DE10262387B3 - Power supply for light-emitting diodes - Google Patents

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DE10262387B3 DE10262387.2A DE10262387A DE10262387B3 DE 10262387 B3 DE10262387 B3 DE 10262387B3 DE 10262387 A DE10262387 A DE 10262387A DE 10262387 B3 DE10262387 B3 DE 10262387B3
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Michael Zimmermann
Felix Tobler
Stefan Tasch
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Tridonic GmbH and Co KG
Tridonic AG
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Tridonic Jennersdorf GmbH
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Abstract

Stromversorgungsanordnung für wenigstens eine Lumineszenzdiode, aufweisend: – mindestens einen als Speicherdrossel (L1) in Serie zu der Lumineszenzdiode (D1, ..., DN) geschalteten induktiven Blindwiderstand, – wenigstens eine Schaltstufe (M1, Q1) zur Umschaltung zwischen den in der Speicherdrossel (L1) ablaufenden Lade- bzw. Entladevorgängen, derart, dass durch die Lumineszenzdiode ein periodisch um einen Gleichstromwert (ID0) schwankender, ansteigender und abfallender Diodenstrom (ID) fliesst, – einen parallel zur Serienschaltung der Lumineszenzdioden (D1, ..., DN) und der Speicherdrossel (L1) geschalteten freilaufenden Strompfad für wenigstens einen Teil des von der Speicherdrossel (L1) bei Sperrung der ersten Schaltstufe (M1) an die Lumineszenzdioden (D1, ..., DN) abgegebenen Entladestroms, – einen ersten Nebenschluss-Messwiderstand (R5) zur Erfassung des durch die Lumineszenzdioden (D1, ..., DN) während eines in der Speicherdrossel (L1) ablaufenden Ladevorgangs fließenden Diodenstroms (ID), und – einen zweiten Nebenschlusswiderstand (R4) zur Messung des bei gesperrter Schaltstufe durch die Lumineszenzdiode fliessenden abfallenden Stroms, – wobei die Schaltstufe ausgebildet ist, um die Speicherdrossel zu entladen, wenn der Strom durch die Lumineszenzdiode einen ersten Schwellwert erreicht hat, und um die Speicherdrossel zu laden, wenn der Strom durch die Lumineszenzdiode einen zweiten Schwellwert erreicht hat, – wobei der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert und damit der den Mittelwert des resultierenden dreieckförmigen Diodenstroms (ID) bildende Gleichstrom-Offset durch Widerstandsdimensionierung der Nebenschluss-Messwiderstände einstellbar ist.Power supply arrangement for at least one light-emitting diode, comprising: - at least one inductive reactance connected as a storage inductor (L1) in series with the light-emitting diode (D1, ..., DN), - at least one switching stage (M1, Q1) for switching between those in the storage inductor (L1) running charging or discharging processes, such that through the light emitting diode periodically by a DC value (ID0) fluctuating, increasing and decreasing diode current (ID) flows, - a parallel to the series connection of the light emitting diodes (D1, ..., DN ) and the storage inductor (L1) connected freewheeling current path for at least a portion of the discharged from the storage inductor (L1) in blocking the first switching stage (M1) to the light-emitting diodes (D1, ..., DN) discharge current, - a first shunt measuring resistor (R5) for detecting the through the light-emitting diodes (D1, ..., DN) during a running in the storage inductor (L1) charging flow the diode current (ID), and a second shunt resistor (R4) for measuring the falling current flowing through the light-emitting diode when the switching stage is blocked, wherein the switching stage is designed to discharge the storage choke when the current through the light-emitting diode reaches a first threshold value and to charge the storage choke when the current through the light emitting diode has reached a second threshold, wherein the first threshold and the second threshold and thus the DC offset of the resulting triangular diode current (ID) form the resistor by sizing the shunt -Resistances is adjustable.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgung für LEDs. Dabei kommt ein Wandlerprinzip zur Anwendung, das einen periodisch um einen Gleichstromwert schwankenden, dreieckförmigen Wechselstrom durch die Lumineszenzdioden erzeugt. Durch dieses Verfahren wird dafür gesorgt, dass sowohl der Lade- als auch der Entladestrom eines induktiven Blindwiderstands im Lastkreis als Diodenstrom durch die Lumineszenzdioden fließt.The present invention relates to a power supply for LEDs. In this case, a transducer principle is used which generates a periodically fluctuating by a DC value, triangular alternating current through the light emitting diodes. By this method it is ensured that both the charging and the discharge of an inductive reactance in the load circuit as a diode current flows through the light emitting diodes.

Hochleistungsfähige lichtemittierende Halbleiter-Lumineszenzdioden (engl.: ”Light-Emitting Diodes”, LEDs), kurz Leuchtdioden genannt, haben schon lange ihren Platz in vielen Bereichen erobert, in denen ein Bedarf an optischen Anzeigesystemen oder Beleuchtungssystemen mit geringem Energieverbrauch besteht, wie z. B. in der Verkehrs- und Signaltechnik. Durch entscheidende technische Innovationen im Bereich der lichtemittierenden Halbleiter-Bauelemente, mit Hilfe derer heute eine höhere Lichtausbeute sowie eine Ausweitung des Farbspektrums auf den gesamten Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts zwischen 780 nm (violett) und 380 nm (dunkelrot) erreichbar ist, erschließt sich der Optoelektronik lichttechnisch ein völlig neuer Markt.High-performance light-emitting semiconductor light-emitting diodes (LEDs), or light-emitting diodes for short, have long since gained their place in many fields in which there is a demand for low-energy optical display systems or lighting systems, such as, for example, B. in traffic and signaling technology. Key technological innovations in the field of light-emitting semiconductor devices, which nowadays enable higher luminous efficacy and an expansion of the color spectrum over the entire wavelength range of visible light between 780 nm (violet) and 380 nm (dark red), open up for optoelectronics technically a completely new market.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Ausleuchtung von Flächen werden dabei in der Regel Streuscheiben verwendet. Aufgrund des Netzbetriebes, vor allem bei Anwendungen im Außenbereich, sind üblicherweise Leuchtengehäuse erforderlich, um die verwendeten elektronischen Bauteile vor dem Eindringen von Feuchtigkeit zu schützen.To achieve a uniform illumination of surfaces usually lenses are used. Due to the network operation, especially in outdoor applications, usually housing lights are required to protect the electronic components used from the ingress of moisture.

Um die zentrale Idee der vorliegenden Erfindung zu verstehen, soll im Folgenden kurz auf die wichtigsten Merkmale konventioneller Verfahren und Technologien nach dem Stand der Technik zur Herstellung von Halbleiter-Lumineszenzdioden eingegangen werden, vor allem auf die sogenannte ”Chip-on-Board”(COB)-Technologie, welche in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen hat.In order to understand the central idea of the present invention, the main features of conventional methods and technologies according to the state of the art for the production of semiconductor light-emitting diodes, in particular the so-called "chip-on-board" (COB ) Technology, which has become increasingly important in recent years.

Bei der ”Chip-on-Board”(COB)-Technologie wird der rohe LED-Chip mit der Struktur und den Anschlüssen nach oben (engl.: ”face up”) mit Leitkleber auf der Leiterplatte angebracht. Dieser Vorgang wird im angloamerikanischen Sprachgebrauch als ”Die Bonding” bezeichnet. Nach dem Aushärten des Klebers erfolgt in einem zusätzlichen Arbeitsschritt das Verbinden der Chipanschlüsse mit der Leiterplatte mit Hilfe eines aus der Herstellung integrierter Schaltungen bekannten Wire-Bonders. Dabei werden die einzelnen Chipanschlüsse und die Leiterplatte mit einem Golddraht verbunden. Durch die Verwendung von speziellen Leiterplatten-Materialien können hervorragende Wärmeleiteigenschaften erreicht werden. Daraus resultiert eine längere Lebensdauer und eine höhere Lichtausbeute pro Fläche. Nach Aufbringung einer polymeren Schicht ist das LED-Array vor mechanischer Beschädigung durch Erschütterung oder Vibrationen geschützt. Spezielle Leiterplatten mit Reflektorschichten dienen dabei zur Lichtbündelung und Erhöhung der Lichtstärken bei kleineren Abstrahlwinkeln.In the chip-on-board (COB) technology, the raw LED chip with the structure and the terminals is mounted face-up with conductive adhesive on the circuit board. This process is referred to in Anglo-American usage as "the bonding". After curing of the adhesive takes place in an additional step connecting the chip terminals to the circuit board using a known from the production of integrated circuits wire bonder. The individual chip connections and the circuit board are connected with a gold wire. By using special printed circuit board materials excellent thermal conduction properties can be achieved. This results in a longer life and a higher light output per area. After application of a polymeric layer, the LED array is protected from mechanical damage by shock or vibration. Special printed circuit boards with reflector layers serve for light bundling and increasing the light intensities at smaller radiation angles.

Im Vergleich zu herkömmlichen LED-Modulen können somit durch Verwendung von Lumineszenzdioden, die mittels COB-Technologie als LED-Arrays auf einer Leiterplatte aufgebracht sind, effiziente Beleuchtungseinheiten hoher Lichtausbeute, langer Lebensdauer, platzsparender Bauweise. und einem relativ geringen Kostenaufwand hergestellt werden. Aufgrund der erreichbaren Lichtstromwerte sind diese Module nicht nur als Signal- und Hinterbeleuchtungen interessant, sondern können direkt als Beleuchtungsmittel eingesetzt werden. In COB-Technologie hergestellte LED-Arrays mit einem Abstrahlwinkel von 180° erlauben eine helle Ausleuchtung von Flächen mit einer homogenen Lichtverteilung, die mit der Ausleuchtung durch eine mit 40 bis 50 mA betriebenen Beleuchtungsanlage mit Leuchtstofflampen vergleichbar ist. Ein weiterer Pluspunkt ist der um 50% geringere Stromverbrauch gegenüber einer derartigen Beleuchtungsanlage.Compared to conventional LED modules can thus by using light emitting diodes, which are applied by means of COB technology as LED arrays on a circuit board, efficient lighting units high luminous efficacy, long life, space-saving design. and a relatively low cost. Due to the achievable luminous flux values, these modules are not only interesting as signal and backlighting, but can also be used directly as lighting equipment. COB-technology LED arrays with a 180 ° beam angle allow for bright illumination of surfaces with a homogeneous light distribution comparable to the illumination of a 40 to 50 mA fluorescent lighting system. Another advantage is the 50% lower power consumption compared to such a lighting system.

Aus hochleistungsfähigen Lumineszenzdioden aufgebaute Punktlichtquellen in COB-Technologie eignen sich ideal für kleine Arbeits- und Leseleuchten, als flexibel nutzbare Lichtquellen in Spotbeleuchtungen, als zentrale Lichtquelle für Orientierungsleuchten etc.Point light sources made of high-performance light-emitting diodes in COB technology are ideal for small work and reading lights, as flexibly usable light sources in spotlights, as a central light source for orientation lights, etc.

Aus der Offenlegungsschrift DE 100 26 661 A1 ist ein universelles, kompaktes LED-Beleuchtungsmodul bekannt, das für Innen- und Außenleuchten im Netzbetrieb verwendet werden kann und ohne Verwendung weiterer Betriebsgeräte, wie z. B. Netztransformatoren oder speziell dimensionierter Schaltnetzteile, auskommt. Die als Lichtquellen vorgesehenen lichtemittierenden Halbleiter-Bauelemente werden dabei über ein Kondensatornetzteil angesteuert und mit Strom versorgt. In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung treten die lichtabstrahlenden Oberflächen der einzelnen Lumineszenzdioden aus der Vergussmasse linsenförmig hervor. Als äußere Bauform für das hierin offenbarte LED-Beleuchtungsmodul dient eine Vergussmasse (z. B. ein Gießharz) oder ein Gehäuse, in dem die elektronischen Komponenten vor Feuchtigkeitseindringung geschützt montiert sind. Das Modul kann dabei als Lampe oder Leuchte direkt an einem Stromversorgungsnetz betrieben, überall angebracht und kostengünstig hergestellt werden.From the publication DE 100 26 661 A1 is a universal, compact LED lighting module known, which can be used for indoor and outdoor lights in network operation and without the use of other operating equipment, such. As power transformers or specially sized switching power supplies, gets by. The light-emitting semiconductor components provided as light sources are controlled by a capacitor power supply and supplied with power. In the preferred embodiment of this invention, the light emitting surfaces of the individual light emitting diodes emerge lenticular from the potting compound. The exterior design of the LED lighting module disclosed herein is a potting compound (For example, a resin) or a housing in which the electronic components are mounted protected from moisture penetration. The module can be operated as a lamp or light directly to a power supply network, installed anywhere and produced inexpensively.

Bei herkömmlichen Kondensatornetzteilen nach dem Stand der Technik kann (im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen elektronischen Lösung) der Effektivwert der Eingangswechselspannung variabel gewählt werden (z. B. zwischen 100 VAC und 277 VAC); sogar eine Versorgung des Netzteils mit Gleichspannung ist möglich.In conventional capacitor power supplies of the prior art (as opposed to the electronic solution of the invention), the RMS value of the input AC voltage can be variably selected (e.g., between 100 V AC and 277 V AC ); even a supply of the power supply with DC voltage is possible.

Da jedoch bei einer Kondensatornetzteilschaltung die Größe der verwendeten Kondensatoren mit steigender Betriebsleistung stark zunimmt, können mit einem derartigen Netzteil nur geringe Leistungen bei akzeptabler Baugröße realisiert werden. Zudem verschlechtert sich die Leistung der in Kondensatornetzteilen üblicherweise verwendeten Elektrolytkondensatoren mit der Zahl der Betriebsstunden. Aus den vorstehend genannten Gründen ist für den Betrieb von Hochleistungs-LEDs (mit einer Betriebsleistung von bis zu 4 W) der Einsatz alternativer elektronischer Lösungen erforderlich.However, since in a capacitor power supply circuit, the size of the capacitors used with increasing operating power increases sharply, only low power can be realized with an acceptable size with such a power supply. In addition, the performance of the electrolytic capacitors commonly used in capacitor power supplies deteriorates with the number of operating hours. For the reasons mentioned above, the use of high-power LEDs (with an operating power of up to 4 W) requires the use of alternative electronic solutions.

Weiterer Stand der Technik kann der europäischen Patentanmeldung EP 0 948 241 A2 entnommen werden, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Leuchtdioden offenbart.Further prior art can be found in the European patent application EP 0 948 241 A2 which discloses a method and apparatus for operating light emitting diodes.

AUFGABE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGOBJECT OF THE PRESENT INVENTION

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik, widmet sich die vorliegende Erfindung der Aufgabe, eine Stromversorgung für Lumineszenzdioden bereitzustellen, die in einfacher Weise auf unterschiedliche LEDs angepasst werden kann. Darüber hinaus soll natürlich auch ein guter Wirkungsgrad erreicht werden.Based on the above-mentioned prior art, the present invention addresses the problem of providing a power supply for light-emitting diodes, which can be easily adapted to different LEDs. In addition, of course, a good efficiency should be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele, die den Gedanken der Erfindung weiterbilden, sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.This object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments which further develop the idea of the invention are defined in the dependent claims.

ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGSUMMARY OF THE PRESENT INVENTION

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Regelungsschaltung nach dem Anspruch 1, die in einfacher Weise auf die jeweilige Stromanforderung einer LED angepasst werden kann.The present invention discloses a control circuit according to claim 1, which can be easily adapted to the respective current requirement of an LED.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Schaltungsprinzips können auch mehrere in Serie geschaltete Lumineszenzdioden an Niedervoltspannungen von mehr als 30 V angeschlossen werden. Die Regelschaltung wirkt dabei als Konstantstromquelle.When using the circuit principle according to the invention, several series-connected light-emitting diodes can be connected to low-voltage voltages of more than 30 V. The control circuit acts as a constant current source.

Das mit Hilfe dieser Regelschaltung realisierte Verfahren arbeitet nach einem Wandlerprinzip, bei dem ein periodisch um einen Gleichstromwert schwankender, dreieckförmiger Strom durch die LED fließt. Dabei ist mit Hilfe einer schaltungstechnischen Maßnahme dafür gesorgt, dass sowohl der Lade- als auch der Entladestrom eines als Speicherdrossel in Serie zu den Lumineszenzdioden geschalteten induktiven Blindwiderstands als Diodenstrom durch die Lumineszenzdioden fließt. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht in einer Reduzierung der Gesamtverlustleistung des LED-Beleuchtungsmoduls.The realized with the help of this control circuit operates on a converter principle in which a periodically fluctuates by a DC value, triangular current flows through the LED. It is ensured by means of a circuit measure that both the charging and the discharge of a connected as a storage inductor in series with the light-emitting diodes inductive reactance as a diode current flows through the light emitting diodes. The advantage of this method is a reduction in the total power loss of the LED lighting module.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Eigenschaften, Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der zugrunde liegenden Erfindung resultieren aus den untergeordneten abhängigen Patentansprüchen, welche nunmehr, bezugnehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen und anhand einer detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der zugrunde liegenden Erfindung, erläutert werden sollen. Hierbei zeigen:Further characteristics, features, advantages and expediencies of the underlying invention result from the subordinate dependent claims, which will now be explained with reference to the figures of the accompanying drawings and to a detailed description of an embodiment of the underlying invention. Hereby show:

1 ein LED-Beleuchtungsmodul, bestehend aus einer über ein Stromversorgungsnetz mit Wechselstrom gespeisten Anordnung mehrerer in Serie geschalteter Lumineszenzdioden, die auf einer Leiterplatte in einer ”Chip-on-Board”(COB)-Technologie als LED-Dice aufgebracht sind, 1 an LED lighting module, consisting of an AC-powered arrangement of a plurality of series-connected light-emitting diodes, which are mounted on a printed circuit board in a "chip-on-board" (COB) technology as an LED dice

2a eine erste Variante einer Regelschaltung zur Bereitstellung einer geregelten Stromversorgung für LEDs, bei der ein im Rückkopplungszweig zur galvanischen Entkopplung (Potenzialtrennung) verwendete Signalübertragungsglied als Optokopplerdiode realisiert ist, 2a a first variant of a control circuit for providing a regulated power supply for LEDs, in which a signal transmission element used in the feedback path for galvanic decoupling (electrical isolation) is implemented as an optocoupler diode,

2b eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Regelschaltung zur Bereitstellung einer geregelten Stromversorgung für LEDs, bei der ein im Rückkopplungszweig zur galvanischen Entkopplung (Potenzialtrennung) verwendete Signalübertragungsglied als Pegel- bzw. Potenzialversatzstufe realisiert ist und 2 B a second variant of the control circuit according to the invention for providing a regulated power supply for LEDs, in which a used in the feedback path for galvanic decoupling (potential separation) signal transmission element is implemented as a level or potential offset stage and

3 den Zeitverlauf des durch eine Lumineszenzdiode fließenden Stromes. 3 the time course of the current flowing through a light emitting diode current.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Im Folgenden werden die Funktionen der in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthaltenen Baugruppen, wie in den 1 bis 3 abgebildet, näher beschrieben. Die Bedeutung der mit Bezugszeichen versehenen Symbole in den 1 bis 3 kann der beigefügten Bezugszeichenliste entnommen werden.Hereinafter, the functions of the assemblies included in an embodiment of the present invention as shown in FIGS 1 to 3 shown, described in more detail. The meaning of the symbols provided with reference numerals in the 1 to 3 can be taken from the attached list of reference numerals.

In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines LED-Beleuchtungsmoduls 100 im Längsschnitt schematisch dargestellt. Es verfügt über eine mit Wechselstrom gespeiste Anordnung einer Anzahl von in Serie geschalteten Lumineszenzdioden D1, ..., DN, die als sogenannte LED-Dice auf einer Leiterplatte 102 in einer ”Chip-on-Board”(COB)-Technologie aufgebracht sind.In 1 is the basic structure of an LED lighting module 100 shown schematically in longitudinal section. It has an alternating current-fed arrangement of a number of series-connected light-emitting diodes D1,..., DN, which serve as a so-called LED dice on a printed circuit board 102 are applied in a "chip-on-board" (COB) technology.

Die Erfindung lässt sich indessen ebenso auf die Ansteuerung anderer Konfigurationen von LEDs und insbesondere einer einzelnen LED anwenden.However, the invention can also be applied to the driving of other configurations of LEDs and in particular a single LED.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verfügt die wärmeleitende, keramische Leiterplatte 102 des LED-Beleuchtungs moduls 100 über eine direkte Netzstromversorgung, bestehend aus einem Netzteil 104 und einem seitlich aus dem Netzteil 104 herausgeführten Anschlusskabel, Stecker und/oder Stecksockel 108 zum Anschluss an ein Wechselstromnetz. Die Lumineszenzdioden D1, ..., DN sind dabei zum Schutz vor mechanischer Beschädigung in einem transparenten Gehäuse 106 mit einer als optisch aktive Linsenfläche dienenden hochtransparenten Polymermasse 110 untergebracht.According to one embodiment of the invention, the heat-conductive, ceramic circuit board 102 of the LED lighting module 100 via a direct mains power supply, consisting of a power supply 104 and one side of the power supply 104 lead out connection cable, plug and / or socket 108 for connection to an AC mains. The light emitting diodes D1, ..., DN are to protect against mechanical damage in a transparent housing 106 with a highly transparent polymer composition serving as an optically active lens surface 110 accommodated.

Zur Erzielung einer gebündelten, homogenen Lichtverteilung im Bereich der Hauptstrahlrichtungen der einzelnen Lumineszenzdioden D1, ..., DN verfügt das erfindungsgemäße LED-Beleuchtungsmodul 100 darüber hinaus über sogenannte Fresnel-Linsen in Form einer Linsenplatte, welche zentrisch oberhalb einer jeden Lumineszenzdiode D1, ..., DN innerhalb des transparenten Gehäuses 106 positioniert und seitlich verklebt sind.To achieve a bundled, homogeneous light distribution in the region of the main beam directions of the individual light-emitting diodes D1,..., DN, the LED illumination module according to the invention has 100 In addition, via so-called Fresnel lenses in the form of a lens plate, which centrally above each LED D1, ..., DN within the transparent housing 106 positioned and glued to the side.

Um auf der Seite der Leiterplatte 102, auf der die Lumineszenzdioden D1, ..., DN aufgebracht sind, beim Vergießen der hochtransparenten Polymermasse 110 innerhalb des transparenten Gehäuses 106 die Entstehung von Luftblasen zu vermeiden, sind auf der Leiterplatte 102 Löcher eingebracht. Bei der Herstellung des LED-Beleuchtungsmoduls 100 werden die einzelnen ungehäusten LED-Dice D1, ..., DN im Rahmen eines Spritzgussverfahrens oder eines anderen geeigneten Gießverfahrens direkt mit der hochtransparenten Polymermasse 110 umspritzt. Die Polymermasse 110 besteht dabei aus einem thermisch gut leitenden Material, das elektrisch isolierend wirkt.To on the side of the circuit board 102 on which the light-emitting diodes D1, ..., DN are applied when casting the highly transparent polymer composition 110 within the transparent housing 106 to avoid the formation of air bubbles are on the circuit board 102 Holes introduced. In the manufacture of the LED lighting module 100 The individual unhoused LED dice D1, ..., DN are directly connected to the highly transparent polymer composition as part of an injection molding process or another suitable casting process 110 molded. The polymer mass 110 consists of a thermally highly conductive material that acts electrically insulating.

Da weißes Licht mit Hilfe einzelner Lumineszenzdioden nicht erzeugt werden kann, ist erfindungsgemäß die Zugabe eines Farbkonversionsmittels in die Polymermasse 110 im Bereich der Hauptstrahlrichtung oberhalb der Position monochromatische Photonenstrahlung im Spektralbereich der Farbe blau emittierender Lumineszenzdioden D1, ..., DN vorgesehen.Since white light can not be generated with the aid of individual light-emitting diodes, according to the invention it is the addition of a color-conversion agent into the polymer composition 110 in the region of the main beam direction above the position monochromatic photon radiation in the spectral range of the color of blue emitting light-emitting diodes D1, ..., DN provided.

Aufgrund einer platzsparenden Anordnung der verwendeten Bauteile und der Verwendung des oben erwähnten effizienten COB-Herstellungsverfahrens beträgt die Bauhöhe der Gesamtanordnung des erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsmoduls 100 nicht mehr als beispielsweise 1,0 cm.Due to a space-saving arrangement of the components used and the use of the above-mentioned efficient COB manufacturing process, the overall height of the overall arrangement of the LED lighting module according to the invention 100 not more than 1.0 cm, for example.

Nach einem Ausführungsbeispiel der zugrunde liegenden Erfindung sind die einzelnen Lumineszenzdioden D1, ..., DN dimmbar, wobei zur Dimmung der Helligkeit der von ihnen emittierten Photonenstrahlung eine Ansteuerung über Funk- oder Infrarotsignale bzw. einen an einen Bus angeschlossenen Mikrocontroller denkbar ist.According to one embodiment of the underlying invention, the individual light-emitting diodes D1,..., DN are dimmable, wherein a control via radio or infrared signals or a microcontroller connected to a bus is conceivable for dimming the brightness of the photon radiation emitted by them.

Das Netzteil 104 zur Gewährleistung einer direkten Netzstromversorgung der Leiterplatte 102 kann erfindungsgemäß in einem Spannungseingangsbereich von 100 V bis 277 V betrieben werden. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass das Netzteil 104 sowohl mit Wechselspannung als auch mit Gleichspannung betreibbar ist und neben dem Betrieb einzelner LEDs für den Betrieb mit seriell als auch für den Betrieb mit parallel geschalteten Lumineszenzdioden D1, ..., DN verwendet werden kann.The power supply 104 to ensure a direct mains power supply to the circuit board 102 can be operated according to the invention in a voltage input range of 100 V to 277 V. It can also be provided that the power supply 104 can be operated both with AC voltage and with DC voltage and can be used in addition to the operation of individual LEDs for operation with serial as well as for operation with parallel-connected light-emitting diodes D1, ..., DN.

Die Innenseiten des transparenten Gehäuses 106 (mit Ausnahme des lichtemittierenden Bereiches) bestehen erfindungsgemäß aus einem thermisch gut leitenden Material, das auf der Außenseite zur Wärmeabfuhr von einem elektrisch nicht leitenden Material überzogen ist. Dabei kann das transparente Gehäuse 106 mit Hilfe eines seitlich aus dem Gehäuse herausgeführten Steckers, Stecksockels und/oder Anschlusskabels 108 kontaktiert werden. The insides of the transparent housing 106 (With the exception of the light-emitting region) according to the invention consist of a thermally highly conductive material, which is coated on the outside for heat dissipation of an electrically non-conductive material. In this case, the transparent housing 106 with the help of a side led out of the housing plug, socket and / or connection cable 108 be contacted.

Nach einem Ausführungsbeispiel der zugrunde liegenden Erfindung ist dabei vorgesehen, dass um jede einzelne, als LED-Die ausgebildete Lumineszenzdiode D1, ..., DN ein parabolisch oder trichterförmig ausgeformter, aus einem thermisch gut leitfähigen, hochreflektierenden Material bestehender Reflektor einer Reflektorplatte, die auf der Unterseite elektrisch isoliert ist, von oben auf die Leiterplatte 102 aufgesetzt ist. Jeder einzelne Reflektor besteht dabei aus einem Kunststoff mit verspiegelter Innenseite.According to one embodiment of the underlying invention, it is provided that around each individual, as a LED-formed light-emitting diode D1, ..., DN a parabolic or funnel-shaped, consisting of a thermally highly conductive, highly reflective material existing reflector of a reflector plate on the bottom is electrically insulated, from the top of the circuit board 102 is attached. Each reflector consists of a plastic with mirrored inside.

Die Rückseite der Leiterplatte 102 ist erfindungsgemäß an einen Kühlkörper angekoppelt, welcher zur Übertragung der beim Betrieb des LED-Beleuchtungsmoduls 100 entstehenden Abwärme auf das Gehäuse 106 oder eine Halterung (nicht dargestellt) dient.The back of the circuit board 102 is coupled according to the invention to a heat sink, which for the transmission of the operation of the LED lighting module 100 resulting waste heat on the housing 106 or a holder (not shown) is used.

Bezugnehmend auf 2a und 2b, werden nun zwei Varianten einer erfindungsgemäßen Regelschaltung erläutert.Referring to 2a and 2 B , two variants of a control circuit according to the invention will now be explained.

Über eine Gleichrichter-Vollbrückenschaltung V1 werden die positiven und/oder negativen Netzhalbwellen des von einem Stromversorgungsnetz gelieferten Wechselstroms I Netz gleichgerichtet. An dem mit dem Masseknoten verbundenen Speicherkondensator C1 am Ausgangstor der Gleichrichter-Vollbrücke V1 liegt somit eine mit der Netzspannung U Netz variierende, geglättete und gleichgerichtete Zwischenkreisspannung U C1 an.The positive and / or negative mains half-waves of the alternating current supplied by a power supply system are rectified I network via a rectifier full bridge circuit V1. At the connected to the ground node storage capacitor C1 at the output gate of the rectifier full bridge V1 is thus a varying with the mains voltage U network , smoothed and rectified DC link voltage U C1 .

Nach dem Anlegen einer geeignet dimensionierten Steuerspannung U G an das Gate eines beispielsweise als selbstsperrender n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor realisierten ersten Halbleiter-Leistungsschalters M1 wird diese erste elektronisch steuerbare Schaltstufe elektrisch leitend, so dass ein Drainstrom zu fließen beginnt, der infolge der als Energiespeicher wirkenden Speicherdrossel L1 kontinuierlich ansteigt und als Diodenstrom I D durch die Lumineszenzdioden D1, .., DN hindurchfließt. Der Anstieg dieses Diodenstroms I D bei Ladung des Speicherdrossel L1 wird von einem ersten niederohmigen Nebenschluss-Messwiderstand R5 erfasst, der zugleich im Lastkreis des ersten Leistungsschalters M1 sowie im Steuerkreis des zweiten Leistungsschalters Q1 angeordnet und mit dem Masseknoten verbunden ist. Neben den beiden Leistungsschaltern M1 und Q1 könnte in einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung auch eine zeitabhängige Steuerung zur Umschaltung zwischen den in der Speicherdrossel L1 ablaufenden Lade- bzw. Entladevorgängen vorgesehen sein.After the application of a suitably dimensioned control voltage U G to the gate of a first semiconductor power switch M1 implemented, for example, as a normally-off n-channel MOS field-effect transistor, this first electronically controllable switching stage becomes electrically conductive, so that a drain current begins to flow which, as a result of the Energy storage acting storage inductor L1 continuously increases and flows as a diode current I D through the light emitting diodes D1, .., DN. The increase of this diode current I D when charging the storage inductor L1 is detected by a first low-impedance shunt resistor R5, which is also arranged in the load circuit of the first power switch M1 and in the control circuit of the second power switch Q1 and connected to the ground node. In addition to the two power switches M1 and Q1, a time-dependent control for switching between the charging or discharging processes taking place in the storage inductor L1 could also be provided in a design which is not in accordance with the invention.

Dieser Nebenschluss-Messwiderstand R5 kann dabei vorzugsweise als Potentiometer zur Dimmung der dem Diodenstrom I D [mA] proportionalen Lichtstärke IV [mcd] (d. h. der Helligkeit) der von den Lumineszenzdioden D1, ..., DN emittierten Photonenstrahlung ausgebildet sein.This shunt measuring resistor R5 can preferably be designed as a potentiometer for dimming the light intensity I V [mcd] (ie the brightness) proportional to the diode current I D [mA] of the photon radiation emitted by the light-emitting diodes D1,..., DN.

Sobald nun die Basis-Emitter-Spannung U BE einer z. B. als bipolarer npn-Transistor ausgebildeten zweiten elektronisch steuerbaren Schaltstufe Q1 eine bestimmte Schaltschwelle erreicht, wird der Halbleiter-Leistungsschalter Q1 elektrisch leitend, so dass ein Kollektorstrom I C zu fließen beginnt und die Gatespannung U G der ersten elektronisch steuerbaren Schaltstufe M1 vorübergehend auf ”Low”-Pegel absinkt, wodurch wiederum die Schaltstufe M1 kurzzeitig gesperrt wird. Dies hat zur Folge, dass der über die Speicherdrossel L1 aufgebaute Diodenstrom I D durch eine Freilaufdiode DF und einen zu dieser in Serie geschalteten zweiten niederohmigen Nebenschluss-Messwiderstand R4 im Parallelzweig zur Serienschaltung der Lumineszenzdioden D1, ..., DN und dem durch die Speicherdrossel L1 gebildeten induktiven Blindwiderstand XL1 abgeleitet wird.As soon as the base-emitter voltage U BE a z. B. bipolar npn transistor formed second electronically controllable switching stage Q1 reaches a certain threshold, the semiconductor power switch Q1 is electrically conductive, so that a collector current I C begins to flow and the gate voltage U G of the first electronically controllable switching stage M1 temporarily to " Low "level drops, which in turn the switching stage M1 is temporarily disabled. As a result, the diode current I D built up via the storage inductor L1 is connected through a freewheeling diode DF and a second low-resistance shunt measuring resistor R4 connected in series to the series connection of the light-emitting diodes D1,..., DN and through the storage inductor L1 formed inductive reactance X L1 is derived.

Mit Hilfe dieser verhältnismäßig einfachen schaltungstechnischen Maßnahme wird eine Gefährdung des ersten Halbleiter-Leistungstransistors M1 durch die beim Abschalten des Drainstroms I D (beim Sperren von M1) am induktiven Blindwiderstand XL1 abfallende Induktionsspannung U L1 vermieden, die ein Vielfaches der Betriebsspannung betragen kann.With the help of this relatively simple circuit measure a danger to the first semiconductor power transistor M1 by the turning off the drain current I D (when blocking M1) at the inductive reactance X L1 falling induction voltage U L1 is avoided, which can be a multiple of the operating voltage.

Die an dem niederohmigen Nebenschluss-Messwiderstand R4 abfallende Spannung U R4 dient dabei zur Erfassung des durch die Schaltschwelle der zweiten elektronisch steuerbaren Schaltstufe Q1 auf einen Minimalwert begrenzten Absinkens des durch die Lumineszenzdioden D1, ..., DN fließenden Diodenstroms I D im freilaufenden Strompfad.The falling of the low impedance shunt measuring resistor R4 voltage U R4 serves for detection of the area bounded by the switching threshold of the second electronically controllable switch circuit Q1 to a minimum value falling of the current flowing through the light emitting diodes D1, ..., DN diode current I D in the free-running current path.

Nach Rückkopplung des am zweiten Messwiderstand R4 abgegriffenen, durch die Lumineszenzdioden D1, ..., DN fließenden Diodenstromes I D auf den Steuereingang, der ersten Schaltstufe M1 über ein Signalübertragungsglied U1 zur galvanischen Entkopplung (Potenzialtrennung) der am zweiten Messwiderstand R4 abfallenden Spannung U R4 und der Gatespannung U G der ersten Schaltstufe M1 wirkt dieser übersetzte, abklingende Diodenstrom I D als ”neuer” Gatestrom I G. Das hat zur Folge, dass die Gatespannung U G der ersten elektronisch steuerbaren Schaltstufe M1 auf dem Pegelwert ”Low” verharrt und die Schaltstufe M1 daher so lange gesperrt bleibt, bis der Stromfluss durch das Signalübertragungsglied U1 unter eine bestimmte Schwelle abgesunken ist. Nachdem die Schaltstufe M1 wieder zu leiten begonnen hat, wird der oben beschriebene Vorgang in periodisch wiederkehrender Folge fortgesetzt. After feedback of the second measuring resistor R4 tapped, flowing through the light-emitting diodes D1, ..., DN diode current I D to the control input, the first switching stage M1 via a signal transmission element U1 for galvanic decoupling (potential separation) of the voltage drop across the second measuring resistor R4 voltage U R4 and the gate voltage U G of the first switching stage M1, this translated, decaying diode current I D acts as a "new" gate current I G. This has the consequence that the gate voltage U G of the first electronically controllable switching stage M1 remains at the level "low" and the switching stage M1 therefore remains disabled until the current flow through the signal transmitting member U1 has dropped below a certain threshold. After the switching stage M1 has started to conduct again, the process described above is continued in a periodically recurring sequence.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren fließt also sowohl der Lade- als auch der Entladestrom I L1 des induktiven Blindwiderstands XL1 als Diodenstrom I D durch die Anordnung der seriell geschalteten Lumineszenzdioden D1, ..., DN des erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsmoduls 100, so dass sich ein periodisch um einen Mittelwert pendelnder, dreieckförmiger Strom durch die LED ergibt.In the method according to the invention, therefore, both the charging and the discharging current I L1 of the inductive reactance X L1 flows as a diode current I D through the arrangement of the series-connected light emitting diodes D1, ..., DN of the LED illumination module according to the invention 100 , so that a periodically oscillating about an average, triangular current through the LED results.

Das im Rückkopplungszweig des an dem zweiten Messwiderstand R4 abgegriffenen, durch die Lumineszenzdioden D1, ..., DN fließenden Stromes I D auf den Steuereingang der ersten Schaltstufe M1 zur galvanischen Entkopplung (Potenzialtrennung) der an dem zweiten Messwiderstand R4 abfallenden Spannung U R4 und der Steuerspannung U G der ersten Schaltstufe M1 verwendete Signalübertragungsglied U1 kann dabei vorzugsweise als Optokopplerdiode (vgl. 2a) oder als Pegelversatzstufe (vgl. 2b) ausgebildet sein. Eine Zenerdiode Z1 dient hierbei als Spannungsbegrenzer zur Stabilisierung der an den Ausgangsklemmen der Optokopplerdiode bzw. Pegelversatzstufe U1 abgreifbaren Steuerspannung U G des ersten elektronisch steuerbaren Halbleiter-Leistungstransistors M1.The tapped in the feedback path of the second measuring resistor R4, flowing through the light-emitting diodes D1, ..., DN current I D to the control input of the first switching stage M1 for galvanic decoupling (potential separation) of the voltage drop across the second measuring resistor R4 voltage U R4 and the Control voltage U G of the first switching stage M1 used signal transmission element U1 can preferably be used as an optocoupler diode (see. 2a ) or as level offset stage (cf. 2 B ) be formed. A zener diode Z1 serves as a voltage limiter for stabilizing the control voltage U G of the first electronically controllable semiconductor power transistor M1 which can be tapped off at the output terminals of the optocoupler diode or level offset stage U1.

Bei der Realisierung der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Regelschaltung 200b mit Pegel- bzw. Potenzialversatzstufe U1 sind zusätzlich zu den für die erste Variante 200a mit Optokopplerdiode benötigten Bauelementen zwei Transistorstufen T1 und T2 sowie ein Spannungsteiler, der durch die beiden Widerstände R6 und R7 gebildet wird, erforderlich.In the realization of the second variant of the control circuit according to the invention 200b with level or potential offset stage U1 are in addition to those for the first variant 200a With optocoupler required components two transistor stages T1 and T2 and a voltage divider, which is formed by the two resistors R6 and R7, required.

In 3 ist der zeitliche Verlauf des durch die Lumineszenzdioden D1, ..., DN fließenden Diodenstroms I D abgebildet. Es handelt sich dabei, wie dargestellt, um einen periodisch um einen Mittelwert schwankenden, dreieckförmigen Wechselstrom, dessen Frequenz durch die Schaltschwellen der zur Steuerung der beiden Leistungstransistoren M1 und Q1 benötigten Steuerspannungen U G bzw. U BE, die Größe der Induktivität der den Lumineszenzdioden D1, ..., DN vorgeschalteten Drosselspule L1 und den Momentanwert der am Speicherkondensator C1 abfallenden Zwischenkreisspannung U C1 bestimmt wird. Für das in 3 skizzierte Beispiel wurden diese Parameter so dimensioniert, dass der resultierende Diodenstrom I D vorzugsweise eine Frequenz von weniger als 100 kHz aufweist.In 3 the temporal course of the current flowing through the light emitting diodes D1, ..., DN diode current I D is mapped. It is, as shown, to a periodically fluctuating around an average, triangular alternating current whose frequency through the switching thresholds required to control the two power transistors M1 and Q1 control voltages U G and U BE , the size of the inductance of the light emitting diodes D1 , ..., DN upstream inductor L1 and the instantaneous value of the voltage drop across the storage capacitor C1 DC link voltage U C1 is determined. For the in 3 sketched example, these parameters were dimensioned so that the resulting diode current I D preferably has a frequency of less than 100 kHz.

Der den Mittelwert des erhaltenen Diodenstroms I D bildende Gleichstrom-Offset kann dabei durch eine geeignete Dimensionierung der beiden Nebenschluss-Messwiderstände R4 und R5 eingestellt werden, um die Stromquelle an die jeweilige LED anzupassen. Auf diese Weise wird eine kostengünstige Anpassung des Diodenstroms I D an unterschiedliche LEDs ohne schaltungstechnische Zusatzmaßnahmen ermöglicht.The DC offset forming the mean value of the diode current I D obtained can be set by suitably dimensioning the two shunt measurement resistors R 4 and R 5 in order to adapt the current source to the respective LED. In this way, a cost-effective adjustment of the diode current I D is enabled to different LEDs without circuitry additional measures.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Kondensatornetzteilen nach dem Stand der Technik ist die erfindungsgemäße Lösung wesentlich platzsparender. Darüber hinaus sind auch anwenderspezifische integrierte Schaltungen (engl.: ”Application-Specific Integrated Circuits”, ASICs) mit einem vergleichsweise geringen Platzbedarf denkbar. Bezugszeichenliste Nr. Schaltungssymbol 100 LED-Lichtstreifensystem, bestehend aus einer über ein Stromversorgungsnetz mit Wechselstrom I Netz gespeiste Anordnung mehrerer in Serie geschalteter Lumineszenzdioden D1, ..., DN, die auf einer Leiterplatte in einer ”Chip-on-Board”(COB)-Technologie als LED-Dice aufgebracht sind 102 wärmeleitende, keramische Leiterplatte 104 Netzteil zur Gewährleistung einer direkten Netzstromversorgung der Leiterplatte 104 106 transparentes Gehäuse zum Schutz der Leiterplatte 102 und der darauf als LED-Dice montierten Lumineszenzdioden D1, ..., DN vor mechanischer Beschädigung 108 seitlich aus dem Versorgungsteil 104 herausgeführtes Anschlusskabel, Stecker und/oder Stecksockel zum Anschluss an ein Wechselstromnetz 110 als optisch aktive Linsenfläche dienende hochtransparente Polymermasse, eingebracht in das transparente Gehäuse 108 200a erste Variante der erfindungsgemäßen Regelschaltung zur Bereitstellung einer geregelten Stromversorgung für eine über ein Stromversorgungsnetz mit Wechselstrom I Netz gespeiste Anordnung mehrerer als LED-Dice auf einer Leiterplatte 102 aufgebrachter, in Serie geschalteter Lumineszenzdioden D1, ..., DN eines LED-Lichtstreifensystems 100, bei der das im Rückkopplungszweig zur galvanischen Entkopplung (Potenzialtrennung) verwendete Signalübertragungsglied als Optokopplerdiode realisiert ist 200b zweite Variante der erfindungsgemäßen Regelschaltung zur Bereitstellung einer geregelten Stromversorgung für eine über ein Stromversorgungsnetz mit Wechselstrom I Netz gespeiste Anordnung mehrerer als LED-Dice auf einer Leiterplatte 102 aufgebrachter, in Serie geschalteter Lumineszenzdioden D1, ..., DN eines LED-Lichtstreifensystems 100, bei der das im Rückkopplungszweig zur galvanischen Entkopplung (Potenzialtrennung) verwendete Signalübertragungsglied als Pegel- bzw. Potenzialversatzstufe realisiert ist 300 Zeitverlauf des durch mehrere in Serie geschaltete Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN eines solchen LED-Lichtstreifensystems 100 fließenden Stromes I D nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur geregelten Stromversorgung für eine derartige Anordnung C1 Speicherkondensator zur Bereitstellung einer (mit der Netzspannung U Netz variierenden) geglätteten und gleichgerichteten Zwischenkreisspannung U C1 am Ausgangstor der Gleichrichter-Vollbrücke V1 D1, ..., DN als LED-Dice auf einer Leiterplatte aufgebrachte, in Serie geschaltete Hochleistungs-Lumineszenzdioden (LEDs) eines LED-Lichtstreifensystems, realisiert im Rahmen einer ”Chip-on-Board”(COB)-Technologie DF Freilaufdiode, parallel geschaltet zur Serienschaltung der Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN und dem induktiven Blindwiderstand XL1 im Lastkreis, zur Vermeidung einer Gefährdung des ersten Halbleiter-Leistungstransistors M1 durch die beim Abschalten des Drainstroms I D (im Falle eines Sperrens von M1) am induktiven Blindwiderstand XL1 abfallende Induktionsspannung U L1, die ein Vielfaches der Betriebsspannung betragen kann M1 erster elektronisch steuerbarer Halbleiter-Leistungsschalter, realisiert als Feldeffekttransistor (FET), z. B. als selbstsperrender n-Kanal-MOSFET mit der Steuerspannung U G Q1 zweiter elektronisch steuerbarer Halbleiter-Leistungsschalter, realisiert als bipolarer npn-Transistor mit der Steuerspannung U BE R1 niederohmiger Lade-/Entladewiderstand im Parallelzweig der Serienschaltung aus den Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN sowie dem induktiven Blindwiderstand XL1 R2 Wirkwiderstand der Vorschaltdrossel L1 R3 Vorwiderstand im Steuerkreis des bipolaren npn-Transistors Q1 R4 zweiter niederohmiger Nebenschluss-Messwiderstand (engl.: ”Shunt”) zur Erfassung des mit Hilfe der ersten Schaltstufe M1 auf einen Minimalwert begrenzten Absinkens des während eines in der Speicherdrossel L1 ablaufenden Entladevorgangs durch die Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN und die Speicherdrossel L1 fließenden Diodenstroms I D im freilaufenden Strompfad, d. h. im Parallelzweig zur Serienschaltung aus den Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN und der Speicherdrossel, in Serie geschaltet zu der Freilaufdiode DF R5 erster niederohmiger Nebenschluss-Messwiderstand (engl.: ”Shunt”) zur Erfassung des mit Hilfe der zweiten Schaltstufe Q1 auf einen Maximalwert begrenzten Ansteigens des durch die Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN fließenden Diodenstroms I D, vorzugsweise realisiert als einstellbarer Widerstand (Potentiometer) zur Helligkeits-Dimmung der Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN, welcher zugleich im Lastkreis des ersten Leistungsschalters M1 sowie im Steuerkreis des zweiten Leistungsschalters Q1 angeordnet sowie mit dem Masseknoten verbunden ist R6 erster Widerstand eines aus R6 und R7 bestehenden Spannungsteilers für die im Rahmen der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Regelschaltung 200b als Signalübertragungsglied U1 vorgesehene Pegel- bzw. Potenzialversatzstufe R7 zweiter Widerstand eines aus R6 und R7 bestehenden Spannungsteilers für die im Rahmen der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Regelschaltung 200b als Signalübertragungsglied U1 vorgesehene Pegel- bzw. Potenzialversatzstufe T1 erste Transistorstufe für die im Rahmen der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Regelschaltung 200b als Signalübertragungsglied U1 vorgesehene Pegel- bzw. Potenzialversatzstufe, realisiert als bipolarer pnp-Transistor T2 zweite Transistorstufe für die im Rahmen der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Regelschaltung 200b als Signalübertragungsglied U1 vorgesehene Pegel- bzw. Potenzialversatzstufe, realisiert als bipolarer npn-Transistor U1 Signalübertragungsglied im Rückkopplungszweig des an dem zweiten Messwiderstand R4 abgegriffenen, durch die Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN fließenden Stromes I D auf den Steuereingang der ersten Schaltstufe M1 zur galvanischen Entkopplung (Potenzialtrennung) der an dem zweiten Messwiderstand R4 abfallenden Spannung U R4 und der Steuerspannung U G der ersten Schaltstufe M1, realisiert als Optokopplerdiode (vgl. Fig. 2a) bzw. als Pegel- bzw. Potenzialversatzstufe (vgl. Fig. 2b) V1 Gleichrichter-Vollbrücke zur Gleichrichtung der positiven und/oder negativen Netzhalbwellen des von einem Stromversorgungsnetz gelieferten Wechselstroms I Netz XL1 induktiver Blindwiderstand einer Spule L1, als Vorschaltdrossel zur Filterung von Oberwellen in Serie geschaltet zu den Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN, zur Verlängerung der Stromflussdauer des durch die Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN fließenden Stromes I D Z1 Zenerdiode als Spannungsbegrenzer zur Stabilisierung der Eingangsspannung U Z1 an den Ausgangsklemmen 3 und 4 der Optokopplerdiode, Pegel- bzw. Potenzialversatzstufe U1 μP Mikroprozessor zur Regelung des als Potentiometer ausgebildeten Vorwiderstands R3 zwecks Dimmung der Hochleistungs-Lumineszenzdioden D1, ..., DN In contrast to conventional capacitor power supplies according to the prior art, the solution according to the invention is much more space-saving. In addition, user-specific integrated circuits (English: "application-specific integrated circuits", ASICs) with a relatively small footprint are conceivable. LIST OF REFERENCE NUMBERS No. circuit symbol 100 LED lighting strip system, comprising a powered via a power supply network with alternating current I grid arrangement of a plurality of series connected light emitting diodes D1, ..., DN, the (COB) technology on a circuit board in a "chip-on-board" as LED Dice are upset 102 thermally conductive, ceramic circuit board 104 Power supply for ensuring a direct mains power supply of the printed circuit board 104 106 transparent housing to protect the printed circuit board 102 and the light emitting diodes D1, ..., DN mounted thereon as LED dice against mechanical damage 108 laterally from the supply part 104 led out connecting cable, plug and / or socket for connection to an AC mains 110 serving as the optically active lens surface highly transparent polymer composition, introduced into the transparent housing 108 200a first variant of the control circuit according to the invention for providing a regulated power supply for a powered via a power grid with AC I grid arrangement of several as a LED dice on a circuit board 102 applied, connected in series light-emitting diodes D1, ..., DN of an LED light stripe system 100 in which the signal transmission element used in the feedback path for galvanic decoupling (electrical isolation) is implemented as an optocoupler diode 200b second variant of the control circuit according to the invention for providing a regulated power supply for a powered via a power grid with AC I grid arrangement of several as a LED dice on a circuit board 102 applied, connected in series light-emitting diodes D1, ..., DN of an LED light stripe system 100 , in which the signal transmission element used in the feedback path for galvanic decoupling (potential separation) is implemented as a level or potential offset stage 300 Time course of the series-connected high-power light-emitting diodes D1, ..., DN of such an LED light stripe system 100 flowing current I D after performing the method according to the invention for the regulated power supply for such an arrangement C1 Storage capacitor for providing a smoothed and rectified intermediate circuit voltage U C1 (varying with the mains voltage U network ) at the output gate of the rectifier full bridge V1 D1, ..., DN LED dice on a printed circuit board, series-connected high-performance light-emitting diodes (LEDs) of an LED light strip system, realized as part of a chip-on-board (COB) technology DF Freewheeling diode, connected in parallel with the series connection of the high-performance light emitting diodes D1, ..., DN and the inductive reactance X L1 in the load circuit, to avoid endangering the first semiconductor power transistor M1 by the shutdown of the drain current I D (in the case of blocking of M1) at the inductive reactance X L1 falling induction voltage U L1 , which may be a multiple of the operating voltage M1 first electronically controllable semiconductor power switch realized as field effect transistor (FET), e.g. B. as a self-locking n-channel MOSFET with the control voltage U G. Q1 second electronically controllable semiconductor power switch, realized as bipolar npn transistor with the control voltage U BE R1 Low-impedance charge / discharge in parallel branch of the series circuit of the high-performance light emitting diodes D1, ..., DN and the inductive reactance X L1 R2 Effective resistance of the series choke L1 R3 Pre-resistor in the control circuit of the bipolar npn transistor Q1 R4 second low-impedance shunt measuring resistor (English: "shunt") for detecting the limited by means of the first switching stage M1 to a minimum sinking of the running in the storage inductor L1 discharging by the high-performance light emitting diodes D1, ..., DN and the Storage inductor L1 flowing diode current I D in the free-running current path, ie in the parallel branch to the series circuit of the high-performance light-emitting diodes D1, ..., DN and the storage inductor, connected in series with the freewheeling diode DF R5 first low-resistance shunt measuring resistor (English: "shunt") for detecting the limited by means of the second switching stage Q1 to a maximum value increase of the current flowing through the high-power light emitting diodes D1, ..., DN diode current I D , preferably realized as an adjustable resistor (Potentiometer) for brightness dimming of the high-performance light emitting diodes D1, ..., DN, which at the same time in the load circuit of the first circuit breaker M1 and in the control circuit of the second circuit breaker Q1 is arranged and connected to the ground node R6 first resistor of a voltage divider consisting of R6 and R7 for the in the context of the second variant of the control circuit according to the invention 200b provided as signal transmission element U1 level or potential offset stage R7 second resistor of a voltage divider consisting of R6 and R7 for the in the context of the second variant of the control circuit according to the invention 200b provided as signal transmission element U1 level or potential offset stage T1 first transistor stage for in the context of the second variant of the control circuit according to the invention 200b provided as a signal transmission element U1 level or potential offset stage, realized as a bipolar PNP transistor T2 second transistor stage for in the context of the second variant of the control circuit according to the invention 200b provided as a signal transmission element U1 level or potential offset stage, realized as a bipolar npn transistor U1 Signal transmission member in the feedback branch of the tapped at the second measuring resistor R4, flowing through the high-power light emitting diodes D1, ..., DN current I D to the control input of the first switching stage M1 for galvanic decoupling (potential separation) of the voltage drop across the second measuring resistor R4 voltage U R4 and the control voltage U G of the first switching stage M1, realized as an optocoupler diode (see Fig. 2a) or as a level or potential offset stage (see Fig .. 2b) V1 Rectifier full-bridge for rectifying the positive and / or negative half-circuits of the mains supplied by a power grid alternating current I network X L1 Inductive reactance of a coil L1, as a ballast choke for filtering harmonics in series with the high-performance light emitting diodes D1, ..., DN, to extend the current flow duration of the current flowing through the high-power light emitting diodes D1, ..., DN current I D Z1 Zener diode as a voltage limiter for stabilizing the input voltage U Z1 at the output terminals 3 and 4 of the optocoupler diode, level or potential offset stage U1 uP Microprocessor for controlling the series resistance R3 designed as a potentiometer for dimming the high-power light-emitting diodes D1,..., DN

Claims (13)

Stromversorgungsanordnung für wenigstens eine Lumineszenzdiode, aufweisend: – mindestens einen als Speicherdrossel (L1) in Serie zu der Lumineszenzdiode (D1, ..., DN) geschalteten induktiven Blindwiderstand, – wenigstens eine Schaltstufe (M1, Q1) zur Umschaltung zwischen den in der Speicherdrossel (L1) ablaufenden Lade- bzw. Entladevorgängen, derart, dass durch die Lumineszenzdiode ein periodisch um einen Gleichstromwert (ID0) schwankender, ansteigender und abfallender Diodenstrom (ID) fliesst, – einen parallel zur Serienschaltung der Lumineszenzdioden (D1, ..., DN) und der Speicherdrossel (L1) geschalteten freilaufenden Strompfad für wenigstens einen Teil des von der Speicherdrossel (L1) bei Sperrung der ersten Schaltstufe (M1) an die Lumineszenzdioden (D1, ..., DN) abgegebenen Entladestroms, – einen ersten Nebenschluss-Messwiderstand (R5) zur Erfassung des durch die Lumineszenzdioden (D1, ..., DN) während eines in der Speicherdrossel (L1) ablaufenden Ladevorgangs fließenden Diodenstroms (ID), und – einen zweiten Nebenschlusswiderstand (R4) zur Messung des bei gesperrter Schaltstufe durch die Lumineszenzdiode fliessenden abfallenden Stroms, – wobei die Schaltstufe ausgebildet ist, um die Speicherdrossel zu entladen, wenn der Strom durch die Lumineszenzdiode einen ersten Schwellwert erreicht hat, und um die Speicherdrossel zu laden, wenn der Strom durch die Lumineszenzdiode einen zweiten Schwellwert erreicht hat, – wobei der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert und damit der den Mittelwert des resultierenden dreieckförmigen Diodenstroms (ID) bildende Gleichstrom-Offset durch Widerstandsdimensionierung der Nebenschluss-Messwiderstände einstellbar ist.Power supply arrangement for at least one light-emitting diode, comprising: - at least one inductive reactance connected as a storage inductor (L1) in series with the light-emitting diode (D1, ..., DN), - At least one switching stage (M1, Q1) for switching between running in the storage inductor (L1) charging or discharging, such that by the light emitting diode periodically by a direct current value (I D0 ) fluctuating, increasing and decreasing diode current (I D ) flows, - a parallel to the series connection of the light-emitting diodes (D1, ..., DN) and the storage inductor (L1) connected free-running current path for at least a portion of the storage inductor (L1) upon blocking of the first switching stage (M1) to the light emitting diodes (D1, ..., DN) discharged discharge current, - a first shunt measuring resistor (R5) for detecting the by the light emitting diodes (D1, ..., DN) during a running in the storage inductor (L1) charging diode current (I D ), and - a second shunt resistor (R4) for measuring the falling current flowing through the light-emitting diode when the switching stage is blocked, - wherein the switching stage excludes e is set to discharge the storage choke when the current through the light emitting diode has reached a first threshold, and to charge the storage choke when the current through the light emitting diode has reached a second threshold, - the first threshold and the second threshold and so that the mean value of the resulting triangular diode current (I D ) forming DC offset is adjustable by resistance dimensioning of the shunt resistors. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nebenschluss-Messwiderstand (R5) zum Dimmen der Lumineszenzdioden (D1, ..., DN) einstellbar ist.Power supply arrangement according to claim 1, characterized in that the first shunt measuring resistor (R5) for dimming the light-emitting diodes (D1, ..., DN) is adjustable. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 2, bei der der erste Nebenschluss-Messwiderstand (R5) mit einem Masseknoten verbunden ist.Power supply arrangement according to claim 2, wherein the first shunt measuring resistor (R5) is connected to a ground node. Stromversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein zur Potentialtrennung der an dem zweiten Messwiderstand (R4) abfallenden Spannung und der Steuerspannung (UG) der ersten Schaltstufe (M1) dienendes Signalübertragungsglied (U1) zur Rückkopplung des an dem zweiten Messwiderstand (R4) abgegriffenen, durch die Lumineszenzdioden (D1, ..., DN) fließenden Stromes (ID) auf den Steuereingang der ersten Schaltstufe (M1).Power supply arrangement according to one of Claims 1 to 3, characterized by a signal transmission element (U1) serving to isolate the voltage dropping at the second measuring resistor (R4) and the control voltage (U G ) of the first switching stage (M1) for feeding back the second measuring resistor ( R4), through the light-emitting diodes (D1, ..., DN) flowing current (I D ) to the control input of the first switching stage (M1). Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zur Potenzialtrennung eingesetzten Signalübertragungsglied (U1) um eine Optokopplerdiode handelt.Power supply arrangement according to Claim 4, characterized in that the signal transmission element (U1) used for electrical isolation is an optocoupler diode. Stromversorgungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zur Potenzialtrennung eingesetzten Signalübertragungsglied (U1) um eine Pegelversatzstufe handelt.Power supply arrangement according to Claim 4, characterized in that the signal transmission element (U1) used for electrical isolation is a level offset stage. Stromversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Zenerdiode (Z1) als Spannungsbegrenzer zur Stabilisierung der an den Ausgangsklemmen der Optokopplerdiode, Pegel- bzw. Potenzialversatzstufe (U1) abgreifbaren Steuerspannung (UG) des ersten elektronisch steuerbaren Halbleiter-Leistungstransistors (M1).Power supply arrangement according to one of Claims 1 to 6, characterized by a zener diode (Z1) as a voltage limiter for stabilizing the control voltage (UG) of the first electronically controllable semiconductor power transistor (M1) which can be tapped off at the output terminals of the optocoupler diode, level or potential offset stage (U1). , Stromversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine antiparallel zu der Serienschaltung der Lumineszenzdioden (D1, ..., DN) und der Speicherdrossel (L1) geschaltete Freilaufdiode (DF) im freilaufenden Strompfad.Power supply arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized by an antiparallel to the series circuit of the light-emitting diodes (D1, ..., DN) and the storage inductor (L1) connected freewheeling diode (DF) in the free-running current path. Stromversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Potentiometer (R3) als Vorwiderstand im Steuerkreis des ersten Halbleiter-Leistungstransistors (M1) zur Dimmung der dem Diodenstrom (ID) proportionalen Lichtstärke (IV) der von den Lumineszenzdioden (D1, ..., DN) emittierten Strahlung.Power supply arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized by a potentiometer (R3) as a series resistor in the control circuit of the first semiconductor power transistor (M1) for dimming the diode current (I D ) proportional to the light intensity (I V ) of the light emitting diodes (D1, ..., DN) emitted radiation. Stromversorgungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Helligkeit der Lumineszenzdiode über Funk- oder Infrarotsignale ansteuerbar ist.Power supply arrangement according to one of the preceding claims, wherein the brightness of the light-emitting diode via radio or infrared signals can be controlled. Verfahren zur Stromversorgung wenigstens einer Lumineszenzdiode, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Laden einer Speicherdrossel (L1), die in Serie zu der Lumineszenzdiode (D1, ..., DN) geschaltet ist, durch Einschalten einer Schaltstufe (M1, Q1), – Sperren der Schaltstufe, so dass sich die Speicherdrossel (L1) über einen parallel zur Serienschaltung der Lumineszenzdiode (D1, ..., DN) und der Speicherdrossel (L1) geschalteten freilaufenden Strompfad entlädt, wenn ein Strom durch die Lumineszenzdiode (D1, ..., DN) einen ersten Schwellwert erreicht hat, – Messung des bei gesperrter Schaltstufe durch die Lumineszenzdiode (D1, ..., DN) fließenden abfallenden Stroms, – Einschalten der Schaltstufe, sobald der gemessene abfallende Strom durch die Lumineszenzdiode (D1, ..., DN) einen zweiten Schwellenwert erreicht hat, so dass sich durch die Lumineszenzdiode (D1, ..., DN) periodisch ein um einen Gleichstromwert schwankender ansteigender und abfallender Strom einstellt, wobei der bei eingeschalteter Schaltstufe die Speicherdrossel (L1) ladende ansteigende Strom über einen ersten Nebenschluss-Messwiderstand (R5) gemessen wird, und der bei gesperrter Schaltstufe durch die Lumineszenzdiode (D1, ..., DN) fließende abfallende Strom durch einen zweiten Nebenschluss-Messwiderstand (R4) gemessen wird, und wobei der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert und damit der den Mittelwert des resultierenden dreieckförmigen Diodenstroms (ID) bildende Gleichstrom-Offset durch Widerstandsdimensionierung der Nebenschluss-Messwiderstände einstellbar ist.Method for supplying power to at least one light-emitting diode, the method comprising the following steps: charging a storage inductor (L1) connected in series with the light-emitting diode (D1, ..., DN) by switching on a switching stage (M1, Q1), Disabling the switching stage, so that the storage inductor (L1) discharges via a parallel to the series connection of the light emitting diode (D1, ..., DN) and the storage inductor (L1) connected freewheeling current path when a current through the light emitting diode (D1,. , DN) has reached a first threshold value, - measurement of the falling current flowing through the light-emitting diode (D1, ..., DN) when the switching stage is disabled, - switching on the switching stage as soon as the measured falling current through the light-emitting diode (D1,. .., DN) has reached a second threshold value so that a rising and falling current fluctuating by a direct current value periodically sets through the light-emitting diode (D1, ..., DN), the rising current loading the storage inductor (L1) when the switching stage is switched on Current is measured via a first shunt measuring resistor (R5), and the falling current flowing in the locked switching stage through the light-emitting diode (D1, ..., DN) is measured by a second shunt measuring resistor (R4), and wherein the first threshold value and the second threshold value and thus the mean value of the resulting triangular diode current (I D ) forming DC offset is adjustable by resistance sizing of the shunt measuring resistors. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der erste Nebenschluss-Messwiderstand (R5) mit einem Masseknoten verbunden ist.The method of claim 11, wherein the first shunt sense resistor (R5) is connected to a ground node. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem der Widerstandswert des ersten Nebenschluss-Messwiderstands (R5) einstellbar ist.Method according to one of claims 11 or 12, wherein the resistance value of the first shunt measuring resistor (R5) is adjustable.
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