AT13981U1 - Betriebsschaltung für Leuchtdioden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung für ein Leuchtmittel, vorzugsweise zumindest eine LED, aufweisend eine Steuer/Regeleinheit (SR) zur Regelung des Betriebs des Leuchtmittels, wobei Regelschritte in Abhängigkeit von Regelparametern durchgeführt werden, und wobei der Betriebsschaltung ein änderbarer Sollwert (dS) zugeführt wird, der Sollwert (dS) mit einem Istwert verglichen wird und wobei das Verfahren umfasst: Erfassen einer Steigung (Alpha) des Sollwertes (dS) über eine bestimmte Zeit (dTs) mittels einer Steuer/Regeleinheit (SR) und Anpassung wenigstens eines Regelparameters in Abhängigkeit von der Steigung (Alpha).

Description

Beschreibung

BETRIEBSSCHALTUNG FÜR LEUCHTDIODEN

[0001] Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung mit Leuchtdioden gemäß dem Oberbegriffdes Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben von Leuchtdioden gemäß dem Oberbegriffdes Anspruchs 14.

TECHNISCHES GEBIET

[0002] Halbleiterlichtquellen wie beispielsweise Leuchtdioden sind während der letzten Jahrefür Beleuchtungsanwendungen zunehmend interessant geworden. Der Grund dafür liegt unteranderem darin, dass entscheidende technische Innovationen und große Fortschritte sowohl beider Helligkeit als auch bei der Lichteffizienz (Lichtleistung pro Watt) dieser Lichtquellen erzieltwerden konnten.

[0003] Nicht zuletzt durch die vergleichsweise lange Lebensdauer konnten sich Leuchtdiodenzu einer attraktiven Alternative zu herkömmlichen Lichtquellen wie Glüh- oder Gasentladungs¬lampen entwickeln.

STAND DER TECHNIK

[0004] Halbleiterlichtquellen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werdenim Folgenden als LED (light-emitting-diode) abgekürzt. Dieser Begriff soll im Folgenden sowohlLeuchtdioden aus anorganischen Materialien als auch Leuchtdioden aus organischen Materia¬lien umfassen. Es ist bekannt, dass die Lichtabstrahlung von LEDs mit dem Stromfluss durchdie LEDs korreliert.

[0005] Zur Helligkeitsregelung werden LEDs daher grundsätzlich in einem Modus betrieben, indem der Stromfluss durch die LED geregelt wird.

[0006] In der Praxis werden zur Ansteuerung einer Anordnung von einer oder mehrerer LEDsvorzugsweise Schaltregler, beispielsweise Tiefsetzsteller (Step-Down oder Buck Converter)verwendet. Ein solcher Schaltregler ist beispielsweise aus der DE 10 2006 034 371 A1 bekannt.

[0007] Dabei steuert eine Steuereinheit einen hochfrequent getakteten Schalter (beispielsweiseeinen Leistungstransistor) an. Im eingeschalteten Zustand des Schalters fließt Strom über dieLED Anordnung und eine Spule, die dadurch aufgeladen wird. Die zwischengespeicherte Ener¬gie der Spule entlädt sich im ausgeschalteten Zustand des Schalters über die LEDs (Freilauf¬phase). Der Strom durch die LED Anordnung zeigt einen zickzackförmigen zeitlichen Verlauf:bei eingeschaltetem Schalter zeigt der LED-Strom eine ansteigende Flanke, bei ausgeschalte¬tem Schalter ergibt sich eine abfallende Flanke. Der zeitliche Mittelwert des LED-Stroms stelltden Effektivstrom durch die LED- anordnung dar und ist ein Maß für die Helligkeit der LEDs.Durch entsprechende Taktung des Leistungsschalters kann der mittlere, effektive Strom gere¬gelt werden.

[0008] Um das emittierte Lichtspektrum während des konstanten Betriebs möglichst konstantzu halten, ist es bekannt, bei LEDs für Helligkeitsregelungen nicht die Stromamplitude zu variie¬ren, sondern ein sogenanntes PWM (pulse-width- modulation) - Verfahren anzuwenden. Dabeiwerden den LEDs durch das Betriebsgerät niederfrequente (typischerweise mit einer Frequenzim Bereich von 100-1000 Hz) Pulspakete mit (im zeitlichen Mittel) konstanter Stromamplitudezugeführt. Dem Strom innerhalb eines Pulspakets ist der oben angeführter hochfrequente Rip-pel überlagert. Die Helligkeit der LEDs kann nun durch die Frequenz der Pulspakete gesteuertwerden; die LEDs können beispielsweise gedimmt werden, indem der zeitliche Abstand zwi¬schen den Pulspaketen vergrößert wird.

[0009] Eine praktische Anforderung an das Betriebsgerät ist, dass es möglichst flexibel undvielseitig eingesetzt werden kann, beispielsweise unabhängig davon, wie viele LEDs als Lasttatsächlich angeschlossen sind und betrieben werden sollen. Die Last kann sich zudem wäh- rend des Betriebs ändern, wenn beispielsweise eine LED ausfällt.

[0010] Bei herkömmlichen Technologien werden die LEDs bspw. in einem sogenanntenContinuous conduction mode' bzw. nichtlückendem Betrieb betrieben. Dieses Verfahren seianhand von Figur 1a und Figur 1b näher erläutert (Stand der Technik).

[0011] Im in Figur 1a gezeigten Beispiel ist als Grundschaltung ein Tiefsetzsteller (Buck-Converter) für den Betrieb zumindest einer LED (oder mehrerer in Serie geschalteten LEDs)dargestellt, die einen ersten Schalter S1 aufweist. Die Betriebsschaltung wird mit einer Gleich¬spannung bzw einer gleichgerichteten Wechselspannung UO versorgt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0012] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technikverbesserte Betriebsschaltung für wenigstens eine LED und ein Verfahren zum Betrieb wenigs¬tens einer LED bereitzustellen, welche auf einfache Art und Weise die Regelung des Betriebsdes Leuchtmittels zu verbessern.

[0013] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüchegelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besondersvorteilhafter Weise weiter.

[0014] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist die Betriebsschaltung für wenigstenseine LED Steuer/Regeleinheit zur Regelung des Betriebs des Leuchtmittels auf, wobei Regel¬schritte in Abhängigkeit von Regelparametern durchgeführt werden. Der Betriebsschaltung wirdein änderbarer Sollwert zugeführt, und der Sollwert wird mit einem Istwert verglichen. Dabeierfolgen die folgenden Schritte: Erfassen einer Steigung des Sollwertes über eine bestimmteZeit mittels einer Steuer/Regeleinheit und Anpassung wenigstens eines Regelparameters inAbhängigkeit von der Steigung. Die Anpassung der Regelparameter kann dabei kontinuierlichoder stufenweise erfolgen.

[0015] Bei einer großen Steigung können relativ schnelle Regelparameter eingestellt werden.

[0016] Beim Erreichen eines eingeschwungenen Zustandes der Regelung wird auf sehr lang¬same Reglerparameter umgeschaltet und bei einer geringen Steigung werden relativ langsameRegelparameter eingestellt.

[0017] Die Steuer/Regeleinheit kann Dimmbefehle über eine externe Schnittstelle empfangenund diese Dimmbefehle können den änderbaren Sollwert vorgeben. Die Dimmbefehle könnenals digitale drahtgebundene Signale (bspw. DALI, DSI), digitale drahtlose Signale (Funk, Infra¬rot) oder auch analoge drahtgebundene oder drahtlose Signale übertragen werden.

[0018] Die Betriebsschaltung kann über einen potentialgetrennten Konverter versorgt werden,wobei der potentialgetrennte Konverter von einem Kontroller, vorzugsweise Microcontroller,gesteuert wird und wobei der Kontroller über eine vorzugsweise potentialgetrennte (interne)Schnittstelle der Betriebsschaltung den änderbaren Sollwert vorgibt. Der potentialgetrennteKonverter kann beispielsweise durch einen isolierten Sperrwandler (Flyback-Converter) oderauch einen isolierten resonanten Halbbrückenwandler (beispielsweise ein LLC-Wandler) gebil¬det werden. Der Kontroller kann den Betrieb des potentialgetrennte Konverter steuern, bei¬spielsweise durch Anpassung der Schaltfrequenz und / oder des Tastverhältnisses.

[0019] Eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED kann mittels einer Spule und einendurch eine Steuer/Regeleinheit getakteten ersten Schalter bereitstellt werden, wobei bei einge¬schaltetem erstem Schalter in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich beiausgeschaltetem erstem Schalter über eine Diode und über der wenigstens einen LED entlädt.

[0020] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Regelung einer Betriebsschaltung für einLeuchtmittel vorzugsweise zumindest eine LED, wobei Regelschritte in Abhängigkeit von Re¬gelparametern durchgeführt werden, und wobei der Betriebsschaltung ein änderbarer Sollwertzugeführt wird, der Sollwert mit einem Istwert verglichen wird, und wobei das Verfahren um¬fasst: Erfassen einer Steigung des Sollwertes über eine bestimmte Zeit und Anpassung wenigs- tens eines Regelparameters in Abhängigkeit von der Steigung. Die Anpassung der Regelpara¬meter kann dabei kontinuierlich oder stufenweise erfolgen.

[0021] Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Ge¬genstand weiterer Unteransprüche.

[0022] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispieleunter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

[0023] Figur 1a zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß dem bekannten Stand der

Technik [0024] Figur 1b zeigt ein Diagram mit dem zeitlichen Verlauf des LEDstroms in der

Schaltungsanordnung von Figur 1a (Stand der Technik) [0025] Fiqur 2a zeigt ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Betriebsschal¬ tung (Buck) für LEDs [0026] Figur 2b zeigt ein Diagram, das zeitabhängige Stromverläufe und Steuersig¬ nale in der in Fig 2a dargestellten Schaltungsanordnung darstellt [0027] Figur 3 und Figur 4 zeigen spezielle Ausführungsformen der Erfindung [0028] Figur 5 zeigt eine Abwandlung der Schaltung von Figur 2a (Buck-Boost) [0029] Figur 6 zeigt eine weitere spezielle Ausführungsform der Erfindung [0030] Figur 1a und Figur 1b zeigen den Stand der Technik.

[0031] Die in Figur 2a dargestellte Schaltungsanordnung ist ein Beispiel für eine möglicheBetriebsschaltung. Sie dient zum Betrieb von wenigstens einer (oder mehrerer in Serie und /oder parallel geschaltenen) LED. Im dargestellten Beispiel sind beispielsweise zwei LEDs inSerie geschaltet, es können natürlich auch nur eine oder mehrere LEDs sein. Die LED bzw. dieseriell und / oder parallel geschaltenen LEDs werden im Folgenden auch LED-strecke genannt.

[0032] Figur 6 zeigt das Verhalten der Betriebsschaltung. Die Betriebsschaltung weist eineSteuer/Regeleinheit SR zur Regelung des Betriebs des Leuchtmittels auf, wobei Regelschrittein Abhängigkeit von Regelparametern durchgeführt werden. Der Betriebsschaltung wird einänderbarer Sollwert dS zugeführt, und der Sollwert dS wird mit einem Istwert verglichen. Dabeierfolgen die folgenden Schritte: Erfassen einer Steigung (Alpha) des Sollwertes dS über einebestimmte Zeit dTs mittels einer Steuer/Regeleinheit SR und Anpassung wenigstens einesRegelparameters zur Regelung des Betriebs des Leuchtmittels in Abhängigkeit von der erfass¬ten Steigung (Alpha). Die Anpassung der Regelparameter kann dabei kontinuierlich oder stu¬fenweise erfolgen.

[0033] Es werden dabei beispielsweise drei Stufen von Regelparametern unterschieden. Ineiner ersten Stufe handelt es sich um relativ schnelle Regelparameter, in einer zweiten Stufe imVergleich zu den relativ schnellen Regelparametern der ersten Stufe relativ langsame Regelpa¬rameter und in einer dritten Stufe im Vergleich zu den relativ langsamen Regelparametern derzweiten Stufe noch langsamere Regelparameter die im Weiteren als sehr langsame Regelpa¬rameter bezeichnet werden.

[0034] Die Regelparameter der ersten und zweiten Stufe können veränderbare Regelparametersein, die in Abhängigkeit der Steigung Alpha eingestellt werden können.

[0035] Bei einer großen Steigung Alpha können relativ schnelle Regelparameter eingestelltwerden.

[0036] Beim Erreichen eines eingeschwungenen Zustandes der Regelung wird auf sehr lang¬same Reglerparameter umgeschalten. Beim eingeschwungenen Zustand ist die Steigung Alphagleich null.

[0037] Bei einer geringen Steigung Alpha werden relativ langsame Regelparameter eingestellt.

[0038] Der Schaltung wird eine Gleichspannung U0 zugeführt, die natürlich auch eine gleichge¬richtete Wechselspannung sein kann.

[0039] Die Steuer/Regeleinheit SR kann Dimmbefehle über eine externe Schnittstelle empfan¬gen und diese Dimmbefehle können den änderbaren Sollwert dS vorgeben.

[0040] Die Betriebsschaltung kann über einen potentialgetrennten Konverter versorgt werden,wobei der potentialgetrennte Konverter von einem Kontroller, vorzugsweise Microcontroller,gesteuert wird und wobei der Kontroller über eine vorzugsweise potentialgetrennte Schnittstelleder Betriebsschaltung den änderbaren Sollwert dS vorgibt.

[0041] Der Kontroller kann Dimmbefehle über eine externe Schnittstelle empfangen.

[0042] Im Folgenden wird beispielhaft eine mögliche Ausführungsform einer Betriebsschaltungerläutert. Andere Topologien können alternativ auch als Betriebsschaltung genutzt werden unddie Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Die LEDs sind in Serie miteiner Spule L1 und einem ersten Schalter S1 verbunden. Zudem weist die Schaltungsanord¬nung eine Diode D1 (die Diode D1 ist parallel zu den LEDs und der Spule L1 geschaltet) undoptional einen zu den LEDs parallel geschalteten Kondensator C1 auf. Im eingeschaltetenZustand des ersten Schalters S1 fließt Strom durch die LEDs und durch die Spule L1, diedadurch magnetisiert wird. Im ausgeschaltenen Zustand des ersten Schalters S1 entlädt sichdie im Magnetfeld der Spule gespeicherte Energie in Form eines Stroms über die Diode D1 unddie LEDs.

[0043] Parallel dazu kann am Beginn des Einschaltens des ersten Schalters S1 der optionaleKondensator C1 geladen werden. Während der Ausschaltphase des ersten Schalters S1 (Frei¬laufphase) kann sich der Kondensator C1 entladen und zum Stromfluss durch die LED-streckebeitragen. Der optionale Kondensator C1 kann dies zu einer Glättung des Stroms durch dieLEDs führen.

[0044] Als erster Schalter S1 kann ein Feldeffekttransistor oder auch ein Bipolartransistor ver¬wendet werden. Der erste Schalter S1 wird hochfrequent geschaltet, typischenweise in einemFrequenzbereich von über 10 kHz.

[0045] Eine mögliche Ausführung der Schaltung ist, dass der erste Schalter S1 im Betriebgeschont wird, da er, wie später ausgeführt, dann eingeschaltet werden kann, wenn die an ihmanliegende Leistung nahezu null ist. Eine weitere mögliche Ausführung der Schaltung ist, dassfür den ersten Schalter S1 und die Diode D1 durchaus auch ein vergleichsweise billigeres Bau¬element mit vergleichsweise etwas längerer Schaltdauer oder längerer Ausräumzeit eingesetztwerden kann.

[0046] In der Schaltung von Figur 2a ist weiters eine Steuer- und/oder Regeleinheit SR vorge¬sehen, die zur Regelung der LED-Leistung oder des LEDstromes die Taktung des ersten Schal¬ters S1 vorgibt.

[0047] Die Steuer/Regeleinheit SR verwendet zur Festlegung des genauen Einschalt- undAusgangszeitpunkts des ersten Schalters S1 als Eingangsgrößen Signale von einer erstenSensoreinheit SE1 und/oder Signale von einer zweiten Sensoreinheit SE2. Die Signale von derersten Sensoreinheit SE1 und/oder zweiten Sensoreinheit SE2 stellen Beispiele für einen Ist¬wert dar, der von der Steuer/Regeleinheit SR mit dem änderbaren Sollwert dS verglichen wer¬den kann.

[0048] Die erste Sensoreinheit SE1 ist in Serie zum ersten Schalter S1 angeordnet und erfasstden Stromfluss durch den ersten Schalter S1. Dies dient zur Überwachung des Stromflussesdurch den ersten Schalter S1. Übersteigt der Stromfluss durch den ersten Schalter S1 einenbestimmten maximalen Referenzwert, so wird der erste Schalter S1 ausgeschaltet. In eineralternativen Ausführungsform kann es sich bei der ersten Sensoreinheit SE1 beispielsweise umeinen Messwiderstand (Shunt oder Strommesswiderstand) handeln.

[0049] Zur Überwachung des Stromflusses kann nun der Spannungsabfall am Messwiderstand(Shunt) abgegriffen werden und beispielsweise mittels eines Komparators mit einem Referenz- wert verglichen werden.

[0050] Überschreitet der Spannungsabfall am Messwiderstand (Shunt) einen bestimmten Wert,so wird der erste Schalter S1 abgeschaltet.

[0051] Die zweite Sensoreinheit SE2 ist innerhalb des Stromzweiges, der während der Freilauf¬phase vom Strom durchflossen wird, angeordnet, dies kann in der Nähe oder an der Spule L1sein. Mit Hilfe der zweiten Sensoreinheit SE2 kann die Steuereinheit/Regeleinheit SR einengeeigneten Zeitpunkt für den Einschaltzeitpunkt des ersten Schalters S1 festlegen.

[0052] Gemäß einer alternativen Ausführung kann der erste Schalter S1 dann eingeschaltetwerden, wenn der Strom durch die Spule L1 zum ersten Mal null ist oder zumindest sehr geringist, dass heißt vorzugsweise in dem Zeitbereich, wenn die Diode D1 am Ende der Freilaufphasesperrt. Es kann zum Einschaltzeitpunkt des ersten Schalters S1 ein möglichst geringer Stromam Schalter S1 anliegen. Durch Erkennen des Stromnulldurchgangs durch die Spule L1 wirdein nahezu verlustfreies Schalten ermöglicht. Der Strom durch die LEDs zeigt nur eine geringeWelligkeit und schwankt nicht stark. Dies ist auf die glättende Wirkung des zu den LEDs parallelgeschalteten Kondensators C1 zurückzuführen. Während der Phase eines geringen Spulen¬stroms übernimmt der Kondensator C1 die Speisung der LED.

[0053] Die einzelnen Stromverläufe und der optimale Einschaltzeitpunkt des ersten SchaltersS1 sollen anhand des Diagrams in Figur 2b näher erläutert werden.

[0054] Analog zu Diagram in Figur 1b ist der zeitliche Verlauf des Stroms i_L über zwei Pulspa¬kete dargestellt.

[0055] Die vergrößerte Darstellung zeigt den Stromverlauf innerhalb eines PWM Pulspaketes:Es ist der zeitliche Verlaufs des Stroms i_L durch die Spule L1, der zeitliche Verlauf des Stromsi_LED durch die LEDs und der zeitliche Verlauf des Zustand des ersten Schalters S1 aufgetra¬gen (Im Zustand 0 ist der erste Schalter S1 ausgeschaltet, im Zustand 1 ist der Schalter ge¬schlossen; die Signale für den Zustand des Schalters S1 entsprechen dem Ansteuersignal (alsoam Gate) des Schalters S1). Zum Zeitpunkt t_0 wird der erste Schalter S1 geschlossen und esbeginnt ein Strom durch die LED und die Spule L1 zu fließen. Der Strom i_L zeigt einen Anstieggemäß einer Exponentialfunktion, wobei im hier interessierenden Bereich ein quasi-linearerAnstieg des Stroms i_L zu erkennen ist. i_LED unterscheidet sich von i_L dadurch, dass einTeil des Stroms i_L zur Ladung des Kondensators C1 beiträgt. Das Öffnen des ersten SchaltersS1 zum Zeitpunkt t_1 (beispielsweise wenn ein gewünschter maximaler Referenzwert erreichtist) hat zur Folge, dass sich die im Magnetfeld der Spule gespeicherten Energie über die DiodeD1 und die LEDs bzw den Kondensator C1 entlädt. Der Strom i_L fließt in die gleiche Richtungweiter, nimmt aber kontinuierlich ab und kann sogar einen negativen Wert erreichen. Ein nega¬tiver Strom (d.h. ein Stromfluss mit umgekehrter Richtung) ist solange vorhanden, solange dieLadungsträger, die zuvor in der leitend gepolten Diode D1 angereichert wurden, aus der Sperr¬schicht der Diode D1 ausgeräumt sind.

[0056] Der Strom i_LED hingegen nimmt nur schwach ab und wird aufrechterhalten, da derKondensator C1 glättend wirkt.

[0057] Zum Zeitpunkt t_2 sperrt die Diode. Der Strom i_L nimmt ab (ist aber weiter negativ) undgeht gegen null. In dieser Phase werden parasitäre Kapazitäten an der Diode D1 und weitereparasitäre Kapazitäten in der restlichen Schaltung umgeladen.

[0058] Die Spannungen am Knotenpunkt Ux oberhalb des ersten Schalters S1 und an derSpule L1 ändern sich in diesem Zeitraum sehr rasch. Die Spannung am Knotenpunkt Ux fälltauf einen niedrigen Wert ab (aufgrund des Sperrens der Diode D1). Ein vorteilhafter Wiederein¬schaltzeitpunkt t_3 für den ersten Schalter S1 ist nun gegeben, wenn der Strom i_L den Null¬durchgang, oder zumindest die Nähe des Nulldurchgangs, erreicht. Zu diesem Zeitpunkt ist dieSpule L1 nicht bzw kaum magnetisiert. Der ersten Schalter S1 kann zu diesem Zeitpunkt mitsehr geringen Verlusten eingeschaltet werden, da kaum Strom durch die Spule L1 fließt. EinWiedereinschalten ist aber auch bereits zum Zeitpunkt t_2 oder kurz vorher möglich, da der

Strom durch die Spule L1 in diesem Zeitbereich sehr niedrig ist.

[0059] Zur Detektion des vorteilhaften Einschaltzeitpunkts für den ersten Schalter S1 dient nuneine zweite Sensoreinheit SE2. In einer ersten Ausführungsform kann beispielsweise der Stromij_ durch die Spule L1 erfasst werden. Dies erfordert aber relativ aufwendige Schaltungen. DerStrom i_L durch die Spule L1 kann beispielsweise mittels eines Hallsensors erfasst werden.Zusätzlich oder alternativ können daher weitere/andere Größen herangezogen werden, die zurDetektion eines vorteilhaften Einschaltzeitpunkts geeignet sind.

[0060] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann beispielsweise der Magnetisie¬rungszustand der Spule L1 erfasst werden. Es kann sich bei der zweiten Sensoreinheit SE2beispielsweise um eine Sekundärwicklung L2 an der Spule L1 handeln, die die Spannung ander Spule L1 abgreift. Die Überwachung des zeitlichen Spannungsverlaufs an der Spule L1(insbesondere des 'Einbruchs' kurz nach Sperren der Diode D1 nach dem Zeitpunkt t_2) ermög¬licht eine Aussage über den vorteilhaften Wiedereinschaltzeitpunkts des ersten Schalters S1. Ineiner einfachen Ausführungsvariante würde ein Komparator reichen, der das Erreichen derEntmagnetisierung (und somit den Nulldurchgang) anhand des Über- bzw. Unterschreitenseines Schwellwerts erkennen kann.

[0061] Anstatt oder ergänzend zur Spannungsüberwachung an der Spule L1 kann beispiels¬weise die Spannung am Knotenpunkt Ux oberhalb des ersten Schalters S1 überwacht werden.Die Spannung am Knotenpunkt Ux fällt beim Sperren der Diode von einem hohen Wert signifi¬kant ab auf einen niedrigen Wert. Das Signal zum Wiedereinschalten des ersten Schalters S1kann daher bei Unterschreiten der Spannung Ux unter einem gewissen Schwellwert ausgelöstwerden. Die Steuer/Regeleinheit SR schaltet den ersten Schalter S1 zu dem Zeitpunkt wiederein, wenn die Spule L1 entmagnetisiert ist und/oder die Diode D1 sperrt. Die zweite Sensorein¬heit SE2 kann dabei aus einer induktiv an die Spule L1 gekoppelten Sekundärwicklung L2 oderaus einem Spannungsteiler (R1, R2) am Knotenpunkt Ux bestehen.

[0062] Die Steuer/Regeleinheit SR verwendet die Information von der ersten Sensoreinheit SE1und/oder der zweiten Sensoreinheit SE2 zur Festlegung des Aus- und Einschaltzeitpunkts desersten Schalter S1. Die Regelung der (zeitlich gemittelten) LEDIeistung durch SR kann bei¬spielsweise in Form von PWM-Signalen erfolgen. Die Frequenz des PWM Signals liegt typi¬scherweise in der Größenordnung von 100 - 1000 Hz.

[0063] Figur 3 und Figur 4 zeigen spezielle Ausführungsformen der Erfindung.

[0064] In Figur 3 ist eine spezielle Ausführungsform der oben beschriebenen Schaltanordnung(eines Tiefsetzstellers bzw. Buck-Converter) dargestellt. Der vorteilhafte Ausschaltzeitpunkt wirdhierbei mittels Erfassung der Spannung am Knotenpunkt Ux oberhalb des ersten Schalters S1detektiert. Diese erfolgt durch den ohmschen Spannungsteiler R1 und R2. Der Knotenpunkt Uxliegt zwischen der Spule L1, der Diode D1 und dem Schalter S1.

[0065] Als Spannungsteiler ist beispielsweise auch ein kapazitiver Spannungsteiler oder kom¬binierter Spannungsteiler, der aus Widerstand und Kapazität aufgebaut ist, möglich. Der Mess¬widerstand (Shunt) RS dient zur Stromerfassung durch den ersten Schalter S1. Die Überwa¬chung des zeitlichen Spannungsverlaufs am Knotenpunkt Ux (insbesondere des 'Einbruchs'kurz nach Sperren der Diode D1 in der Nähe des Zeitpunkts t_2) ermöglicht eine Aussage überden vorteilhaften Wiedereinschaltzeitpunkt des ersten Schalters S1.

[0066] Anstatt oder ergänzend zu einer Spannungsüberwachung an der Spule L1 kann bei¬spielsweise die Spannung am Knotenpunktes Ux oberhalb des ersten Schalters S1 überwachtwerden. Die Spannung am Knotenpunkt Ux fällt beim Sperren der Diode von einem hohen Wertsignifikant ab auf einen niedrigen Wert. Das Signal zum Wiedereinschalten des ersten SchaltersS1 kann daher bei Unterschreiten der Spannung Ux unter einem gewissen Schwellwert ausge¬löst werden.

[0067] In Schaltungsanordnung von Figur 3 ist zusätzlich ein zweiter Schalter S2 parallel zuden LEDs und dem Kondensator C1 angeordnet. Der zweite Schalter S2 ist selek¬ tiv/unabhängig ansteuerbar und kann beispielsweise ein Transistor (MOSFET oder Bipolartran¬sistor) sein. Wird der zweite Schalter S2 geschlossen, so wird der Entladevorgang des Konden¬sators C1 beschleunigt. Durch die beschleunigte Entladung des Kondensators C1 wird erreicht,dass der Stromfluss durch die LED möglichst schnell gegen null geht. Dies ist beispielsweiseam Ende eines PWM- Pakets erwünscht, wo der Stromfluss durch die LED möglichst schnellabfallen soll d.h. die abfallende Flanke des Stromsverlaufs möglichst steil sein soll (aus Grün¬den der Farbkonstanz).

[0068] Alternativ kann der zweite Schalter S2 bei niedrigem Dimmlevel aktiviert und angesteu¬ert werden, wo die PWM- Pakete sehr kurz sind und es wichtig ist, dass der Strom durch dieLED am Ende eines Pulspakets rasch gegen null geht. Beispielsweise kann durch geeigneteAnsteuerung des zweiten Schalters S2 ein noch niedrigeres Dimmlevel erreicht werden.

[0069] Eine weitere Funktion dieses zweiten Schalters S2 ist, dass er im eingeschalteten Zu¬stand die LEDs überbrückt. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn die LEDs ausgeschaltetwerden sollen, d.h. kein Licht emittieren sollen, aber die Versorgungsspannung U0 noch anliegt.Ohne die Überbrückung durch den zweiten Schalter S2 würde ein (zwar kleiner) Strom über dieLEDs und die Widerstände R1 und R2 fließen und die LEDs (geringfügig) leuchten.

[0070] Es sei angemerkt, dass die Anordnung eines zweiten Schalters S2 parallel zu den LEDsund dem Kondensator C1 zur beschleunigten Entladung des Kondensators C1 bzw. zur Über¬brückung der LED nicht nur auf die spezielle Ausführungsform der Schaltungsanordnung vonFigur 3 beschränkt ist, sondern bei allen Ausführungsformen der Erfindung angewandt werdenkann.

[0071] Figur 4 zeigt eine Modifikation von der Schaltung in Figur 3 dahingehend, dass dieSpannungsüberwachung an der Spule L1 erfolgt. Die Spannung an der Spule S1 kann bei¬spielsweise mittels einer Sekundärwicklung L2, die an die Spule S1 gekoppelt ist, (bzw einezusätzliche Spule L2, die induktiv an die Spule L1 koppelt) erfasst werden. Zur Detektion desvorteilhaften Einschaltzeitpunkts für den ersten Schalter S1 dient nun eine SekundärwicklungL2. Die Überwachung des zeitlichen Spannungsverlaufs an der Spule L1 (insbesondere des'Einbruchs' in der Nähe des Sperrens der Diode D1 nach dem Zeitpunkt t_2) ermöglicht eineAussage über den vorteilhaften Wiedereinschaltzeitpunkt des ersten Schalters S1. Diese Über¬wachung kann wie bereits erwähnt auch anhand einer Sekundärwicklung L2 erfolgen.

[0072] Die Bestimmung des Zeitpunkts des Nulldurchgangs bzw. der Entmagnetisierung kannwie bereits erwähnt auch mittels einer Schwellwertüberwachung erfolgen (auf das Unter- oderÜberschreiten eines Schwellwerts, bei einer Überwachung mittels einer Sekundärwicklung L2hängt die Polarität der Spannung von dem Wicklungssinn der Sekundärwicklung L2 zu derSpule L1 ab).

[0073] Die Beispiele der Figuren 2 bis 5 sollen nur der besseren Erläuterung von verschiede¬nen Betriebsverfahren zur Einstellung des LED-Stromes oder der LED-Leistung dienen. Grund¬sätzlich kann dabei immer das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des Betriebs desLeuchtmittels angewendet werden, wobei Regelschritte in Abhängigkeit von Regelparameterndurchgeführt werden, und wobei der Betriebsschaltung ein änderbarer Sollwert zugeführt wirdund der Sollwert mit einem Istwert verglichen wird.

[0074] Es sei bemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren natürlich auf andere Schaltungs¬topologien angewandt werden kann, so beispielsweise für einen sogenannten Sperrwandlerbzw. Buck-Boost Converter oder einen sogenannten Durchflusswandler bzw. Forward Conver¬ter.

[0075] Figur 5 zeigt bspw. eine Modifikation der Schaltung von Figur 2a dahingehend, dass dieAnordnung der Drossel L1, der Diode D1 sowie der Orientierung der LED-strecke modifiziert ist(bildet Sperrwandler bzw. Buck-Boost Converter). Die Steuer/Regeleinheit (SR) kann Dimmbe-fehle über eine externe Schnittstelle empfangen und diese Dimmbefehle können in diesem Fallden änderbaren Sollwert (dS) vorgeben.

Claims (17)

1. Ansprüche 1. Betriebsschaltung für ein Leuchtmittel, vorzugsweise zumindest eine LED, aufweisend eineSteuer/Regeleinheit (SR) zur Regelung des Betriebs des Leuchtmittels, wobei Regelschrit¬te in Abhängigkeit von Regelparametern durchgeführt werden, und wobei der Betriebs¬schaltung ein änderbarer Sollwert (dS) zugeführt wird, der Sollwert (dS) mit einem Istwertverglichen wird, und wobei die Steuer/Regeleinheit (SR) zur Durchführung der folgendenSchritte ausgelegt ist: Erfassen einer Steigung (Alpha) des Sollwertes (dS) über eine be¬stimmte Zeit (dTs) mittels einer Steuer/Regeleinheit (SR) und Anpassung wenigstens einesRegelparameters in Abhängigkeit von der Steigung (Alpha).
2. 2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, wobei bei einer großen Steigung (Alpha) schnelleRegelparameter eingestellt werden.
3. 3. Betriebsschaltung nach Anspruch 2, wobei beim Erreichen eines eingeschwungenen Zu¬standes der Regelung auf sehr langsame Reglerparameter umgeschalten wird.
4. 4. Betriebsschaltung nach Anspruch 3 wobei bei einer geringen Steigung (Alpha) langsameRegelparameter eingestellt werden, die sich von den sehr langsamen Regelparameter un¬terscheiden.
5. 5. Betriebsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Betriebsschal¬tung eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird und diemittels einer Spule (L1) und einem durch die Steuer/Regeleinheit (SR) getakteten erstenSchalter (S1) eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei beieingeschaltetem erstem Schalter (S1) in der Spule (L1) eine Energie zwischengespeichertwird, die sich bei ausgeschaltetem erstem Schalter (S1) über eine Diode (D1) und überwenigstens eine LED entlädt.
6. 6. Betriebsschaltung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuer/Re¬geleinheit (SR) ein Signal (SES1) einer ersten Sensoreinheit (SE1) oder ein Signal (SES2)einer zweiten Sensoreinheit (SE2) oder eine Kombination eines Signals (SES1) von derersten Sensoreinheit (SE1) und eines Signals (SES2) von der zweiten Sensoreinheit (SE2)zur Festlegung des Ein- und Ausschaltzeitpunkts des ersten Schalters (S1) verwendet.
7. 7. Betriebsschaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuer/Re¬geleinheit (SR) den ersten Schalter (S1) ausschaltet, wenn der Strom durch den erstenSchalter (S1) einen maximalen Referenzwert überschreitet.
8. 8. Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass dieerste Sensoreinheit (SE1) ein Messwiderstand (Shunt, RS) ist.
9. 9. Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass diezweite Sensoreinheit (SE2) aus einer induktiv an die Spule (L1) gekoppelten Sekun¬därwicklung (L2) besteht.
10. 10. Betriebsschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet dadurch, das diezweite Sensoreinheit (SE2) das Erreichen der Entmagnetisierung der Spule (L1) erkennt,indem sie die Spannung (Ux) am Knotenpunkt zwischen dem ersten Schalter (S1) und derSpule (L1) überwacht.
11. 11. Betriebsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch,dass Steuer/Regeleinheit (SR) Dimmbefehle über eine externe Schnittstelle empfängt unddiese Dimmbefehle den änderbaren Sollwert (dS) vorgeben.
12. 12. Betriebsgerät für Leuchtmittel aufweisend eine Betriebsschaltung nach einem der vorange¬henden Ansprüche, wobei die Betriebsschaltung über einen potentialgetrennten Konverterversorgt wird, wobei der potentialgetrennte Konverter von einem Kontroller, vorzugsweiseMicrocontroller, gesteuert wird und wobei der Kontroller über eine vorzugsweise potential¬getrennte Schnittstelle der Betriebsschaltung den änderbaren Sollwert (dS) vorgibt.
13. 13. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach Anspruch 12, wobei der Kontroller Dimmbefehle übereine externe Schnittstelle empfängt.
14. 14. Verfahren zur Regelung einer Betriebsschaltung für ein Leuchtmittel vorzugsweise zumin¬dest eine LED, wobei Regelschritte in Abhängigkeit von Regelparametern durchgeführtwerden, und wobei der Betriebsschaltung ein änderbarer Sollwert (dS) zugeführt wird, derSollwert (dS) mit einem Istwert verglichen wird, und wobei das Verfahren umfasst: Erfas¬sen einer Steigung (Alpha) des Sollwertes (dS) über eine bestimmte Zeit (dTs) und Anpas¬sung wenigstens eines Regelparameters in Abhängigkeit von der Steigung (Alpha).
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14 wobei bei einer großen Steigung (Alpha) schnelle Regelpa¬rameter eingestellt werden.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15 wobei beim Erreichen eines eingeschwungenen Zustandesder Regelung auf sehr langsame Reglerparameter umgeschaltet wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16 wobei bei einer geringen Steigung (Alpha) langsame Regel¬parameter eingestellt werden, die sich von den sehr langsamen Regelparametern unter¬scheiden. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen