DE29919006U1

DE29919006U1 - Circuit arrangement for operating a filament

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Publication number: DE29919006U1
Application number: DE29919006U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2009-10-30

Description

Günther Bebenroth, Lietzenburgerstraße 54, D-I0719 Berli &eegr;Günther Bebenroth, Lietzenburgerstraße 54, D-I0719 Berli &eegr;

Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtkörpers
Beschrei bung Circuit arrangement for operating a luminous element
Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtkörpers mit einem ersten Impulsgenerator, einem Mittel zum Ankoppeln einer Spannungsquelle, und einem Mittel zum Ankoppeln des Leuchtkörpers .The invention relates to a circuit arrangement for operating a luminous element with a first pulse generator, a means for coupling a voltage source, and a means for coupling the luminous element.

Derartige Lampen sind beispielsweise bei Blinkern von Kraftfahrzeugen bekannt. Ferner existieren auch Fahrradleuchten, die blinkend geschaltet sind, um die Stromaufnahme zu reduzieren. Derartige Fahrradleuchten werden mit einem Relais geschaltet. Um den Energieverbrauch möglichst gering zu halten, werden die Abstände zwischen den Leuchtphasen möglichst lang gehalten und die Leuchtphasen möglichst kurz. Derartige Leuchtkörper haben allerdings den Nachteil, daß das Blinken das Auge des Betrachters stört und eine gleichmäßige Ausleuchtung nicht gewährleistet ist. Bei einer Gleichmäßigen Aus-Such lamps are known, for example, from indicators in motor vehicles. There are also bicycle lights that are switched to flash in order to reduce power consumption. Such bicycle lights are switched using a relay. In order to keep energy consumption as low as possible, the intervals between the lighting phases are kept as long as possible and the lighting phases as short as possible. However, such lighting devices have the disadvantage that the flashing disturbs the viewer's eye and uniform illumination is not guaranteed. With uniform lighting,

leuchtung, die üblicherweise bei den Frontscheinwerfern eines Fahrrads oder bei Taschenlampen gewährleistet ist, wird allerdings relativ viel Energie verbraucht, so daß das Zeitintervall, in dem die entsprechenden Leuchtköi— per mit beispielsweise einer Primärzelle, die üblicherweise als Batterie bezeichnet wird, betrieben werden kann, relativ kurz ist.However, the illumination that is usually provided by the headlights of a bicycle or by flashlights consumes a relatively large amount of energy, so that the time interval in which the corresponding lighting bodies can be operated with, for example, a primary cell, which is usually referred to as a battery, is relatively short.

Dem gegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit der der Energieverbrauch über eine vorgegebene Zeitdauer von Leuchtkörpern reduziert wird, so daß für den Benutzer eine deutlich erhöhte Lebensdauer von Primärzellen oder Sekundärzellen ermöglicht wird, oder aber sich ein geringerer ergibt Energieverbrauch auch bei netzbetriebenen Geräten et— gibt. Insbesondere in Gegenden oder zu Zeiten, in denen keine Netzversorgung möglich ist, wie an Fahrzeugen, in entlegenen Gegenden und bei Stromausfall sind derartige Schaltungsanordnungen bevorzugt einzusetzen. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung beim Betrieb eines entsprechenden Energieverbrauchers eine effektive Energieeinsparung vorzusehen.In contrast, the invention has the object of specifying a circuit arrangement with which the energy consumption of lighting elements is reduced over a predetermined period of time, so that the user is able to enjoy a significantly longer service life for primary cells or secondary cells, or a lower energy consumption is achieved even with mains-operated devices, etc. Such circuit arrangements are preferably used in particular in areas or at times when no mains supply is possible, such as in vehicles, in remote areas and in the event of a power failure. It is also an object of the present invention to provide effective energy savings when operating a corresponding energy consumer.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtkörpers mit einem ersten Impulsgenerator, einem Mittel zum Ankoppeln einer Spannungsquelle und einem Mittel zum Ankoppeln des Leuchtkörpers, wobei mittels des Impulsgenerators eine Impulsfolge generierbar ist, die eine Frequenz von mehr als 10 Hz aufweist. Bevorzugterweise liegt die Frequenz bei mehr als 16 Hz.The object is achieved by a circuit arrangement for operating a luminous element with a first pulse generator, a means for coupling a voltage source and a means for coupling the luminous element, wherein a pulse sequence having a frequency of more than 10 Hz can be generated by means of the pulse generator. The frequency is preferably more than 16 Hz.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung wird das zeitliche Auflösungsvermögen des Auges ausgenutzt, das bei weniger oder gleich 16 Hz liegt. Ab einer Frequenz von ungefährThis inventive solution exploits the temporal resolution of the eye, which is less than or equal to 16 Hz. From a frequency of approximately

10 Hz kann im wesentlichen von einer vollständigen Ausleuchtung gesprochen werden, die dem menschlichen Betrachter als eine im wesentlichen zeitlich gleichmäßige Ausleuchtung vorkommt. Bei insbesondere bevorzugterweise 16 Hz oder bei einer höheren Frequenz erscheint die getaktete Lichtfolge dem Menschen als eine zeitlich gleichmäßig leuchtende Lichtquelle. Die verwendeten Spannungen sind hierbei bevorzugterweise niedrig und insbesondere bevorzugterweise < 24 V. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von 1 bis 4 Primärzellen, d.h. eine Spannungsversorgung von 1,5 V bis 6 V.At 10 Hz, one can essentially speak of complete illumination, which appears to the human observer as an essentially temporally uniform illumination. At 16 Hz or a higher frequency, the clocked light sequence appears to the human being as a temporally uniformly illuminated light source. The voltages used here are preferably low and particularly preferably < 24 V. The use of 1 to 4 primary cells is particularly preferred, i.e. a voltage supply of 1.5 V to 6 V.

Die Mittel zum Ankoppeln sind beispielsweise auf Lötflecken gelötete Drähte oder Steckkontakte.The means for coupling are, for example, wires soldered to solder pads or plug contacts.

Bevorzugterweise hat die vom ersten Impulsgenerator erzeugbare Impulsfolge eine Zeitdauer ohne Impuls (LOW-Phase), die wenigstens so lang ist ist wie die Zeitdauer eines Impulses (HIGH-Phase). Durch diese Maßnahme wird schon wenigstens die Hälfte der Energie eingespart.Preferably, the pulse sequence that can be generated by the first pulse generator has a period without a pulse (LOW phase) that is at least as long as the period of a pulse (HIGH phase). This measure saves at least half of the energy.

Wenn bevorzugterweise das Verhältnis von Zeitdauer ohne Impuls (LOW-Phase) zur Zeitdauer mit Impuls (HIGH-Phase)If the ratio of the time period without pulse (LOW phase) to the time period with pulse (HIGH phase)

> 2 ist und bevorzugterweise > 10, und bevorzugterweise> 2 and preferably > 10, and preferably

> 100 und bevorzugterweise > 1000, läßt sich der Energieverbrauch jeweils weiter verringern. Hierbei ist zu beachten, daß in der Zeit des Impulses der Leuchtkörper im wesentlichen die volle Lichtleistung abstrahlen sollte, um nicht den Eindruck zu erwecken, daß tatsächlich weniger Licht abgestrahlt wird.> 100 and preferably > 1000, the energy consumption can be further reduced. It should be noted that during the pulse period the lamp should emit essentially the full light output in order not to give the impression that less light is actually being emitted.

Wenn bevorzugterweise ein Schalter vorgesehen ist, der dem ersten Impulsgenerator und/oder einem zweiten Impulsgenerator nachgeschaltet ist und eine Spannung, die an das Mittel zum Ankoppeln des Leuchtkörpers legbarIf preferably a switch is provided which is connected downstream of the first pulse generator and/or a second pulse generator and a voltage which can be applied to the means for coupling the luminous element

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ist, schaltet, ist ein einfaches Ansteuern der Leuchtkörper möglich und ferner eine definierte Impulsfolge bezüglich deren Flanken.is switched on, a simple control of the lamps is possible and also a defined pulse sequence with regard to their edges.

Vorzugsweise ist eine Spule vorgesehen, die parallel zum Mittel zum Ankoppeln des Leuchtkörpers angeschlossen ist. Die Spule hat wenigstens zwei Vorteile. Zum einen ermöglicht die Spule es, Induktionsspannungen auszunutzen, die höher sind als die Spannung des Primärelements oder eines Sekundärelements, also volksmundlich gesagt, die höher ist als die einer Batterie oder eines Akkumulators. Durch diese Maßnahme kann, wenn beispielsweise der Leuchtkörper eine Leuchtdiode ist, die beispielsweise erst ab einer Flußspannung von 1,7 V leuchtet, diese bei Unterschreiten der 1,7 V Nennspannung trotzdem noch zum Leuchten angeregt werden, da die Induktionsspannung höher liegen kann. Ein weiterer Vorteil ist derjenige, daß beispielsweise eine Leuchtdiode bezüglich der normal angelegten Spannung in Sperrichtung angelegt ist, so daß erst durch die Induktionsspannung der Spule, die entgegengesetzt zu dieser Versorgungsspannung erzeugt wird, ein Strom in der Betriebsrichtung der Leuchtdiode fließen kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß im Prinzip sehr helle Blitze erzeugbar sind, so daß sehr hell scheinende Leuchtkörper erreichbar sind.Preferably, a coil is provided which is connected in parallel to the means for coupling the light source. The coil has at least two advantages. Firstly, the coil makes it possible to use induction voltages which are higher than the voltage of the primary element or a secondary element, i.e., in popular parlance, which is higher than that of a battery or accumulator. This measure means that if, for example, the light source is a light-emitting diode which only lights up from a forward voltage of 1.7 V, it can still be stimulated to light up if the voltage falls below the 1.7 V nominal voltage, since the induction voltage can be higher. Another advantage is that, for example, a light-emitting diode is connected in reverse direction with respect to the normally applied voltage, so that a current can only flow in the operating direction of the light-emitting diode through the induction voltage of the coil, which is generated in the opposite direction to this supply voltage. Another advantage is that, in principle, very bright flashes can be generated, so that very brightly shining light sources can be achieved.

Vorzugsweise ist ein zweiter Impulsgenerator vorgesehen, der eine zweite Impulsfolge erzeugt, der von der ersten Impulsfolge ein- und ausschaltbar ist. Durch diese bevorzugte Maßnahme kann der Energieverbrauch noch weiter abgesenkt werden und insbesondere eine Spule Verwendung finden, die eine geringe Induktivität hat, so daß die räumlichen Abmessungen der Schaltungsanordnung klein gehalten werden können und der Energieverlust über beispielsweise die Spule auch klein gehalten werden kann.Preferably, a second pulse generator is provided which generates a second pulse sequence which can be switched on and off by the first pulse sequence. This preferred measure allows the energy consumption to be reduced even further and in particular a coil can be used which has a low inductance so that the spatial dimensions of the circuit arrangement can be kept small and the energy loss via the coil, for example, can also be kept small.

Bevorzugterweise werden Elemente benutzt, die einen äußerst geringen Ruheenergieverbrauch haben.Preferably, elements are used that have an extremely low resting energy consumption.

Wenn bevorzugterweise die abfallende Flanke der Impulse eine große Stei1 heit aufweist - oder bei einer anderen Schaltung die aufsteigende Flanke der Impulse eine große Steilheit aufweist -, ist sehr einfach eine relativ hohe Spannung über die Spule erzeugbar.If preferably the falling edge of the pulses has a high steepness - or in another circuit the rising edge of the pulses has a high steepness - a relatively high voltage can be generated very easily across the coil.

Vorzugsweise weist die zweite Impulsfolge eine Frequenz von mehr als 100 Hz auf. Weiter vorzugsweise weist die Impulsfolge eine Frequenz von mehr als 50 kHz auf und insbesondere vorzugsweise von mehr als 100 kHz. Voi— zugsweise weist die Impulsfolge eine Frequenz von < 500 kHz. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Spule kleiner gemacht werden kann, je größer die Frequenz ist. Es ist allerdings auch zu berücksichtigen, daß ab einer gewissen Grenzfrequenz die Verluste in der Spule die Vorteile der kleinen Bauart wieder aufheben.Preferably, the second pulse train has a frequency of more than 100 Hz. More preferably, the pulse train has a frequency of more than 50 kHz and particularly preferably more than 100 kHz. Preferably, the pulse train has a frequency of < 500 kHz. It should be noted that the higher the frequency, the smaller the coil can be. However, it should also be noted that above a certain limit frequency, the losses in the coil cancel out the advantages of the small design.

Vorzugsweise ist der Leuchtkörper wenigstens eine Diode, insbesondere eine Leuchtdiode. Leuchtdioden erreichen nämlich bei relativ geringer Energieaufnahme eine recht hohe Leuchtdichte. Wie oben schon angedeutet, hat die Verwendung einer Leucht- bzw. Lumineszenzdiode den Vorteil, daß diese bezüglich der normal angelegten Spannung gesperrt geschaltet sein kann, um erst mittels der Verwendung einer Spule und des Ausnutzens einer Induktionsspannung bzw. eines Induktionsstroms zum Leuchten gebracht zu werden.Preferably, the luminous element is at least one diode, in particular a light-emitting diode. Light-emitting diodes achieve a very high luminance with a relatively low energy consumption. As already indicated above, the use of a light-emitting or luminescent diode has the advantage that it can be switched off with respect to the normally applied voltage in order to be made to light up by using a coil and utilizing an induction voltage or an induction current.

Vorzugsweise ist die wenigstens eine Diode so geschaltet, daß sie relativ zur Polung der Spannungsquelle in Sperrichtung angeschlossen ist. In Sperrichtung ge-Preferably, the at least one diode is connected in such a way that it is connected in reverse direction relative to the polarity of the voltage source.

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schaltet fließt kein Ruhestrom über die Diode, wodurch der Energieverbrauch niedrig gehalten werden kann.When switched on, no quiescent current flows through the diode, which means that energy consumption can be kept low.

Bevorzugterweise ist ein Leuchtkörper mit einer oben beschriebenen Schaltungsanordnung versehen.Preferably, a luminous element is provided with a circuit arrangement as described above.

Bevorzugterweise umfaßt ein Leuchtkörper wenigstens eine Diode, insbesondere eine Leuchtdiode. Ferner bevorzugterweise sind wenigstens zwei Dioden vorgesehen, die parallel geschaltet sind, um so ein gleichmäßiges Leuchten der beiden oder mehrerer Dioden zu erzielen. Insbesondere mit geeigneten weiteren Elementen, wie sphärische Reflektoren oder symmetrische oder asymmetrische Reflektoren, können so Räume bzw. Flächen hell ausgeleuchtet werden. Wenn vorzugsweise die Diode oder die Dioden mit einem Mehrfachen des vom Hersteller angegebenen Maximal Stroms betreibbar ist, ist eine besonders helle Ausleuchtung möglich. Hierbei ist nämlich erfindungsgemäß erkannt worden, daß ein höherer Strom als der angegebene Maximalstrom eine sehr helle Ausleuchtung ergibt. Die Dioden sind trotz Verwendung eines höheren Stroms aufgrund der Taktung weiterhin sehr lange haltbar. Beispielsweise kann ein kurzfristiger in den Strompulsen fließender Strom von dem neunfachen des vom Hersteller angegebenen Maximal Stroms Verwendung finden.Preferably, a light source comprises at least one diode, in particular a light-emitting diode. Preferably, at least two diodes are provided, which are connected in parallel, in order to achieve uniform illumination of the two or more diodes. In particular, with suitable additional elements, such as spherical reflectors or symmetrical or asymmetrical reflectors, rooms or areas can be brightly illuminated. If the diode or diodes can be operated with a multiple of the maximum current specified by the manufacturer, particularly bright illumination is possible. In this case, it has been recognized according to the invention that a higher current than the specified maximum current results in very bright illumination. Despite the use of a higher current, the diodes still last a very long time due to the timing. For example, a short-term current flowing in the current pulses of nine times the maximum current specified by the manufacturer can be used.

Wenn vorzugsweise der Leuchtkörper wenigstens einen Kaltlichtstrahler umfaßt, wie beispielsweise eine Halogenlampe, sind kostengünstig Beleuchtungsmöglichkeiten gegeben, die Räume bzw. Flächen hell ausleuchten.If the luminaire preferably comprises at least one cold light emitter, such as a halogen lamp, cost-effective lighting options are available that brightly illuminate rooms or areas.

Vorzugsweise umfaßt der Leuchtkörper wenigstens ein Element eines Bildschirms, insbesondere eines LCD-Bildschirms. LCD bedeutet hier Flüssigkristallanzeige vonPreferably, the luminous body comprises at least one element of a screen, in particular an LCD screen. LCD here means liquid crystal display of

"Liquid Cristal Display". Weiter vorzugsweise ist der Leuchtkörper eine Lampe, insbesondere eine Taschenlampe. Durch diese bevorzugte Ausführungsform des Leuchtkörpers sind beispielsweise Taschenlampen herstellbar, die so hell leuchten, wie die bekannten MacLite-Taschenlampen, die allerdings nicht wie die MacLite-Taschenlampen nach verhältnismäßig kurzem Betrieb nicht mehr leuchten, sondern ohne weiteres 1000 Stunden leuchten können."Liquid Crystal Display". The light source is also preferably a lamp, in particular a flashlight. This preferred embodiment of the light source makes it possible to produce flashlights that are as bright as the well-known MacLite flashlights, but unlike the MacLite flashlights, they do not stop lighting after a relatively short period of use, but can easily light up for 1000 hours.

Bevorzugterweise wird die vorbeschriebene Schaltungsanordnung für ein Verkehrsanzeigesystem, insbesondere eine Verkehrsleittafel, verwendet. In derartigen Verkehrsanzeigesystemen werden eine Unmenge von Leuchtdioden verwendet. Auch unter Verwendung von hochkapazitiven Energiespei ehern , wie große Akkumulatoren, leuchten derartige Verkehrsanzeigesysteme nur für wenige Stunden. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann der Stromverbrauch hier auch um einen Faktor von wenigstens bis zu 100 verringert werden.The circuit arrangement described above is preferably used for a traffic display system, in particular a traffic control board. A huge number of light-emitting diodes are used in such traffic display systems. Even when using high-capacity energy storage devices such as large accumulators, such traffic display systems only light up for a few hours. The circuit arrangement according to the invention can also reduce the power consumption here by a factor of at least up to 100.

Bevorzugterweise wird die vorbeschriebene Schaltungsanordnung zum Betrieb eines durch Primärelement oder Sekundärelement betreibbaren Energieverbrauchers, insbesondere zum Betrieb von Spielzeug, Mobiltelefonen und Computern, verwendet.Preferably, the circuit arrangement described above is used to operate an energy consumer operable by a primary element or secondary element, in particular to operate toys, mobile phones and computers.

Vorzugsweise sind die Primär- oder Sekundärelemente luftdicht verpackt, um so auch bei langen Standzeiten eine Korrosion zu vermeiden.Preferably, the primary or secondary elements are packaged airtight to prevent corrosion even during long periods of downtime.

Ein Verfahren zum Energiesparen beim Betrieb eines Energieverbrauchers mittels einer der vorgenannten Schaltungsanordnungen weist die folgenden Verfahrensschritte auf:A method for saving energy when operating an energy consumer by means of one of the aforementioned circuit arrangements comprises the following method steps:

- Erzeugen einer ersten Spannungsimpulsfolge mit einer Frequenz von mehr als 10 Hz, und- generating a first voltage pulse train with a frequency of more than 10 Hz, and

- Speisen eines Leuchtkörpers mit der Spannungsimpulsfoige. - Supplying a luminaire with the voltage pulse sequence.

Bevorzugterweise weist das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt des Erzeugens einer zweiten Spannungsimpulsfolge mit einer Frequenz von mehr als 100 Hz auf, die der ersten Spannungsimpulsfolge aufmultipliziert wi rd.Preferably, the method comprises the further method step of generating a second voltage pulse train with a frequency of more than 100 Hz, which is multiplied by the first voltage pulse train.

Weiter vorzugsweise weist das Verfahren die weiteren Verfahrensschritte des Aufladens einer Spule in der aufsteigenden Impulsflanke und des Entladens der Spule und des Speisens des Energieverbrauchers in der absteigenden Impulsflanke und des Wiederholens der vorgenannten Verfahrensschritte auf.Further preferably, the method comprises the further method steps of charging a coil in the rising pulse edge and discharging the coil and feeding the energy consumer in the falling pulse edge and repeating the aforementioned method steps.

Wenn vorzugsweise der Energieverbraucher ein Leuchtkörper ist, der insbesondere wenigstens eine Leuchtdiode umfaßt, kann besonders viel Energie gespart werden.If the energy consumer is preferably a luminous element, which in particular comprises at least one light-emitting diode, a particularly large amount of energy can be saved.

Vorzugsweise wird die Leuchtdiode mit einem Mehrfachen des vom Hersteller angegebenen Maximal Stroms, wie beispielsweise dem neunfachen, betrieben. Hierdurch ist eine besonders helle Ausleuchtung möglich.Preferably, the LED is operated with a multiple of the maximum current specified by the manufacturer, for example nine times. This enables particularly bright illumination.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:The invention is described below without limiting the general inventive concept using exemplary embodiments with reference to the drawings, to which reference is expressly made for the disclosure of all inventive details not explained in more detail in the text. They show:

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Fig. 1 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, undFig. 1 is a circuit diagram of an embodiment according to the invention, and

Fig. 2 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.Fig. 2 is a schematic diagram of another embodiment of the invention.

In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, so daß auf eine erneute Vorstellung verzichtet wird und lediglich die Abweichungen der in diesen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert werden.In the following figures, identical or corresponding parts are designated by the same reference numerals, so that a repeated introduction is dispensed with and only the differences between the embodiment shown in these figures and the first embodiment are explained.

Fig. 1 zeigt einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Spannung V_cc wird an die Eingänge 4 und 8 eines ersten Impulsgenerators 11 und an einen Eingang einer Leuchtdiode 10 angelegt. Der erste Impulsgenerator ist bei spielsweise ein TS3V555 von SGS-THOMSON MICROELECTRONICS. Die Ein- und Ausgänge 1 bis 8 dieses Mikrochips TS3V555 sindFig. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of the present invention. A voltage V _cc is applied to the inputs 4 and 8 of a first pulse generator 11 and to an input of a light-emitting diode 10. The first pulse generator is, for example, a TS3V555 from SGS-THOMSON MICROELECTRONICS. The inputs and outputs 1 to 8 of this microchip TS3V555 are

GND (Erde),GND (earth),

Trigger,triggers,

Ausgang,Exit,

Reset,Reset,

Steuerspannung,Control voltage,

Threshold (Schwellenwert),Threshold,

Discharge (Entladen),Discharge,

Spannungsversorgung V_cc> Power supply V _cc>

Der Anschluß 1 liegt an Masse 17. Der Anschluß 5 liegt über einem Kondensator 16 von beispielsweise 10 nF an Masse 17 und die Eingänge 2 und 6 sind kurzgeschlossen und liegen über dem Kondensator 16, beispielsweise auch 10 nF an Masse 17. Die Anschlüsse 6 und 2 sind überThe connection 1 is connected to ground 17. The connection 5 is connected to ground 17 via a capacitor 16 of, for example, 10 nF and the inputs 2 and 6 are short-circuited and are connected to the capacitor 16, for example also 10 nF and ground 17. The connections 6 and 2 are connected to ground 17 via

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einen Widerstand 15c an den Anschluß 7 und an einen Widerstand 15b angeschlossen. Die Leuchtdiode 10 wird über einen Widerstand 15a zwischen den Anschlüssen 3 und 4 geschaltet. Der Widerstand 15b hat beispielweise 15 kn und der Widerstand 15c beispielsweise 4,7 kn. Der Widerstand 15a ist kleiner als 10 n.a resistor 15c is connected to the terminal 7 and to a resistor 15b. The light-emitting diode 10 is connected via a resistor 15a between the terminals 3 and 4. The resistor 15b has, for example, 15 kN and the resistor 15c has, for example, 4.7 kN. The resistor 15a is less than 10 n.

Die so verschaltete Schaltung erzeugt eine Impulsfolge, die im wesentlichen eine Rechteckspannung ist und eine Frequenz von mehr als beispielsweise 16 Hz aufweist. Die Leuchtdiode leuchtet für das menschliche Auge sichtbar derart, als wenn sie kontinuierlich leuchtete. Gleichwohl leuchtet diese tatsächlich nur diskontinuierlich, was allerdings durch den Integrationeffekt des Auges nicht sichtbar ist. Unter normalen Bedingungen wird eine Leuchtdiode (LED) mit ca. 20 mA betrieben, und zwar kontinuierlich ohne Unterbrechung. Gemäß der Erfindung wird die Leuchtdiode unterbrochen betrieben, wodurch sich der Energieverbrauch reduziert, allerdings es dem menschlichen Auge immer noch so erscheint, als ob die Leuchtdiode gleich hell und kontinuierlich leuchtete.The circuit connected in this way generates a pulse train that is essentially a square wave and has a frequency of more than, for example, 16 Hz. The light-emitting diode is visible to the human eye as if it were lit continuously. However, it actually only lights up discontinuously, which is not visible due to the eye's integration effect. Under normal conditions, a light-emitting diode (LED) is operated with approximately 20 mA, continuously without interruption. According to the invention, the light-emitting diode is operated intermittently, which reduces energy consumption, but it still appears to the human eye as if the light-emitting diode were shining with the same brightness and continuously.

Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem eine Spule 19 und ein Schalter 18 vorgesehen. Die Leuchtdiode ist in Sperrichtung zur Spannungsversorgung V,.- geschaltet. Würde man eine derartige Schaltungsanordnung ohne den zweiten Impulsgenerator 12 betreiben, würde eine Impulsfolge 13 an den Feldeffekttransistor, der bevorzugterweise ein MOSFET 18 ist, gebracht werden, was dazu führt, daß der MOSFET 18 bei einer anliegenden Spannung aufschaltet und bei einer nicht anliegenden Spannung sperrt.Fig. 2 shows a basic circuit diagram of a further embodiment of the present invention. In this embodiment, a coil 19 and a switch 18 are also provided. The light-emitting diode is switched in the reverse direction to the voltage supply V,.-. If such a circuit arrangement were to be operated without the second pulse generator 12, a pulse train 13 would be brought to the field effect transistor, which is preferably a MOSFET 18, which leads to the MOSFET 18 switching on when a voltage is applied and blocking when a voltage is not applied.

Die mit dieser Schaltung angesteuerte Spule baut ein Magnetfeld auf, und zwar beim Einschalten bzw. Durchschalten des MOSFET 18. Sobald der fließende Strom in den Impulspausen ausgeschaltet wird, erzeugt der Abbau des Magnetfeldes in der Spule 19 eine Selbstinduktionsspannung, die um so höher ist, je steiler die Flanken der Impulse sind. Diese Induktionsspannung ist entgegen der Versorgungsspannung bzw. Spannung der Primärquelle Vp_C gepolt und erzeugt einen Stromfluß 20 durch die Leuchtdiode 10. Es können also kurze Lichtpulse erzeugt werden, die sehr hell sein können, und auch erzeugt werden können, wenn an und für sich die Leuchtdiode 10, die beispielsweise bei einer roten Leuchtdiode eine Flußspannung von 1,7 V hat, auch dann noch leuchtet, wenn die Primärzelle eine Spannung unter 1,7 V aufweist, da diese nach einigem Gebrauch schon weitestgehend entladen ist. In diesem Beispiel ist V_cc im Neuzustand der Primär- bzw. Sekundärquelle 3 V. Die Steuerschaltung arbeitet beispielsweise noch bis 1 V herunter und kann aufgrund der Spule 19 wesentlich höhere Spannung zum Betrieb der Leuchtdiode 10 erzeugen.The coil controlled by this circuit builds up a magnetic field when the MOSFET 18 is switched on or through. As soon as the flowing current is switched off during the pulse pauses, the reduction in the magnetic field in the coil 19 generates a self-induction voltage which is higher the steeper the edges of the pulses are. This induction voltage is polarized opposite to the supply voltage or voltage of the primary source Vp _C and generates a current flow 20 through the LED 10. Short light pulses can therefore be generated which can be very bright and can also be generated when the LED 10 itself, which for example has a forward voltage of 1.7 V in the case of a red LED, still lights up even when the primary cell has a voltage below 1.7 V, since this is already largely discharged after some use. In this example, V _cc is 3 V in the new state of the primary or secondary source. The control circuit works down to 1 V, for example, and can generate a much higher voltage to operate the light-emitting diode 10 due to the coil 19.

Durch Hinzufügen eines zweiten Impulsgenerators 12, der dem ersten Impulsgenerator 11 nachgeschaltet ist, wird eine Impulsfolge 14 erzeugt. Der zweite Impulsgenerator 12 erzeugt eine Frequenz von mehr als 100 Hz und bevoi— zugterweise in einem Bereich zwischen 50 kHz und 500 kHz, damit die Induktion der Spule 19 und damit die Ausmaße der Spule 19 klein gehalten werden kann. Es ist festzustellen, daß die Pause zwischen den angelegten Spannungen dieser Impulsfolgen bzw. Spannungsimpulsfolgen 14 größer sein kann als die Zeit, in der eine Spannung anliegt, da es hier im wesentlichen darauf ankommt, Lichtblitze zu erzeugen, die entsprechend hell sind und ausreichend häufig vorkommen. Ein auf dem einschlägigenBy adding a second pulse generator 12, which is connected downstream of the first pulse generator 11, a pulse train 14 is generated. The second pulse generator 12 generates a frequency of more than 100 Hz and preferably in a range between 50 kHz and 500 kHz, so that the induction of the coil 19 and thus the dimensions of the coil 19 can be kept small. It should be noted that the pause between the applied voltages of these pulse trains or voltage pulse trains 14 can be longer than the time during which a voltage is applied, since the main thing here is to generate light flashes that are correspondingly bright and occur sufficiently frequently. A device based on the relevant

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Gebiet tätiger Durchschnittsfachmann wird aufgrund der beschriebenen Erfindung die optimalen Parameter bzw. die Frequenz, die optimal ist, berechnen können, wenn bedacht wird, daß möglichst viele Pausen stattfinden müssen, die Spule 19 möglichst klein sein soll, allerdings der Verlust durch eine zu hohe Frequenz nicht zu groß sein darf. Anstelle eines Feldeffekttransistors kann auch ein npn-Transistör oder ein pnp-Transistör verwendet werden. Allerdings kann der Spannungsabfall über einen Feldeffekttransistor geringer sein, um diesen zu betreiben, so daß dieser bevorzugt ist.An average person skilled in the art will be able to calculate the optimum parameters or the optimum frequency based on the invention described, taking into account that as many pauses as possible must take place, the coil 19 should be as small as possible, but the loss due to too high a frequency must not be too great. Instead of a field effect transistor, an npn transistor or a pnp transistor can also be used. However, the voltage drop across a field effect transistor can be lower in order to operate it, so that this is preferred.

Es können ferner parallel zur Spule je nach deren Größe mehrere Leuchtdioden über Widerstände parallel geschaltet werden, um eine einzige Steuerschaltung noch besser ausnutzen zu können. Damit wird der Wirkungsgrad in bezug auf die gesamte erreichbare Leistung verbessert. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird der Stromverbrauch einer Leuchtdiode von normalerweise 20 mA auf einige wenige 100 &mgr;&Agr; reduziert.Furthermore, depending on the size of the coil, several LEDs can be connected in parallel via resistors in order to be able to use a single control circuit even better. This improves the efficiency in relation to the total achievable power. The circuit arrangement according to the invention reduces the power consumption of a LED from normally 20 mA to a few 100 μα.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird zum einen Energie gespart, ohne einen gleichmäßigen Lichteindruck ohne Flimmern für das menschliche Auge zu vei— lieren. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird bevorzugt dort verwendet, wo visuell für das menschliche Auge große Lichtstärken erforderlich sind, beispielsweise zum Ausleuchten von Räumen. Als Energie- bzw. Stromquelle kommen sowohl Primärelemente, als auch Sekundärelemente oder die Netzspannung zum Einsatz.The circuit arrangement according to the invention saves energy without losing a uniform light impression without flickering for the human eye. The circuit arrangement according to the invention is preferably used where high light intensities are required for the human eye, for example for illuminating rooms. Primary elements, secondary elements or the mains voltage are used as energy or current sources.

Bisher war es nicht möglich, mittels einer geringen Anzahl von Leuchtdioden Räumlichkeiten auszuleuchten. Durch eine bevorzugte und geeignete räumliche Anordnung von Leuchtdioden oder Kaltlichtstrahlern in Reflektoren,Until now, it was not possible to illuminate rooms using a small number of LEDs. Through a preferred and suitable spatial arrangement of LEDs or cold light emitters in reflectors,

die das seitlich aus der Leuchtdiode austretende Licht nach vorne bündeln, und insbesondere mittels Linse zusätzlich eine Richtwirkung der teilweise diffusen Strahlung erreichen, kann man größere Flächen hell ausleuchten. Bei Verwendung einer weißleuchtenden Leuchtdiode oder mehrerer verschiedenfarbiger Leuchtdioden, deren Farbmischung einen weißen Lichtton ergibt bzw. einen annähernd weißen Lichtton ergibt, erhält man eine helle Lampe, die anstelle von üblichen Lampen, insbesondere anstelle von Taschenlampen verwendet werden kann. Leuchtdioden sind auch deshalb vorteilhaft, da diese eine bevorzugte Strahlungsrichtung haben. Auch Laserdioden könnten entsprechend vorzugsweise mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung betrieben werden.which focus the light emerging from the side of the LED towards the front and, in particular, achieve a directional effect of the partially diffuse radiation by means of a lens, larger areas can be brightly illuminated. When using a white-emitting LED or several different colored LEDs, the color mixture of which produces a white light tone or an almost white light tone, a bright lamp is obtained that can be used instead of conventional lamps, in particular instead of flashlights. LEDs are also advantageous because they have a preferred radiation direction. Laser diodes could also be operated accordingly with the circuit arrangement according to the invention.

Durch die Beeinflussung des Abstandes und der Reflektion der verwendeten Bauelemente sowie der Festlegung des Stroms, der durch eine oder mehrere Leuchtdioden fließt, sowie der Bündelung und der Streuung kann man verschieden helle Beleuchtungskörper konstruieren, die zweckentsprechend Verwendung finden können.By influencing the distance and reflection of the components used, as well as determining the current that flows through one or more LEDs, as well as the bundling and scattering, it is possible to construct lighting fixtures of varying brightness that can be used for a specific purpose.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 hat ferner den Vorteil, daß die Leuchtdiode nur dann leuchtet, wenn der Selbstinduktionsstrom gemäß dem gezeigten Stromfluß 20 fließt. Auch nur in diesem Fall wird Energie über die Leuchtdiode verbraucht. Dieser Induktionsstrom baut sich in einer e-Funktion bis zum Unterschreiten der Flußspannung ab, wodurch ein großer Helligkeitseindruck erzeugt wird. Die Spannungsimpulsfolge 13 des ersten Impulsgenerators 11 kann bevorzugterweise als niederfrequentes Steuersignal verwendet werden, dessen Frequenz über der zeitlichen Auflösungsgrenze des Auges liegt. Würde hiermit eine Lumineszenzdiode bzw. eine Leuchtdiode allein angesteuert werden, so würde das Auge einen gleichenThe embodiment according to Fig. 2 also has the advantage that the LED only lights up when the self-induction current flows according to the current flow 20 shown. Only in this case is energy consumed via the LED. This induction current is reduced in an e-function until it falls below the forward voltage, which creates a great impression of brightness. The voltage pulse sequence 13 of the first pulse generator 11 can preferably be used as a low-frequency control signal whose frequency is above the temporal resolution limit of the eye. If a luminescence diode or a light-emitting diode were to be controlled by this alone, the eye would have the same

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Helligkeitseindruck wie bei einem Dauergleichstrom erhalten, wobei der Mittelwert des Impulsstroms aber geringer ist als der Dauergleichstrom.The impression of brightness is the same as with a continuous direct current, although the mean value of the pulse current is lower than the continuous direct current.

Mit diesem Signal wird nun in Fig. 2 ein zweiter Impulsgenerator 12 ein- und ausgeschaltet. Dieser zweite Generator 12 steuert über eine Treiberstufe 18 eine Spule bzw. Induktivität 19 an, wobei sich durch den Stromfluß 20, der sich durch die Richtung der Betriebsspannung V_cc ergibt, ein Magnetfeld in der Spule 19 erzeugt wird, welches die Energie für einen kurzen Zeitraum speichert. Um möglichst kleine Induktivitäten 19 nutzen zu können, sollte die Frequenz des zweiten Generators 12 möglichst hoch sein. Bei Frequenzen über 50 kHz und insbesondere im Bereich bei 100 kHz ergibt sich ein günstiger Wirkungsgrad. Ist der zweite Generator 12 durch den ersten Generator 11 immer noch eingeschaltet, so führt in der LOW-Phase der hohen Frequenz das Magnetfeld der Induktivität 19 zu einem Stromfluß 20, der entgegengesetzt zum Stromfluß ist, der von V_cc zum MOSFET 18 fließt. Der Strom 20 kann dann nur noch über die Leuchtdiode 10 fließen. Da die Selbstinduktionsspannung wesentlich höher ist als die Betriebsspannung und auch höher als die Flußspannung der Leuchtdiode 10, ergibt sich im Ausschaltmoment der hohen Frequenz ein kurzer, aber sehr hoher Impulsstrom, der nach einer e-Funktion abklingt und damit eine Verbreiterung der sehr hellen Lichtblitze bewirkt. Auch in diesem Fall integriert das Auge die Lichtblitze zu einem Gesamteindruck mit Dauer-1 icht.This signal is now used to switch a second pulse generator 12 on and off in Fig. 2. This second generator 12 controls a coil or inductance 19 via a driver stage 18, whereby the current flow 20, which results from the direction of the operating voltage V _cc , generates a magnetic field in the coil 19 which stores the energy for a short period of time. In order to be able to use the smallest possible inductances 19, the frequency of the second generator 12 should be as high as possible. At frequencies above 50 kHz and particularly in the range around 100 kHz, a favorable efficiency is achieved. If the second generator 12 is still switched on by the first generator 11, in the LOW phase of the high frequency the magnetic field of the inductance 19 leads to a current flow 20 which is opposite to the current flow that flows from V _cc to the MOSFET 18. The current 20 can then only flow via the LED 10. Since the self-induction voltage is significantly higher than the operating voltage and also higher than the forward voltage of the LED 10, a short but very high pulse current results when the high frequency is switched off, which decays according to an e-function and thus causes the very bright flashes of light to spread out. In this case too, the eye integrates the flashes of light into an overall impression with continuous light.

Da die Leuchtdiode 10 parallel zur Induktivität 19 und entgegengesetzt zur Betriebsspannung V_cc geschaltet ist, fließt nur ein Strom während der HIGH-Phase des hochfrequenten Signals, und niemals ein Dauergleichstrom.Since the LED 10 is connected in parallel to the inductance 19 and opposite to the operating voltage V _cc , a current only flows during the HIGH phase of the high-frequency signal, and never a continuous direct current.

Durch die Summe der Effekte aus dem zyklischen Ein- und Ausschalten des zweiten Generators 12 und der Erzeugung einer überhöhten Selbstinduktionsspannung ergibt sich unter Ausnutzung der Eigenschaften des menschlichen Auges der gleiche HeI1igkeitseindruck, wie bei einer mit Dauergleichstrom betriebenen Leuchtdiode, wobei aber der Strom um das mehr als 10-fache geringer ist.The sum of the effects of the cyclical switching on and off of the second generator 12 and the generation of an excessive self-induction voltage, taking advantage of the properties of the human eye, results in the same impression of brightness as with a light-emitting diode operated with continuous direct current, although the current is more than 10 times lower.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird schon ein Verbrauch von lediglich 0,9 &mgr;&Agr; bei einer Betriebsspan-nung von 3 V erreicht. Daß hieße, daß anstelle des Verbrauchs einer 100-Watt-Gl iihbi rne 180000 Leuchtdioden betrieben werden könnten. Der Energieverbrauch ist allerdings noch geringer bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2.In the embodiment according to Fig. 1, a consumption of only 0.9 μα is achieved at an operating voltage of 3 V. This would mean that instead of the consumption of a 100-watt light bulb, 180,000 light-emitting diodes could be operated. The energy consumption is, however, even lower with the circuit arrangement according to Fig. 2.

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Reference symbol T is

I - 8 Anschlüsse des Impulsgenerators 10 LeuchtdiodeI - 8 Pulse generator connections 10 LED

II erster ImpulsgeneratorII first pulse generator

12 zweiter Impulsgenerator12 second pulse generator

13 Impulsfolge13 Pulse sequence

14 überlagerte Impulsfolge 15a Widerstand14 superimposed pulse sequence 15a resistance

15b Widerstand15b resistance

15c Widerstand15c resistance

16 Kondensator16 Capacitor

17 Masse17 Mass

18 MOSFET18 MOSFET

19 Spule19 Coil

20 Stromfluß20 Current flow

V-- SpannungsquelleV-- Voltage source

Claims

1. Circuit arrangement for operating a luminous element ( 10 ) with a first pulse generator ( 11 ), a means for coupling a voltage source V _CC , and a means for coupling the luminous element ( 10 ), characterized in that by means of the pulse generator ( 11 ) a pulse train ( 13 ) can be generated which has a frequency of more than 10 Hz.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the pulse sequence ( 13 ) that can be generated by the first pulse generator ( 11 ) is characterized by a time period without a pulse that is at least as long as the time period of a pulse.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the ratio of time period without pulse to time period with pulse is ≥ 2.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the ratio of time period without pulse to time period with pulse is ≥ 10.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the ratio of time period without pulse to time period with pulse is ≥ 100.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the ratio of time period without pulse to time period with pulse is ≥ 1000.

7. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that a switch ( 18 ) is provided which is connected downstream of the first pulse generator ( 11 ) and/or the second pulse generator ( 12 ) and switches a voltage which can be applied to the means for coupling the luminous element ( 10 ).

8. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that a coil ( 19 ) is provided which is connected parallel to the means for coupling the luminous element ( 10 ).

9. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that a second pulse generator ( 12 ) is provided which generates a second pulse train and which can be switched on and off by the first pulse train ( 13 ).

10. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the falling edge of the pulses has a high steepness.

11. Circuit arrangement according to claim 9 and/or 10, characterized in that the second pulse sequence has a frequency of more than 100 Hz.

12. Circuit arrangement according to claim 11, characterized in that the second pulse train has a frequency of more than 50 kHz.

13. Circuit arrangement according to claim 12, characterized in that the second pulse train has a frequency of more than 100 kHz.

14. Circuit arrangement according to one or more of claims 11 to 13, characterized in that the second pulse train has a frequency of less than or equal to 500 kHz.

15. Circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 14, characterized in that the luminous element ( 10 ) is at least one diode, in particular a light-emitting diode.

16. Circuit arrangement according to claim 15, characterized in that the at least one diode ( 10 ) is connected such that it is connected in the reverse direction relative to the polarity of the voltage source (V _CC ).

17. Lighting element with circuit arrangement according to one or more of claims 1 to 14.

18. Lighting element according to claim 17, characterized in that it comprises at least one diode ( 10 ), in particular a light-emitting diode.

19. Lighting element according to claim 18, characterized in that at least two diodes are provided which are connected in parallel.

20. Lighting element according to one or more of claims 17 to 21, characterized in that the diode or diodes can be operated with a multiple of the maximum current specified by the manufacturer.

21. Lighting element according to claim 17, characterized in that it comprises at least one cold light radiator.

22. Lighting element according to claim 17, characterized in that it comprises at least one element of a screen, in particular an LCD screen.

23. Lighting element according to one or more of claims 17 to 21, characterized in that the lighting element is a lamp, in particular a flashlight.