Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von LEDs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum

Betreiben von LEDs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 24.

Technisches Gebiet

Derartige Vorrichtungen werden in Beleuchtungssystemen verwendet, um eine farbige oder flächige Beleuchtung von Räumen, Wegen oder auch Fluchtwegen zu erreichen. Üblicherweise werden dabei die

Leuchtmittel von Betriebsgeräten angesteuert und bei Bedarf aktiviert. Für eine derartige Beleuchtung werden organische oder anorganische Leuchtdioden (LED) als Lichtquelle genutzt.

Stand der Technik

Zur Beleuchtung werden anstelle von Gasentladungslampen und Glühlampen immer häufiger auch Leuchtdioden als Lichtquelle eingesetzt. Die Effizienz und Lichtausbeute von Leuchtdioden wird immer stärker erhöht, so dass sie bei verschiedenen Anwendungen der Allgemeinbeleuchtung bereits zum Einsatz kommen. Allerdings sind Leuchtdioden Punktlichtquellen und strahlen stark gebündeltes Licht aus.

Heutige LED Beleuchtungssystem haben oft jedoch den Nachteil, dass aufgrund von Alterung oder durch Austausch einzelner LEDs oder LED Module sich die Farbabgabe oder die Helligkeit verändern kann. Zudem hat die Sekundäroptik einen Einfluss auf das Thermomanagement, da die Wärmeabstrahlung behindert wird. Zudem kann es aufgrund von Alterung und Wärmeeinwirkung zu einer Veränderung des Phosphors der LED kommen.

Darstellung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Leuchtmittel und ein Verfahren bereitzustellen, welches das gleichmäßige und farbechte Ausleuchten einer Fläche durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden ohne die oben genannten Nachteile bzw. unter einer deutlichen Reduzierung dieser Nachteile ermöglicht.

Diese Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung

erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des

Patentanspruchs 1 und für ein Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 24 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die erfindungsgemäße Lösung für eine Vorrichtung zum Betreiben von LEDs (organische oder anorganische Leuchtdioden) beruht auf dem Gedanken, dass ein LED-Modul mit wenigstens einer LED von einem Treiber-Modul angesteuert wird,

wobei das LED-Modul über einen ersten Anschluß von dem Treiber- Modul mit einem Strom gespeist wird und ein zweiter Anschluß als Masse-Verbindung vorhanden ist. Das LED-Modul verfügt über einen dritten Anschluß, der als Daten-Kanal ausgebildet ist Der dritte

Anschluß ist mit dem Treiber-Modul verbunden, wobei auf dem Daten- Kanal eine Spannung anliegt, die von dem Treiber-Modul gespeist wird.

Auf diese Weise ist es möglich, eine sehr gleichbleibende und

gleichmäßige Ausleuchtung einer Fläche durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden zu erreichen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen LED-Moduls Fig. 2 zeigt Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Übertragung der Informationen

Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem LED-Modul 11 und einem Treiber-Modul 10.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 zum Betreiben von LEDs 13 erklärt. Diese

Vorrichtung weist ein Treiber-Modul 10 auf, und ein von dem Treiber- Modul 10 angesteuertes LED-Modul 11 mit wenigstens einer LED 13 (LED).

Das Treiber-Modul 10 verfügt über einen ersten Anschluß 1, über den das daran angeschlossene LED-Modull l von dem Treiber-Modul 10 mit einem Strom gespeist werden kann. Dieser Strom dient zur Speisung der LED 13. Weiterhin verfügt das Treiber-Modul 10 über einen zweiten Anschluß 2, der als Masse-Verbindung (GND) vorhanden ist.

Das LED-Modul 11 verfügt über einen ersten Anschluß 1, über den das LED-Modul 11 von dem Treiber-Modul 10 mit einem Strom gespeist wird und über einen zweiten Anschluß 2 als Masse-Verbindung. Es können sich mehrere LED 13 auf einem gemeinsamen LED-Modul 11 befinden. Das LED-Modul 11 und auch das Treiber-Modul 10 verfügen somit über nur zwei Anschlüsse, wobei gemäß der Erfindung sowohl eine Energie zur Speisung der LED 13 als auch Informationen übertragen werden können. Die Verbindung zum Speisen des LED-Modul 11 ist somit gleichzeitig als Daten-Kanal ausgebildet. Es sind also die Anschlüsse von dem LED-Modul 11 und dem Treiber-Modul 10 miteinander verbunden.

Die Anschlüsse des Treiber-Modul 10 und des LED-Modul 11 sind über die Verdrahtung 4 verbunden. Es ist somit eine Verbindung zum

Speisen der LED 13 neben einer Masse-Verbindung vorhanden.

Das Treiber-Modul 10 kann zeitweise die Spannung an dem ersten Anschluß 1 absenken und die Spannung an dem ersten Anschluß 1 überwachen, und dazu ausgelegt sein, eine Änderung der Spannung an diesem Anschluß 1 als Übertragung von Informationen von dem LED- Modul 11 auszuwerten. Typischerweise liegt die abgesenkte Spannung unterhalb der Durchlaßspannung (VF) der LED 13, so dass in der Phase der abgesenkten Spannung die LED 13 nicht aktiv ist, also leuchtet. Die abgesenkte Spannung kann beispielsweise im Bereich von ca. 5 Volt liegen. Es ist somit der Zeitbereich der abgesenkten Spannung der Zeitraum, in dem der Daten-Kanal aktiv ist. Dieser Zeitbereich der abgesenkten Spannung (wo der Daten-Kanal aktiv ist) kann wiederholt mit einer niedrigen Frequenz und kurzen Zeitdauer aktiviert werden, beispielsweise mit einem Einschaltverhältnis von 2 Prozent im Vergleich zu einer Zeitdauer von 98 Prozent für das Anliegen der Speisespannung für die LED 13 (beispielsweise bei einer Frequenz von 100 oder 400 Hertz). Symbolisch ist dieser Ablauf in Fig. 2a dargestellt, wobei zur besseren Darstellung der Zeitraum des Daten-Kanals nicht

maßstabsgetreu abgebildet ist. Der Daten-Kanal kann aber

beispielsweise nur jeweils nach mehreren Sekunden oder gar Minuten kurzzeitig aktiviert werden (Beispiel Fig. 2b).

Das LED-Modul 11 kann dazu ausgelegt sein, die abgesenkte Spannung an dem ersten Anschluß 1 zum Senden von Informationen

kurzzuschließen. Dies kann beispielsweise durch einen Schalter Sl erfolgen, der kurzzeitig den ersten Anschluß (Daten-Kanal) mit dem zweiten Anschluß (Masse-Verbindung (GND)) kurz schließt.

Die von dem LED-Modul 11 gesendeten Informationen können eine Auskunft über einen Parameter des LED-Modul 11 (beispielsweise den Nennstrom oder einen Farbort) oder den Status des LED-Modul 11 (einen Fehler, die Temperatur der LED oder die Betriebsstunden) enthalten. Die abgesenkte Spannung kann zum Speisen einer Logikschaltung (LS) 14 auf dem LED-Modul 11 verwendet weiden. Die Logikschaltung 14 kann beispielsweise einen MikroController aufweisen, der die Spannung am Daten-Kanal überwachen kann und auch das Senden eines Signals auf dem Daten-Kanal steuern kann. Beispielsweise kann die

Logikschaltung LS 14 einen Schalter Sl ansteuern, der kurzzeitig den ersten Anschluß 1 mit dem zweiten Anschluß (Masse-Verbindung

(GND)) kurz schließt.

Die abgesenkte Spannung kann zum Speisen eines Sensors verwendet werden, der auf dem LED-Modul 11 angeordnet ist oder der mit dem LED-Modul 11 verbunden ist. Die von dem LED-Modul 11 gesendeten Informationen kann eine Auskunft über den Status des Sensors oder ein von dem Sensor erfasstes Signal beinhalten.

Über den Daten-Kanal kann eine Adressinformation übertragen werden. Auf diese Weise können bei Anschluß mehrerer LED-Module 11 an ein Treiber-Modul 10 die einzelnen LED-Module 11 identifiziert werden und die LED-Module 11 können einzeln und selektiv Rückmeldungen

(spezifische Informationen senden) geben. Die Informationen von dem LED-Modul 11 können nach einer Aufforderung durch das Treiber-Modul 10 gesendet werden.

Das Treiber-Modul 10 kann beispielsweise eine Speiseeinheit,

beispielsweise einen Schaltregler, aufweisen, der dazu ausgelegt ist, an dem ersten Anschluß 1 sowohl eine hohe Spannung zur Speisung der LED 13 als auch eine abgesenkte Spannung einzuspeisen. Es können aber auch zwei Speiseeinheiten vorhanden sein, wobei die erste

Speiseeinheit zum Bereitstellen der hohen Spannung zur Speisung der LED 13 (Speisespannung) dient und eine zweite Speiseeinheit zum Speisen der abgesenkten Spannung vorhanden sein, wobei zwischen den beiden Speiseeinheiten umgeschaltet werden kann. Die

Umschaltung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass beide

Speiseeinheiten über Dioden voneinander entkoppelt sind und nur selektiv aktiviert werden. Wenn das LED-Modul 11 zwei Speiseeinheiten aufweist, kann dadurch in einem möglichen Stand-by Betreib ein sehr effizienter Betrieb ermöglicht werden(später erläutert). Es kann das Treiber-Modul 10 weiterhin eine Überwachungsschaltung zum

Überwachen der Spannung am ersten Anschluß 1 aufweisen.

Die Speisung der LED 13 mit einer hohen Spannung kann auch derart erfolgen, dass ein bestimmter Strom an dem ersten Anschluß 1 ausgegeben wird. Das Treiber-Modul 10 kann die Amplitude des

Stromes regeln. Gleichzeitig muß dieser Strom aber auch bei einer bestimmten Spannung ausgegeben werden, damit die

Durchlaßspannung (VF) der LED 13 erreicht wird. Es liegt also bei Betrieb der LED 13 eine relativ hohe Spannung an dem LED-Modul 11 an (die Speisespannung), das Treiber-Modul 10 regelt dabei jedoch üblicherweise auf den ausgegebenen Strom.

Das Treiber-Modul 10 kann auch eine abgesenkte Spannung einspeisen und somit den Daten-Kanal aktiv halten, wenn das LED-Modul 11 nicht über den ersten Anschluß 1 von dem Treiber-Modul 10 mit einem Speise-Strom zum Betreiben der LED 13 gespeist wird. Das LED-Modul 11 kann auch Informationen senden, wenn das LED-Modul 11 nicht über den ersten Anschluß 1 von dem Treiber-Modul 10 mit einem Speise-Strom zum Betreiben der LED 13 gespeist wird. So kann der Daten-Kanal auch in einem Stand-by Modus von dem Treiber-Modul 10 mit einer abgesenkten Spannung gespeist werden und eine

Kommunikation zwischen LED-Modul 11 und Treiber-Modul 10 ist auch in diesem Stand-by Modus möglich.

Das LED-Modul 11 kann über einen Speicher verfügen, der von dem Treiber-Modul 10 über den Daten-Kanal ausgelesen werden kann.

Das Treiber-Modul 10 kann dazu ausgelegt sein, die Spannung an seinem Ausgang in dem Zeitraum der abgesenkten Spannung zu überwachen und eine Änderung der Spannung an diesem Ausgang kann als Übertragung von Informationen auswertet werden. Diese

Auswertung der Spannung an dem ersten Anschluß 1 kan also zum Empfangen von Informationen, die von dem LED-Modul 11 gesendet wurden, genutzt werden.

Das Treiber-Modul 10 die Spannung kann an seinem ersten Anschluß 1 kurzzeitig absenken und diese abgesenkte Spannung modulieren, vorzugsweise in Form eines pulsmodulierten Signals, um so einen Daten-Kanal zur Verfügung zu stellen und um eine Information an das LED-Modul 11 zu senden.

Das Treiber-Modul 10 kann regelmäßig den Speicher des LED-Modul 11 auslesen und nach dem Austausch des LED-Moduls 11 die ausgelesenen Speicher-Informationen in dem Speicher des neuen LED-Moduls 11 abgelegt werden. Die Signalisierung zum Auslesen des Speichers auf dem LED-Modul 11 kann durch den Benutzer durch eine Schaltfolge an der Versorgungsspannung, einen digitalen Steuerbefehl oder durch eine andere Signalisierung erfolgen. Das Treiber-Modul 10 kann die im Speicher abgelegte Information nach dem Auslesen von einem LED- Modul 11 auch über den Daten-Kanal auch an andere LED-Module 11 weiterleiten.

Das Treiber-Modul 10 kann mehrere LED-Module 11 über denselben ersten Anschluß 1 zur Speisung mit Strom speisen und über denselben ersten Anschluß 1 mit mehreren LED-Modulen 11 Informationen austauschen.

Es können beispielsweise ein oder mehrere LED-Module 11 abgeschaltet werden, indem über den Daten-Kanal eine entsprechende Abschalt- Information an diese LED-Module 11 übertragen wird und diese daraufhin den Strom durch die LED 13 unterbrechen.

Der Sensor kann ein Farbsensor (bspw. CCD Sensor oder eine

Photodiode mit Farbfilter) sein. Der Farbsensor kann so platziert sein, dass er einen Teil des von den LED Modulen 11 abgestrahlten Lichtes empfangen kann. Der Farbsensor kann so platziert sein, dass er gegen Umgebungslicht abgeschottet ist und nur von den LED Modulen 11 abgestrahltes Licht empfangen kann. Der Sensor kann aber auch auf dem Reflektor der LED Leuchte platziert werden. Der Sensor kann so platziert sein, dass er direkt oder indirekt das Licht der LED 13 des LED-Modules 11 empfängt.

Der Sensor kann ein Helligkeitssensor (bspw. eine Photodiode) sein. Der Sensor kann ein Umgebungslichtsensor oder ein Kunstlichtsensor sein. Der Sensor, beispielsweise ein Kunstlichtsensor, kann so platziert sein, dass er gegen Umgebungslicht abgeschottet ist und nur von den LED Modulen 11 abgestrahltes Licht empfangen kann. Der Sensor kann so platziert sein, dass er direkt oder indirekt das Licht der LED 13 des LED-Modules 11 empfängt. Der Sensor, vorzugsweise als ein

Umgebungslichtsensor, kann so platziert sein, dass er nur

Umgebungslicht empfangen kann und gegen von den LED Modulen 11 abgestrahltes Licht abgeschottet ist. Eine derartige Abschottung kann beispielsweise durch einen Farbfilter oder auch durch eine physische Trennung wie beispielsweise eine Art Trennwand zwischen LED 13 und Sensor erreicht werden Der Sensor kann auch auf dem Reflektor der LED Leuchte platziert werden.

Der Sensor kann auch ein Anwesenheitssensor oder Bewegungssensor sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Sensor auch ein

Temperatursensor sein. Der Sensor kann auch durch eine Kombination von mehreren verschiedenen Sensoren gebildet werden. Beispielsweise können sich in einem Gehäuse mehrere Sensoren befinden, die durch eine gemeinsame Elektronik ausgewertet werden (auch möglich als Multi-Chip- Anordnung).

Auf dem LED-Modul 11 kann auch, eine Kunstlast angeordnet sein, die mit dem ersten Anschluß 1 verbunden ist, wobei diese Kunstlast in der Phase der abgesenkten Spannung den ersten Anschluß 1 belasten kann und diese Belastung durch das Treiber-Modul 10 als Information von dem LED-Modul 11 ausgewertet werden kann. Die Kunstlast kann vorzugsweise durch eine lineare Stromquelle oder ein passives Bauteil, vorzugsweise einen Widerstand, gebildet werden. Die Kunstlast kann auch derart ausgelegt sein, dass eine Absenkung der Spannung am ersten Anschluß 1 bewirkt, dass die Kunstlast ein vorgegebenes zeitliches Verhalten aufweist und die Belastung gemäß einer vorgegebenen Kurve ändert. Dies kann beispielsweise durch Aufoder Entladen eines Kondensators erfolgen.

Der Verlauf der Änderung der Belastung kann durch das Treiber-Modul 10 ausgewertet werden und die vom LED-Modul 11 übertragene

Information somit ausgelesen werden.

Das Treiber-Modul 10 kann dazu ausgelegt sein, sowohl analoge

Informationen, vorzugsweise aufgrund der Belastung mit einer

Kunstlast, als auch digitale Informationen, vorzugsweise durch pulsweitenmodulierte Signale, von dem LED-Modul 11 zu empfangen.

Das Treiber-Modul 10 kann dazu ausgelegt sein, zu erkennen, ob eine digitale Übertragung (aufgrund einer Änderung der Belastung nach einem Pulsmuster, welches durch die codierte Absenkung der Spannung erkannt werden kann) oder eine analoge Übertragung durch das LED- Modul 11 erfolgt.

Somit kann auch eine Leuchte mit LED 13, aufweisend eine gemäß der Erfindung aufgebaut werden

Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben von LEDs 13, ermöglicht wobei LED-Modul 11 mit wenigstens einer LED 13 von einem Treiber- Modul 11 angesteuert wird, und ein Daten-Kanal zur Übertragung von Informationen über das LED-Modul 11 vorhanden ist,

wobei der Daten-Kanal dauerhaft von dem Treiber-Modul 10 mit einer Spannung gespeist wird und das LED-Modul 11 dazu ausgelegt ist, die Spannung an dem Daten-Kanal zum Senden von Informationen zu ändern, beispielsweise kurzzuschließen oder durch Belastung zu verringern.

Die Informationen von dem LED-Modul 11 können nach einer

Aufforderung durch das Treiber-Modul 10 gesendet werden.

Der Daten-Kanal kann auch in einem Stand-by Modus oder in einer Initialisierungsphase zur Verfügung stehen, indem das Treiber-Modul 10 den ersten Anschluß 1 dauerhaft oder wiederholt mit einer abgesenkten Spannung speist, auch wenn keine Spannung zum Betrieb der LED 13 ausgegeben wird (s. Fig. 2c). Auf diese Weise kann auch eine

Kommunikation zwischen LED-Modul 11 und Treiber-Modul 10 auch in diesem Stand-by Modus möglich sein, beispielsweise kann somit auch der Sensor im Stand-b Modus ausgelesen werden. Wenn das LED Modul 11 zwei Speiseeinheiten aufweist, muß nur die zweite

Speiseeinheit in dem möglichen Stand-by Betrieb aktiv sein, so kann ein sehr effizienter Betrieb ermöglicht werden. Es wäre aber auch denkbar, dass bei Vorhandensein nur einer Speiseeinheit diese in einem angepassten Betriebsmodus, beispielsweise in einem Burst-Modus, die abgesenkte Spannung bereit stellt und dieser angepasste

Betriebsmodus kann auch effizient sein.

Das LED-Modul 11 kann über einem Speicher zur Hinterlegung von Informationen über das LED-Modul 11 verfügen, wobei die

Informationen im Speicher optional auch abgeändert werden können. Die Informationen im Speicher können aufgrund einer

Kalibrierungsmessung abgeändert werden. Die Informationen im

Speicher können um einen Korrekturfaktor abgeändert werden. Der Korrekturfaktor kann von der Alterung bzw. der Betriebsdauer des LED- Moduls 11 abhängig'sein. Der Korrekturfaktor kann von der Temperatur des LED-Moduls 11 abhängig sein.

Die Übertragung von Informationen von dem Treiber-Modul 10 zu dem LED-Modul 11 kann sich auch von der Übertragung vom LED-Modul 11 zum Treiber-Modul 10 unterscheiden. Beispielsweise kann das LED- Modul 11 die Information während der Phase der abgesenkten

Spannung senden, während das Treiber-Modul 10 seine Information durch eine Pulsmodulation der Speisespannung zum Betrieb der LED 13 (also durch Modulation der Spannung mit hohem Pegel, Fig. 2e) oder durch ein Absenken der Spannung entweder auf Null oder den

abgesenkten Wert (z.B. 5 Volt) ein moduliertes Signal in der Phase, in der die LED 13 nicht mit einer Speisespannung gespeist werden, überträgt (Fig. 2d). Bei der letzteren Variante kann eine

Grenzspannung (Digital detection level) festgelegt sein, wobei ein Überschreiten dieser Grenzspannung aber Unterschreiten der

Durchlaßspannung VF als Hoch-Pegel (Logisch 1) und ein

Unterschreiten der Grenzspannung als Nieder-Pegel (Logisch 0) des Signals ausgewertet wird. Das LED-Modul 11 kann dazu ausgelegt sein, zu erkennen, wann das Treiber-Modul 10 eine Information überträgt, und kann sein Senden von Informationen auf Zeiträume beschränken, in denen der Daten-Kanal durch Anliegen der abgesenkten Spannung verfügbar ist aber das Treiber-Modul 10 keine Information .sendet (dies kann für verschiedene Sendearten durch das Treiber-Modul 10 gelten).

Das Treiber-Modul 10 kann einen Schaltregler, beispielsweise einen AC- DC-Wandler, enthalten. Das Treiber-Modul 10 kann einen PFC (aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung) enthalten. Das Treiber-Modul 10 kann eine Potentialtrennung aufweisen. Das Treiber-Modul 10 verfügt vorzugsweise über eine Schnittstelle zur Benutzersteuerung. Diese Schnittstelle kann beispielsweise zum Anschluß an ein Lichtsteuersystem wie beispielsweise DALI oder DMX ausgelegt sein.

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