包括控制设备的照明装置和包括照明装置的飞行器技术领域
本发明涉及用于交流电压供给的照明装置，所述照明装
置包括整流器模块，其中整流器模块将来自交流电压供给的
交流电压转换成经整流供给电压，所述照明装置包括二极管
级联(diodecascade)，其中该二极管级联具有多个二极管
级联片段(diodecascadesection)，其中每个二极管级联片
段中布置有至少一个LED，并且其中各二极管级联片段在二
极管级联中串联连接，其中每个二极管级联片段都具有用于
旁路相关联的二极管级联片段的可连接的旁路设备，其中旁
路设备基于经整流供给电压的电压水平而连接，其中二极管
级联片段在旁路设备停用时处于亮态并且在旁路设备激活时
处于暗态，所述照明装置包括用于将经过二极管级联的级联
电流稳定到设定值的电流源模块。另外，本发明涉及包括所
述照明装置的飞行器。
背景技术
由于能量效率和轻重量设计的缘故，在飞行器中，越来
越广泛地使用LED作为发光手段以代替先前的传统白炽灯
泡。然而，飞行器中的电压供给通常是交流电压供给，因此
干线电压(mainsvoltage)首先需要被调节以供LED使用。
因为LED的工作电压具有窄的工作窗口，所以用于LED的
供电电路需要被设计为使得尽管由交流电压作为干线电压因
而具有变化的电压水平，但LED总是在工作点处工作。这例
如可以借助于对交流电压进行整流并且使用得到的脉冲直流
电压给LED供电这一事实来实现。在此情况下，LED串中的
LED据以连接或断开的开关策略被使用，以根据当前可用的
电压水平而保持准确。此过程意味着LED串中总是有这样多
的LED被激活，以便当前电压被有利地或甚至最优地利用。
作为最接近的现有技术的文件DE102012000605A1公
开了这种照明装置。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于交流电压供给的照
明装置，其特征在于均匀的光发射。此目的由具有权利要求1
的特征的照明装置以及具有权利要求12的特征的飞行器来实
现。本发明的优选的或有利的实施例从从属权利要求、以下
描述和附图中得到。
因此，根据本发明，公开了一种适于交流电压供给和/或
针对交流电压供给设计的LED照明装置。特别地，交流电压
供给是交变和/或正弦交流电压供给。具体地，LED照明装置
针对于飞行器的交流电压供给而设计。这种交流电压供给具
有100至200伏特之间的均方根电压(rmsvoltage)(特别
是115伏特的均方根电压)以及200至600赫兹之间的频率
(特别是400赫兹)。飞行器中的交流供给电压电源被设计
成在特性值、均方根电压和频率方面显著变化。然而，基本
的考虑在于尽管具有波动的交流电压供给，仍然要确保飞行
器中的均匀照明。
LED照明装置具有整流器模块，其中整流器模块将交流
电压供给的交流电压转换成经整流供给电压。例如，整流器
模块可以包括用于整流的半波整流器或桥式整流器。尤其是，
交流电压被转换成脉冲直流电压。在本发明的一种可能配置
中，照明装置包括用于整流交流电压源的电压的桥式整流器，
其中在用于LED照明装置的处理中形成的供给电压是反向交
流电压。
LED照明装置包括至少一个二极管级联，其中该二极管
级联具有多个二极管级联片段。每个二极管级联片段中布置
有至少一个LED。尤其优选地，每个二极管级联片段中布置
有多个LED(尤其是彼此串联连接的)。甚至多个LED在二
极管级联片段中彼此并联连接在原理上也是可能的。各二极
管级联片段在二极管级联中彼此串联连接。部分或全部二极
管级联片段中的每个都具有旁路设备，其中使二极管级联片
段上游的旁路设备输入端和二极管级联片段下游的旁路设备
输出端与二极管级联电气接触。尤其是，二极管级联片段中
的LED被旁路设备所旁路。
所述的一个或多个旁路设备基于经整流供给电压的电压
水平而连接。如果旁路设备停用并且因此旁路是阻塞的，则
相关联的二极管级联片段处于亮态。对于旁路设备激活并且
形成了对二极管级联片段的旁路的情况，所述二极管级联片
段处于暗态。尤其是，旁路设备的启动或开关被实施成使得
对应于供给电压的当前电压水平，二极管级联中总是有对应
数目的二极管级联片段处于亮态，从而所述电压水平可以被
有利地或甚至最优地利用。
例如可以经数字处理设备实现对旁路设备的控制，所述
数字处理设备将供给电压的当前电压水平用作输入变量并且
依赖于该输入变量激活或停用旁路设备。然而，以模拟方式
启动和/或开关旁路设备是尤其优选的。尤其是，旁路设备每
个都具有旁路控制电路是优选的，所述旁路控制电路使用二
极管级联片段本地存在的电压作为用于控制和/或开关旁路设
备的输入变量，并且因此基于经整流供给电压来开关旁路设
备。
此外，LED照明装置具有用于将流过二极管级联的级联
电流稳定(尤其是设定)到设定值的电流源模块。尤其是，
电流源模块是调控(regulated)电流源模块的形式，其中级
联电流或其等效变量作为实际变量被测量并与设定值比较，
并且依赖于所述实际变量与设定值之间的差别来稳定(尤其
是调控)级联电流。
在本发明的范围内，提出至少一个二极管级联片段、一
些二极管级联片段或甚至全部二极管级联片段中的每个都具
有控制设备。控制设备在功能上被设计为检测二极管级联片
段的亮态以将其与二极管级联片段的暗态相区别，并且响应
于检测到相关联的二极管级联片段的亮态，减小级联电流的
设定值。
因此，在经整流供给电压的电压水平增加的情况中，首
先一个或多个二极管级联片段从暗态转换为亮态。假定恒定
的级联电流，这种改变会导致二极管级联的亮度的增加。为
了避免或至少限制所导致的亮度波动，提出一旦额外的二极
管级联片段从暗态转换为亮态就减小级联电流的设定值。如
果LED的可用功率从原理上被认定为P＝U*I，则经整流供给
电压的增加导致功率P的增加。因此，照明装置亮度增加。
然而，为了保持照明装置的亮度恒定，需要减小电流I(即，
级联电流)。这是由控制设备执行的，该控制设备减小级联
电流的设定值。因此，本发明提供了将LED照明装置的亮度
保持得随时间更加均匀的可能性。
在本发明的一种优选实施方式中，控制设备在电路方面
被布置成分接出(tapoff)相关联的二极管级联片段的工作电
压(尤其是部分工作电压)，用于检测该相关联的二极管级
联片段的亮态。因而，所述检测是借助于检查工作电压的存
在来执行的，因此是以电气/电子方式执行而不经由光学传感
器系统。该实施方式具有如下优点，即，这种检测方法在相
对长的操作时间内运行也非常可靠，并且与光学检测方法相
比，对污染要求不严格。
在本发明的一种优选配置中，工作电压是跨相关联的二
极管级联片段中的至少一个LED的LED电压的形式。因此，
控制设备分接出跨一个或至少一个LED的工作电压，用于检
测亮态。如果二极管级联片段处于暗态，则工作电压等于零。
另一方面，如果二极管级联片段处于亮态，则存在跨LED的
工作电压降并且控制设备可以通过分接出的工作电压而断定
存在亮态。
尤其优选的是，控制设备具有用于将检测到的亮态转换
成用于减小设定值的开关信号的开关设备。因此，二极管级
联片段的状态的信息被转换成开关信号(尤其地，该开关信
号具有两个离散开关状态(开/关))，以帮助用于改变设定
值的进一步的信号处理。
尤其优选的是，开关设备是光耦合器的形式。所述光耦
合器的发射侧连接到工作电压以便当存在足够高的工作电压
时所述发射侧变得活动。尤其是，发射侧是发光二极管的形
式。如果当前工作电压大于光耦合器的发射侧的发光二极管
的正向电压，则光耦合器的发光二极管发光。在光耦合器的
接收侧，光耦合器的发光二极管的非光照或发光二极管的光
照被接收(尤其是由光电晶体管接收)，从而形成开关信号。
光耦合器通常是密封的，以便尽管有光信号传输也可以预计
不会有污染问题。光耦合器的另一个优势在于它导致控制设
备与二极管级联片段之间的电解耦。
优选的是使得设定值基于设定电压值而被预设(尤其是
对电流源模块)，其中开关设备通过开关信号减小设定电压
值。
在一种可能的电路配置中，所述设定电压值通过使用分
压器进行分接而形成，在分压器处存在恒定的参考电压值。
附加的电阻器通过开关设备与分压器片段之一并联连接，使
得设定电压值和因此的设定值减小。如果多个二极管级联片
段具有这种控制设备，那么每个控制设备可以将专用的附加
电阻器与所述分压器片段并联连接和/或与其他的附加电阻器
并联连接，使得设定电压值还可以被多次减小或在多个级中
被减小。
在本发明的一种优选开发中，电流源模块具有比较器和
开关元件，其中比较器将设定电压值与级联电流的等效值比
较，并且根据比较结果启动开关元件。该等效值例如可以形
成为例如经由电阻器分接的电压。如果级联电流的等效值小
于设定电压值，则闭合开关元件；如果等效值大于设定电压
值，则断开开关元件。尤其是，开关元件被布置使得它可以
完全中断二极管级联。尤其是，开关元件可以布置在二极管
级联的上游、二极管级联的下游、或二极管级联中。
在本发明的一种优选实施方式中，比较器是运算放大器
的形式并且开关元件是晶体管(尤其是开关晶体管)的形式，
其中设定电压值和等效值位于运算放大器的输入端，并且运
算放大器的输出端被耦接到所述晶体管的基极。
总的来说，优选的是，控制设备和/或旁路设备每个都可
以被形成为模拟电路。因为单独的电子组成部件非常便宜，
所以这种模拟电路是特别便宜的。此外，模拟电路可以做得
比数字电路更加鲁棒。
在本发明的一种优选实施方式中，旁路设备每个都具有
晶体管。在可能的本发明的电路实施例中，每个旁路设备包
括一个晶体管(尤其是金属氧化物半导体场效应管
(MOSFET))，其中经由晶体管的源极和漏极提供旁路，
其中晶体管的栅极处存在辅助电压，所述辅助电压定义了极
限电压。使用双极型晶体管或其他开关来代替MOSFET也是
可能的。这种电路配置确保旁路设备的旁路的连接和断开功
能被安全、可靠和低成本地实施。尤其是，旁路设备被设计
为如文件DE102012000605A1中所描述的，所述文件的公
开内容通过引用被并入到本发明中。
尤其优选的是，经整流供给电压是反向交流电压和/或脉
动供给电压的形式。具体地，经整流供给电压被形成为一系
列彼此紧邻的半波(尤其是正弦半波)。在半波期间，二极
管级联片段根据供给电压的变化的电压水平借助于旁路设备
而连接或断开，从而亮态的LED的数目在半波期间显著改变。
在这些边界条件下，级联电流的设定值的匹配可以对二极管
级联的亮度随时间的均匀性有尤其强烈的影响。
本发明的另一个目的涉及包括如前所述和根据先前权利
要求之一的照明装置的飞行器。LED照明装置尤其在客舱内
部形成，用于照明乘客座位和/或整个客舱内部。尤其是，LED
照明装置具有多个二极管级联。
附图说明
本发明的进一步特征、优点和效果在附图和以下对本发
明的优选示例实施例的描述中被提出，附图中：
图1示出了作为本发明的第一示例实施例的飞行器中的
照明装置的简要框图；
图2类似地示出了图1中的照明装置的二极管级联片段
的简要示图，所述照明装置包括控制设备和电流源模块。
具体实施方式
图1示出了作为本发明的示例实施例的飞行器2中的照
明装置1的非常简要的示图。照明装置1被设计为连接到飞
行器2的供电网3的交流电压供给。供电网3提供均方根电
压为115伏特且频率为400赫兹的交流电压。均方根电压和
频率都可能波动，因此均方根电压可能在90至130V之间波
动并且/或者频率可能在300Hz至500Hz之间波动。
照明装置1具有交流电压输入端4，供电网3经交流电压
输入端4连接。从交流电压输入端4开始，提供了将交流电
压转换成经整流供给电压的整流器模块5。特别地，经整流供
给电压是脉冲直流电压。特别地，整流器模块5具有半波整
流器或全波整流器，使得经整流供给电压被形成为频率是供
电网3的频率的两倍的一系列正弦半波。
照明装置1包括二极管级联6，二极管级联6具有多个(在
该示例中是3个)二极管级联片段7。二极管级联片段7每个
都彼此串联连接，其中虚线也指示可以提供进一步的二极管
级联片段7。
每个二极管级联片段7中布置有LED8，这些LED在片
段输入端E与片段输出端A之间串联连接。使用多个并联连
接的LED代替一个一个的LED8也是可能的。各种二极管级
联片段7中的LED8被布置在飞行器2中(尤其是飞行器的
内部)，使得它们可以照明乘客座位或整个飞行器内部。LED
可以是白光LED、彩色LED或OLED的形式。
在此示例中，电流源模块9被布置在二极管级联6的末
端，所述电流源模块执行使经过二极管级联6的级联电流IK
稳定并且将所述级联电流设定成由设定电压值Vref预设的设
定值的功能。电流源模块9具有运算放大器形式的比较器10，
其中比较器10的一个输入端由设定电压值Vref占据，并且
另一个输入端由来自末端电阻器11上游的、二极管级联6的
反馈占据，其中反馈电压值形成级联电流IK的等效值。比较
器10的输出端(尤其是运算放大器的输出端)在信令方面耦
接到开关元件12，其中开关元件12是晶体管的形式，并且比
较器10的输出位于所述晶体管的基极，其中开关元件12对
于等效值小于设定电压值Vref的情况是接通的并且对于相反
情况则中断二极管级联6。因此，电流源模块9将级联电流
IK稳定到由设定电压值Vref预设的设定值。
完全旁路相应二极管级联片段7的所有LED8的旁路设
备13被布置在每个二极管级联片段7中。尤其是，旁路设备
13将片段输入端E与片段输出端A之间的二极管级联片段7
旁路。此外，电容器C被布置成与LED8和/或与旁路设备
13并联。旁路设备13被设计成在出现低电压的情况下或在没
有电压的情况下将LED8旁路，并且在超过由电路确定的极
限电压的情况下将旁路设备13停用并且将二极管级联片段7
从暗态转换为亮态。所述状态之所以这样命名，是因为一旦
旁路设备13被激活以便旁路，级联电流IK就流过旁路设备
13使得LED8不接收任何电流并且保持黑暗。一旦旁路设备
13被停用并且因此旁路被停用，级联电流IK就流过LED8
使得所述LED发光。每个旁路设备13包括一个晶体管22(尤
其是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管))，其中
晶体管22的漏极连接到片段输入端E并且它的源极连接到片
段输出端A。辅助电压Vaux经由电阻器出现在晶体管22的
控制电极。晶体管22的控制电极经由第二电阻器耦接到晶体
管22的源极。一个二极管被布置在第一电阻器和控制电极之
间，并且一个二极管与第二电阻器并联布置。
各个二极管级联片段7串联连接的事实意味着，随着供
给电压增加，依次的各二极管级联片段的旁路设备13依赖于
供给电压一个接一个地被停用，使得二极管级联片段7一个
接一个地从暗态转换成亮态。在一旦超过了供给电压的半波
的最大值而供给电压减小的情况下，各二极管级联片段7再
以相反次序被停用。
由于旁路设备13根据供给电压依次停用和因此二极管级
联6中的LED8依次激活，跨电流源模块9的电压降处于最
小值并且LED照明装置处于低损耗工作状态。然而，因为给
定相同的电流强度，二极管级联6的亮度的改变与处于亮态
的LED8的数目成比例，所以可以通过级联电流IK的设定
值的匹配来实现二极管级联6的亮度的均匀性，如结合图2
所解释的：
图2示出了图1中的一个二极管级联片段7，其中所述二
极管级联片段补充了控制设备14。控制设备14在电路方面被
设计用于匹配电流源模块9的设定值。作为输入变量，工作
电压由控制设备14跨相关联的二极管级联片段7的一个LED
8分接出来。该工作电压被提供给开关设备形式的光耦合器
15。发光二极管16被布置在光耦合器15中，当二极管级联
片段7中的LED8激活时，所述发光二极管也由分接出并且
可能经由上游电阻器17匹配的工作电压来激活。此外，光耦
合器15具有光电晶体管18，光电晶体管18在光耦合器15中
的发光二极管16的发光期间是接通的。
图2再次示出了电流源模块9的设计，示出设定电压值
Vref由分压器19产生。分压器19具有第一电阻器20a和第
二电阻器20b并且被提供有辅助电压Vaux。设定电压值Vref
的分接在电阻器20a、20b之间执行。附加的电阻器21借由
光电晶体管18与第二电阻器20b并联连接，使得与电阻器20b
的单个电阻相比，电阻器20b和21的整体电阻是减小的。作
为结果，提供给电流源模块9尤其是比较器10的设定电压值
Vref也减小。
由于设定电压值Vref响应于二极管级联片段7从暗态转
换成亮态而减小，级联电流IK的设定值因此被减小，从而尽
管发光的LED8的数目增加，二极管级联6的总亮度要么保
持恒定要么至少保持均匀。
可以使得每个二极管级联片段7都具有这种控制设备
14。附加的电阻器21可以每个都匹配以提供二极管级联6的
均匀亮度。然而，接受随时间的一定的不均匀性也是可能的，
例如，其结果是，只有当二极管级联片段7或LED8中的最
后30％被激活时，所述设定值才被校正，以便实现平均而言
更均匀的照明。
参考符号列表
1照明装置
2飞行器
3供电网
4交流电压输入端
5整流器模块
6二极管级联
7二极管级联片段
8LED
9电流源模块
10比较器
11末端电阻器
12开关元件
13旁路设备
14控制设备
15光耦合器
16发光二极管
17电阻器
18光电晶体管
19分压器
20电阻器
21附加的电阻器
22晶体管
E片段输入端
A片段输出端
C电容器
IK级联电流
Vref设定电压值
Vaux辅助电压