阅读说明：本技术 发光设备和发光系统 (Luminaire and luminescent system ) 是由 霍斯特·瓦尔加 埃尔马·鲍尔 亚历山大·维尔姆 于 2018-03-20 设计创作，主要内容包括：提出一种用于以直流电压运行的发光设备(10),所述发光设备包括：-至少一个光电子半导体芯片(13a,13b),-两个接触部(11a,11b),用于将发光设备(10)与直流电压耦合；和-驱动电路(15),所述驱动电路与至少一个半导体芯片(13a,13b)在支路(17)中串联连接并且设置用于设定用于运行至少一个半导体芯片(13a,13b)的电流。支路(17)以电耦合的方式在两个接触部(11a,11b)之间延伸。还提出一种发光系统(100)。(It is proposed a kind of luminaire (10) for running with DC voltage, the luminaire includes :-at least one opto-electronic semiconductor chip (13a, 13b),-two contact portion (11a, 11b), for coupling luminaire (10) with DC voltage；With-driving circuit (15), the driving circuit and at least one semiconductor chip (13a, it 13b) is connected in series and is arranged for setting the electric current for running at least one semiconductor chip (13a, 13b) in branch (17).Branch (17) is extended between two contact portions (11a, 11b) in a manner of being electrically coupled.Also propose a kind of luminescent system (100).)

发光设备和发光系统

技术领域

本发明涉及一种用于以直流电压运行的发光设备，以及一种相应的发光系统。

背景技术

包括发光二极管(LED)的用于常规照明目的的光源通常借助于电子镇流器由恒定电流供给。镇流器将电网电压、例如具有230V和50Hz的交流电压转换为直流电压并且限制流过LED的恒定电流。尤其在所谓的聚光灯-发光装置中，各光源可以需要一个这种镇流器，由此这种发光装置变得体积庞大且昂贵。

发明内容

本发明的目的是，提出一种发光设备，所述发光设备可节省空间且低成本地制造，以及提出一种相应的发光系统。

所述目的通过独立权利要求的主题来实现。各有利的设计方案在从属权利要求中给出。

根据第一方面，提出一种用于以直流电压运行的发光设备。发光设备尤其可以是聚光灯-发光装置或是类似发光装置。发光设备可以可选地具有壳体，或者例如包括仅一个装配的印刷电路板。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，发光设备包括至少一个光电子半导体芯片。至少一个半导体芯片也可以是发光二极管芯片或是激光二极管芯片。至少一个半导体芯片例如经由载体和/或附加的接合线电接触。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，发光设备包括两个接触部，用于将发光设备与直流电压耦合。接触部例如可以设置在前述载体上。必要时，接触部可以从发光设备的壳体中引出，以在外部接触发光设备。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，发光设备包括驱动电路，所述驱动电路与至少一个半导体芯片串联连接成支路，并且设置用于设定用于运行至少一个半导体芯片的电流。驱动电路可以是电流调整器或电流调节器。驱动电路尤其设置和构成用于与直流电压源耦合，限制和/或设定支路中的电流。驱动电路示例性地集成到发光设备中，使得所述驱动电路与至少一个半导体芯片设置在共同的载体上和/或与载体和至少一个半导体芯片一起由共同的壳体环绕。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，支路以电耦合的方式在两个接触部之间延伸。换言之，第一接触部与支路的一个端部电耦合，并且第二接触部与支路的另一个端部电耦合。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，提出一种用于以直流电压运行的发光设备，所述发光设备包括至少一个光电子半导体芯片、两个接触部和驱动电路。接触部设置用于将发光设备与直流电压耦合。驱动电路与至少一个半导体芯片在支路中串联连接。此外，驱动电路设置用于设定用于运行至少一个半导体芯片的电流。支路以电耦合的方式在两个接触部之间延伸。

通过发光设备包括驱动电路，可以将发光设备为了运行与直流电压源耦合，使得可以弃用外部的镇流器。有利地，由此除了镇流器的电部件的成本以外，由于这种镇流器的尺寸，也省去用于镇流器的壳体的成本和空间需求。尤其，多个这种发光设备借助相同的直流电压源运行。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，发光设备具有载体。载体可以是电路板或陶瓷基板。尤其，载体也可以用作为冷却体。示例性地，载体为此包括金属或金属合金或由其构成。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，发光设备包括载体，在所述载体上设置有至少一个半导体芯片。可选地，至少一个半导体芯片还可以有针对性地与载体热耦合。示例性地，至少一个半导体芯片为此借助于导热粘胶和/或导热基板固定在载体上。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，驱动电路和至少一个半导体芯片设置在共同的载体上。有利地，这能够实现驱动电路与发光设备的电部件的简单的接触和连接。此外，驱动电路可以有针对性地与作为冷却体的载体耦合。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，至少一个半导体芯片无壳体地构成。无壳体的光电子半导体芯片表示所谓的“裸芯片”，也称作为“Bare Die”或“Bare Chip”。也就是说，无壳体的光电子半导体芯片仅包括裸的半导体芯片并且不安装在壳体、例如塑料或陶瓷壳体中。因此，无壳体的光电子半导体芯片不具有壳体。因此，有利地，与有壳体的半导体芯片相比可以实现半导体芯片在载体上的高的密度。在半导体芯片运行中产生的热量可以有利地经由载体有效地导出。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，发光设备包括多个光电子半导体芯片，其中载体与半导体芯片形成板上芯片(COB，Chip-On-Board)模块。“COB”在此按意义表示“裸芯片安装”，半导体芯片在该上下文中因此无壳体地构成。

COB模块尤其可以包括多个单独地、串联地和/或并联地连接的半导体芯片支路。在该情况下，一个或多个驱动电路可以设计用于每电路或每支路的电流调节。如果例如在每支路中驱动电路串联地与一个或多个光电子半导体芯片连接，那么可以尽可能放弃对半导体芯片在其安装在所述支路中之前进行测量和分类。尤其在多条这种支路的情况下，此外实现在运行中产生热量的驱动电路在载体上的有利的分布。相反地，如果多条支路并联连接，其中在每电路中设有驱动电路，例如仅一个唯一的驱动电路用于所有光电子半导体芯片，那么可以将电接触和互连各个器件的复杂度保持得小并且节约用于其他驱动电路的成本。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，发光设备设计用于以直流电压运行，所述直流电压在5V和100V之间，尤其为12V、24V或优选为48V。有利地，借助这种直流电压的运行能够实现发光设备的所谓的“Hot-Swapping”或“Hot-Plugging”(热调接或热插接)，即在连续运行中更换发光设备。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，驱动电路包括单片的调节器。

调节器可以是纵向调节器。例如可考虑线性调节器或降压变压器(英语为“Buckconverter”)。调节器优选热连接到载体上，以便确保可靠的散热。示例性地，调节器包括NPN晶体管和连接在基极和发射极之间的齐纳二极管，以提供参考电压。对齐纳二极管替选地，调节器也可以具有多个串联连接的PN结。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，调节器无壳体地构成。因此，有利地将调节器的空间需求保持得小。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，在调节器外部，驱动电路包括用于设定来运行至少一个半导体芯片的电流的电阻。电阻尤其可以是分流器，所述分流器例如作为用于稳定电流的发射极电阻与调节器的晶体管耦合。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，电阻光敏地构成，使得其电阻值与光流相关地改变，尤其以便补偿至少一个半导体芯片的光功率的改变。例如光功率的改变可以是至少一个半导体芯片的退化。

示例性地，电阻在该情况下包括常规的电阻和光敏元件，例如光电阻，光电晶体管或光敏传感器。光敏元件经受在发光设备运行中产生的辐射，并且尤其设置用于通过提高至少一个半导体芯片的运行电流来调节下降的光流，使得实现发光设备的恒定的光流。有利地，这能够实现补偿在发光设备的运行过程中光功率的减少(退化)。尤其，由此可以将发光设备的光流在其使用寿命期间保持恒定，使得在法律规定方面在安装发光设备时不必维持冗余的光功率。有利地，这有助于节约能量或成本。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，发光设备包括具有供给输出端的转换器电路。转换器电路与两个接触部电耦合并且设置用于经由供给输出端提供供给电压。

供给电压例如在0.1V和10V之间，尤其为3.3V或5V。

有利地，这能够实现除了至少一个光电子半导体芯片以外的附加的部件的电流供给，和/或至少一个光电子半导体芯片的内部的电流供给。尤其，由此可以弃用用于电流供给的附加的构件，所述附加的构件在具有镇流器的发光设备中必须以无壳体的印刷电路板的形式与发光设备一起安装。换言之，发光设备中的附加的部件可以直接地在没有单独的镇流器的情况下由供给电压供给，使得有助于节约成本和结构空间。

转换器电路可以与驱动电路类似地设置在载体上并且有针对性地与所述载体热耦合，以至于确保转换器电路的可靠的运行。

转换器电路例如可以是线性调节器或降压变压器。替选地，转换器电路也可以是由线性调节器和降压变压器构成的混合装置，以便能够实现在效率、复杂性和灵活性之间的折中。示例性地，转换器电路在该情况下包括：高欧姆的输入电阻，以便使损耗最小化；以及电容器，所述电容器与齐纳二极管并联连接并且充电，用于在预设的时长中提供供给电压。附加地，转换器电路可以包括降压变压器的功率件，所述功率件仅必须以预设的频率和预设的占空比连接。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，发光设备还包括控制单元。转换器电路为了运行控制单元经由供给输出端与控制单元电耦合。

控制单元例如可以是微控制器。示例性地，微控制器设计用于至少一个光电子半导体芯片的控制和/或调光。控制单元尤其设计用于以供给电压运行。对控制单元替选地或附加地，发光设备可以包括其他部件，即例如通信接口，如用于蓝牙、Wifi或ZigBee的无线电接收器，传感器、如温度计、运动传感器、光谱仪、环境光传感器，麦克风或相机，或然而还有物联网部件。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，调节器具有控制输入端。此外，控制单元与控制输入端以信号的方式耦合，并且设置用于控制至少一个半导体芯片的发射辐射的运行。尤其可考虑的是，将发光设备的发射辐射的运行接通或切断，或者实现调光。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，转换器电路具有激励输入端。此外，控制单元以信号的方式与激励输入端耦合，并且设置用于提供激励信号，所述激励信号用于激励转换器电路的开关频率。有利地，这能够实现有效地且可靠地运行转换器电路。

在根据第一方面的一个有利的设计方案中，驱动电路设计用于以预设的运行电压运行并且设置在支路的第一部段和支路的第二部段之间。此外，在支路的第二部段中设置的光电子半导体芯片的数量与用于运行发光设备的直流电压、驱动电路的预设的运行电压和第二部段中的半导体芯片的预设的运行电压相关地选择。

有利地，这能够实现驱动电路的、尤其调节器的使用，所述驱动电路或调节器设计用于以比用于运行发光设备所需的直流电压更小的运行电压运行。通过设置在支路的第二部段中的光电子半导体芯片的数量，能够实现将施加在两个接触部上的、对于运行发光设备所需要的直流电压根据电压分配的原理降低到对于运行驱动电路适合的运行电压上。

根据第二方面提出一种发光系统。发光系统包括至少一个根据第一方面的发光设备以及直流电压源，所述直流电压源与至少一个发光设备的两个接触部电耦合并且设置用于提供用于运行发光设备的直流电压。

直流电压源可以是恒定电压源。尤其，在此可以涉及电源件，所述电源件设计用于以电网电压运行。

替代为每个发光设备分别设置单独的镇流器，有利地可以将共同的直流电压源与明显更小且更便宜的驱动电路组合使用。因为前述镇流器典型地专门为灯光照明市场研发，所以所述镇流器此外比针对更广阔的应用领域研发的直流电压源更贵。

发光系统例如可以包括三个、四个或更多个发光设备。

在根据第二方面的一个有利的设计方案中，发光系统包括五个、六个或更多个发光设备。

附图说明

下面根据示意图详细阐述本发明的实施例。

附图示出：

图1示出发光设备的第一实施例；

图2示出根据图1的发光设备的示例性的支路；

图3示出根据图1的发光设备的示例性的驱动电路；

图4示出发光设备的第二实施例；

图5示出发光设备的第三实施例；

图6示出根据图5的发光设备的示例性的转换器电路；

图7a、7b示出示例性的第一发光系统；以及

图8a、8b示出具有根据图1至5的发光设备的示例性的第二发光系统。

相同结构或功能的元件在所有图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出发光设备10的第一实施例。发光设备10示例性地是具有载体11的COB模块，在所述载体上设置有多个无壳体的光电子半导体芯片13a、13b，尤其LED。半导体芯片例如可以由进行支撑和/或转换波长的灌封料包围并且与所述灌封料一起形成发光面13(参照图5)。

载体11包括两个接触部11a、11b，用于将发光设备10与预设的运行电压耦合。在本实施例中，发光设备10设计用于以48V的直流电压作为运行电压运行，所述直流电压示例性地施加在第一接触部11a上，而第二接触部11b与地耦合。

在接触部11a、11b之间设置有六条支路17(也参照图2)，所述支路分别以一个端部与第一接触部11a耦合和以其各另一端部与第二接触部11b耦合。支路17分别包括十五个串联连接的光电子半导体芯片13a、13b以及分别包括驱动电路15，所述驱动电路设置在载体11的边缘上。每个驱动电路15由单片的线性调节器15a以及电阻15b构成，通过所述电阻设定支路17中的电流，并且能够实现半导体芯片13a、13b的发射辐射的运行。可选地，发光设备10还可以包括齐纳二极管12，所述齐纳二极管设置在两个接触部11a、11b之间。

由于发光设备10包括驱动电路15，发光设备10能够以直流电压运行并且弃用用于以电网电压运行的体积庞大的镇流器。

紧凑的线性调节器15a示例性地包括NPN晶体管和齐纳二极管(或多个串联连接的PN结)，所述齐纳二极管用于提供参考电压。经由电阻15b稳定相应的支路17中的电流，所述电阻关于晶体管在发射极侧上连接并且用作为分流器。如果例如在施加到接触部11a、11b上的电压提高时在支路17中的电流升高，那么这对分流器处的压降产生影响，由此在晶体管处的基极-发射极电压下降，基极电流减少并且晶体管变得更高欧姆，以至于在支路17中的电流被节流或保持恒定，因为在参考电压、降在分流器处的电压和基极-发射极电压之间的差等于零。参考电压可以由在可选的控制输入端En处的电压提供，以便扩展发光设备10的控制可能性，如在下文中根据图2所阐述。

在第一实施变型形式中，驱动电路15的电阻15b是恒定的SMD电阻，使得在相应的支路17中的电流节流为预设值。

在其运行期间，半导体芯片13a、13b的发射的光功率由于不同的退化效果降低，例如由于壳体材料和灌封料变棕色，这限制半导体芯片13a、13b的使用寿命。示例性地，在50％的半导体芯片13a、13b中在25000运行小时之后，光功率降低到70％。为了例如用3000lm的照明设施实现在办公室中法律规定的500lx，可以使用3300lm的照明设施，以便在25000运行小时之后满足法律规定。在长的时间段中，通过所述预留然而消耗比所需的更多的能量。

因此，在第二实施变型形式中，电阻15b光敏地构成。因此，电阻15b设置为，使得所述电阻由半导体芯片13a、13b的光照射。电阻还构成为，使得其在光流降低时引起在支路17中的电流提高，以至于所产生的光流保持恒定。以这种方式可以有助于补偿退化。

根据图2以示意细节图示出根据第一实施例的发光设备10的一个示例性的支路17。

支路17包括第一部段17a，所述第一部段在第一接触部11a(在图中作为“+”示出)和驱动电路15之间延伸；以及包括第二部段17b，所述第二部段在驱动电路15和第二接触部11b(在图中作为“-”示出)之间延伸。

在第一部段17a中设置有多个半导体芯片13a，在本实施例中设置有八个半导体芯片，并且与单片的线性调节器15a的背面接触部E连接。

调节器15a，例如英飞凌公司的BCR 421U类型的调节器具有接地端子Gnd以及参考电压端子Rx，在其之间连接有电阻15b。驱动电路15的示例性的电路图根据图4示出。此外，接地端子Gnd与第二部段17b连接，在所述第二部段中设置有其他半导体芯片13b，在本实施例中设置有七个半导体芯片。

在第二部段17b中的半导体芯片13b的数量在此确定为，使得施加在线性调节器15a上的电压仅对应于施加在接触部11a、11b上的电压的一部分，该部分小于或等于线性调节器15a的标称运行电压。有利地，在发光设备19的运行电压高的情况下也可以使用功率低或成本低的线性调节器15a。

在图2中示出的线性调节器15a此外具有可选的控制输入端En，所述控制输入端在本实施例中与第一接触部11a耦合。

经由施加在控制输入端En上的电压能够控制驱动电路15的运行进而控制半导体芯片13a、13b的发射辐射的运行。尤其，能实现半导体芯片13a、13b的调光以及接通和关断，即使在接触部11a、11b上还施加有运行电压时也如此。因此，为了能够实现这种控制，控制输入端En可以替选地与控制单元20、如微控制器耦合(参见图5)。为了同时借助于唯一的控制单元20控制多条支路17或多个发光设备10，相应的控制输入端En在此示例性地可以并联连接。

下面的根据图4和5所描述的第二实施例讨论：这种控制单元20可以如何集成在发光设备10中。

第二实施例与第一实施例的不同之处在于，线性调节器15a的控制输入端En代替与第一接触部11a与附加的第三接触部11c耦合，所述第三接触部类似于两个接触部11a、11b引导至载体11的边缘。

此外，发光设备10在第二实施例中包括转换器电路19，所述转换器电路示意地作为四个阴影的方框示出。转换器电路19与接触部11a、11b耦合并且还具有附加的接触部19a、19b，所述附加的接触部引导至载体11的边缘。有利地，通过将转换器电路19集成在发光设备10中和设置在载体11上，可以利用半导体芯片13a、13b的良好的热接合，以便将在转换器电路19的运行中所产生的热量导出。

转换器电路19构成用于，将发光设备10的运行电压，在此即48V的直流电压转换为对于附加的部件常见的、较低的电压，例如3.3V或5V。为此，作为转换器电路19可以示例性地使用线性调节器或降压变压器。转换器电路19的一个优选的实施方式还在下面根据图6描述。

较低的电压可以作为供给电压由发光设备10的附加的部件或由外部设备在接触部19a处截取，该接触部用作为转换器电路19的供给输出端。有利地，通过将转换器电路19集成在发光设备10中，可以弃用用于提供供给电压的外部构件，所述外部构件否则必须以有壳体的印刷电路板的形式一起安装。尤其在该情况下也可以弃用另外的镇流器。

如根据图5所示出那样，发光设备10包括控制单元20，所述控制电压借助供给输入端20a与转换器电路19的供给输出端19a耦合。此外，控制单元20的接地端子20c与发光设备10的第二接触部11b耦合。控制单元20的控制输出端20d与发光设备10的第三接触部11c耦合，所述第三接触部用作为线性调节器15a的控制输入端En(参见图2)。有利地，这能够实现发光设备10的发射辐射的运行的大规模的控制，即使在接触部11a、11b上施加运行电压时也如此。

可选地，控制单元20还可以具有激励输出端20b，所述激励输出端与转换器电路的接触部19b耦合。经由激励输出端例如可以提供激励信号V2，例如脉冲的矩形信号，用于激励转换器电路19的开关频率。

下面，根据图6的电路图描述转换器电路19的一个优选的实施方式，所述转换器电路用于从施加在发光设备10的接触部11a、11b上的48V的运行电压中产生3.3V的电压，所述运行电压在电路图中作为电压V1示出。代替可能产生大量损耗的线性调节器，或通过所需构件的数量会引起转换器电路19的复杂性和成本的完整的降压变压器，提出如在图6中示出的转换器电路19，所述转换器电路包括启动电路，所述启动电路为了使损耗最小化而包括高欧姆的电阻R2，例如大小为100kΩ，以及包括预充电容器C1，所述预充电容器与3.3V的齐纳二极管D3并联连接。电容器C1的容量在此选择为高的，使得例如包括控制单元20的辅助电路在预设的最短时长中可以运行，例如为10μF。

例如，通过控制单元20可以提供激励信号V2，所述激励信号用于激励转换器电路19的开关频率，所述转换器电路能够实现借助晶体管Q2、线圈L1和续流肖特基二极管D5将在供给输出端19a处的电压调节至3.3V。此外，在电路中设有其他电阻R1、R3、R5以及晶体管Q1。

图7a示出示例性的具有外部的镇流器30’的发光设备10’。包括多个这种发光设备10’的第一发光系统100’(图7b)为每发光设备10’需要一个外部的镇流器30’。

图8示出示例性的具有内部的驱动电路15的发光设备10(参见图1至5)。包括多个这种发光设备10的第二发光系统100(图8b)需要共同的直流电压源30以及为每发光设备10需要一个内部驱动电路15。现在，从大约3至5个发光设备10、10’起，直流电压运行的发光设备10的单位成本的相对光功率根据所使用的构件超过具有镇流器30’的发光设备10’的单位成本的相对光功率。

本专利申请要求德国专利申请10 2017 106 959.3的优先权，其公开内容通过参引结合于此。

本发明并不局限于根据实施例的描述。更确切地说，本发明包括任意新的特征以及特征的任意组合，这尤其包含权利要求中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合本身并未详尽地在权利要求或实施例中说明时也如此。

附图标记列表

10，10’ 发光设备

11 载体

11a，11b，11c 接触部

12 齐纳二极管

13 发光面

13a，13b 半导体芯片

15 驱动电路

15a 调节器

15b 电阻

17 支路

17a，17b 部段

19 转换器电路

19a 供给输出端

19b 接触部

20 控制单元

20a 供给输入端

20b 激励输出端

20c 接地端子

20d 控制输出端

30 直流电压源

30’ 镇流器

100，100’ 发光系统

EN 控制输入端

GND 接地

Rx 参考电压

E 背侧接触部

Q1，Q2 双极晶体管

V1，V2 电压源

R1，R2，R3，R5 电压

L1 电感

C1 电容器

D3，D5 二极管