 133 . 137 . 139 switched depending on the phase angle. This circuit is, for example, with a block CL8800 (Sequential Linear LED Driver) from Supertex Inc. ® realized.

Im Weiteren wird die LED-Schaltung 101 ohne die Funktion der gesteuerten Widerstandsschaltung 111 in ihrer Funktionsweise erläutert. Diese Funktionsweise entspricht dem Betreiben der LEDs gemäß dem Stand der Technik.Below is the LED circuit 101 without the function of the controlled resistance circuit 111 explained in their operation. This operation corresponds to the operation of the LEDs according to the prior art.

An dem Graetz-Brückengleichrichter 103 wird die Netzwechselspannung 105 in Höhe von 230Veff angelegt. Dies führt dazu, dass am Ausgang des Graetz-Brückengleichrichters 103 und somit auf der Versorgungsleitung 107 sich eine Gleichspannung ausbildet. Die erste (teilsinusförmige) Halbwelle dieser Gleichspannung ist in 2 in einem Diagramm dargestellt und als Versorgungsspannungsverlauf 203 gekennzeichnet.At the Graetz bridge rectifier 103 becomes the AC mains voltage 105 invested in the amount of 230V RMS . This causes that at the output of the Graetz bridge rectifier 103 and thus on the supply line 107 a DC voltage is formed. The first (partly sinusoidal) half wave of this DC voltage is in 2 shown in a diagram and as supply voltage curve 203 characterized.

Vorliegend sind anfänglich (Phasenwinkel = 0°) sämtliche schaltbaren Stromquellen 131, 133, 137, 139 auf Masse geschaltet. Mit steigender Spannung und ansteigendem Phasenwinkel wird zuerst die schaltbare Stromquelle 131, dann die schaltbare Stromquelle 133, dann die schaltbare Stromquelle 137 und abschließend die schaltbare Stromquelle 139 abgeschaltet, sodass um den Phasenwinkel von 90° lediglich die Stromquelle 141 auf Masse geschaltet wird.In the beginning, all switchable current sources are initially (phase angle = 0 °) 131 . 133 . 137 . 139 switched to ground. As the voltage increases and the phase angle increases, the switchable current source becomes first 131 , then the switchable power source 133 , then the switchable power source 137 and finally the switchable power source 139 switched off, so that around the phase angle of 90 °, only the power source 141 is switched to ground.

Nun werden mit weiter steigendem Phasenwinkel und abfallender Spannung die einzelnen schaltbaren Stromquellen 131, 133, 137, 139 in umgekehrter Reihenfolge auf Masse geschaltet. Dies führt dazu, dass sukzessive die LED-Ketten 121, 123, 125, 127, 129 an- und abschließend ausgeschaltet werden.Now, with increasing phase angle and decreasing voltage, the individual switchable current sources 131 . 133 . 137 . 139 switched to ground in reverse order. This leads to successively the LED chains 121 . 123 . 125 . 127 . 129 switched off and on.

Alternativ wird bei der sich an der Versorgungsleitung 107 ausbildende Versorgungsspannung bis zu einer Spannung von 142V die schaltbare Stromquelle 131 als einzige schaltbare Stromquelle auf Masse geschaltet. Ab einer Spannung von 125V auf der Versorgungsleitung 107 beginnen die Leuchtdioden der ersten LED-Kette 121 mit der Ordnungszahl N = 1 ein Licht auszusenden. Zudem erzeugt die schaltbare Stromquelle 131 einen Strom, welcher die Spannung an der ersten LED-Kette 121 konstant hält. Mit weiter ansteigender Versorgungsspannung wird die schaltbare Stromquelle 131 unterbrochen und die schaltbare Stromquelle 133 als einzige schaltbare Stromquelle durchgeschaltet, sodass sowohl an der ersten LED-Kette 121 als auch an der zweiten LED-Kette 123 eine ausreichende Spannung anliegt und mithin zusätzlich die zweite LED-Kette 123 erleuchtet ist. Wiederum erzeugt die schaltbare Stromquelle 133 einen Strom, sodass die Spannung über die erste LED-Kette 121 und der zweiten LED-Kette 123 konstant ist. Dies wird mit weiter ansteigender Versorgungsspannung für die weiteren LED-Ketten entsprechend fortgeführt, sodass nacheinander jeweils ausschließlich eine der schaltbaren Stromquellen 131, 133, 135, 137, 139, 141 mit Masse verbunden ist und die entsprechenden LED-Ketten beschaltet sind.Alternatively, when there is at the supply line 107 training supply voltage up to a voltage of 142V, the switchable power source 131 as the only switchable power source connected to ground. From a voltage of 125V on the supply line 107 begin the light emitting diodes of the first LED chain 121 with the atomic number N = 1 to emit a light. In addition, the switchable power source generates 131 a current which is the voltage at the first LED chain 121 keeps constant. As the supply voltage continues to increase, the switchable current source becomes 131 interrupted and the switchable power source 133 as the only switchable power source switched through, so both on the first LED chain 121 as well as on the second LED chain 123 a sufficient voltage is applied and therefore additionally the second LED chain 123 is enlightened. Again, the switchable power source generates 133 a current, so the voltage across the first LED chain 121 and the second LED chain 123 is constant. This is continued accordingly with further increasing supply voltage for the other LED chains, so that in each case only one of the switchable current sources 131 . 133 . 135 . 137 . 139 . 141 connected to ground and the corresponding LED chains are connected.

Sobald die Versorgungsspannung den Scheitelwert oder entsprechenden Spitzenwert bei ca. 325V erreicht hat (ca. bei 90°) fallen die Spannungswerte entsprechend ab. Dies führt dazu, dass die schaltbare Stromquelle 141 unterbrochen und die vierte schaltbare Stromquelle 139 durchgeschaltet und anschließend wieder mit weiter fallender Spannung wieder unterbrochen und die dritte schaltbare Stromquelle 137 durchgeschaltet wird. Dies erfolgt solange bis am Ende wiederrum die schaltbare Stromquelle 131 durchgeschaltet ist.As soon as the supply voltage reaches the peak value or corresponding peak value at approx. 325V (approx. At 90 °), the voltage values drop accordingly. This causes the switchable power source 141 interrupted and the fourth switchable power source 139 switched through and then again interrupted with further falling voltage and the third switchable power source 137 is switched through. This is done until the end again the switchable power source 131 is turned on.

Die durch die LED fließenden Ströme sind ebenfalls in dem Diagramm der 2 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 205 versehen. Die Stufenform des Stromverlaufs 205 wird insbesondere durch die Auslegung der schaltbaren Stromquellen 131, 133, 135, 137, 139, 141 erreicht.The currents flowing through the LED are also in the diagram of FIG 2 represented and with the reference numeral 205 Mistake. The step shape of the current profile 205 in particular by the design of the switchable power sources 131 . 133 . 135 . 137 . 139 . 141 reached.

Im Weiteren wird die Funktion der gesteuerten Widerstandsschaltung 111 näher erläutert.In the following, the function of the controlled resistance circuit 111 explained in more detail.

Durch die gesteuerte Widerstandsschaltung 111 wird während der Dunkelphasen (φ = 0°–25° und 155°–180°) der Schalter 115 durch den Baustein CL8800 oder alternativ von einem weiteren Prozessor geschaltet. In einer ersten Alternativen ist der Widerstand 113 (R1) derart ausgelegt, dass der Spannungsabfall im Wesentlichen dem Versorgungsspannungsverlauf folgt oder ein Stromanstieg 211 erfolgt. Je nach Wahl des Widerstands (R2) können andere Stromanstiege 213 realisiert werden.Through the controlled resistance circuit 111 During the dark phases (φ = 0 ° -25 ° and 155 ° -180 °), the switch is activated 115 switched by the block CL8800 or alternatively by another processor. In a first alternative is the resistance 113 (R1) designed such that the voltage drop substantially follows the supply voltage curve or a current increase 211 he follows. Depending on the choice of resistance (R2), other current increases 213 will be realized.

In einer ersten Umsetzung 118 ist ein ohm’scher Widerstand 119 über einen FET 120 mit der Masse verbunden. Je nach der Spannung, welche der Baustein CL8800 dem Gate des FET 120 aufprägt, wird der FET 120 durchgeschaltet. Die Beschaltung des FET 120 ist derart ausgestaltet, dass der FET 120 lediglich während der Dunkelphasen durchgeschaltet ist.In a first implementation 118 is an ohmic resistance 119 over a FET 120 connected to the mass. Depending on the voltage, which the device CL8800 the gate of the FET 120 imposes, the FET becomes 120 connected through. The wiring of the FET 120 is configured such that the FET 120 only switched through during the dark phases.

In einer zweiten Umsetzung 116 wird ein Bipolartransistor 117 verwendet, dessen Basis mittels des Baustein CL8800 und einem Widerstand (nicht dargestellt) mittels eines Stromes beschaltet wird. Der Bipolartransistor 117 wird während der Dunkelphasen im Verstärkungsbereich betrieben, bei dem der Bipolartransistor 117 quasi als ohm’scher Widerstand wirkt. Die Beschaltung des Bipolartransistor 117 ist wiederum derart ausgestaltet, dass der Bipolartransistor 117 lediglich während der Dunkelphasen angesteuert ist und während der Helligkeitsphasen (wenigstens eine LED-Kette leuchtet) sperrt.In a second implementation 116 becomes a bipolar transistor 117 whose base is connected by means of the device CL8800 and a resistor (not shown) by means of a current. The bipolar transistor 117 is operated during the dark phases in the amplification area, in which the bipolar transistor 117 acts as an ohmic resistance. The wiring of the bipolar transistor 117 is again designed such that the bipolar transistor 117 only during the dark phases is controlled and during the brightness phases (at least one LED chain lights) locks.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101101
LED-Schaltung LED circuit
103103
Graetz-Brückengleichrichter Graetz bridge rectifier
105105
Wechselspannung AC
107107
Versorgungsleitung supply line
111111
Ersatzschaltbild der Widerstandsschaltung Equivalent circuit of the resistance circuit
113113
ohm’scher Widerstand ohmic resistance
115115
Schalter switch
116116
zweite reale Umsetzung second real implementation
117117
Bipolartransistor bipolar transistor
118118
erste reale Umsetzung first real implementation
119119
ohm’scher Widerstand ohmic resistance
120120
FET FET
121121
erste LED-Kette first LED chain
123123
zweite LED-Kette second LED chain
125125
dritte LED-Kette third LED chain
127127
vierte LED-Kette fourth LED chain
129129
Z-Diode Zener diode
131131
erste schaltbare Stromquelle first switchable current source
133133
zweite schaltbare Stromquelle second switchable power source
137137
dritte schaltbare Stromquelle third switchable power source
139139
vierte schaltbare Stromquelle fourth switchable power source
141141
Stromquelle power source
201201
Spannungs/Strom-Phase-Diagramm Voltage / current phase diagram of
203203
Versorgungsspannungsverlauf Supply voltage waveform
205205
LED-Kettenstromverlauf LED string current profile
207207
Abschaltzeitpunkt switch-off
209209
Anschaltzeitpunkt ON time
211211
Stromverlauf R1 Current course R1
213213
Stromverlauf R2 Current course R2

Claims (7)

Schaltung (101) zum netzkonformen Betreiben von Leuchtdioden, wobei die Schaltung n LED-Ketten (121, 123, 125, 127, 129) mit einer jeweiligen Ordnungszahl N, wobei das n ganzzahlig und größer 1 und das N ganzzahlig und größer 0 ist, einen Gesamtversorgungsspannungsanschluss (107), an welchem eine zeitabhängige Versorgungsspannung (105), insbesondere gleichgerichtete Wechselspannung, anlegbar ist, und eine LED-Ketten-Beschaltung aufweist und die LED-Ketten-Beschaltung derart eingerichtet ist, dass die einzelnen LED-Ketten mit steigender Versorgungsspannung mit steigender Ordnungszahl N beschaltet und mit fallender Versorgungsspannung mit fallender Ordnungszahl abgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gesamtversorgungsspannungsanschluss eine gesteuerte Widerstandsschaltung (111) zugeordnet ist, welche derart eingerichtet ist, dass bis zu einem ersten Grenzstrom (211) und/oder ab einem zweiten Grenzstrom (213) ein ohm’sches Widerstandsbauteil (113) beschaltet ist.Circuit ( 101 ) for the network-compliant operation of light-emitting diodes, wherein the circuit n LED chains ( 121 . 123 . 125 . 127 . 129 ) having a respective atomic number N, where n is an integer and greater than 1, and N is an integer and greater than 0, a total supply voltage terminal ( 107 ), at which a time-dependent supply voltage ( 105 ), in particular rectified AC voltage, can be applied, and has an LED chain circuit and the LED chain circuit is set up such that the individual LED chains connected with increasing supply voltage with increasing atomic number N and switched off with decreasing supply voltage with decreasing atomic number characterized in that the total supply voltage terminal is a controlled resistance circuit ( 111 ), which is set up such that up to a first limiting current ( 211 ) and / or from a second Limit current ( 213 ) an ohmic resistance component ( 113 ) is connected. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ohm’sche Widerstandsbauteil ein ohm’scher Widerstand (119) oder ein Transistor (117), insbesondere bipolarer Transistor, welcher insbesondere in einem Verstärkungsbereich betrieben wird, ist.Circuit according to Claim 1, characterized in that the ohmic resistance component has an ohmic resistance ( 119 ) or a transistor ( 117 ), in particular bipolar transistor, which is operated in particular in a gain range is. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor die Steuerung der Widerstandschaltung realisiert.A circuit according to claim 2, characterized in that the transistor realizes the control of the resistor circuit. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Kettenbeschaltung die Widerstandsschaltung steuert. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the LED chain circuit controls the resistance circuit. Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche gekennzeichnet durch eine angelegte Spannungsversorgung (105), welche die zeitabhängige Versorgungsspannung der Schaltung aufprägt.Circuit according to one of the preceding claims, characterized by an applied voltage supply ( 105 ), which impresses the time-dependent supply voltage of the circuit. Leuchtmittel, welche eine Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.Lamp having a circuit according to one of the preceding claims. Leuchte, insbesondere Straßenbeleuchtungsanlage, Indoor-Beleuchtungsanlage, Parkhausbeleuchtungsanlage oder Beleuchtungsanlagen für Gänge, Hotels, Flugzeuge und Schiffe, welche ein Leuchtmittel nach Anspruch 6 aufweist.Luminaire, in particular street lighting system, indoor lighting system, parking garage lighting system or lighting systems for corridors, hotels, aircraft and ships, which has a lighting means according to claim 6.
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