DE102006040711B4

DE102006040711B4 - Schaltung zum Regeln einer LED mit Temperaturausgleich

Info

Publication number: DE102006040711B4
Application number: DE102006040711.3A
Authority: DE
Inventors: Il Kweon Joung
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: US20070057902A1; FR2896108B1; JP2007081394A; JP4982137B2; FR2896108A1; US7330002B2; KR100735460B1; DE102006040711A1; KR20070029867A

Abstract

Schaltung zum Regeln einer Leuchtdiode (LED) mit Temperaturausgleich, welche aufweist:einen Wellenformgenerator (310) zum Erzeugen einer Sägezahnwelle für Pulsbreitenmodulation-Regelung (PWM = Pulse Width Modulation);einen Temperaturdetektor (320) zum Detektieren einer Spannung über einen Widerstandswert, welcher linear entsprechend Änderungen der Umgebungstemperatur veränderlich ist; undeinen PWM-Regler (330) zum Vergleichen der Sägezahnwelle von dem Wellenformgenerator (310) mit der Detektionsspannung von dem Temperaturdetektor (320) und Erzeugen einer PWM-Spannung mit einer Einschaltdauer, die durch das Vergleichsergebnis bestimmt wird;wobei der Temperaturdetektor (320) aufweist:eine Temperatur-Detektionsschaltung (321) zum Teilen einer Dimmspannung mittels eines veränderlichen Widerstandswerts, um die Detektionsspannung auszugeben; undeinen Komparator (323) zum Ausgeben einer Differenzspannung zwischen der Detektionsspannung von der Temperatur-Detektionsschaltung (321) und der Dimmspannung;wobei die Temperatur-Detektionsschaltung (321) aufweist:einen ersten und zweiten Widerstand (R11, R12), die in Reihe zwischen einem Dimmspannungsanschluss und einem Masseanschluss verbunden sind;eine erste Temperatur-Detektionsvorrichtung (TH1) mit einem Widerstandswert, der der Umgebungstemperatur entspricht, wobei die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung (TH1) parallel zu dem ersten oder zweiten Widerstand (R11, R12) angeschlossen ist; undeine Vielzahl von Temperatur-Detektionsvorrichtungen (TH2, TH3), welche jeweils einen der Umgebungstemperatur entsprechenden Widerstandswert aufweisen, wobei die Temperatur-Detektionsvorrichtungen (TH2, TH3) parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung (TH1) und in Reihe zueinander angeschlossen sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zum Regeln einer Leuchtdiode (LED), welche in einem System mit rückwärtiger Beleuchtung oder einem Beleuchtungssystem verwendet wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltung zum Regeln einer LED, welche linear Leuchtkraft und Farbe entsprechend Änderungen in der Umgebungstemperatur regeln kann, um durch Temperatur verursachte Veränderungen der Eigenschaften der LED genauer auszugleichen und Kosten des Produkts einzusparen, da ein Mikroprozessor nicht erforderlich ist.
Beschreibung des Stands der Technik
Im Allgemeinen wird für eine Flüssigkristallanzeige (LCD = Liquid Crystal Display) und andere Systeme mit rückwärtiger Beleuchtung zur elektronischen Anzeige weit verbreitet eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe (CCFL = Cold Cathode Flourescent Lamp) verwendet. Jedoch wurden aus mehreren Gründen Versuche unternommen, die CCFL in dem System mit rückwärtiger Beleuchtung (Rücklichtsystem) durch eine Leuchtdiode (LED) zu ersetzen. Das heißt, durch Verwendung einer Leuchtdiode wird eine Farbskala erweitert, und ein weißer Punkt kann ebenfalls durch Farbregelung gesteuert oder geregelt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die LED quecksilberfrei und somit umweltfreundlich ist. I Bei dem LED-Rücklichtsystem wird rotes (R), grünes (G) und blaues (B) Licht zu weißem Licht kombiniert, um es als Lichtquelle zu nutzen. Die Eigenschaften der RGB-LEDs, die in einem Rücklichtsystem verwendet werden, variieren abhängig von der angelegten Spannung, Umgebungstemperatur und Betriebsdauer. Des Weiteren unterscheiden sich die RGB-LEDs in ihren jeweiligen Merkmalen beträchtlich.
Somit ist es bei dem LED-basierten Rücklichtsystem oder allen Systemen, die eine LED als Lichtquelle verwenden, erforderlich, Leuchtkraft und Farbe zu regeln, damit diese unabhängig von Änderungen in der Umgebung, wie beispielsweise Umgebungstemperatur, Alterungseffekten der LED und Unterschieden in den Eigenschaften der LED einheitlich sind.
1 ist ein Blockdiagramm, welches eine herkömmliche Leucht-Regelvorrichtung darstellt.
Unter Bezugnahme auf 1 detektiert die herkömmliche Leuchtvorrichtung 10 eine Durchlassspannung Vf einer LED-Vorrichtung 1, schätzt eine Umgebungstemperatur Ta anhand der detektierten Durchlassspannung, leitet einen optimalen Rückkopplungspunkt eines Treiberstroms der LED-Vorrichtung 1 ab und regelt eine Leuchtmenge der LED-Vorrichtung 1.
Die herkömmliche Leuchtvorrichtung 10 weist einen A/D-Wandler 12, einen Rückkopplungspunkt-Bestimmer 14, einen Temperatureigenschaften-Speicher 16, einen PWM-Regler 27 und eine PWM-Schaltung 28 auf. Der A/D-Wandler 12 detektiert die Durchlassspannung Vf der LED-Vorrichtung 1 und wandelt diese in ein digitales Signal um. Der Rückkopplungspunkt-Bestimmer 14 schätzt die Umgebungstemperatur Ta der LED-Vorrichtung 1 mittels der Durchlassspannung Vf des A/D-Wandlers 12 und bestimmt den optimalen Rückkopplungspunkt des Treiberstroms der LED-Vorrichtung 1 basierend auf der Umgebungstemperatur Ta. Der Temperatureigenschaften-Speicher 16 speichert eine Vf-Ta-Tabelle 17, um die Durchlassspannung Vf der LED-Vorrichtung 1 mit der Umgebungstemperatur Ta in Beziehung zu setzen, sowie eine Ta-Ifmax-Tabelle 19, um die Umgebungstemperatur Ta mit einem maximal zulässigen Strom lfmax in Beziehung zu setzen. Der PWM-Regler 27 führt die PWM-Regelung der LED-Vorrichtung 1 als Reaktion auf die Bestimmung des Rückkopplungspunkt-Bestimmers 14 aus. Die PWM-Schaltung 28 treibt die LED-Vorrichtung durch PWM unter der Kontrolle des PWM-Reglers 27 an.
Hier sind die Vf-Ta-Tabelle 17 und die Ta-Ifmax-Tabelle 19 voreingestellt basierend auf nachfolgend beschriebenen Temperatureigenschaften der LED-Vorrichtung 1. Der Rückkopplungspunkt-Bestimmer 14 bezieht sich auf eine Tabelle der Temperatureigenschaften der LED-Vorrichtung 1, die in dem Temperatureigenschaften-Speicher 16 gespeichert ist, um die Umgebungstemperatur Ta und den Treiberstrom zu bestimmen.
Des Weiteren ändern sich die Temperatureigenschaften der LED-Vorrichtung 1 mit den Arten der LED-Vorrichtung 1. Dementsprechend werden die Vf-Ta-Tabelle 17 und die Ta-Ifmax-Tabelle 19 durch die Art der LED-Vorrichtung 1 bestimmt.
Ein Temperaturberechner 13 des Rückkopplungspunkt-Bestimmers 14 bezieht sich auf die in dem Temperatureigenschaften-Speicher 16 gespeicherte Vf-Ta-Tabelle 17, um die Umgebungstemperatur Ta über die detektierte Durchlassspannung Vf abzuleiten. Der Treiberstrom-Bestimmer 15 des Rückkopplungspunkt-Bestimmers 14 bestimmt den Rückkopplungspunkt des Treiberstroms der LED-Vorrichtung 1 und dann einen Regelwert des Treiberstroms, so dass die von dem Temperaturberechner 13 berechnete Umgebungstemperatur in einen Bereich einer Umgebungstemperatur zum Antreiben der LED-Vorrichtung 1 fällt und eine gewünschte Lichtmenge der LED-Vorrichtung 1 erhalten wird.
Zum Beispiel bestimmt in einem Fall, in dem die von dem Temperaturberechner 13 berechnete Umgebungstemperatur Ta niedriger ist als eine obere Grenze einer Umgebungstemperatur zum Antreiben der LED-Vorrichtung 1 und es somit erforderlich ist, dass die Leuchtkraft der LED-Vorrichtung 1 weiter erhöht werden muss, der Treiberstrom-Bestimmer 15 den Regelwert so, dass der Treiberstrom erhöht wird. Ebenfalls bestimmt in einem Fall, in dem sich die Umgebungstemperatur Ta einer oberen Grenze einer Umgebungstemperatur zum Antreiben nähert, der Treiberstrom-Bestimmer 15 den Kontrollwert so, dass der Treiberstrom gesenkt wird.
Das heißt, dass die Durchlassspannung der LED-Vorrichtung 1 gemäß Änderungen der Temperatur gemessen wird und die aktuelle Temperatur basierend auf einer vorgespeicherten Tabelle der Temperatur/Durchlassspannung geschätzt wird. Dann wird ein maximal zulässiger Strom der LED-Vorrichtung 1 über die Tabelle des maximal zulässigen Stroms entsprechend der Temperatur angepasst, um die Treiberspannung der LED-Vorrichtung 1 zu regeln.
Jedoch ist es bei einem herkömmlichen Verfahren erforderlich, einen Mikroprozessor zu verwenden, um eine genauere Regelung sicherzustellen, was den Nachteil hat, dass die Herstellungskosten erhöht werden.
2 ist ein Konfigurationsschema, welches eine herkömmliche Rücklichtvorrichtung darstellt.
Die herkömmliche Rücklichtvorrichtung aus 2 weist eine Stromversorgung 110, Lichtquellen 150 und 160, einen Temperatursensor 250, Photodioden 210 und eine Regelung 180 auf. Die Stromversorgung 110 besteht aus einer Vielzahl LED-Treibern 120 bis 140 zum Antreiben durch einen Wechselstrom 115. Die Lichtquellen 150 und 160 bestehen aus einer Vielzahl von LEDs, welche von den Treibern 120 bis 140 der Stromversorgung 110 eingeschaltet werden, um Licht zu emittieren, und liefern Licht in einen Lichtleiter 170. Der Temperatursensor 250 misst die Temperatur der Lichtquellen 150 und 160. Die Photodioden 210 sind in der Mitte beider Seiten des Lichtleiters 170 angeordnet, um die Leuchtkraft von Licht zu messen. Die Regelung 180 gleicht temperaturbedingte Schwankungen der Leuchtkraft und Farbe basierend auf der von dem Temperatursensor 250 gemessenen Temperatur über eine Schnittstelle 230 zum Erkennen und der von der Photodiode 210 bestimmten Leuchtkraft aus.
Bei der herkömmlichen Rücklicht-Vorrichtung werden sowohl der Temperatursensor als auch die Photodiode verwendet. Hier wird, um den LED-Treiber zu regeln, von dem Temperatursensor die Temperatur gemessen, und die Lichtmenge der LED-Vorrichtung wird von dem Photosensor gemessen, um eine gewünschte Lichtmenge zu halten. Eine derartige Regelung wird durch einen Mikroprozessor möglich.
In diesem Fall wird die jeweilige Lichtmenge von RGB-LEDs durch Photosensoren gemessen, die mit einem Filter ausgestattet sind. Mit den gemessenen Werten werden die RGB-LEDs jeweils so geregelt, dass die Lichtmenge gehalten wird, die von dem Mikroprozessor wahrgenommen und auf diesen gerichtet wird. Ebenfalls wird die Temperatur von einem an einen Kühlkörper angebrachten Temperatursensor gemessen, um Änderungen in den LED-Eigenschaften entsprechend der gemessenen Temperatur auszugleichen.
Jedoch ist dieses herkömmliche Verfahren aus 2 ebenso wie das herkömmliche Verfahren aus 1 nachteilig hinsichtlich der Herstellungskosten für das System.
Aus der Druckschrift US 2005/0190171 A1 ist eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Lichtquelle für ein Anzeigegerät bekannt, wobei die Vorrichtung einen Temperatursensor zum Detektieren einer Temperatur nahe der Lichtquelle und einen Inverter zum Steuern der Lichtquelle in Abhängigkeit von von dem Temperatursensor gelieferten Temperaturinformationen aufweist.
Aus der US 6,400,101 B1 ist eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern eines LED-Feldes bekannt, bei welcher eine von einem Sägezahn-Wellengenerator gelieferte Spannung mit einer gemessenen Spannung verglichen wird, um die Pulsweite einer LED-Stromregelung zu steuern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltung zum Regeln einer Leuchtdiode mit Temperaturausgleich zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegentand der Unteransprüche.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorgenannten Probleme im Stand der Technik zu lösen, und es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung zum Regeln einer Leuchtdiode (LED) vorzusehen, die in einem Rücklichtsystem und einem Beleuchtungssystem verwendet wird, um Leuchtkraft und Farbe linear entsprechend der Umgebungstemperatur zu regeln, um dadurch temperaturbedingte Änderungen in LED-Eigenschaften auszugleichen und die Kosten für das Produkt dadurch zu senken, dass kein Mikroprozessor erforderlich ist.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung zum Erreichen des Ziels ist eine Schaltung zum Regeln einer Leuchtdiode (LED) mit Temperaturausgleich vorgesehen, welche aufweist: einen Wellenformgenerator zum Erzeugen einer Sägezahnwelle für Pulsbreitenmodulation- (PWM = Pulse Width Modulation) Regelung; einen Temperaturdetektor zum Erkennen einer Spannung über einen Widerstandswert, welcher linear entsprechend Änderungen in der Umgebungstemperatur veränderlich ist; und einen PWM-Regler zum Vergleichen der Sägezahnwelle von dem Wellenformgenerator mit der Detektionsspannung von dem Temperaturdetektor und Erzeugen einer PWM-Spannung mit einer Einschaltdauer, die durch das Vergleichsergebnis bestimmt wird.
Die Schaltung weist weiter einen Treiber zum Antreiben eines LED-Rücklichts als Reaktion auf die PWM-Spannung des PWM-Reglers auf.
Der Temperaturdetektor weist eine Temperatur-Detektionsschaltung zum Teilen einer Dimmspannung mittels eines veränderlichen Widerstandswerts auf, um die Detektionsspannung auszugeben; und einen Komparator zum Ausgeben einer Differenzspannung zwischen der Detektionsspannung von der Temperatur-Detektionsschaltung und der Dimmspannung.
Die Temperatur-Detektionsschaltung weist einen ersten und zweiten Widerstand auf, die in Reihe zwischen einem Dimmspannungsanschluss und einem Erdungsanschluss verbunden sind; eine erste Temperatur-Detektionsvorrichtung mit einem Widerstandswert, der einer Umgebungstemperatur entspricht, wobei die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung parallel mit dem ersten oder zweiten Widerstand verbunden ist; und eine Vielzahl von Temperatur-Detektionsvorrichtungen, welche jeweils einen einer Umgebungstemperatur entsprechenden Widerstandswert aufweisen, wobei die Temperatur-Detektionsvorrichtungen parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung und in Reihe miteinander angeschlossen sind.
Die Temperatur-Detektionsschaltung weist einen ersten und zweiten Widerstand auf, die in Reihe miteinander zwischen einem Dimmspannungsanschluss und einem Masseanschluss verbunden sind; eine erste Temperatur-Detektionsvorrichtung mit einem Widerstandswert, der der Umgebungstemperatur entspricht, wobei die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung parallel zu dem zweiten Widerstand angeschlossen ist; und eine zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung, welche jeweils einen einer Umgebungstemperatur entsprechenden Widerstandswert aufweisen, wobei die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung und in Reihe miteinander angeschlossen sind.
Ebenfalls weist die Temperatur-Detektionsschaltung einen ersten und zweiten Widerstand auf, die in Reihe miteinander zwischen einem Dimmspannungsanschluss und einem Masseanschluss angeschlossen sind; eine erste Temperatur-Detektionsvorrichtung mit einem Widerstandswert, der der Umgebungstemperatur entspricht, wobei die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung parallel zu dem ersten Widerstand angeschlossen ist; und eine zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung, welche jeweils einen der Umgebungstemperatur entsprechenden Widerstandswert aufweisen, wobei die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung und in Reihe miteinander angeschlossen sind.
Der PWM-Regler weist einen Inversions-Eingangsanschluss auf zum Empfangen der Sägezahn-Welle von dem Wellenformgenerator; einen Nichtinversions-Eingangsanschluss zum Empfangen der von dem Temperaturdetektor erkannten Detektionsspannung; und einen Ausgangsanschluss zum Vergleichen der Sägezahn-Welle von dem Inversions-Eingangsanschluss mit der Detektionsspannung von dem Nichtinversions-Eingangsanschluss und Ausgeben einer PWM-Spannung mit einer durch das Vergleichsergebnis bestimmten Einschaltdauer.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich anhand der nachfolgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen:

1 ein Blockdiagramm ist, welches eine herkömmliche Leucht-Regelvorrichtung darstellt;
2 ein Konfigurationsschema ist, welches eine herkömmliche Rücklichtvorrichtung darstellt;
3 ein Schaltschema zum Regeln der LED-Ansteuerung gemäß der Erfindung ist;
4a ein Schaltschema ist, das eine Ausführungsform eines Temperaturdetektors aus 3 darstellt;
4b ein Wellenformschema ist, um den Betrieb des Temperaturdetektors aus 4a zu erläutern;
5a ein Schaltschema ist, das eine weitere Ausführungsform des Temperaturdetektors aus 3 darstellt;
5b ein Wellenformschema ist, um den Betrieb des Temperaturdetektors aus 5a zu erläutern;
6 ein Schaltschema ist, das einen PWM-Regler aus 3 darstellt; und
7 ein Wellenformschema ist, um den Betrieb des PWM-Reglers aus 6 zu erläutern.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen durchgehend gleiche Bezugsziffern verwendet werden, um gleiche oder ähnliche Bestandteile zu kennzeichnen.
3 ist ein Schaltschema zum Regeln einer Leuchtdiode (LED) gemäß der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 3 weist die Schaltung zum Regeln der LED einen Wellenformgenerator 310, einen Temperaturdetektor 320, einen PWM-Regler 330 und einen Treiber 340 auf. Der Wellenformgenerator 310 erzeugt eine Sägezahnwelle V1 für die Pulsbreitenmodulation- (PWM = Pulse Width Modulation) Regelung. Der Temperaturdetektor 320 detektiert eine Spannung V2 über einen Widerstandswert, der linear entsprechend Änderungen der Umgebungstemperatur veränderlich ist. Der PWM-Regler 330 vergleicht die Sägezahnwelle V1 des Wellengenerators mit der Detektionsspannung V2 des Temperaturdetektors und erzeugt eine PWM-Spannung Vpwm mit einer Einschaltdauer, die durch das Vergleichsergebnis bestimmt wird. Der Treiber treibt ein LED-Rücklicht als Reaktion auf die PWM-Spannung Vpwm des PWM-Reglers 330 an.
Hier ist die Sägezahnwelle V1 beispielhaft durch eine Welle mit einer Frequenz von ungefähr 1 kHz und einer Spannung von ungefähr 2,5V bis 3,3V dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 3 und 4a weist der Temperaturdetektor 320 eine Temperatur-Detektionsschaltung 321 und einen Komparator 323 auf. Die Temperatur-Detektionsschaltung teilt eine Dimmspannung Vdim mittels des veränderlichen Widerstandswerts, um eine Detektionsspannung Vdt auszugeben. In diesem Fall ist der Widerstandswert entsprechend Änderungen der Umgebungstemperatur veränderlich. Der Komparator 323 gibt die Differenzspannung zwischen der Detektionsspannung Vdt der Temperatur-Detektionsschaltung 321 und der Dimmspannung Vdim aus.
Unter Bezugnahme auf 4a und 5a weist die Temperatur-Detektionsschaltung 321 einen ersten und zweiten Widerstand R11 und R12, eine erste Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 und eine zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 auf. Der erste und zweite Widerstand R11 und R12 sind in Reihe zwischen einer Dimmspannung Vdim und einem Masseanschluss angeschlossen. Die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 weist einen Widerstandswert auf, der der Umgebungstemperatur entspricht. Die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 ist parallel zu dem ersten oder zweiten Widerstand R11 oder R12 angeschlossen. Die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 weisen jeweils einen Widerstandswert auf, der der Umgebungstemperatur entspricht. Die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 sind parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 und in Reihe angeschlossen.
Hier kann für die erste bis dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 bis TH3 ein NTC-Thermistor (NTC = negative temperature coefficient, negativer Temperaturkoeffizient; Heißleiter) verwendet werden, dessen Widerstandswert mit steigender Temperatur abnimmt, oder ein PTC-Thermistor (PTC = positive temperature coefficient, positiver Temperaturkoeffizient; Kaltleiter), dessen Widerstandswert mit steigender Temperatur zunimmt. In 4 und 5 wird jeweils der NTC-Thermistor verwendet.
Ebenfalls sind von der ersten bis dritten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 bis TH3 zum Erkennen von Temperatur die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 zusätzlich strukturiert, um den Widerstandswert entsprechend den Temperatureigenschaften zu verändern. Des Weiteren ist der zweite Widerstand R12 parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 angeschlossen, um die nichtlinearen Eigenarten des Thermistors zu linearisieren.
4a ist ein Schaltschema, das eine Ausführungsform eines Temperaturdetektors aus 3 darstellt, und 4b ist ein Wellenformschema, um den Betrieb des Temperaturdetektors aus 4a zu erläutern.
Unter Bezugnahme auf 4a weist die Temperatur-Detektionsschaltung einen ersten und zweiten Widerstand R11 und R12, eine erste Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1, eine zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 auf. Der erste und zweite Widerstand R11 und R12 sind in Reihe zwischen dem Dimmspannungs- (Vdim)anschluss und einem Erdungsanschluss angeschlossen. Die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 ist parallel zu dem zweiten Widerstand R12 angeschlossen und weist einen Widerstandswert auf, der der Umgebungstemperatur entspricht. Die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 weisen jeweils einen Widerstandswert auf, welcher der Umgebungstemperatur entspricht. Die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 sind parallel mit der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 und in Reihe miteinander verbunden.
Unter Bezugnahme auf 4a weist der Komparator 323 einen Inversion-Eingangsanschluss, einen Nichtinversion-Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss auf. Der Inversions-Eingangsanschluss empfängt die bei einem Verbindungsknoten des ersten und zweiten Widerstands R11 und R12 erkannte Spannung Vdt. Der Nichtinversion-Eingangsanschluss empfängt die Dimmspannung Vdim. Der Ausgangsanschluss gibt die Differenzspannung zwischen der Detektionsspannung Vdt von dem Inversion-Eingangsanschluss und der Dimmspannung Vdim von dem Nichtinversion-Eingangsanschluss aus.
In 4b kennzeichnet T die Umgebungstemperatur, RT kennzeichnet den Gesamtwiderstand des zweiten Widerstands R12 und der ersten bis dritten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 bis TH3, Vdt kennzeichnet die Detektionsspannung, und V2 (Vdim-Vdt) kennzeichnet die Temperatur-Detektionsspannung.
5a ist ein Schaltschema, das eine weitere Ausführungsform des Temperaturdetektors aus 3 darstellt, und 5b ist ein Wellenformschema, um den Betrieb des Temperaturdetektors aus 5a zu erläutern.
Unter Bezugnahme auf 5a weist die Temperatur-Detektionsschaltung 321 einen ersten und zweiten Widerstand R11 und R12, eine erste Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1, eine zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 auf. Der erste und zweite Widerstand R11 und R12 sind in Reihe zwischen der Dimmspannung Vdim und einem Masseanschluss verbunden. Die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 ist parallel zu dem ersten Widerstand R11 angeschlossen und weist einen Widerstandswert auf, der der Umgebungstemperatur entspricht. Die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 weisen jeweils einen Widerstandswert auf, welcher der Umgebungstemperatur entspricht. Die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 sind parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 und in Reihe zueinander angeschlossen.
Unter Bezugnahme auf 5a weist der Komparator 323 einen Nichtinversion-Eingangsanschluss, einen Inversion-Eingangsanschluss und einen Komparator COM1 auf. Der Nichtinversions-Eingangsanschluss empfängt eine bei einem Verbindungsknoten des ersten und zweiten Widerstands R11 und R12 erkannte Spannung Vdt. Der Inversion-Eingangsanschluss empfängt die Dimmspannung Vdim. Der Ausgangsanschluss gibt die Differenzspannung zwischen der erkannten Spannung Vdt von dem Nichtinversion-Eingangsanschluss und der Dimmspannung Vdim von dem Inversion-Eingangsanschluss aus.
In 5b kennzeichnet T die Umgebungstemperatur, RT kennzeichnet den Gesamtwiderstand des ersten Widerstands R11 und der ersten bis dritten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 bis TH3, Vdt kennzeichnet die Detektionsspannung, und V2 kennzeichnet die Temperatur-Detektionsspannung.
6 ist ein Schaltschema, das den PWM-Regler aus 3 darstellt.
Unter Bezugnahme auf 6 weist der PWM-Regler 330 einen Inversion-Eingangsanschluss, einen Nichtinversion-Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss auf. Der Inversion-Eingangsanschluss empfängt eine Sägezahnwelle V1 von dem Wellenformgenerator 310. Der Nichtinversion- r Eingangsanschluss empfängt die von dem Temperaturdetektor erkannte Spannung V2. Der Ausgangsanschluss vergleicht die Sägezahnwelle V1 von dem Inversion-Eingangsanschluss mit der Detektionsspannung von dem Nichtinversion-Eingangsanschluss und gibt eine PWM-Spannung Vpwm mit einer Einschaltdauer aus, die durch das Vergleichsergebnis bestimmt wird.
7 ist ein Wellenformschema, um den Betrieb des PWM-Reglers aus 6 zu erläutern.
In 7 kennzeichnet V1 eine Sägezahnwelle, die von dem Wellenformgenerator 310 erzeugt wurde, V2 kennzeichnet die Temperatur-Detektionsspannung, die von dem Temperaturdetektor 320 erkannt wurde, und Vpwm kennzeichnet die PWM-Spannung, die von dem PWM-Regler 330 erzeugt wurde.
Die Betriebsweise und Wirkungen der Erfindung werden genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erklärt.
Eine Schaltung zum Regeln einer LED gemäß der Erfindung wird in einem LED-basierten System verwendet, um temperaturbedingte Veränderungen in den Eigenschaften der LED auszugleichen, was unter Bezugnahme auf 3 bis 7 erläutert wird.
Unter Bezugnahme auf 3 erzeugt der Wellenformgenerator 310 gemäß der Erfindung eine Sägezahnwelle V1 mit einer Frequenz von ungefähr 1 kHz zur PWM-Regelung und eine Spannung von ungefähr 2,5 V bis 3,3 V.
Der Temperaturdetektor 320 gemäß der Erfindung detektiert eine Spannung V2 entsprechend einem Widerstandswert, welcher linear entsprechend Veränderungen in der Umgebungstemperatur über eine Temperatur-Detektionsvorrichtung wie beispielsweise einen Thermistor veränderbar ist.
Dann vergleicht der PWM-Regler 330 gemäß der Erfindung die Sägezahnwelle V1 von dem Wellenformgenerator 310 mit der Detektionsspannung V2 von dem Temperaturdetektor 320 und erzeugt die PWM-Spannung mit einer Einschaltdauer, die durch das Vergleichsergebnis bestimmt wird.
Anschließend steuert der Treiber 340 ein LED-Rücklicht als Reaktion auf die PWM-Spannung Vpwm des PWM-Reglers 330 an.
Unter Bezugnahme auf 4 und 5 weist der Temperaturdetektor 320 die Temperatur-Detektionsschaltung 321 und den Komparator 323 auf. Die Temperatur-Detektionsschaltung 321 teilt die Dimmspannung Vdim durch den veränderlichen Widerstandswert, um die Detektionsspannung Vdt auszugeben. Hier ist der Widerstandswert entsprechend Änderungen der Umgebungstemperatur veränderlich. Der Komparator 323 gibt die Differenzspannung zwischen der Detektionsspannung Vdt von der Temperatur-Detektionsschaltung 321 und der Dimmspannung Vdim aus.
Wie in 4a und 5a dargestellt, dienen bei der Temperatur-Detektionsschaltung 321 der erste und zweite Widerstand R11 und R12, die in Reihe zwischen der Dimmspannung Vdim und einem Masseanschluss verbunden sind, dazu, die Dimmspannung Vdim zu teilen. Hier weist die parallel mit dem ersten oder zweiten Widerstand R11 oder R12 verbundene erste Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 einen Widerstandswert auf, der der Umgebungstemperatur entspricht. Dementsprechend ändert sich die geteilte Spannung der Dimmspannung Vdim mit der Temperatur, wodurch eine Detektion der Spannung entsprechend Änderungen der Temperatur möglich wird.
Des Weiteren weisen die Temperatur-Detektionsvorrichtungen TH2 und TH3 jeweils einen Widerstandswert auf, welcher der Umgebungstemperatur entspricht. Die Temperatur-Detektionsvorrichtungen TH2 und TH3 sind parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 und in Reihe zueinander angeschlossen. Somit erkennen die Temperatur-Detektionsvorrichtungen TH2 und TH3 linear die Spannung als Reaktion auf Änderungen der Temperatur.
Unter Bezugnahme auf 4 und 5 wird eine genauere Erläuterung der Konfigurationen der Temperatur-Detektionsschaltung 321 gegeben.
Unter Bezugnahme auf 4a dienen zunächst bei der Temperatur-Detektionsschaltung 321 des Temperaturdetektors 320 aus 3 der erste und zweite Widerstand R11 und R12, die in Reihe zwischen der Dimmspannung Vdim und dem Masseanschluss verbunden sind, dazu, die Dimmspannung Vdim zu teilen. Hier ist die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 parallel zu dem zweiten Widerstand R12 angeschlossen, und die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 sind wiederum parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 angeschlossen.
Der Gesamtwiderstand RT des zweiten Widerstands R12 und der ersten bis dritten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 bis TH3 ist entsprechend der Umgebungstemperatur veränderlich. Die Dimmspannung Vdim wird durch den Gesamtwiderstand RT geteilt, um die Detektionsspannung Vdt entsprechend der Umgebungstemperatur zu erkennen.
In diesem Fall gibt der Komparator 323 die Differenzspannung Vdim-Vdt zwischen der Detektionsspannung Vdt der Temperatur-Detektionsspannung 321 und der Dimmspannung Vdim aus.
Unter Bezugnahme auf 4b wird bei einem Anstieg der Umgebungstemperatur T der Gesamtwiderstand RT des zweiten Widerstands R12 und der ersten bis dritten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 bis TH3 reduziert. Hier wird in dem Fall, wenn die erste bis dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 bis TH3 jeweils als NTC-Thermistor konfiguriert sind, dessen Widerstandswert umgekehrt proportional zu der Umgebungstemperatur ist, durch eine Minderung des Gesamtwiderstands RT schrittweise die Detektionsspannung Vdt, die durch den Gesamtwiderstand RT erkannt wird, reduziert.
Dementsprechend gibt der Komparator 323 die schrittweise steigende Differenzspannung Vdim-Vdt zwischen der Detektionsspannung Vdt von dem Inversion-Eingangsanschluss und der Dimmspannung Vdim von dem Nichtinversion-Eingangsanschlusses aus.
Zuerst dienen, unter Bezugnahme auf 5a, bei der Temperatur-Detektionsschaltung 321 des Temperaturdetektors 320 aus 3 der erste und zweite Widerstand R11 und R12, die in Reihe zwischen der Dimmspannung Vdim und dem Erdungsanschluss verbunden sind, dazu, die Dimmspannung Vdim zu teilen. Hier ist die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 parallel zu dem ersten Widerstand R11 angeschlossen, und die zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH2 und TH3 sind wiederum parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 angeschlossen.
Hier ist der Gesamtwiderstand RT des ersten Widerstands R11 und der ersten bis dritten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 bis TH3 entsprechend der Umgebungstemperatur veränderlich. Die Dimmspannung Vdim wird durch den zweiten Widerstand R11 geteilt, um die Detektionsspannung Vdt entsprechend der Umgebungstemperatur zu erkennen.
In diesem Fall gibt der Komparator 323 die Differenzspannung V2=Vdt-Vdim zwischen der Detektionsspannung Vdt von der Temperatur-Detektionsschaltung 321 und der Dimmspannung Vdim aus.
Unter Bezugnahme auf 5b wird in dem Fall, wenn die erste bis dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 bis TH3 jeweils als NTC-Thermistor konfiguriert sind, dessen Widerstandswert umgekehrt proportional zu der Umgebungstemperatur ist, durch einen Anstieg der Umgebungstemperatur T der Gesamtwiderstand RT des ersten Widerstands R11 und der ersten bis dritten Temperatur-Detektionsvorrichtung TH1 bis TH3 reduziert.
Zu diesem Zeitpunkt wird bei einer Minderung des Gesamtwiderstands RT die Detektionsspannung Vdt, die von dem zweiten Widerstand R12 erkannt wird, schrittweise erhöht.
Dementsprechend gibt der Komparator 323 die schrittweise steigende Differenzspannung V2=Vdim-Vdt zwischen der Detektionsspannung Vdt von dem Inversion-Eingangsanschluss und der Dimmspannung Vdim von dem Nichtinversion-Eingangsanschluss aus.
Wie oben unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben führt ein Anstieg der Umgebungstemperatur zu einer Erhöhung der Detektionsspannung V2, die entsprechend Änderungen der Temperatur erkannt wird.
Hier vergleicht, wie in 6 dargestellt, in dem Fall, wenn der PWM-Regler 330 als Komparator COM2 konfiguriert ist, der PWM-Regler 330 eine Sägezahnwelle V1 von dem Inversion-Eingangsanschluss mit der Detektionsspannung V2 von dem Nichtinversion-Eingangsanschluss. Anschließend gibt, wie in 7 dargestellt, der PWM-Regler 330 ein Signal mit hohem Pegel aus, wenn die Detektionsspannung V2 höher ist als die Sägezahnwelle V1, und im umgekehrten Fall ein Signal mit niedrigem Pegel aus. Dementsprechend wird bei einem Anstieg in einem Bereich, in dem die Detektionsspannung V2 höher ist als die Sägezahnwelle V1, die Einschaltdauer erhöht.
Die wie soeben beschrieben bestimmte PWM-Spannung Vpwm wird von dem PWM-Regler 330 ausgegeben.
Wie oben beschrieben, wird gemäß bestimmten Ausführungsformen gemäß der Erfindung eine Schaltung zum Regeln einer LED in einem Rücklichtsystem oder Beleuchtungssystem unter Verwendung der LED benutzt. Insbesondere können in dem LED-basierten System Leuchtkraft und Farbe der LED linear gemäß Änderungen der Umgebungstemperatur geregelt werden, wodurch ein genauerer; Ausgleich temperaturbedingter Änderungen in den Eigenschaften der LED sichergestellt wird. Ebenso wird mit der Erfindung das Erfordernis eines Mikroprozessors umgangen, wodurch die Kosten des Produkts gesenkt werden.
Das heißt, die Schaltung gemäß der Erfindung erzeugt eine einheitliche Farbe und Leuchtkraft unabhängig von Änderungen der Eigenschaften der LED und der Temperatur und regelt ebenfalls Farbe und Leuchtkraft unabhängig von unterschiedlichen Eigenarten der RGB-LEDs. Ebenfalls wird mit der Erfindung ein System zum linearen Regeln von Farbe und Leuchtkraft der LED als Reaktion auf Änderungen in den Eigenschaften der LED und der Temperatur möglich.
Des Weiteren ermöglicht die Erfindung ein kostengünstiges System aufgrund der Tatsache, dass kein Mikroprozessor erforderlich ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, wird dem Durchschnittsfachmann offensichtlich sein, dass Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche definiert abzuweichen.

Claims

Schaltung zum Regeln einer Leuchtdiode (LED) mit Temperaturausgleich, welche aufweist: einen Wellenformgenerator (310) zum Erzeugen einer Sägezahnwelle für Pulsbreitenmodulation-Regelung (PWM = Pulse Width Modulation); einen Temperaturdetektor (320) zum Detektieren einer Spannung über einen Widerstandswert, welcher linear entsprechend Änderungen der Umgebungstemperatur veränderlich ist; und einen PWM-Regler (330) zum Vergleichen der Sägezahnwelle von dem Wellenformgenerator (310) mit der Detektionsspannung von dem Temperaturdetektor (320) und Erzeugen einer PWM-Spannung mit einer Einschaltdauer, die durch das Vergleichsergebnis bestimmt wird; wobei der Temperaturdetektor (320) aufweist: eine Temperatur-Detektionsschaltung (321) zum Teilen einer Dimmspannung mittels eines veränderlichen Widerstandswerts, um die Detektionsspannung auszugeben; und einen Komparator (323) zum Ausgeben einer Differenzspannung zwischen der Detektionsspannung von der Temperatur-Detektionsschaltung (321) und der Dimmspannung; wobei die Temperatur-Detektionsschaltung (321) aufweist: einen ersten und zweiten Widerstand (R11, R12), die in Reihe zwischen einem Dimmspannungsanschluss und einem Masseanschluss verbunden sind; eine erste Temperatur-Detektionsvorrichtung (TH1) mit einem Widerstandswert, der der Umgebungstemperatur entspricht, wobei die erste Temperatur-Detektionsvorrichtung (TH1) parallel zu dem ersten oder zweiten Widerstand (R11, R12) angeschlossen ist; und eine Vielzahl von Temperatur-Detektionsvorrichtungen (TH2, TH3), welche jeweils einen der Umgebungstemperatur entsprechenden Widerstandswert aufweisen, wobei die Temperatur-Detektionsvorrichtungen (TH2, TH3) parallel zu der ersten Temperatur-Detektionsvorrichtung (TH1) und in Reihe zueinander angeschlossen sind.
Schaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter einen Treiber (340) zum Ansteuern eines LED-Rücklichts (350) als Reaktion auf die PWM-Spannung des PWM-Reglers (330) aufweist.
Schaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl Temperatur-Detektionsvorrichtungen (TH2, TH3) eine zweite und dritte Temperatur-Detektionsvorrichtung aufweist
Schaltung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (323) aufweist: einen Inversion-Eingangsanschluss zum Empfangen der an dem Verbindungsknoten (N1) des ersten und zweiten Widerstands (R11, R12) detektierten Spannung; einen Nichtinversion-Eingangsanschluss zum Empfangen der Dimmspannung; und einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben der Differenzspannung zwischen der Detektionsspannung von dem Inversion-Eingangsanschluss und der Dimmspannung des Nichtinversion-Eingangsanschlusses.
Schaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der PWM-Regler (330) aufweist: einen Inversions-Eingangsanschluss zum Empfangen der Sägezahn-Welle von dem Wellenformgenerator (310); einen Nichtinversion-Eingangsanschluss zum Empfangen der von dem Temperaturdetektor (320) detektierten Detektionsspannung; und einen Ausgangsanschluss zum Vergleichen der Sägezahn-Welle von dem Inversion-Eingangsanschluss mit der Detektionsspannung von dem Nichtinversion-Eingangsanschluss und Ausgeben einer PWM-Spannung mit einer durch das Vergleichsergebnis bestimmten Einschaltdauer,