DE102006056712A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Ausfallsicherung einer LED-oder OLED-Kette - Google Patents

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ausfallsicherung einer LED- oder OLED-Kette mit mehreren in Serien geschalteten LED- oder OLED-Leuchtelementen (1), wobei jedem Leuchtelement (1) ein Thyristor (3) parallelgeschaltet wird, der bei Ausfall des Leichtelements (1) die elektrische Verbindung zwischen den verbleibenden Leuchtelementen (1) wieder herstellt.

• Technisches Gebiet

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ausfallsicherung einer Kette aus in Serie geschalteten LED oder OLED Leuchtelementen, wobei jedem Leuchtelement ein Thyristor oder eine TVS-Diode (TVS = Transient Voltage Suppression) parallelgeschaltet ist, um bei Ausfall eines oder mehrerer Leuchtelemente den Betrieb der verbleibenden funktionsfähigen Leuchtelemente dieser Kette zu gewährleisten, indem der Thyristor oder die TVS-Diode die Verbindung zwischen den verbleibenden Leuchtelementen wiederherstellt.

• Stand der Technik

• Heutzutage werden LED- oder OLED-Leuchtelemente in einer Vielzahl von Lichttechnischen Anwendungen wie z.B. in grossen Displays, Signalleuchten bei KfZ etc. eingesetzt. Bei diesen Anwendungen müssen meistens eine Vielzahl von Leuchtelementen eingesetzt werden. Da LEDs eine sehr kleine Betriebsspannung haben, werden oftmals mehrere dieser Leuchtelemente in Serie geschaltet, um die Stromverteilung innerhalb der Anwendung zu verbessern.

• Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass bei einem Ausfall eines Einzelnen Leuchtelementes die komplette Kette der in Serie geschalteten Leuchtelemente ausfällt, da der Stromkreis unterbrochen ist. Da Die LEDs normalerweise auf einem Panel verlötet sind, ist es sehr schwierig, die Funktionsfähigkeit der gesamten Anwendung wiederherzustellen. Der Ausfall eines einzigen Elementes würde allerdings bei der Vielzahl an verbauten Leuchtelementen nicht übermäßig auffallen.

• Darstellung der Erfindung

• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit der bei einem Ausfall mindestens eines Leuchtelementes die Funktionsfähigkeit der in der Kette verbliebenen Leuchtelemente gewährleistet wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 6.

• Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe gelöst werden kann, wenn jedem Leuchtelement ein Schutzelement parallelgeschaltet wird, das ein Ausfallen des Leuchtelementes überwacht und in dem Fall, dass ein Leuchtelement ausgefallen ist, den Stromkreis wieder schließt, so dass die Funktion der verbliebenen Leuchtelemente gewährleistet ist.

• Bei der hier vorgestellten Schaltungsanordnung ist zu jedem Leuchtelement ein Thyristor parallelgeschaltet.

• Alternativ kann auch anstatt des Thyristors eine Thyristornachbildung aus 2 Transistoren verwendet werden.

• Für Leuchtelementketten, die höhere Ströme benötigen, wird vorzugsweise eine Thyristornachbildung mit 3 Transistoren verwendet.

• Die Thyristoren/Thyristornachbildungen sind so beschaltet, dass sie bei normaler Funktionsweise der Leuchtelemente ausgeschaltet sind. Fällt eines der Leuchtelemente aus, so wird der parallelgeschaltete Thyristor oder die parallelgeschaltete Thyristornachbildung gezielt eingeschaltet, um den durch das defekte Leuchtelement unterbrochenen Stromkreis wieder zu schliessen und eine normale Funktion der restlichen Leuchtelemente der Kette zu gewährleisten.

• In einer weiteren Ausführungsform wird statt dem Thyristor eine TVS-Diode verwendet, die keiner weiteren Beschaltung bedarf. Bei Ausfall eines Leuchtelementes wird die TVS-Diode gezielt überlastet, wodurch sie zerstört wird. Dies drückt sich in einem Kurzschluss der Diode aus, die damit den unterbrochenen Stromkreis wieder schließt.

• Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)

• Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

• 1

  Die prinzipielle Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

• 2

  Das Schutzelement der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in der Ausführungsform mit einem Thyristor;

• 3

  Das Schutzelement der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in der Ausführungsform mit einer Thyristornachbildung mit 2 Transistoren.

• 4

  Das Schutzelement der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in der Ausführungsform mit einer Thyristornachbildung mit 3 Transistoren.

• 5

  Das Schutzelement der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in der Ausführungsform mit einer TVS-Diode.

• 1

  zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Zu jedem Leuchtelement (

  1

  ) in der Kette ist ein Schutzelement (

  2

  ) parallelgeschaltet. Bei Ausfall eines Leuchtelementes (

  1

  ) wird das Schutzelement (

  2

  ) aktiviert. Es schließt den Stromkreis wieder, um die normale Funktion der restlichen Leuchtelemente (

  1

  ) zu gewährleisten.

• 2

  zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Zu jedem Leuchtelement ist ein Thyristor (

  3

  ) parallelgeschaltet. Die Anode des Thyristors ist mit der Anode des Leuchtelements (

  1

  ) verbunden, und die Kathode des Thyristors (

  3

  ) mit der Kathode des Leuchtelements (

  1

  ). Die Verbindung der Anode des Leuchtelementes (

  1

  ) mit der Anode des Thyristors (

  3

  ) ergibt den Verbindungspunkt 1. Die Verbindung der Kathode des Leuchtelementes (

  1

  ) mit der Kathode des Thyristors (

  3

  ) ergibt den Verbindungspunkt 2. Zwischen Verbindungspunkt 1 und dem Gate des Thyristors (

  3

  ) ist ein erster Widerstand (

  4

  ) geschaltet, zwischen Verbindungspunkt 2 und dem Gate des Thyristors (

  3

  ) ein zweiter Widerstand (

  5

  ). Die Verbindung des Thyristorgates mit den beiden Widerständen ergibt den Verbindungspunkt 3. Die Widerstände sind nun so ausgelegt, dass der Thyristor (

  3

  ) ausgeschaltet ist, wenn das Leuchtelement (

  1

  ) normal arbeitet und die dem Leuchtelement entsprechende Spannung zwischen Verbindungspunkt 1 und Verbindungspunkt 2 anliegt. Fällt das Leuchtelement aus, so ist die Spannung zwischen Verbindungspunkt 1 und Verbindungspunkt 2 wesentlich höher, so dass der Thyristor durchschaltet, und den Stromkreis wieder schliesst.

• 3

  zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Hier wird anstatt dem Thyristor (

  3

  ) eine Thyristornachbildung verwendet. Diese besteht aus einem PNP-Transistor (

  6

  ) und einem NPN-Transistor (

  7

  ). Der Emitter des PNP-Transistors (

  6

  ) ist mit dem Verbindungspunkt 1 verbunden. Die Basis des PNP-Transistors (

  6

  ) ist mit dem Kollektor des NPN-Transistors (

  7

  ) verbunden. Die Basis des NPN-Transistors (

  7

  ) ist mit dem Kollektor des PNP-Transistors (

  6

  ) und mit dem Verbindungspunkt 3 verbunden. Der Emitter des NPN-Transistors (

  7

  ) ist mit dem Verbindungspunkt 2 verbunden. Die Widerstände sind wie in der ersten Ausführungsform vom Verbindungspunkt 1 zum Verbindungspunkt 3 respektive vom Verbindungspunkt 2 zum Verbindungspunkt 3 verschaltet. Die Funktionsweise ist die gleiche wie im ersten Ausführungsbeispiel, daher wird auf eine wiederholende Erläuterung verzichtet.

• 4

  zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Diese Ausführungsform verwendet eine Thyristornachbildung, die für hohe Ströme geeignet ist. Diese besteht zusätzlich zu den Bauteilen aus dem zweiten Ausführungsbeispiel noch aus einem zweiten NPN-Transistor (

  8

  ). Der Emitter des PNP-Transistors (

  6

  ) ist mit dem Verbindungspunkt 1 verbunden. Die Basis des PNP-Transistors (

  6

  ) ist mit dem Kollektor des NPN-Transistors (

  7

  ) verbunden. Die Basis des NPN-Transistors (

  7

  ) ist mit dem Kollektor des PNP-Transistors (

  6

  ) und mit dem Verbindungspunkt 3 verbunden. Der Emitter des NPN-Transistors (

  7

  ) ist mit der Basis des NPN-Transistors (

  8

  ) verbunden. Der Kollektor des NPN-Transistors (

  8

  ) ist mit dem Verbindungspunkt 1 verbunden. Der Emitter des NPN-Transistors (

  8

  ) ist mit dem Verbindungspunkt 2 verbunden. Die Widerstände sind wie in der ersten Ausführungsform vom Verbindungspunkt 1 zum Verbindungspunkt 3 respektive vom Verbindungspunkt 2 zum Verbindungspunkt 3 verschaltet. Die Funktionsweise ist die gleiche wie im ersten Ausführungsbeispiel, daher wird auf eine wiederholende Erläuterung verzichtet.

• 5

  zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Hier wird eine zum Leuchtelement (

  1

  ) antiparallel geschaltete TVS-Diode (

  9

  ) als Schutzelement verwendet. Die Zenerspannung ist so gewählt, dass die TVS-Diode (

  9

  ) bei normaler Flussspannung des Leuchtelementes (

  1

  ) nicht anspricht. Fällt das Leuchtelement (

  1

  ) aus, so wird die Spannung über der TVS-Diode (

  9

  ) um ein vielfaches höher und sie spricht an. Die TVS-Diode (

  9

  ) ist nun so ausgewählt, dass sie dem jetzt fließenden Strom nicht standhalten kann und zerstört wird. Dies drückt sich in einem Kurzschluß des Schaltelements aus, so dass das ausgefallene Leuchtelement (

  1

  ) dauerhaft durch die zerstörte TVS-Diode (

  9

  ) überbrückt wird. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin dass an einer durchlegierten, also zerstörten TVS-Diode (

  9

  ) keine Flussspannung mehr abfällt. Anstelle einer unipolaren TVS-Diode (

  9

  ) kann selbstverständlich auch eine bipolare TVS-Diode verwendet werden.

1. Schaltungsanordnung zur Ausfallsicherung einer LED- oder OLED-Kette mit mehreren in Serie geschalteten LED oder OLED-Leuchtelementen (

   1

   ), dadurch gekennzeichnet, dass jedem Leuchtelement (

   1

   ) ein Thyristor (

   3

   ) parallelgeschaltet wird, der bei Ausfall des Leuchtelementes (

   1

   ) die elektrische Verbindung zwischen den verbleibenden Leuchtelementen (

   1

   ) wiederherstellt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Thyristors (

   3

   ) eine aus 2 Transistoren bestehende Thyristornachbildung (

   21

   ) verwendet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Thyristors (

   3

   ) eine aus 3 Transistoren bestehende Thyristornachbildung (

   22

   ), die für hohe Durchschaltströme geeignet ist, verwendet wird.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschaltung des Thyristors oder der Thyristornachbildungen zwei Widerstände (

   4

   ,

   5

   ) verwendet werden, die so bemessen sind, dass der Thyristor (

   3

   ) oder die Thyristornachbildungen bei normaler Flussspannung des Leuchtelementes (

   1

   ) nicht ansprechen, im Falle eines Ausfalls des Leuchtelementes (

   1

   ) aber ansprechen und den unterbrochenen Stromkreis wieder schliessen.

5. Schaltungsanordnung zur Ausfallsicherung einer LED- oder OLED-Kette mit mehreren in Serie geschalteten LED oder OLED-Leuchtelementen (

   1

   ), dadurch gekennzeichnet, dass jedem Leuchtelement (

   1

   ) eine TVS-Diode (

   9

   ) parallelgeschaltet wird, die bei Ausfall des Leuchtelements (

   1

   ) die elektrische Verbindung zwischen den verbliebenen Leuchtelementen (

   1

   ) durch gezieltes Durchlegieren der Diode (

   9

   ) wiederherstellt.

6. Verfahren zur Ausfallsicherung einer LED- oder OLED-Kette mit mehreren in Serie geschalteten LED oder OLED-Leuchtelementen (

   1

   ), wobei jedem Leuchtelement (

   1

   ) ein Schutzelement (

   2

   ) parallelgeschaltet ist, und das Schutzelement (

   2

   ) aus einem Thyristor (

   3

   ) oder einer Thyristornachbildung (

   21

   ,

   22

   ) aus Transistoren oder aus einer TVS-Diode (

   9

   ) besteht, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) feststellen, ob ein Leuchtelement (

   1

   ) ausgefallen ist und den Stromkreis unterbricht; b) Schließen des Stromkreises durch Betätigen des Schutzelementes (

   2

   ).