DE10329367B4

DE10329367B4 - LED array, LED module and use of the LED module in a signaling system

Info

Publication number: DE10329367B4
Application number: DE10329367.1A
Authority: DE
Inventors: Simon Blümel; Harald Stoyan
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: DE10329367A1

Abstract

LED-Array, aufweisend – eine Referenz-LED-Kette (LKR) – eine Konverterschaltung (8) im Pfad der Referenz-LED-Kette (LKR), die zwischen einem ersten und einem zweiten Versorgungsanschluss (4, 5) eine Serienschaltung aus einem Detektionselement (DE), das eine Fotodiode oder ein NTC-Widerstand ist, und einem dazu seriell verschalteten Widerstand (RDE) sowie einen Transistor (T) mit einem Emitter-Widerstand (R) in einem ersten Hauptzweig aufweist, wobei der Knotenpunkt zwischen Detektionselement (DE) und dem Widerstand (RDE) mit dem Basisanschluss des Transistors (T) verbunden ist, und wobei die Referenz-LED-Kette (LKR) in einem zweiten Hauptzweig des Transistors (T) ist, sowie – wenigstens eine weitere LED-Kette (LK1 ... LKn), die der Serienanordnung aus Konverterschaltung (8) und Referenz-LED-Kette (LKR) parallel geschaltet ist, wobei bei dem zu der Referenz-LED-Kette (LKR) und jeder weiteren LED-Kette (LK1 ... LKn) jeweils eine Regelanordnung (RAR, RA1 ... RAn) in Serie geschaltet ist, wobei die Regelanordnungen (RAR, RA1 ... RAn) zur Einstellung der Ströme in den zugehörigen LED-Ketten (LK1 ... LKn) gemäß einer vorgegebenen Stromverteilung dienen und die Regelanordnungen (RA1 ... RAn) jeweils eine Stromverstärkungsschaltung zur Einprägung eines Stroms in die weiteren LED-Ketten (LK1 ... LKn) umfassen und die Regelanordnung (RAR) der Referenz-LED-Kette (LKR) und jede Regelanordnung (RA1 ... RAn) der weiteren LED-Ketten (LK1 ... LKn) einen Stromspiegel bilden.LED array, comprising - a reference LED chain (LKR) - a converter circuit (8) in the path of the reference LED chain (LKR), between a first and a second supply terminal (4, 5) is a series circuit of a Detection element (DE), which is a photodiode or an NTC resistor, and a resistor connected in series therewith (RDE) and a transistor (T) with an emitter resistor (R) in a first main branch, wherein the node between detection element (R) DE) and the resistor (RDE) to the base terminal of the transistor (T), and wherein the reference LED chain (LKR) is in a second main branch of the transistor (T), and - at least one further LED chain ( LK1 ... LKn), which is connected in parallel to the series arrangement of converter circuit (8) and reference LED chain (LKR), wherein in the reference to the LED chain (LKR) and each other LED chain (LK1. .. LKn) in each case a control arrangement (RAR, RA1 ... RAn) connected in series is, wherein the control arrangements (RAR, RA1 ... RAn) for adjusting the currents in the associated LED chains (LK1 ... LKn) according to a predetermined current distribution are used and the control arrangements (RA1 ... RAn) each a current amplification circuit for Imprinting a current in the other LED chains (LK1 ... LKn) and the control arrangement (RAR) of the reference LED chain (LKR) and each control arrangement (RA1 ... RAn) of the other LED chains (LK1. .. LKn) form a current mirror.

Description

Die Erfindung betrifft ein LED-Array mit LED-Ketten, ein LED-Modul sowie die Verwendung des LED-Moduls in einer Signalanlage.The invention relates to an LED array with LED chains, an LED module and the use of the LED module in a signaling system.

Üblicherweise sind derartige LED-Ketten oder LED-Arrays im Betrieb mit einer Stromquelle verbunden, die die LED-Kette oder das LED-Array mit einem Betriebsstrom versorgt, wobei Betriebsstrom bzw. Betriebsspannung fest vorgegeben sind.Usually such LED chains or LED arrays are in operation connected to a power source which supplies the LED chain or the LED array with an operating current, wherein operating current or operating voltage are fixed.

Oftmals ist für eine LED-Kette oder ein LED-Array eine Untergrenze für die erzeugte Strahlung spezifiziert, die nicht unterschritten werden darf. Dies gilt insbesondere bei Verwendung in Signalanlagen, wie beispielsweise Verkehrsampeln oder Bahnsignalen. Aus Gründen der Verkehrssicherheit ist hier auf die Einhaltung der vorgeschriebenen Untergrenzen, die sich in der Regel auf die Lichtleistung beziehen, besonders zu achten.Often, a lower limit for the generated radiation is specified for an LED string or an LED array, which must not be fallen below. This is especially true when used in signaling equipment, such as traffic lights or train signals. For reasons of traffic safety, the observance of the prescribed lower limits, which generally relate to the light output, must be particularly respected here.

Aufgrund von Alterungserscheinungen sinkt bei LEDs und damit bei LED-Ketten oder -Arrays der genannten Art mit zunehmender Betriebsdauer die Strahlungsausbeute. Um die Einhaltung von vorgegebenen Untergrenzen während der gesamten Lebensdauer eines LED-Arrays oder einer LED-Kette zu gewährleisten, ist z. B. eine Überdimensionierung oder ein Betrieb mit einer erhöhten Betriebsspannung erforderlich. Diese Maßnahmen sind jeweils so zu bemessen, dass auch im ungünstigsten Fall gegen Ende der Lebensdauer eine ausreichende Lichtleistung über der vorgegebenen Untergrenze erreicht wird. Dabei wird in Kauf genommen, dass zu Beginn des Betriebs wesentlich mehr Licht erzeugt wird als für die vorgegebene Funktion des LED-Arrays oder der LED-Kette erforderlich wäre. Durch eine Überdimensionierung einer LED-Kette oder eines LED-Arrays steigen einerseits dessen Herstellungskosten, andererseits führt eine erhöhte Betriebsspannung zu höheren Betriebskosten und möglicherweise zu einer beschleunigten Alterung.Due to aging phenomena, the radiation yield decreases with LEDs and thus with LED chains or arrays of the type mentioned with increasing operating time. To ensure compliance with predetermined lower limits throughout the life of an LED array or a LED chain, z. As an over-dimensioning or operation with an increased operating voltage required. These measures are to be dimensioned in each case so that even in the worst case towards the end of the life, a sufficient light output above the predetermined lower limit is achieved. It is accepted that much more light is generated at the beginning of the operation than would be required for the given function of the LED array or the LED chain. By over-dimensioning an LED chain or an LED array on the one hand increase its manufacturing costs, on the other hand, an increased operating voltage leads to higher operating costs and possibly to accelerated aging.

Die WO 99/39319 A2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit mehreren LED-Ketten, die mittels eines Stromspiegels versorgt werden.The WO 99/39319 A2 shows a circuit arrangement with a plurality of LED chains, which are supplied by means of a current mirror.

Die DE 199 10 142 A1 zeigt eine Schaltung zum Betreiben paralleler LED-Ketten über Transistoren, deren Basisanschlüsse verbunden sind. Die DE 197 28 763 A1 zeigt Regelungsanordnungen für eine LED-Kette, die teilweise ein PCT-Element aufweisen. Die US 5 783 909 zeigt eine Regelung für LEDs mit Rückkopplung.The DE 199 10 142 A1 shows a circuit for operating parallel LED strings via transistors whose base terminals are connected. The DE 197 28 763 A1 shows control arrangements for an LED chain, which partially have a PCT element. The US 5,783,909 shows a control for LEDs with feedback.

Die DE 100 40 155 A1 zeigt eine Regelung mit zwei Transistoren und einem Temperatursensor für eine LED-Kette.The DE 100 40 155 A1 shows a control with two transistors and a temperature sensor for a LED chain.

Die DE 26 16 274 A1 zeigt eine Regelungsanordnung mit einem als Umkehrverstärker wirkendem Transistor.The DE 26 16 274 A1 shows a control arrangement with an acting as a reverse amplifier transistor.

Die US 3,755,679 zeigt die Regelung einer LED mittels eines Transistors, dessen Basisspannung von einem Thermistor oder einer Fotodiode abhängt.The US 3,755,679 shows the control of an LED by means of a transistor whose base voltage depends on a thermistor or a photodiode.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein LED-Array zu schaffen, das auch im Langzeitbetrieb eine möglichst konstante Strahlungsleistung aufweist. Weiterhin soll ein LED-Modul mit einem solchen LED-Array entwickelt werden.It is an object of the invention to provide an LED array, which has as constant as possible radiation power in long-term operation. Furthermore, an LED module with such a LED array to be developed.

Diese Aufgabe wird mit einem LED-Array mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, das eine Referenz-LED-Kette und mindestens eine weitere LED-Kette aufweist, bzw. mit einem LED-Modul mit den Merkmalen des Patentanspruches 4 gelöst.This object is achieved with an LED array with the features of claim 1, which has a reference LED chain and at least one further LED chain, or with an LED module with the features of claim 4.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.Advantageous developments and refinements emerge in each case from the dependent claims.

Um auch im Langzeitbetrieb eine konstante Strahlungsleistung einer LED-Kette gewährleisten zu können, wurden bislang teure Mikroprozessoren bzw. spezielle LED-Treiber-Chips eingesetzt, die den Strom durch die LED-Kette bzw. durch das LED-Array regeln. Bei diesen Mikroprozessoren oder LED-Treiber-Chips handelt es sich um separate Bauelemente, die elektrisch mit der LED-Kette bzw. dem LED-Array verschaltet werden. Hieraus ergibt sich eine insgesamt teure Anordnung, die über die LED-Kette bzw. das LED-Array hinaus zusätzlichen Platz für den Mikroprozessor bzw. den LED-Treiber-Chip beansprucht.In order to be able to ensure a constant radiation power of an LED chain even in long-term operation, previously expensive microprocessors or special LED driver chips were used, which regulate the current through the LED chain or through the LED array. These microprocessors or LED driver chips are separate components that are electrically connected to the LED chain or the LED array. This results in an overall expensive arrangement, which claimed beyond the LED chain or the LED array addition space for the microprocessor and the LED driver chip.

Der Erfindung liegt hingegen die Idee zugrunde, im Pfad der LED-Kette eine Konverterschaltung vorzusehen, die abhängig von einer äußeren Einflussgröße einen vorgegebenen Strom durch die LED-Kette einprägt. Die erfindungsgemäße LED-Kette ermöglicht einen Verzicht auf eine separate Treiber-Anordnung. Hierdurch lässt sich eine insgesamt wesentlich günstigere Anordnung herstellen. Der Platzbedarf wird ebenfalls minimiert.On the other hand, the invention is based on the idea of providing a converter circuit in the path of the LED chain which impresses a predetermined current through the LED chain as a function of an external influencing variable. The LED chain according to the invention makes it possible to dispense with a separate driver arrangement. As a result, an overall much cheaper arrangement can be produced. The space requirement is also minimized.

Vorteilhafterweise muss ein solche LED-Kette zu Beginn des Betriebs praktisch nicht über den Mindestanforderungen betrieben werden. Dadurch ergibt sich von Beginn an eine niedrige Bestromung, die zu einer höheren Lebensdauer der LED-Kette führt. Zudem ist der Betrieb des Moduls aufgrund des geringeren elektrischen Leistungsbedarfs kostengünstiger.Advantageously, such an LED chain at the beginning of the operation is practically not operated above the minimum requirements. This results in a low current from the beginning, which leads to a longer life of the LED chain. In addition, the operation of the module is cheaper due to the lower electrical power requirement.

Die Nachführung der Bestromung stellt sicher, dass die optischen Mindestanforderungen während der gesamten Lebensdauer unabhängig von den äußeren Einflüssen wesentlich zuverlässiger als bei herkömmlichen LED-Ketten mit fest vorgegebenen Werten für Betriebsspannung bzw. Betriebsstrom eingehalten werden.The tracking of the current supply ensures that the minimum optical requirements regardless of the external influences, they can be maintained much more reliably over the entire service life than with conventional LED chains with fixed values for operating voltage or operating current.

Die Konverterschaltung ist in der Lage, abhängig von der im Bereich der LED-Kette herrschenden Umgebungstemperatur oder -helligkeit den vorgegebenen Strom in die LED-Kette einzuprägen.The converter circuit is capable of impressing the predetermined current in the LED chain, depending on the ambient temperature or brightness prevailing in the region of the LED chain.

Es ist dabei unerheblich, ob die Helligkeit durch die Umgebung oder die von der LED-Kette emittierte Abstrahlung bedingt ist. Vorteilhafterweise können hierdurch sowohl äußere Umgebungseinflüsse als auch die sich im Verlauf der Alterung reduzierende Strahlungsleistung ausgeglichen werden.It is irrelevant whether the brightness is due to the environment or emitted by the LED chain radiation. Advantageously, both external environmental influences and the radiation power that reduces during the course of aging can thereby be compensated for.

Bei einer konventionellen LED-Kette würde sich, einhergehend mit einer verringerten Abstrahlung aufgrund von Alterungserscheinungen, auch der durch die LED-Kette fließende Strom verringern. Dieser physikalisch bedingte Vorgang wird durch die Konverterschaltung egalisiert.In a conventional LED chain, along with a reduced radiation due to aging, the current flowing through the LED chain would also decrease. This physically related process is equalized by the converter circuit.

Erfindungsgemäß weist die Konverterschaltung ein Detektionselement mit einem in Serie verschalteten Widerstand sowie einen Transistor mit einem Widerstand in einen ersten Hauptzweig und mit der LED-Kette im zweiten Hauptzweig auf, wobei der Knotenpunkt zwischen dem Detektionselement und dem Widerstand mit dem Basisanschluß des Transistors verbunden ist.According to the invention, the converter circuit has a detection element with a series-connected resistor and a transistor with a resistor in a first main branch and with the LED chain in the second main branch, wherein the node between the detection element and the resistor is connected to the base terminal of the transistor.

Bei dem Detektionselement kann es sich um eine Fotodiode handeln, die auf Änderungen der Helligkeit, sei es durch die Umgebung oder die von der LED-Kette emittierte Abstrahlung, reagiert. Es kann sich auch um ein temperaturempfindliches Bauteil handeln, insbesondere einen NTC-Widerstand, welcher die den Strom einer LED-Kette beeinflussenden Umgebungstemperatur berücksichtigt. Auch die Temperatur einer oder mehrerer LEDs oder einer die LED-Kette bzw. Konverterschaltung tragenden Leiterplatte kann hierbei einbezogen werden. Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise der Strom der LED-Kette mittels einer spannungsgesteuerten Stromquelle durch Änderung der Steuerspannung, etwa durch Rückkopplung, manuelle Veränderung oder einen Regelkreis, geregelt werden.The detection element may be a photodiode which responds to changes in brightness, be it due to the environment or the emission emitted by the LED chain. It can also be a temperature-sensitive component, in particular an NTC resistor, which takes into account the ambient temperature influencing the current of an LED chain. The temperature of one or more LEDs or a PCB supporting the LED chain or converter circuit board can also be included. Furthermore, in the context of the invention, for example, the current of the LED chain can be controlled by means of a voltage-controlled current source by changing the control voltage, such as by feedback, manual change or a control loop.

Durch den in Serie mit dem Detektionselement geschalteten Widerstand wird das Basispotential des Transistors und entsprechend dessen Basisstrom in Abhängigkeit des durch das Detektionselement fließenden Stroms verändert. In gleicher Weise ändert sich der Strom durch die LED-Kette, der zu einem Anfangszeitpunkt, beispielsweise dem Betriebsbeginn, durch das Verhältnis der beiden Widerstände und die Anfangsbedingungen für das Detektionselement voreingestellt ist. Nimmt zum Beispiel die Helligkeit der Umgebung ab, so verringert sich bei einer Fotodiode als Detektionselement der durch die Fotodiode fließende Strom, das Basispotential des Transistors wird größer bzw. der Basisstrom kleiner. Damit sinkt auch – je nach Stromverstärkung des Transistors – der Strom durch die LED-Kette.The resistor connected in series with the detection element changes the base potential of the transistor and, correspondingly, its base current as a function of the current flowing through the detection element. In the same way, the current through the LED chain, which is preset at an initial time, for example, the start of operation, by the ratio of the two resistors and the initial conditions for the detection element. If, for example, the brightness of the surroundings decreases, the current flowing through the photodiode is reduced in the case of a photodiode as a detection element, the base potential of the transistor becomes larger or the base current decreases. This also reduces the current through the LED chain - depending on the current gain of the transistor.

Das erfindungsgemäße LED-Array weist eine LED-Kette mit den oben beschriebenen Merkmalen auf, die nachfolgend als Referenz-LED-Kette bezeichnet wird. Darüber hinaus weist das LED-Array wenigstens eine weitere LED-Kette mit mindestens einer LED auf, wobei die wenigstens eine weitere LED-Kette der Anordnung aus der Konverterschaltung und der Referenz-LED-Kette parallel geschaltet ist.The LED array according to the invention has an LED chain with the features described above, which is referred to below as the reference LED chain. In addition, the LED array has at least one further LED chain with at least one LED, wherein the at least one further LED chain of the arrangement of the converter circuit and the reference LED chain is connected in parallel.

Das Vorsehen mehrerer, parallel geschalteter LED-Ketten ermöglicht großflächige Signalanlagen. Darüber hinaus erhöht sich die Redundanz der Signalanlage, da beim Ausfall einer einzelnen LED-Kette die Signalisierung über die weiteren, vorhandenen LED-Ketten möglich ist.The provision of several LED chains connected in parallel enables large-area signaling systems. In addition, the redundancy of the signaling system increases, as in the case of failure of a single LED chain signaling via the other existing LED chains is possible.

Erfindungsgemäß ist zu der Referenz-LED-Kette und zu jeder weiteren LED-Kette jeweils eine Regelanordnung in Serie geschalten. Die Regelanordnungen dienen zur Einstellung der Ströme in den zugehörigen LED-Ketten gemäß einer vorgegebenen Stromverteilung. Damit wird vermieden, dass die Ströme in den einzelnen LED-Ketten aufgrund unterschiedlicher Durchlaßspannungen der einzelnen LEDs oder einem Kurzschluß einer LED von der vorgegebenen Soll-Stromstärke abweichen. Darüber hinaus ist es mittels der Regelanordnung möglich, in jeder LED-Kette den gleichen Strom einzuprägen, so dass sich insgesamt eine homogene Abstrahlcharakteristik über das LED-Array ergibt.According to the invention, a control arrangement is connected in series with the reference LED chain and with each further LED chain. The control arrangements are used to adjust the currents in the associated LED chains according to a predetermined current distribution. This avoids that the currents in the individual LED chains differ due to different forward voltages of the individual LEDs or a short circuit of an LED from the predetermined target current. In addition, it is possible by means of the control arrangement to impress the same current in each LED chain, so that the overall result is a homogeneous radiation characteristic over the LED array.

Erfindungsgemäß umfasst diese Regelungsanordnung jeweils eine Stromverstärkungsschaltung zur Einprägung eines vorgegebenen Betriebsstroms in die LED-Ketten. Die Stromverstärkungsschaltung können dabei Regelungseingänge zur Regelung des jeweiligen Stroms in der LED-Kette ausweisen, wobei die Regelungseingänge bevorzugt mit einander verbunden sind und auf dem selben Potential liegen.According to the invention, this control arrangement in each case comprises a current amplification circuit for impressing a predetermined operating current in the LED chains. The current amplification circuit can designate control inputs for controlling the respective current in the LED chain, wherein the control inputs are preferably connected to each other and are at the same potential.

Erfindungsgemäß bilden die Regelanordnung der Referenz-LED-Kette und jede Regelanordnung der weiteren LED-Ketten einen Stromspiegel. Dieser ermöglicht die Spiegelung des Stromes durch die Referenz-LED-Kette auf jede andere LED-Kette des LED-Arrays. Somit entfällt der Einsatz von teuren Mikroprozessoren oder speziellen LED-Treiber-Chips für jede LED-Kette.According to the invention, the control arrangement of the reference LED chain and each control arrangement of the further LED chains form a current mirror. This allows the mirroring of the current through the reference LED chain to every other LED chain of the LED array. This eliminates the need for expensive microprocessors or special LED driver chips for each LED chain.

Es ist dabei auch unerheblich, ob die Anzahl der LEDs der LED-Ketten gleich oder unterschiedlich ist. Eine unterschiedliche Anzahl an LEDs in jeweiligen LED-Ketten wird durch die Stromspiegelschaltung derart ausgeglichen, dass durch jede LED-Kette der gleiche Strom fließt wie durch die Referenz-LED-Kette.It is also irrelevant whether the number of LEDs of the LED chains are the same or different is. A different number of LEDs in respective LED chains is compensated by the current mirror circuit such that the same current flows through each LED chain as through the reference LED chain.

Durch einmalige Dimensionierung bzw. Einsatz eines Potentiometers im Stromregelteil der Schaltung kann eine bestimmte, gewünschte Ausgangshelligkeit, d. h. ein bestimmter LED-Vorwärtsstrom, eingestellt werden. Ändert sich aufgrund der Alterung der LEDs deren Helligkeit, so wird der Strom durch die Konverterschaltung und die Regelanordnungen nachgeregelt. Die Schaltung kann dabei so dimensioniert werden, dass ein bestimmter maximaler Strom nicht überschritten wird.By unique dimensioning or use of a potentiometer in the current control part of the circuit, a certain, desired output brightness, d. H. a certain LED forward current. If the brightness of the LEDs changes as a result of the aging of the LEDs, the current is readjusted by the converter circuit and the control arrangements. The circuit can be dimensioned so that a certain maximum current is not exceeded.

Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin ein LED-Modul vorgesehen, das ein erfindungsgemäßes LED-Array sowie eine Stromversorgungseinheit umfasst. Versorgungsanschlüsse des LED-Arrays sind dabei mit ausgangsseitigen Versorgungsanschlüssen der Stromversorgungseinheit verbunden.In the context of the invention, an LED module is furthermore provided which comprises an LED array according to the invention and a power supply unit. Supply terminals of the LED array are connected to output-side supply terminals of the power supply unit.

Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in Signalanlagen wie Verkehrsampeln oder Bahnsignalanlagen geeignet. Hierbei ist von besonderem Vorteil, dass bei der Erfindung eine nahezu konstante Strahlungsleistung und damit die Einhaltung vorgeschriebener Untergrenzen für die Strahlungsleistung für die gesamte Lebensdauer gewährleistet ist, ohne dass eine Überdimensionierung oder eine überhöhte Strahlungserzeugung zu Beginn der Lebensdauer erforderlich ist.The invention is particularly suitable for use in signaling systems such as traffic lights or railway signal systems. It is of particular advantage that in the invention, a nearly constant radiation power and thus compliance with prescribed lower limits for the radiation power is guaranteed for the entire life, without over-dimensioning or excessive radiation generation at the beginning of the life is required.

Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den 1 und 2. Es zeigen:Other features, advantages and advantages of the invention will become apparent from the embodiments described below in conjunction with the 1 and 2 , Show it:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Moduls, und 1 a schematic block diagram of an embodiment of an LED module according to the invention, and

2 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Arrays. 2 a schematic diagram of an embodiment of an LED array according to the invention.

Das in 1 gezeigte Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Moduls 1 umfaßt ein LED-Array 2 und eine Stromversorgungseinheit 3 (Power supply).This in 1 shown block diagram of the embodiment of an LED module according to the invention 1 includes an LED array 2 and a power supply unit 3 (Power supply).

Die Stromversorgungseinheit 3 ist mit einer allgemein verfügbaren Stromquelle, beispielsweise einem öffentlichen Stromnetz verbunden (nicht dargestellt). Die Stromversorgungseinheit 3 wandelt die eingangsseitige Spannung so um, dass an den Versorgungsanschlüssen 4, 5 eine Spannung zur Verfügung steht, die zum Betrieb des LED-Arrays 2 geeignet ist. Dazu ist es in der Regel erforderlich, die eingangsseitig anliegende Spannung herunter zu transformieren und gleichzurichten bzw. den Betriebsstrom zu glätten.The power supply unit 3 is connected to a commonly available power source, such as a public power grid (not shown). The power supply unit 3 converts the input side voltage so that at the supply terminals 4 . 5 A voltage is available to operate the LED array 2 suitable is. For this purpose, it is usually necessary to transform down the voltage applied to the input side and to rectify or to smooth the operating current.

Typischerweise liegt die Durchlaßspannung einer einzelnen LED im Bereich von 1 Volt bis 5 Volt, so dass je nach Anzahl der LEDs in den LED-Ketten eine Spannung zwischen 5 und 30 Volt, also im Niederspannungsbereich zum Betrieb des LED-Arrays geeignet ist. Je nach Art und Anzahl der LEDs können dabei Betriebsströme bis zu mehreren Ampere fließen. Dies trifft insbesondere auf LED-Module für Signalanlagen zu, die auch bei Tageslicht und ungünstigen Lichtverhältnissen weithin sichtbar sein müssen und eine entsprechende große Zahl von LEDs aufweisen.Typically, the forward voltage of a single LED is in the range of 1 volt to 5 volts, so that depending on the number of LEDs in the LED chains, a voltage between 5 and 30 volts, ie in the low voltage range for operation of the LED array is suitable. Depending on the type and number of LEDs operating currents can flow up to several amps. This applies in particular to LED modules for signal systems, which must be widely visible even in daylight and unfavorable lighting conditions and have a corresponding large number of LEDs.

Das LED-Array 2 weist eine Referenz-LED-Kette LKR mit LEDs 9 sowie LED-Ketten LK1 ... LKn mit LEDs 10 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die LED-Ketten LK1 ... LKn anodenseitig verbunden. Um eine optimale Stromverteilung auf die einzelnen LED-Ketten zu erzielen, ist eine Stromverteilungsschaltung 7 vorgesehen. Dabei ist zu jeder LED-Kette jeweils eine Regelungsanordnung RA1 ... RAn in Serie geschaltet. Der Referenz-LED-Kette LKR ist ebenfalls eine Regelanordnung LAR in Serie geschaltet. Die Regelanordnungen dienen dazu, die Ströme in den LED-Ketten gemäß einer vorgegebenen Stromverteilung aufzuteilen. Die Regelanordnungen sind im einzelnen im Zusammenhang mit der 2 näher erläutert.The LED array 2 has a reference LED chain LKR with LEDs 9 as well as LED chains LK1 ... LKn with LEDs 10 on. In the present embodiment, the LED chains LK1 ... LKn are connected on the anode side. To achieve optimal power distribution to the individual LED chains is a power distribution circuit 7 intended. In each case, a control arrangement RA1 ... RAn is connected in series with each LED chain. The reference LED chain LKR is also a control arrangement LAR connected in series. The control arrangements serve to divide the currents in the LED chains according to a predetermined current distribution. The control arrangements are in detail in connection with the 2 explained in more detail.

Im Pfad der Referenz-LED-Kette LKR ist weiterhin eine Konverterschaltung 8 vorgesehen, die vorliegend zwischen dem Versorgungsanschluss 4 und dem Anodenanschluss einer ersten LED 9 der LED-Kette LKR verschalten ist. Die Konverterschaltung 8 weist darüber hinaus auch eine direkte Verbindung mit den anderen Versorgungsanschluss 5 auf.In the path of the reference LED chain LKR is still a converter circuit 8th provided, in the present case between the supply connection 4 and the anode terminal of a first LED 9 the LED chain LKR is interconnected. The converter circuit 8th also has a direct connection to the other supply connection 5 on.

Eine mögliche Realisierung der Konverterschaltung 8 geht aus 2 hervor. Die Konverterschaltung 8 weist einen Transistor T auf, der vorliegend als pnp-Transistor ausgeführt ist. Der Kollektor des Transistors T ist mit der Anode einer LED 9 der Referenz-LED-Kette LKR verbunden. Der Emitter ist über einen Widerstand R mit dem Versorgungsanschluss 4 verbunden. Zwischen den Versorgungsanschlüssen 4, 5 ist eine Serienschaltung aus einem Detektionselement DE, welches beispielhaft als Fotodiode ausgeführt ist, und einem dazu seriell verschalteten Widerstand RDE vorgesehen. Die Fotodiode DE ist kathodenseitig mit dem Versorgungsanschluss 4 und anodenseitig mit dem Widerstand RDE verbunden. Mit dem Knotenpunkt zwischen der Fotodiode DE und dem Serienwiderstand RDE ist die Basis des Transistors T verbunden.A possible realization of the converter circuit 8th comes from 2 out. The converter circuit 8th has a transistor T, which is designed here as a PNP transistor. The collector of the transistor T is connected to the anode of an LED 9 connected to the reference LED chain LKR. The emitter is connected via a resistor R to the supply terminal 4 connected. Between the supply connections 4 . 5 is a series circuit of a detection element DE, which is exemplified as a photodiode, and a serially connected resistor RDE provided. The photodiode DE is on the cathode side with the supply connection 4 and connected on the anode side to the resistor RDE. The base of the transistor T is connected to the node between the photodiode DE and the series resistor RDE.

Die Fotodiode DE und der Widerstand RDE bilden einen Spannungsteiler, wobei sich am Knotenpunkt eine Spannung abhängig von der von der Fotodiode DE detektierten Einstrahlung einstellt. An dem Widerstand RDE fällt eine Spannung ab, die zu dem von der Fotodiode DE erzeugten Fotostrom proportional ist und somit von der Helligkeit der Umgebung oder von der Strahlungsleistung der LEDs des LED-Arrays 2 abhängt. Dabei ist der durch die Referenz-LED-Kette LKR fließende Strom umgekehrt proportional zum erzeugten Fotostrom bzw. der detektierten EinstrahlungThe photodiode DE and the resistor RDE form a voltage divider, with a voltage being established at the node as a function of the radiation detected by the photodiode DE. At the resistor RDE a voltage drops, which is proportional to the photocurrent generated by the photodiode DE and thus of the brightness of the environment or of the radiation power of the LEDs of the LED array 2 depends. In this case, the current flowing through the reference LED chain LKR is inversely proportional to the generated photocurrent or the detected irradiation

Statt des helligkeitsempfindlichen Detektionselements DE, das in der 2 als Fotodiode ausgeführt ist, kann ebenfalls ein temperaturabhängiges Element, z. B. ein NTC-Widerstand verwendet werden. Die Regelung erfolgt dann nicht in Abhängigkeit der Helligkeit, sondern statt dessen in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur des LED-Moduls.Instead of the brightness-sensitive detection element DE, which in the 2 is designed as a photodiode, can also be a temperature-dependent element, for. As an NTC resistor can be used. The regulation is then not dependent on the brightness, but instead depending on the ambient temperature of the LED module.

Die Regelanordnungen RAR-RA1, RAR-RA2, ... RAR-RAn bilden jeweils einen Stromspiegel. Die Regelanordnung RAR, die im Pfad der Referenz-LED-Kette LKR liegt, weist zu diesem Zweck einen als Diode verschalteten npn-Transistor TR und einen im Emitterzweig liegenden Widerstand RR auf, der mit dem Versorgungsanschluss 5 verbunden ist.The control arrangements RAR-RA1, RAR-RA2, ... RAR-RAn each form a current mirror. The control arrangement RAR, which lies in the path of the reference LED chain LKR, has for this purpose a diode-connected npn transistor TR and an emitter branch resistor RR connected to the supply connection 5 connected is.

Die Regelanordnungen RA1 ... RAn sind jeweils identisch aufgebaut und weisen einen npn-Transistor T1 ... Tn sowie einen im Emitterzweig liegenden Widerstand R1 ... Rn auf. Die Kollektoren der Transistoren T1 ... Tn sind jeweils mit dem Kathodenanschluss einer jeweiligen LED 10 der LED-Ketten LK1 ... LKn verbunden. Die Basisanschlüsse der Transistoren T1 ... Tn sind jeweils mit dem Basisanschluss der Transistors TR der Regelanordnung RAR verbunden.The control arrangements RA1 ... RAn are each constructed identically and have an NPN transistor T1 ... Tn and a resistor R1 ... Rn located in the emitter branch. The collectors of the transistors T1 ... Tn are each connected to the cathode terminal of a respective LED 10 the LED chains LK1 ... LKn connected. The base terminals of the transistors T1 ... Tn are respectively connected to the base terminal of the transistor TR of the control arrangement RAR.

Mittels des Stromspiegels wird jeder der LED-Ketten LK1 ... LKn der durch die Referenz-LED-Kette LKR fließende Strom eingeprägt. Dies geschieht unabhängig davon, wieviele LEDs 10 in einer jeweiligen LED-Kette vorhanden sind.By means of the current mirror, each of the LED chains LK1 ... LKn of the current flowing through the reference LED chain LKR current is impressed. This happens regardless of how many LEDs 10 are present in a respective LED chain.

Der durch die Referenz-LED-Kette fließende Strom kann mit einem Potentiometer eingestellt werden, so dass sich die vorgegebene Ausgangshelligkeit der LEDs 9, 10 einstellt. Ändert sich aufgrund der Alterung der LEDs 9, 10 die Helligkeit, wird der Strom mittels der Konverterschaltung 8 und der Stromspiegel automatisch nachgeregelt. Im Pfad der Referenz-LED-Kette kann weiterhin ein Mittel vorgesehen werden, so dass ein gewisser maximaler Strom nicht überschritten wird.The current flowing through the reference LED chain can be adjusted with a potentiometer, so that the default output brightness of the LEDs 9 . 10 established. Changes due to the aging of the LEDs 9 . 10 the brightness, the current through the converter circuit 8th and the current mirror automatically readjusted. In the path of the reference LED chain, a means can further be provided, so that a certain maximum current is not exceeded.

Claims

LED array, comprising - a reference LED chain (LKR) - a converter circuit ( 8th ) in the path of the reference LED string (LKR) connected between a first and a second supply connection ( 4 . 5 ) comprises a series circuit of a detection element (DE), which is a photodiode or an NTC resistor, and a resistor connected in series therewith (RDE) and a transistor (T) with an emitter resistor (R) in a first main branch, wherein the node between the detection element (DE) and the resistor (RDE) is connected to the base terminal of the transistor (T), and wherein the reference LED chain (LKR) is in a second main branch of the transistor (T), and - at least one further LED chain (LK1 ... LKn), the series arrangement of converter circuit ( 8th ) and reference LED chain (LKR) is connected in parallel, wherein in the reference to the LED chain (LKR) and each other LED chain (LK1 ... LKn) each have a control arrangement (RAR, RA1 ... RAn) is connected in series, wherein the control arrangements (RAR, RA1 ... RAn) for adjusting the currents in the associated LED chains (LK1 ... LKn) are used in accordance with a predetermined current distribution and the control arrangements (RA1 ... RAn ) comprise in each case a current amplification circuit for impressing a current in the further LED chains (LK1 ... LKn) and the control arrangement (RAR) of the reference LED chain (LKR) and each control arrangement (RA1 ... RAn) of the further LED Chains (LK1 ... LKn) form a current mirror.

An LED array according to claim 1, wherein the number of LEDs serially connected in an LED string (LKR, LK1 ... LKn) is different.

LED array according to one of claims 1 or 2, wherein the control arrangement (RAR) comprises a diode-connected npn transistor (TR) and lying in the emitter branch of the transistor resistor (RR).

LED module, comprising an LED array ( 2 ) according to one of claims 1 to 3.

LED module according to claim 4, wherein the supply terminals ( 4 . 5 ) a power supply unit ( 3 ) is connected on the output side.

Use of the LED module according to claim 4 or 5 in a signaling system.