DE102011088977A1

DE102011088977A1 - LED-Konverter mit PWM-Impulsen mit stabilisierter Amplitude

Info

Publication number: DE102011088977A1
Application number: DE102011088977A
Authority: DE
Inventors: Thomas Küng; Ueli Keller
Original assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-06-20
Also published as: WO2013092455A1; EP2795997A1

Abstract

Die Erfindung stellt in einem ersten Aspekt einen LED-Konverter zur Ansteuerung von wenigstens zwei LED-Kanälen bereit, wobei der LED-Konverter die LED-Kanäle durch hochfrequente Schaltvorgänge mit einem zyklisch ansteigenden und dann abfallenden LED-Strom versorgt, und wobei der LED-Konverter dazu ausgelegt ist, die hochfrequenten Schaltvorgänge während einer Einschaltdauer von im Vergleich dazu niederfrequenten Impulsen, insbesondere PWM-Impulsen, auszuführen, in einem LED-Kanal zumindest zeitweise während der Einschaltdauer eines Impulses den zeitlichen Mittelwert des LED-Stroms oder einen diesen wiedergebenden Parameter zu erfassen, und eine ansteigende Flanke des LED-Stroms des LED-Kanals in einem späteren, vorzugsweise dem unmittelbar folgenden Impuls zu verlängern, wenn der erfasste zeitliche Mittelwert vorzugsweise mehr als ein vorgegebener Schwellen-Differenzwert von einem vorgegebenen Soll-Mittelwert abgewichen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf den Betrieb von Leuchtdioden (LEDs), wobei unter Leuchtdioden anorganische Leuchtdioden, aber auch organische Leuchtdioden (OLEDs), zu verstehen sind. Im Folgenden wird stellvertretend der Begriff LED verwendet.
Leuchtdioden, bzw. Halbleiterlichtquellen, sind in den letzten Jahren für Beleuchtungsanwendungen zunehmend interessant geworden. Der Grund hierfür ist u. a. dass entscheidende Fortschritte sowohl bei der Helligkeit als auch bei der Lichteffizienz der LEDs erzielt worden sind. Die vergleichsweise lange Lebensdauer der LEDs im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen, wie Glüh- oder Gasentladungslampen, ist zudem vorteilhaft.
Es ist bekannt, dass die Lichtabstrahlung einer LED mit dem Stromfluss durch die LED korreliert. Zur Helligkeitsregelung (Dimmen) werden LEDs daher vorzugsweise in einem Modus betrieben, in dem der Stromfluss durch eine LED geregelt wird.
Zur Ansteuerung kommen dabei beispielsweise Schaltregler, z. B. Tiefsetzsteller (Step-down- oder Buck-Konverter), zum Einsatz, die beispielsweise Teil eines LED-Konverters sind.
Eine Steuereinheit steuert z. B. einen hochfrequent getakteten Schalter z. B. einen Leistungstransistor, in dem LED-Konverter an. Im eingeschalteten Zustand des Schalters fließt Strom über wenigstens eine LED und eine Spule, wobei die Spule dadurch aufgeladen wird. Die zwischengespeicherte Energie der Spule entlädt sich im ausgeschalteten Zustand des hochfrequent getakteten Schalters über die LED. Der Strom durch die LED zeigt bei eingeschaltetem Schalter eine ansteigende Flanke für den LED-Strom, bei ausgeschaltetem Schalter ergibt sich eine abfallende Flanke. Der zeitliche Mittelwert des LED-Stroms stellt den Effektivstrom durch die LED dar und ist ein Maß für die Helligkeit der LED. Durch entsprechende Taktung des hochfrequent getakteten Schalters kann also der mittlere, effektive Strom geregelt werden.
Durch die Steuerung des hochfrequent getakteten Schalters wird daher ein gewünschter mittlerer Stromfluss durch die LED, bedingt durch das hochfrequente Ein- und Ausschalten des Schalters (typischerweise im Bereich oberhalb von 10 kHz, bspw. 100 kHz), und die zeitliche Schwankungsbreite des Stroms eingestellt.
Um das emittierte Lichtspektrum während des Betriebs möglichst konstant zu halten, ist es weiter bekannt, für eine Helligkeitsregelung (Dimmen) von LEDs nicht die Stromamplitude zu variieren, sondern ein Pulsweiten-Modulations-Verfahren (PWM) zu verwenden. Dazu werden dem LED-Konverter von einem Betriebsgerät im Vergleich zu der oben angeführten Taktung niederfrequente Impulse (typischerweise mit einer Frequenz im Bereich von 100 bis 1000 Herz) mit variablem Tastverhältnis zugeführt, so dass der LED-Konverter die oben ausgeführte HF-Taktung nur während der Einschaltzeitdauer der PWM-Impulse durchführt.
In 1 ist beispielhaft in einer Grundschaltung ein erfindungsgemäßer LED-Konverter 1 mit einem Buck-Konverter für den Betrieb von zumindest zwei LEDs, vorzugsweise drei LEDs, gezeigt. Es kann statt eines Buck-Konverters aber natürlich auch ein anderer getakteter Konverter mit oder ohne Potentialtrennung, z. B. ein Flyback-Konverter, zum Einsatz kommen, um die hochfrequenten Schaltvorgänge zu erzeugen. Über wenigstens zwei LED-Kanäle 3, 4, vorzugsweise drei LED-Kanäle 3, 4, 5, werden die LEDs (oder mehrere in Serie geschaltete LEDs) von dem LED-Konverter 1 mit LED-Strömen I_LED1, I_LED2, bzw. mit LED-Strömen I_LED1, I_LED2, I_LED3 versorgt.
Ein zur Erzeugung der niederfrequenten Impulse vorgesehenes Betriebsgerät 10 ist ebenfalls in 1 dargestellt. Dem Betriebsgerät 10 können beispielsweise ein Dimmwert und/oder ein Farbwert als Eingabewerte zugeführt werden, die Sollwerte für das durch die LEDs einzustellende Licht darstellen können, die das Betriebsgerät dann intern in PWM-Impulse mit variablem Tastverhältnis umsetzt. Insbesondere kann das Betriebsgerät 10 die niederfrequenten PWM-Impulse, bzw. eine to_on_nf- und eine t_off_nf-Zeit für diese Impulse, verändern, um z. B. einen Dimmwert und/oder einen Farbwert einzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann das Betriebsgerät 10 auch noch Amplitudeninformationen an den LED-Konverter 1 übermitteln, falls statt oder zusätzlich zu der Pulsweiten-Modulation eine Pulsamplituden-Modulation zum Einsatz kommen soll.
Der LED-Strom innerhalb eines niederfrequenten Impulses, d. h. der LED-Strom während der Einschaltdauer eines LED-Kanales 3, 4, 5, ist dabei durch hochfrequente Impulse (Rippel), die durch die hochfrequenten Schaltvorgänge erzeugt werden, überlagert.
Dies ist in 2 schematisch gezeigt. Eine Helligkeit der LEDs kann nun durch die Frequenz der niederfrequenten Impulse gesteuert werden und die LEDs können beispielsweise gedimmt werden, indem der zeitliche Abstand zwischen den niederfrequenten Impulsen, ein Verhältnis zwischen der Einschaltdauer t_on_nf und einer Ausschaltdauer t_off_nf, verändert, bzw. die Einschaltdauer t_on_nf verkürzt wird. 2 zeigt exemplarisch auch den Verlauf eines Stroms I_D durch eine LED. Ein niederfrequenter Impuls schaltet den LED-Strom I_D für die LED während einer Periode F_D für eine Einschaltdauer t_on_nf ein und für eine Ausschaltdauer t_off_nf aus, während ein hochfrequentes PWM-Schaltsignal eine Variation ΔI_D um den gewünschten zeitlichen Mittelwert für den LED-Strom durch die LED erzeugt.
Da bisher beschriebene Betriebsverfahren bzw. die dazu verwendete Schaltung kann auch im Rahmen der Erfindung beibehalten werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nunmehr auf den LED-Konverter 1, mit mehreren LED-Kanälen 3, 4, 5, die insbesondere zur Ansteuerung verschiedenfarbiger LEDs verwendet werden (z. B. RGB-LEDs oder RPB-LEDs, wobei R für eine rote, G für eine grüne, B für eine blaue und P für eine blaue LED stehen kann, wobei letztere mit einer Farbkonversionsschicht, z. B. einer Phosphorschicht, versehen sein kann). Insbesondere handelt es sich bei den LED-Kanälen 3, 4, 5 also um LED-Farbkanäle.
Bei Verwendung des LED-Konverters 1 mit mehreren LED-Kanälen 3, 4, 5 ergibt sich jedoch das Problem, dass sich die LED-Kanäle 3, 4, 5 gegenseitig ungewollt beeinflussen.
Wenn beispielsweise während der Einschaltdauer eines ersten LED-Kanals 3 ein weiterer zweiter LED-Kanal 4 eingeschaltet wird, also eine Ansteuerung von zwei LEDs mit jeweils einem niederfrequenten Impuls über jeweils einen der LED-Kanäle 3, 4, erfolgt, so bleibt die Amplitude des LED-Stroms, die durch den jeweiligen niederfrequenten Impuls erzeugt wurde, auf z. B. dem zweiten LED-Kanal nicht wie gewünscht konstant, sondern verändert sich zeitweise und bricht insbesondere ein. Diese Art einer Störung wird im Folgenden auch als „Übersprechen” bezeichnet.
Dieser Effekt ist insbesondere deshalb nachteilig, da hierdurch das emittierte Lichtspektrum während des Betriebs fluktuiert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung diesen Nachteil zu überwinden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen LED-Konverter, ein Verfahren und eine integrierte Schaltung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung vorteilhaft weiter.
Die Erfindung stellt daher in einem ersten Aspekt einen LED-Konverter zur Ansteuerung von wenigstens zwei LED-Kanälen bereit, wobei der LED-Konverter die LED-Kanäle durch hochfrequente Schaltvorgänge mit einem zyklisch ansteigenden und dann abfallenden LED-Strom versorgt, und wobei der LED-Konverter dazu ausgelegt ist, die hochfrequenten Schaltvorgänge während einer Einschaltdauer von im Vergleich dazu niederfrequenten Impulsen, insbesondere PWM-Impulsen, auszuführen, in einem LED-Kanal zumindest zeitweise während der Einschaltdauer eines Impulses den zeitlichen Mittelwert des LED-Stroms oder einen diesen wiedergebenden Parameter zu erfassen, und eine ansteigende Flanke des LED-Stroms des LED-Kanals in einem späteren, vorzugsweise dem unmittelbar folgenden Impuls zu verlängern, wenn der erfasste zeitliche Mittelwert vorzugsweise mehr als ein vorgegebener Schwellen-Differenzwert von einem vorgegeben Soll-Mittelwert abgewichen ist.
Der LED-Konverter kann eine Steuereinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, während der Einschaltdauer eines niederfrequenten Impulses den zeitlichen Mittelwert des LED-Stroms oder den diesen wiedergebenden Parameter auf einem LED-Kanal zu erfassen.
Die Steuereinheit kann dabei dazu eingerichtet sein, eine Abweichung des erfassten zeitlichen Mittelwerts des LED-Stroms oder des diesen wiedergebenden Parameters von dem Soll-Mittelwert zu erkennen.
Einschaltzeiten und/oder die Einschaltdauer der niederfrequenten Impulse auf den LED-Kanälen können der Steuereinheit bekannt sein und/oder an die Steuereinheit übermittelt werden.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, basierend auf den Einschaltzeiten und/oder der Einschaltdauer der niederfrequenten Impulse auf einem anderen LED-Kanal den LED-Strom auf dem LED-Kanal abzutasten und/oder den zeitlichen Mittelwert des LED-Stroms oder den diesen wiedergebenden Parameter auf dem LED-Kanal zu ermitteln.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, einen Amplitudeneinbruch des LED-Stroms auf dem LED-Kanal zu erkennen.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die Einschaltdauer der hochfrequenten Schaltvorgänge abhängig von dem erfassten Mittelwert zu verändern.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die niederfrequenten Impulse kontinuierlich abzutasten.
Die Steuereinheit kann eine integrierte Schaltung und insbesondere ein Mikrocontroller sein.
Weiter stellt die Erfindung in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Ansteuerung von wenigstens zwei LED-Kanälen durch einen LED-Konverter bereit, wobei der LED-Konverter die LED-Kanäle durch hochfrequente Schaltvorgänge mit einem zyklisch ansteigenden und dann abfallenden LED-Strom versorgt, und wobei der LED-Konverter die hochfrequenten Schaltvorgänge während einer Einschaltdauer von im Vergleich dazu niederfrequenten Impulsen, insbesondere PWM-Impulsen, ausführt, in einem LED-Kanal zumindest zeitweise während der Einschaltdauer eines Impulses den zeitlichen Mittelwert des LED-Stroms oder einen diesen wiedergebenden Parameter erfasst, und die ansteigende Flanke des LED-Stroms des LED-Kanals in einem späteren, vorzugsweise dem unmittelbar folgenden Impuls verlängert, wenn der erfasste zeitliche Mittelwert vorzugsweise mehr als ein vorgegebener Schwellen-Differenzwert von einem vorgegebenen Soll-Mittelwert abgewichen ist.
Schließlich stellt die Erfindung eine Integrierte Schaltung, insbesondere einen Mikrokontroller, bereit, die zur Durchführung eines Verfahrens, wie es vorstehend beschrieben wurde, ausgeführt und/oder programmiert ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Es zeigen:
1 schematisch eine Anordnung mit einem LED-Konverter gemäß der Erfindung.
2 schematisch einen LED-Strom, der während der Einschaltdauer, d. h. während des niederfrequenten Impulses, durch hochfrequente Schaltvorgänge zyklisch ansteigt und dann abfällt.
3a) schematisch einen auf einem ersten LED-Kanal bertragenen Impuls; b) schematisch einen auf einem zweiten LED-Kanal übertragenen Impuls, bei dem die Amplitude des LED-Stroms durch den Impuls auf dem ersten LED-Kanal beeinflusst ist; c) schematisch einen auf einem dritten LED-Kanal übertragenen Impuls, bei dem die Amplitude des LED-Stroms durch die Impulse auf dem ersten und zweiten LED-Kanal beeinflusst ist.
4 schematisch die Impulse aus 3a)–c) mit überlagertem Rippel.
5 schematisch die Impulse aus 3a)–c) mit Messpunkten, bzw. Messzeitpunkten, zur Erfassung eines zeitlichen Mittelwertes.
6 schematisch die Impulse aus 3a)–c) mit überlagertem Rippel, wobei in b) und c) jeweils ansteigende Flanken, des durch hochfrequente Schaltvorgänge erzeugten LED-Stroms, verlängert dargestellt sind.
7 schematisch korrigierte Impulse auf den LED-Kanälen.
Wie oben bereits beschrieben zeigt 1 einen erfindungsgemäßen LED-Konverter 1, der wenigstens zwei LED-Kanäle 3, 4 mit jeweils einem LED-Strom I_LED1, I_LED2 versorgt, insbesondere aber drei LED-Kanäle 3, 4, 5 mit LED-Strömen I_LED1, I_LED2, I_LED3 ansteuert.
In einer Ausführungsform weist der LED-Konverter 1 eine Steuereinheit 2 auf. Diese Steuereinheit 2 ist insbesondere dazu eingerichtet, die zwei LED-Ströme I_LED1, I_LED2 bzw. die drei LED-Ströme I_LED1, I_LED2, I_LED3 auf den zwei LED-Kanälen 3, 4 bzw. den drei LED-Kanälen 3, 4, 5 zeitweise zu erfassen. Es wird indessen aus Gründen der verfügbaren Ressourcen der Steuereinheit (vorzugsweise ein Mikrokontroller) nicht die Stromamplitude mehrerer LED-Kanäle gleichzeitig erfasst, sondern zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur ein Amplitudenausschnitt eines einzigen Kanals. Der LED-Konverter 1 kann zur Ansteuerung der LED-Kanäle 3, 4, 5 nur einen gemeinsamen Schaltregler oder auch getrennte Schaltregler aufweisen, wobei je ein Schaltregler einen LED-Kanal speisen kann. Der Schaltregler kann beispielsweise durch einen Tiefsetzsteller (Step-down- oder Buck-Konverter) gebildet werden.
Es ist zu verstehen, dass das Verfahren auch für lediglich zwei LED-Kanäle bzw. auch für mehr als drei LED-Kanäle verwendet werden kann.
Basierend auf erfassten LED-Stromabtastwerten („Samples”) für die LED-Ströme I_LED1, I_LED2, I_LED3 auf den LED-Kanälen 3, 4, 5 ist die Steuereinheit 2 dazu eingerichtet, ein Schaltverhalten der hochfrequenten Schaltvorgänge in einem folgenden PWM-Einschaltimpuls des jeweiligen LED-Kanals zu beeinflussen. Durch diese Beeinflussung kann beispielsweise die ansteigende Flanke eines oder mehreren der LED-Ströme I_LED1, I_LED2, I_LED3, die durch die hochfrequenten Impulse erzeugt werden, auf den LED-Kanälen 3, 4, 5 verlängert werden.
Die Steuereinheit 2 des LED-Konverters 1 erfasst wie gesagt zumindest zeitweise während der Einschaltdauer der niederfrequenten PWM-Impulse Abtastwerte M1', M2', M3', M3'' der LED-Ströme I_LED1, I_LED2, I_LED3 auf den LED-Kanälen 3, 4, 5 (oder diese wiedergebende Parameter), zumindest aber auf wenigstens zwei LED-Kanälen 3, 4. Die Abtastwerte geben direkt oder indirekt den zeitlichen Mittelwert des jeweiligen LED-Stroms wieder.
Auf Basis der erfassten zeitlichen Mittelwerte M1', M2', M3', M3'' verändert die Steuereinheit 2 die hochfrequenten Schaltvorgänge in einem jeweils folgenden PWM-Zyklus („cycle-to-cycle”) so, dass eine ansteigende Flanke zumindest eines LED-Stroms I_LED1, I_LED2, I_LED3 auf wenigstens einem der zwei/drei LED-Kanäle 3, 4, 5 verändert wird.
Die Beeinflussung der hochfrequenten Schaltvorgänge durch die Steuereinheit 2 zur Erzeugung der verlängerten ansteigenden Flanke des wenigstens einen LED-Stroms I_LED1, I_LED2, I_LED3 wird insbesondere dann von dem LED-Konverter 1 durchgeführt, wenn einer der für den jeweiligen LED-Strom I_LED1, I_LED2, I_LED3 erfassten zeitlichen Mittelwerte M1', M2', M3', M3'' vorzugsweise mehr als ein vorgegebener Schwelldifferenzwert von einem vorgegebenen Soll-Mittelwert M1, M2, M3 abweicht.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit 2 nur dann Mittelwerte M1', M2', M3', M3'' der LED-Ströme I_LED1, I_LED2, I_LED3 auf den LED-Kanälen 3, 4, 5 ermittelt, wenn auf wenigstens zwei LED-Kanälen ein niederfrequenter Impuls eingeschaltet ist, da insbesondere dann ein Übersprechen eines LED-Kanals auf einen anderen LED-Kanal erfolgen kann.
Der Steuereinheit 2 sind dazu die Einschaltzeiten der niederfrequenten Impulse für jeden LED-Kanal 3, 4, 5 bekannt, oder werden ihr zugeführt.
Ein Übersprechen von dem ersten LED-Kanal 3 auf den zweiten LED-Kanal 4 ist beispielhaft in 3 gezeigt. In 3 sind niederfrequente Impulse für die drei LED-Kanäle 3, 4, 5 gezeigt. Dabei beeinflusst ein niederfrequenter Impuls auf dem ersten LED-Kanal 3 (3a)) einen niederfrequenten Impuls auf dem zweiten LED-Kanal 4. Diese Beeinflussung resultiert z. B. in einem Amplitudeneinbruch oder einer anderen Störung auf dem zweiten LED-Kanal 4, wie es beispielhaft in 3b) dargestellt ist.
Die Impulse auf dem ersten und zweiten LED-Kanal 3, 4 wirken sich dann weiter auf einen Impuls auf dem dritten LED-Kanal 5 aus und beeinflussen diesen ebenfalls. Dies führt, wie schematisch in 3c gezeigt, zu mindestens einem Amplitudeneinbruch auf dem dritten LED-Kanal 5.
Ziel der Erfindung ist es also, die durch übersprechen verursachten Störungen zu kompensieren. Insbesondere schlägt die Erfindung vor, jeden einzelnen Hochfrequenzimpuls, d. h. eine Einschaltzeitdauer t_on_hf der hochfrequenten Schaltvorgänge, zu verlängern bzw. zu verkürzen und so der Störung, die periodisch auftritt, entgegenzuwirken. Die Steuereinheit 2, die als integrierte Schaltung, insbesondere als Mikrokontroller oder ASIC, verwirklicht sein kann, und die die hochfrequenten Schaltvorgänge und damit die Einschaltzeitdauer t_on_hf beeinflusst, kann dabei ausnutzen, dass die Störungen stets mit der gleichen Periodizität auftreten, nämlich bei Einschalten der niederfrequenten Impulse.
Dies ist besonders deshalb von Vorteil, da eine Einzelpulssteuerung (Spitzensteuerung) für jeden Hochfrequenzpuls durch die Steuereinheit 2 nicht erfolgen kann, da das Auflösungsverhalten der Steuereinheit 2, bzw. ihre Leistungsfähigkeit, begrenzt ist.
Insbesondere ist eine kontinuierliche Überwachung der Ströme auf den einzelnen LED-Kanälen 3, 4, 5 durch die Steuereinheit 2 nicht möglich. Da es jedoch der Steuereinheit 2 möglich ist, die Stromwerte, d. h. die Amplituden der niederfrequenten Impulse periodisch zu überprüfen, kann eine Störung auf einem LED-Kanal 3, 4, 5 aufgrund der ermittelten Messwerte mehrerer niederfrequenter Impulse ausgeregelt werden.
Um den gewünschten zeitlichen Mittelwert für den jeweiligen LED-Strom I_LED1, I_LED2, I_LED3 durch die jeweilige LED zu erreichen, werden daher die einzelnen niederfrequenten Impulse, für die eine Störung durch Übersprechen, z. B. ein Amplitudeneinbruch, durch die Steuereinheit 2 erkannt wurde (z. B. durch periodische Mittelwerterfassung), durch eine gezielte (individuelle) Veränderung einzelner hochfrequenter Impulse kompensiert, die durch die hochfrequenten Schaltvorgänge erzeugt werden.
Dabei kann die Berechnung der Kompensation als Regelschleife ausgeführt sein und aufgrund der Ansteuerung der anderen LED-Kanäle 3, 4, 5, insbesondere ohne Rückkopplung, erfolgen. Dabei können auch Algorithmen aus der adaptiven Filtertechnik (z. B. ein LMS-Algorithmus) zur Berechnung verwendet werden.
Folglich wird zur Kompensation des durch das Übersprechen erzeugten zeitweisen Einbruchs einer Amplitude des jeweiligen LED-Stroms I_LED1, I_LED2, I_LED3 während der Einschaltzeitdauer t_on_nf eines niederfrequenten Impulses nunmehr die Einschaltdauer t_on_hf der hochfrequenten Impulse verändert, insbesondere erhöht.
In 4 ist beispielsweise gezeigt, dass bei Einbruch der Amplitude auf dem zweiten LED-Kanal 4, wie in 4b) gezeigt, der gewünschte Mittelwert M2 nicht erreicht werden kann, sondern lediglich der Mittelwert M2' für den LED-Strom I_LED2 erreicht wird (auf dem ersten LED-Kanal 3 findet kein Übersprechen statt; der erfasste zeitliche Mittelwert M1' entspricht daher dem zeitlichen Soll-Mittelwert M1 für den LED-Strom I_LED1, siehe 4a)). Entsprechend wird auf dem dritten LED-Kanal 5, wie in 4c) dargestellt, nicht der gewünschte Mittelwert M3 für den LED-Strom I_LED3 erreicht, sondern lediglich der Mittelwert M3' bzw. der Mittelwert M3''.
Durch die Ansteuerung einzelner hochfrequenter Impulse kann die ansteigende Flanke des jeweiligen LED-Stroms I_LED1, I_LED2, I_LED3 also in einem nachfolgenden niederfrequenten Impuls verlängert werden, wenn der erfasste zeitliche Mittelwert von einem gewünschten zeitlichen Mittelwert abweicht. Dafür kann ein Schwellwert vorgegeben sein, bei dessen Erreichen die Veränderung, bzw. Verlängerung der ansteigenden Flanke des Stroms auf dem LED-Kanal 3, 4, 5 erfolgt.
Somit wird im Sinne einer Iteration und nacheinander für jeden der LED-Kanäle 3, 4, 5 eine Anpassung der ansteigenden Flanken des jeweiligen LED-Stroms I_LED1, I_LED2, I_LED3 vorgenommen. D. h., in einem ersten Schritt wird die Auswirkung des Übersprechens auf einen anderen LED-Kanal ausgewertet. Nach Kenntnis dieser Auswertung wird entsprechend im nächsten Schritt die Einschaltdauer t_on_hf der hochfrequenten Impulse erhöht. Dieser Vorgang wird dann vorzugsweise für jeden LED-Kanal 3, 4, 5 solange durchgeführt, bis eine Abweichung von dem jeweiligen Soll-Mittelwert M1, M2, M3 auf den LED-Kanälen 3, 4, 5 unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt. Ist dies erreicht, so endet die Nachregelung bzw. Kompensation. Das Erreichen, bzw. das Über-/Unterschreiten des Schwellwerts kann somit ein Abbruchkriterium darstellen.
Typischerweise werden etwa zehn Iterationsschritte durchgeführt, um eine ausreichende Kompensation der Störung durch Übersprechen zu erreichen. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, dass eine Steuereinheit 2, abhängig von ihrer Leistungsfähigkeit, mehr oder weniger Iterationsschritte benötigt. Ist die Steuereinheit 2 beispielsweise leistungsfähiger und lassen sich deshalb in kürzerer Zeit genauere Informationen über den LED-Stromverlauf auf den LED-Kanälen 3, 4, 5 ermitteln, so ist es möglich, eine schnellere Kompensation zu erreichen, indem die Steuereinheit 2 schneller reagiert und die hochfrequenten Impulse entsprechend anpasst.
Die Erfindung setzt also lediglich voraus, dass die Auswirkungen des Amplitudeneinbruchs erfasst werden können. Selbstverständlich ist dies durch eine ”kontinuierliche” Abtastung des Stromverlaufs der LED-Ströme I_LED1, I_LED2, I_LED3 über die jeweilige gesamte Einschaltdauer t_on_nf durch die Steuereinheit 2 möglich.
Da die Steuereinheit 2 im Allgemeinen die Einschaltzeitdauern t_on_nf für die niederfrequenten Impulse auf den LED-Kanälen 3, 4, 5 kennt, ist es in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung möglich, die Anzahl von Abtastpunkten, bzw. die zur Erfassung eines zeitlichen Mittelwerts nötigen Messpunkte, bzw. Messzeitpunkte, für die LED-Stromverläufe zu reduzieren. So muss die Steuereinheit 2 eine Stromamplitude auf einem der LED-Kanäle 3, 4, 5 lediglich während der Einschaltdauer t_on_nf eines niederfrequenten Impulses auf einem anderen LED-Kanal 3, 4, 5 überprüfen.
Dies ist schematisch in 5 dargestellt. Bei Vorliegen eines niederfrequenten Impulses auf dem ersten LED-Kanal 3, wie in 5a) dargestellt, muss eine Veränderung der Amplitude des LED-Stroms I_LED2 auf dem zweiten LED-Kanal 4 (siehe 5b)) nur zu der Zeit erfasst werden, zu der der niederfrequente Impuls auf dem ersten LED-Kanal 3 aktiv ist. Daher muss beispielsweise ein LED-Stromwert IM2 für den LED-Strom I_LED2 lediglich während der Einschaltdauer t_on_nf des niederfrequenten Impulses auf dem ersten LED-Kanal 3 im zweiten LED-Kanal 4 ermittelt werden.
Analog reicht es aus, auf dem dritten LED-Kanal 5, wie in 5c dargestellt, einen Messwert für den LED-Strom I_LED3 während der Zeit zu ermitteln, während der auf mindestens einem anderen LED-Kanal 3, 4 ein niederfrequenter Impuls anliegt. Somit ist es beispielsweise ausreichend, einen Messwert I_M3,1 für den LED-Strom I_LED3 auf dem dritten LED-Kanal 5 und/oder einen zweiten Messwert I_M3,2 für den LED-Strom I_LED3 auf dem dritten LED-Kanal 5 zu ermitteln, um einen zeitlichen Mittelwert zu erfassen, bzw. die Auswirkungen eines Übersprechens zu erkennen. Die Messungen müssen dann in jeder Periode nur an diesen Messpunkten, bzw. zu den jeweiligen, sich periodisch wiederholenden, Messzeitpunkten erfolgen, um eine Störung zu erkennen. Dabei reicht es auch aus, wenn die Messpunkte innerhalb eines Intervalls liegen, dass durch die Einschaltdauer t_on_nf auf einem anderen LED-Kanal 3, 4, 5 vorgegeben ist (In 5 schematisch durch gestrichelte Linien angedeutet). Somit macht sich die Erfindung also zunutze, dass die durch das Übersprechen verursachte Störung in einem LED-Kanal 3, 4, 5 periodisch auftritt.
Aus so ermittelten Messwerten I_M1, I_M2, I_M3,1, I_M3,2 kann die Störung in einem LED-Kanal 3, 4, 5 abgeschätzt werden und entsprechend die Einschaltdauer t_on_hf der hochfrequenten Schaltvorgänge erhöht werden.
6 zeigt schematisch eine solche Erhöhung der hochfrequenten Schaltvorgänge bzw. eine solche Veränderung der hochfrequenten Impulse. Diese wird durchgeführt, um beispielsweise auf dem zweiten LED-Kanal 4 (6b)) den gewünschten Mittelwert M2 für den LED-Strom I_LED2 zu erreichen, bzw. auf dem dritten LED-Kanal 5 (6c) den gewünschten Mittelwert M3 für den LED-Strom I_LED3 einzustellen.
Es ist dabei zu bemerken, dass das der Erfindung zugrundeliegende Problem nicht auftreten würde, wenn der Stromverlauf während jedes niederfrequenten Impulses überwacht werden könnte. Wie bereits erwähnt, besteht jedoch das Problem, dass die Steuereinheit 2, insbesondere wenn sie als Mikrokontroller ausgeführt ist, nicht genügend Ressourcen bereitstellt, um eine kontinuierliche Überwachung des Stromverlaufs während jedes niederfrequenten Impulses zu ermöglichen. Vielmehr kann immer nur ein LED-Kanal 3, 4, 5 zeitweise überwacht werden. Somit wird es immer zu einer Vielzahl von niederfrequenten Impulsen kommen, die unüberwacht erfolgen.
Der erfindungsgemäße Ansatz, eine durch Übersprechen verursachte Störung auf den LED-Kanälen 3, 4, 5 zu kompensieren, erfolgt vorteilhafterweise bei Einschalten der Netzversorgung oder in periodischen Abständen. Es ist auch möglich, dass die Kompensation kontinuierlich, d. h. andauernd während des Betriebs des LED-Konverters durch die Steuereinheit 2 durchgeführt wird.
Somit können ständige Veränderungen der Auswirkungen des Übersprechens, beispielsweise auch durch Temperaturänderungen, kompensiert werden. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass sich bei einer Änderung einer Dimmwertvorgabe nicht nur das Tastverhältnis (duty cycle) der niederfrequenten Impulse verändert, sondern dass sich alternativ oder zusätzlich auch die Amplitude der niederfrequenten Impulse ändert, bzw. der durch das Übersprechen verursachte negative Einfluss auf die LED-Ströme I_LED1, I_LED2, I_LED3. Durch einen durchgehend durch die Steuereinheit 2 durchgeführten Kompensationsvorgang können solche Einflüsse ebenfalls ausgeglichen werden.

Claims

LED-Konverter (1) zur Ansteuerung von wenigstens zwei LED-Kanälen (3, 4), wobei der LED-Konverter (1) die LED-Kanäle (3, 4) durch hochfrequente Schaltvorgänge mit einem zyklisch ansteigenden und dann abfallenden LED-Strom (I_LED1, I_LED2) versorgt, und wobei der LED-Konverter (1) dazu ausgelegt ist, – die hochfrequenten Schaltvorgänge während einer Einschaltdauer (t_on_nf) von im Vergleich dazu niederfrequenten Impulsen, insbesondere PWM-Impulsen, auszuführen, – in einem LED-Kanal (4) zumindest zeitweise während der Einschaltdauer (t_on_nf) eines Impulses den zeitlichen Mittelwert (M2') des LED-Stroms (I_LED2) oder einen diesen wiedergebenden Parameter zu erfassen, und – eine ansteigende Flanke des LED-Stroms (I_LED2) des LED-Kanals (4) in einem späteren, vorzugsweise dem unmittelbar folgenden Impuls zu verlängern, wenn der erfasste zeitliche Mittelwert (M2') vorzugsweise mehr als ein vorgegebener Schwellen-Differenzwert von einem vorgegebenen Soll-Mittelwert (M2) abgewichen ist.
LED-Konverter (1) nach Anspruch 1, wobei der LED-Konverter (1) eine Steuereinheit (2) aufweist, die dazu eingerichtet ist, während der Einschaltdauer (t_on_nf) eines niederfrequenten Impulses den zeitlichen Mittelwert (M2') des LED-Stroms (I_LED2) oder den diesen wiedergebenden Parameter auf einem LED-Kanal (4) zu erfassen.
LED-Konverter (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (2) dazu eingerichtet ist, eine Abweichung des erfassten zeitlichen Mittelwerts (M2') des LED-Stroms (I_LED2) oder des diesen wiedergebenden Parameters von dem Soll-Mittelwert (M2) zu erkennen.
LED-Konverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Einschaltzeiten und/oder die Einschaltdauer (t_on_nf) der niederfrequenten Impulse auf den LED-Kanälen (3, 4) der Steuereinheit (2) bekannt sind und/oder an die Steuereinheit (2) übermittelt werden.
LED-Konverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2) dazu eingerichtet ist, basierend auf den Einschaltzeiten und/oder der Einschaltdauer (t_on_nf) der niederfrequenten Impulse auf einem anderen LED-Kanal (3) den LED-Strom (I_LED2) auf dem LED-Kanal (4) abzutasten und/oder den zeitlichen Mittelwert (M2') des LED-Stroms (I_LED2) oder den diesen wiedergebenden Parameter auf dem LED-Kanal (4) zu ermitteln.
LED-Konverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2) dazu eingerichtet ist, einen Amplitudeneinbruch des LED-Stroms (I_LED2) auf dem LED-Kanal (4) zu erkennen.
LED-Konverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2) dazu eingerichtet ist, die Einschaltdauer (t_on_hf) der hochfrequenten Schaltvorgänge abhängig von dem erfassten zeitlichen Mittelwert (M2') zu verändern.
LED-Konverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2) dazu eingerichtet ist, die niederfrequenten Impulse kontinuierlich abzutasten.
LED-Konverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2) eine integrierte Schaltung und insbesondere ein Mikrocontroller ist.
Verfahren zur Ansteuerung von wenigstens zwei LED-Kanälen (3, 4) durch einen LED-Konverter (1), – wobei der LED-Konverter (1) die LED-Kanäle (3, 4) durch hochfrequente Schaltvorgänge mit einem zyklisch ansteigenden und dann abfallenden LED-Strom (ILED1, ILED2) versorgt, und – wobei der LED-Konverter (1) die hochfrequenten Schaltvorgänge während einer Einschaltdauer (t_on_nf) von im Vergleich dazu niederfrequenten Impulsen, insbesondere PWM-Impulsen, ausführt, – in einem LED-Kanal (4) zumindest zeitweise während der Einschaltdauer (t_on_nf) eines Impulses den zeitlichen Mittelwert (M2') des LED-Stroms (I_LED2) oder einen diesen wiedergebenden Parameter erfasst, und – die ansteigende Flanke des LED-Stroms (I_LED2) des LED-Kanals (4) in einem späteren, vorzugsweise dem unmittelbar folgenden Impuls verlängert, wenn der erfasste zeitliche Mittelwert (M2') vorzugsweise mehr als ein vorgegebener Schwellen-Differenzwert von einem vorgegebenen Soll-Mittelwert (M2) abgewichen ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der LED-Konverter (1) eine Steuereinheit (2) aufweist, die während der Einschaltdauer (t_on_nf) eines niederfrequenten Impulses den zeitlichen Mittelwert (M2') des LED-Stroms (I_LED2) oder des diesen wiedergebenden Parameter auf einem LED-Kanal (4) erfasst.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuereinheit (2) eine Abweichung des erfassten zeitlichen Mittelwerts (M2') des LED-Stroms (I_LED2) oder des diesen wiedergebenden Parameters von dem Soll-Mittelwert (M2) erkennt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Einschaltzeiten und/oder die Einschaltdauer (t_on_nf) der niederfrequenten Impulse auf den LED-Kanälen (3, 4) der Steuereinheit (2) bekannt sind und/oder an die Steuereinheit (2) übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2) basierend auf den Einschaltzeiten und/oder der Einschaltdauer (t_on_nf) der niederfrequenten Impulse auf einem anderen LED-Kanal (3) den LED-Strom (I_LED2) auf dem LED-Kanal (4) abtastet und/oder den zeitlichen Mittelwert (M2') des LED-Stroms (I_LED2) oder den diesen wiedergebenden Parameter auf dem LED-Kanal (4) ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2) einen Amplitudeneinbruch des LED-Stroms (I_LED2) auf dem LED-Kanal (4) erkennt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2) die Einschaltdauer (t_on_hf) der hochfrequenten Schaltvorgänge abhängig von dem erfassten zeitlichen Mittelwert (M2') verändert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2) die niederfrequenten Impulse kontinuierlich abtastet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (2) eine integrierte Schaltung und insbesondere ein Mikrocontroller ist.
Integrierte Schaltung, insbesondere Mikrokontroller, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 16 ausgeführt und/oder programmiert ist.