AT518887B1 - Vorrichtung zum betreiben von leds - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, aufweisend ein Treiber-Modul (1), und ein von dem Treiber-Modul (1) angesteuertes LED-Modul (5) mit wenigstens zwei LEDs (LED1, LED2), wobei das Treiber-Modul (1) einen Schaltregler enthält, wobei der Schaltregler zur Speisung einer Serienschaltung der wenigstens zwei LEDs (LED1, LED2) ausgelegt ist, wobei zumindest in einem Betriebsmodus eine erste LED (LED1) so angesteuert wird, dass sie leuchtet, wobei die Vorrichtung eine Erfassungsschaltung umfasst, durch die mittels einer Messung im Betriebsmodus ein Betriebsparameter des LED-Moduls (5) ermittelbar ist, wobei in Serie zur zweiten LED (LED2) ein Entkoppelglied (DB2) angeordnet ist, wobei das Entkoppelglied (DB2) an der Anodenseite der zweiten LED (LED2) angeordnet ist und parallel zu der zweiten LED (LED2) ein steuerbarer Schalter (S4) angeordnet ist, wobei der steuerbare Schalter (S4) dazu ausgelegt ist, im Betriebsmodus durch ein Schließen die zweite LED (LED2) zu überbrücken, und die zweite LED (LED2) in einem Reversbetrieb als Photodiode genutzt wird und zumindest einen Teil des Lichtes der ersten LED (LED1) empfängt, und eine Messung an der zweiten LED (LED2) erfolgt, wobei die Messung im Betriebsmodus mittels der Erfassungsschaltung an der zweiten LED (LED2) zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls (5) dient und diese Messung an der zweiten LED (LED2) erfolgt, während die zweite LED (LED2) mittels des steuerbaren Schalters (S4) überbrückt ist.

Description

Beschreibung

VORRICHTUNG ZUM BETREIBEN VON LEDS [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von LEDs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben von LEDs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 19.

TECHNISCHES GEBIET [0002] Derartige Vorrichtungen werden in Beleuchtungssystemen verwendet, um eine farbige oder flächige Beleuchtung von Räumen, Wegen oder auch Fluchtwegen zu erreichen. Üblicherweise werden dabei die Leuchtmittel von Betriebsgeräten angesteuert und bei Bedarf aktiviert. Für eine derartige Beleuchtung werden organische oder anorganische Leuchtdioden (LED) als Lichtquelle genutzt.

STAND DER TECHNIK [0003] Zur Beleuchtung werden anstelle von Gasentladungslampen und Glühlampen immer häufiger auch Leuchtdioden als Lichtquelle eingesetzt. Die Effizienz und Lichtausbeute von Leuchtdioden wird immer stärker erhöht, so dass sie bei verschiedenen Anwendungen der Allgemeinbeleuchtung bereits zum Einsatz kommen.

[0004] Heutige LED Beleuchtungssystem haben oft jedoch den Nachteil, dass aufgrund von Alterung oder durch Austausch einzelner LEDs oder LED Module sich die Farbabgabe oder die Helligkeit verändern kann. Zudem hat die Sekundäroptik einen Einfluss auf das Thermomanagement, da die Wärmeabstrahlung behindert wird. Zudem kann es aufgrund von Alterung und Wärmeeinwirkung zu einer Veränderung des Phosphors der LED kommen.

[0005] Es ist daher wichtig, dass man bestimmte Betriebsparameter des LED-Moduls wie beispielsweise die Temperatur oder auch die Alterung auf einfache Weise überwachen kann.

[0006] Es gibt bereits Systeme mit speziellen Färb- oder Temperatursensoren, diese sind jedoch teuer und können nicht für die eigentliche Aufgabe, die Lichterzeugung genutzt werden.

[0007] Die US2005230600 beschreibt eine LED-Anordnung mit einem anordnungsbasierten LED-Detektor. Dabei sind Detektordioden vorgesehen, die in einem ersten Modus das Licht der LED-Anordnung messen und in einem zweiten Modus die Temperatur der LED- Anordnung messen.

[0008] In der US2002047624 wird eine Schaltung zum Betreiben von LED beschrieben, welche einen Prozessor aufweisen der mit Ausgangsports versehen ist, um Halbleiterschalter zu beschälten. Ein von dem Beschälten der LED-Schaltung unabhängiger Ausgangsport versorgt einen Detektor, welcher ausgelegt ist Betriebsparameter der LED-Schaltung zu erfassen. Insbesondere kann der Detektor die optische Strahlung der LED Schaltung erfassen. Dabei kann auch eine Gruppe von LED als Detektor verwendet werden, indem diese im Reversebetrieb betrieben werden.

[0009] Die US2006028156 beschreibt eine LED-Array welche mit einer Spannungsquelle und einer Mehrzahl von Schaltern betrieben wird. Ein Signalgenerator steuert dabei die Schalter entsprechend an. Ein Signalverarbeitungselement ist vorgesehen, welche die detektierten Signale interpretiert und verarbeitet. Dabei können alle LEDs in einem Detektionsmodus geschaltet werden.

[0010] Der Stand der Technik geht immer davon aus, dass eine zusätzliche LED rein als Sensor vorhanden ist. Ein möglichst effizienter Betrieb der LED als Gesamtsystem und auch eine Einbindung einer zusätzlichen LED zur möglichst effizienten Ausnutzung der Komponenten des LED Systems sind nicht bekannt.

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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG [0011] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Leuchtmittel und ein Verfahren bereitzustellen, welches das gleichmäßige und farbechte Ausleuchten einer Fläche durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden ohne die oben genannten Nachteile bzw. unter einer deutlichen Reduzierung dieser Nachteile ermöglicht.

[0012] Diese Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und für ein Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 19 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0013] Die erfindungsgemäße Lösung für eine Vorrichtung zum Betreiben von LEDs (organische oder anorganische Leuchtdioden) beruht auf dem Gedanken, dass sie ein Treiber-Modul aufweist, und ein von dem Treiber-Modul angesteuertes LED-Modul mit wenigstens zwei LEDs. Das Treiber-Modul enthält einen Schaltregler, wobei zumindest in einem Betriebsmodus eine erste LED so angesteuert wird, dass sie leuchtet, und die zweite LED in einem Reversbetrieb als Photodiode genutzt wird und zumindest einen Teil des Lichtes der ersten LED empfängt, und eine Messung an der zweiten LED erfolgt, wobei die Messung an der zweiten LED zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls dient und diese Messung an der zweiten LED erfolgt, während die zweite LED überbrückt ist, wobei in Serie zur zweiten LED ein Entkoppelglied angeordnet ist, wobei das Entkoppelglied an der Anodenseite der zweiten LED angeordnet ist und parallel zu der zweiten LED ein steuerbarer Schalter angeordnet ist, wobei der steuerbare Schalter dazu ausgelegt ist, im Betriebsmodus durch ein Schließen die zweite LED zu überbrücken, und die zweite LED in einem Reversbetrieb als Photodiode genutzt wird und zumindest einen Teil des Lichtes der ersten LED empfängt, und eine Messung an der zweiten LED erfolgt, wobei die Messung im Betriebsmodus mittels einer Erfassungsschaltung an der zweiten LED zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls dient und diese Messung an der zweiten LED erfolgt, während die zweite LED mittels des steuerbaren Schalters überbrückt ist.

[0014] Die Erfindung ermöglicht auch ein Verfahren zum Betreiben von LEDs, wobei zumindest in einem Betriebsmodus eine erste LED so angesteuert wird, dass sie leuchtet, eine zweite LED in einem Reversbetrieb als Photodiode genutzt wird und zumindest einen Teil des Lichtes der ersten LED empfängt, und die Messung an der zweiten LED zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls dient.

[0015] Auf diese Weise ist es möglich, eine sehr gleichbleibende und gleichmäßige Ausleuchtung einer Fläche durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden zu erreichen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE [0016] Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

[0017] Fig. 1 [0018] Fig. 2 [0019] Fig. 3 [0020] Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben von LED zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt eine Möglichkeit zur Kalibrierung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung [0021] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben von LED in einer abstrahierten Darstellung. Diese Vorrichtung weist ein Treiber-Modul 1 auf, und ein von dem TreiberModul 1 angesteuertes LED-Modul 5 mit wenigstens zwei LED (LED1, LED2). Die LED (LED1, LED2) des LED-Moduls 5 können über die verschiedenen Ansteuerkanäle (über die Verdrahtung 4) selektiv angesteuert werden.

[0022] Diese Vorrichtung weist vorzugsweise einen Speicher zur Hinterlegung von Informationen über das LED-Modul 5 auf, wobei der Speicher entweder im Treiber-Modul 1 oder im LED2/15

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Modul 5 enthalten sein kann und optional die Informationen im Speicher abgeändert werden können.

[0023] Der Speicher ist vorzugsweise so ausgelegt, dass er nichtflüchtig ist, d.h. dass er auch bei einem Ausschalten oder Ausfall der Versorgungsspannung erhalten bleibt. Beispielsweise kann ein Flash-Speicher genutzt werden. Der Speicher kann in einem Treiber-Modul 1 enthalten sein.

[0024] Das Treiber-Modul 1 verfügt über Anschlüsse 2 und 3, an die über die Verdrahtung 4 zwei oder mehrere LED (LED1, LED2) auf einem (vorzugsweise gemeinsamen) LED-Modul 5 angeschlossen sind. Das LED- Modul 5 kann beispielsweise eine Platine oder ein Grundträger sein, auf dem zwei oder mehrere LED (LED1, LED2) angeordnet sind. Die LED können beispielsweise als bedrahtete LED, als SMD-LED oder als COB-LED (Chip- on-board-LED) ausgeführt sein. Das LED-Modul 5 kann auch Mittel zur Wärmeabfuhr oder Kühlung aufweisen. Es können innerhalb eines LED- Moduls 5 die LED auch über einzeln ansteuerbare Kanäle (über die Verdrahtung 4) selektiv angesteuert werden. Somit können die einzeln ansteuerbaren LED auf einem LED-Modul 5 selektiv angesteuert (beispielsweise eingeschaltet, abgeschaltet und in ihrer Helligkeit geändert) werden.

[0025] Ein LED-Modul 5 kann dabei unterschiedliche LED (LED1, LED2) aufweisen, wobei diese vorzugsweise unabhängig voneinander (selektiv) über einzelne Kanäle angesteuert werden können. Diese unterschiedlichen LED können sich beispielsweise in ihrer Wellenlänge, Farbort und / oder Intensität unterscheiden.

[0026] Zumindest in einem Betriebsmodus des LED-Moduls 5 durch das Treiber- Modul 1 wird eine erste LED so angesteuert, dass sie leuchtet. Die zweite LED LED2 wird in einem Reversbetrieb als Photodiode genutzt und kann zumindest einen Teil des Lichtes der ersten LED LED1 empfangen. Es erfolgt dabei eine Messung an der zweiten LED LED2, wobei die Messung an der zweiten LED zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls (d. h. beispielsweise der ersten LED LED1 oder der zweiten LED LED2 dient. Diese Messung an der zweiten LED LED2 erfolgt, während die zweite LED LED2 überbrückt ist.

[0027] Die Messung an der zweiten LED LED2 kann zur Ermittlung der Temperatur des LEDModuls oder der Temperatur der ersten LED1 oder der zweiten LED LED2 dienen. Die Messung an der zweiten LED LED2 kann auch zur Überwachung der Alterung des LED-Moduls oder der ersten LED1 oder der zweiten LED LED2 dienen.

[0028] Die Messung kann anhand des Leckstromes der zweiten LED LED2 erfolgen. Die Messung kann anhand einer Messung des differentiellen Widerstandes der zweiten LED LED2 erfolgen.

[0029] Die zweite LED LED2 kann in einem von dem Reversbetrieb abweichenden Betriebszustand als LED angesteuert werden, um zu leuchten und zur Lichterzeugung beizutragen. Dies erfolgt vorzugsweise immer dann, wenn keine Messung (an der zweiten LED LED2) zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls durchgeführt wird, aber das LED-Modul betrieben wird (oder zumindest die weiteren LEDs gleicher Farbe wie die zweite LED LED2 angesteuert werden).

[0030] Die beiden LED können optisch gekoppelt sein. Die optische Kopplung OK kann über einen Lichtleiter erfolgen, der vorzugsweise die erste LED LED1 mit der zweiten LED LED2 verbindet. Beispielsweise kann ein Teil des Lichtes der ersten LED in den Lichtleiter auskoppelt werden.

[0031] Die optische Kopplung kann über eine Teilreflexion oder Totalreflexion innerhalb des LED-Moduls oder innerhalb der das LED-Modul umgebenden Leuchte erfolgen. Die zweite LED LED2 kann so platziert sein, dass sie einen Teil des von den LED-Modulen abgestrahlten Lichtes empfangen kann.

[0032] Die zweite LED LED2 kann so platziert sein, dass sie gegen Umgebungslicht abgeschottet ist und nur von den LED Modulen abgestrahltes Licht empfangen kann (Totalreflexion).

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Diese Abschottung kann durch eine Abdeckung erfolgen, die speziell für die Messung mit der zweiten LED LED2 zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls angebracht wird. Auf dieser Abdeckung kann sich die zweite LED LED2 befinden. Die zweite LED LED2 kann aber auch auf dem Reflektor der ersten LED LED1 platziert werden.

[0033] Die zweite LED kann LED2 so platziert sein, dass sie direkt oder indirekt das Licht der ersten LED LED1 des LED-Modules empfängt. Es kann die das LED-Modul umgebende Leuchte aber auch so konstruiert sein, dass ein Teil des Lichtes der ersten LED LED1 reflektiert wird und von der zweiten LED LED2 empfangen werden kann (Teilreflexion).

[0034] Die Messung an der zweiten LED LED2 zur Ermittlung eines Betriebsparameters kann in regelmäßigen Abständen wiederholt oder auch durch einen Steuerbefehl initiiert werden.

[0035] Die Messung an der zweiten LED LED2 zur Ermittlung eines Betriebsparameters kann während des Betriebs für eine so kurze Zeitspanne erfolgen, dass das menschliche Auge diese Messung nicht wahrnehmen kann. Typischerweise arbeiten Treiber-Module für LED bei Frequenzen über 200 Hz (im Bereich bis zu mehreren Hundert kHz), so dass eine ausreichend kurze Messung möglich ist.

[0036] Die Messung an der zweiten LED LED2 zur Ermittlung eines Betriebsparameters kann aber auch während einer Ausschaltphase des LED- Moduls erfolgen, insbesondere kann die Messung an der zweite LED LED2 erfolgen, während sie ausgeschaltet, vorzugsweise überbrückt, ist.

[0037] Die zweite LED LED2 kann mit weiteren LED des LED-Moduls optisch gekoppelt sein.

[0038] Die Messung an der zweiten LED LED2 zur Ermittlung eines Betriebsparameters für die erste LED LED1 und die weiteren LED kann durch sequentielle Aktivierung der einzelnen LED oder aber auch gleichzeitig für das gesamte LED-Modul oder Teilbereiche (Gruppen von LED) erfolgen.

[0039] Die Vorrichtung kann wie bereits erwähnt einen Speicher zum Speichern des Betriebsparameters aufweisen. Der Speicher kann über eine digitale Schnittstelle ausgelesen werden.

[0040] Der Speicher kann sich auf dem Treiber-Modul befinden und bei Austausch des LEDModuls durch den Benutzer ausgelesen werden.

[0041] Beispielsweise kann der Speicher aus dem Treiber-Modul über eine (vorzugsweise digitale) Schnittstelle 7 ausgelesen werden. Der Speicher kann sich auf dem LED-Modul 5 befinden und bei Austausch des LED-Moduls 5 durch den Benutzer ausgelesen werden. Wenn sich der Speicher auf dem LED-Modul 5 befindet, kann der Speicher vor einem Austausch des LED-Moduls 5 durch das Treiber-Modul 1 aufgrund einer Signalisierung durch den Benutzer ausgelesen werden.

[0042] Der Speicher kann aber auch in einem Kalibriergerät oder auf dem Treiber- Modul 1 angeordnet sein.

[0043] In dem Speicher können Informationen über den Typ der LED, die Wellenlänge, den Farbort und / oder die Intensität der LED hinterlegt werden. Weiterhin können andere Betriebsparameter wie der erforderliche Soll- Betriebsstrom durch die LED oder der maximale zulässige Strom durch die LED oder auch die maximal zulässige Spannung durch die LED als Informationen in dem Speicher hinterlegt werden.

[0044] Die Signalisierung zum Auslesen des Speichers auf dem LED-Modul 5 kann durch den Benutzer durch eine Schaltfolge an der Versorgungsspannung, einen digitalen Steuerbefehl oder durch eine andere Signalisierung erfolgen.

[0045] Nach dem Austausch des LED-Moduls 5 können die ausgelesenen Informationen in dem Speicher des neuen LED-Moduls 5 abgelegt werden. Das Treiber-Modul 1 kann die im Speicher abgelegte Information über eine (vorzugsweise digitale) Schnittstelle 7 an andere Treiber-Module weiterleiten.

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AT518 887 B1 2018-02-15 österreichisches patentamt [0046] Die Erfindung ermöglicht auch ein Verfahren zum Betreiben von LEDs, wobei zumindest in einem Betriebsmodus eine erste LED so angesteuert wird, dass sie leuchtet, eine zweite LED in einem Reversbetrieb als Photodiode genutzt wird und zumindest einen Teil des Lichtes der ersten LED empfängt, und die Messung an der zweiten LED zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls dient.

[0047] Somit wird eine Leuchte ermöglicht, aufweisend eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben von LEDs.

[0048] Es kann gemäß der Erfindung eine Leuchte mit LED aufgebaut werden.

[0049] Das Treiber-Modul 1 kann einen Schaltregler, beispielsweise einen AC-DC- Wandler oder DC-DC-Wandler, enthalten. Das Treiber-Modul 1 kann an eine Versorgungsspannung 8 angeschlossen werden (beispielsweise eine AC Netzspannung oder auch eine Gleichspannung). Das Treiber-Modul 1 kann einen PFC (aktive oder passive Leistungsfaktorkorrekturschaltung) enthalten.

[0050] Der PFC kann beispielsweise durch einen Boost-Konverter, Buck-Boost-Konverter, einen Flyback-Konverter oder auch durch eine Valley Fill Schaltung gebildet werden. Das Treiber-Modul 1 kann eine Potentialtrennung aufweisen. Diese Potentialtrennung kann beispielsweise über einen Transformator erfolgen.

[0051] Das Treiber-Modul 1 kann beispielsweise einen Tiefsetzsteller (Buck- Konverter) einen Flyback-Konverter (isolierten Sperrwandler), einen Forward- Konverter (Durchflußwandler) oder eine Halbbrücken-Konverter mit Transformator enthalten.

[0052] Wenn das Treiber-Modul 1 einen PFC aufweist, kann es als sogenannte einstufige Topologie, beispielsweise durch einen Flyback-Konverter, der im sogenannten Borderline Mode arbeitet, oder auch durch eine sogenannte zweistufige Topologie, beispielsweise durch einen Boost-Konverter mit einem nachfolgendem Halbbrücken-Konverter mit Transformator, ausgeführt sein. Das Treiber-Modul 1 kann Mittel zur Regelung des Stromes durch einzelne oder mehrere LED des LED-Moduls 5, der Spannung über den LED des LED- Moduls 5 oder auch Leistung, welche den LED des LED-Moduls 5 zugeführt wird, aufweisen.

[0053] Die Erfassung des Stromes durch einzelne oder mehrere LED des LED- Moduls 5 und / oder der Spannung über den LED des LED-Moduls 5 kann mittels Widerständen oder auch mittels anderer Sensormittel wie beispielsweise anhand eines Strom- oder Spannungsüberwachungstransformators erfolgen. Das Treiber-Modul 1 kann auch eine Stromquellencharakteristik aufweisen und derart betrieben werden, dass ein vorgegebener Strom bei einer bestimmten Ansteuerfrequenz und / oder Ansteuereinschaltverhältnis eingeprägt wird.

[0054] Der Betrieb der LEDs kann derart erfolgen, daß das LED-Modul 5 mit wenigstens zwei LEDs (LED1, LED2) von einem Treiber-Modul angesteuert wird, und ein Speicher zur Hinterlegung von Informationen über das LED- Modul 5 vorhanden ist, wobei Informationen im Speicher abgelegt oder abgeändert werden können. Die Informationen im Speicher können aufgrund einer Kalibrierungsmessung abgeändert werden.

[0055] Es kann eine Kalibrierungsmessung unter Zuhilfenahme eines Temperatursensors erfolgen. Beispielsweise kann bei der Kalibrierung sowohl eine Messung mit der als Photodiode verwendeten zweiten LED LED2 als auch mit dem Temperatursensor durchgeführt, wenn die erste LED LED1 betrieben wird. Anhand der Messung mit dem Temperatursensor kann das Messergebnis von der Messung mit der zweiten LED LED2 abgeglichen werden. Beispielsweise können Referenzwerte (vorzugsweise in einer Tabelle) in dem Speicher abgelegt werden.

[0056] Die Informationen im Speicher können um einen Korrekturfaktor abgeändert werden. Die Informationen im Speicher können um einen Korrekturfaktor abgeändert werden, der aufgrund einer Kalibrierungsmessung bestimmt wurde. Beispielsweise kann der Korrekturfaktor abhängig von der der mittels der Erfindung gemessenen Temperatur gewählt werden.

[0057] Der Korrekturfaktor kann aber auch aufgrund einer Kalibrierungsmessung abgeändert werden. Der Korrekturfaktor kann auch von einem Benutzer geändert werden, beispielsweise

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AT518 887 B1 2018-02-15 österreichisches patentamt über eine Vorgabe über eine Schnittstelle 7.

[0058] Die Schnittstelle 7 kann sowohl eine drahtgebundene als auch eine drahtlose Übertragung nutzen.

[0059] Die Änderung des Korrekturfaktors, beispielsweise durch einen Benutzer, kann wie bereits erwähnt auch aufgrund einer Kalibrierungsmessung erfolgen.

[0060] Diese Kalibrierungsmessung kann durch eine Messung mit einem Sensor 6 (wie später anhand der Fig. 4 beschrieben) oder auch nur über das visuelle Empfinden des Benutzers erfolgen. Der Korrekturfaktor kann von der Alterung bzw. der Betriebsdauer des LED-Moduls 5 abhängig sein.

[0061] Im Folgenden soll die Erfindung an einem Beispiel anhand der Fig. 2 genauer erklärt werden.

[0062] In Fig. 2 ist als Beispiel für einen Schaltregler als Treiber-Modul 1 ein Tiefsetzsteller angeführt.

[0063] Der Tiefsetzsteller als Treiber-Modul 1 ist für den Betrieb zumindest zweier LED (LED1, LED2) ausgelegt und weist einen Schalter S1 auf. Als Schalter S1 wird vorzugsweise ein Feldeffekttransistor verwendet. Der Schalter S1 wird hochfrequent getaktet, typischerweise in einem Frequenzbereich von über 10 kHz. Die Treiber-Modul 1 wird mit einer Gleichspannung bzw. einer gleichgerichteten Wechselspannung U0 versorgt.

[0064] Im eingeschalteten Zustand des Schalters S1 (während der Zeitdauer t_on) wird in der Spule L1 Energie aufgebaut (d.h. die Spule wird aufmagnetisiert), die sich im ausgeschalteten Zustand des Schalters S1 (Zeitdauer t_off) über die LED-Strecke (welche die erste LED LED1 und zweite LED LED2 enthält) entlädt (d.h. die Spule wird entmagnetisiert). Es ist anzumerken, dass eingeschalteten Zustand des Schalters S1 der Strom durch den Schalter S1 und die Spule L1 auch über die LED-Strecke (welche die erste LED LED1 und zweite LED LED2 enthält) fließt.

[0065] Der Strom durch die beiden LED (LED1, LED2) kann durch geeignete Wahl des Einschaltzeitpunkts und des Ausschaltzeitpunkts des Schalters S1 erfolgen.

[0066] So können diese Zeitpunkte beispielsweise so gewählt werden, dass der Schalter S1 eingeschaltet wird, wenn der Strom einen bestimmten minimalen Referenzwert für den Strom durch die erste LED LED1 unterschreitet und der Schalter wird ausgeschaltet, wenn der Strom durch die erste LED LED1 einen maximalen Referenzwert überschreitet.

[0067] In diesem Fall ergibt sich eine hysteretische Regelung, bei der die Frequenz und das Tastverhältnis des Schalters S1 angepasst werden. Alternativ ist aber auch eine Regelung nur über eine Anpassung der Frequenz oder des Tastverhältnisses des Schalters S1 möglich. Zur Glättung und Stabilisierung des Stromes durch die LED kann zumindest ein Filterkondensator C1 vorgesehen sein, der parallel zu einer oder mehreren LED geschaltet ist.

[0068] Während des normalen Betriebes aller LED der LED-Strecke mit der ersten LED LED1 und zweiten LED LED2 (ohne erfindungsgemäße Messung mittels der zweiten LED LED2) sind die parallel zu den LED angeordneten Schalter S2 und S4 geöffnet. In Serie mit der ersten LED LED1 und zweiten LED LED2 ist jeweils ein Entkoppelglied (bspw. eine Diode DB oder ein Schalter) angeordnet. Als Entkoppelglied kann aber auch eine weitere LED dienen. Vorzugsweise ist das Entkoppelglied an der Anodenseite der jeweils zu entkoppelnden LED (LED1 bzw. LED2) angeordnet. Weiterhin ist zumindest bei der zweiten LED LED2 eine Erfassungsschaltung vorgesehen.

[0069] Um nun eine Überwachung von LED mittels einer Messung des sog. Leckstromes einer LED (als Photodiode genutzt) zu ermöglichen, wird die zur Überwachung genutzte LED zweite LED LED2 selektiv überbrückt. Optional wird für diesen Zeitraum der Überbrückung (also die Überbrückungsphase) durch ein Entkoppelglied von dem speisenden Schaltregler getrennt. Zusätzlich ist eine Erfassungsschaltung vorhanden, mit Hilfe derer der durch die überwachte

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LED eingekoppelte Strom ermittelt werden kann.

[0070] Beispielsweise kann ein Schaltregler eine Serienschaltung von LED speisen, wobei einzelne LED kurzzeitig durch einen steuerbaren Schalter S4 überbrückt werden (diese überbrückte zweite LED LED2 bildet die überwachte LED). Optional wird während dieser Überbrückungsphase die einzelne überwachte LED LED2 durch ein Entkoppelglied (bspw. eine Diode DB oder ein Schalter) von der Serienschaltung getrennt. Als Entkoppelglied kann aber auch eine weitere LED dienen.

[0071] Über die Erfassungsschaltung wird der Strom durch die überwachte LED LED2 erfasst. Die zweite LED LED2 wird daher als überwachte LED bezeichnet, da bei ihr eine Überwachung mittels der Erfassungsschaltung für die Messung (zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls 5) erfolgt.

[0072] Die steuerbaren Schalter S1 sowie S2 und S4 können durch eine gemeinsame Steuerschaltung angesteuert werden, die vorzugsweise auch die Messung an der zweiten LED LED2 zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls 5 auswerten kann. Die gemeinsame Steuerschaltung kann als integrierte Schaltung wie beispielsweise ein ASIC oder Microcontroller ausgebildet sein.

[0073] Die Erfassungsschaltung kann für diese Überbrückungsphase zugeschaltet werden, sie kann aber auch dauerhaft mit der zu überwachenden LED verbunden sein und nur für die Überbrückungsphase zur Erfassung des Stromes durch die überwachte LED LED2 ausgewertet werden.

[0074] Es können aber auch zwei Schaltreglerstufen einzelne Gruppen von LED (vorzugsweise zwei serielle Ketten von LED) ansteuern. In dem Beispiel gemäß Fig. 3 ist jeweils symbolisch nur eine LED dargestellt.

[0075] Die beiden Schaltregler K1 und K2 bilden gemeinsam das Treiber-Modul 1 und entsprechen in ihrem grundsätzlichen Aufbau und auch in ihrer Funktion dem in Fig. 2 dargestellten Schaltregler.

[0076] Zumindest ein Schaltregler (der Schaltregler K2) weist am Ausgang, der die LED speist, einen parallel zum Ausgang des Schaltregler K2 geschalteten steuerbaren Schalter S4 auf.

[0077] Zwischen dem Ausgang des Schaltregler K2 mit hohem Potential P2 und der angesteuerten LED LED2 ist optional eine Diode DB2 als Entkoppelglied geschaltet. Als Entkoppelglied kann aber auch eine weitere LED oder eine Schalter dienen. Zusätzlich ist eine Erfassungsschaltung vorhanden, die mit der LED LED2 verbunden ist. Mit Hilfe der Erfassungsschaltung kann der durch die überwachte LED eingekoppelte Strom ermittelt werden.

[0078] Der weitere Schaltregler (Schaltregler K1) wird auch durch einen Tiefsetzsteller zur Speisung einer LED LED1 gebildet, dieser kann optional ebenfalls einen parallel zum Ausgang des Schaltregler K1 geschalteten steuerbaren Schalter S2 und eine Diode DB1 als Entkoppelglied aufweisen, wobei die Diode DB1 zwischen dem Ausgang des Schaltreglers K1 mit hohem Potential P1 und der angesteuerten LED LED1 geschaltet ist. Vorzugsweise besteht eine optische Kopplung OK zwischen der ersten LED LED1 und der zweiten LED LED2, insbesondere durch einen Lichtleiter, der einen Teil des von der ersten LED LED1 abgestrahlten Lichts direkt zu der zweiten LED LED2 weiterleitet und dort einkoppelt.

[0079] Nunmehr kann die zweite LED LED2 (als überwachte LED) selektiv kurzzeitig durch Schliessen des steuerbaren Schalters S4 überbrückt werden. Für diesen Zeitraum der Überbrückung (also die Überbrückungsphase) wird nun die zweite LED LED2 durch das Entkoppelglied DB2 von dem speisenden Schaltregler K2 getrennt. Über die Erfassungsschaltung Sense2 kann nun der Strom durch die zweite LED LED2 als überwachte LED erfasst werden.

[0080] Die Erfassungsschaltung kann für diese Überbrückungsphase zugeschaltet werden, sie kann aber auch dauerhaft mit der zu überwachenden LED verbunden sein und nur für die Überbrückungsphase zur Erfassung des Stromes durch die überwachte LED ausgewertet werden.

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Patentamt [0081] Vorzugsweise weist der Schaltregler K2 eine Stromquellencharakteristik auf. Insbesondere weist der als Tiefsetzsteller ausgebildete Schaltregler K2 eine Stromregelung auf, so dass der Strom durch die LED LED2 konstant gehalten wird (zumindest während der Taktphasen beim PWM Dimmen).

[0082] Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass bei einer kurzzeitigen Überbrückung durch den steuerbaren Schalter S4 der Strom von diesem übernommen wird, wobei der Schaltregler K2 durch dieses Überbrücken nicht in seinem Betrieb gestört wird. Ein kurzzeitiges Überbrücken der LED LED2 wirkt sich somit weder negativ auf die Regelschleife noch auf das abgestrahlte Licht aus.

[0083] Wenn beide Schaltregler K1 und K2 jeweils die Elemente des steuerbaren Schalters S2 bzw. S4 und des Entkoppelgliedes DB1 bzw. DB2 sowie eine Erfassungsschaltung aufweisen, können sich die beiden LED (LED1 bzw. LED2) gegenseitig überwachen. Es besteht wie bereits erläutert vorzugsweise eine optische Kopplung OK zwischen den beiden LED und beide können jeweils kurzzeitig überbrückt und entkoppelt werden.

[0084] Ein weiteres Beispiel für eine Kalibrierungsmessung soll anhand der Fig. 4 erläutert werden.

[0085] Eine Kalibrierungsmessung kann beispielsweise auch mit einer Farbmessung mit einem Sensor 6 (beispielsweise ein RGB Farbsensor, vorzugsweise ein CCD Sensor) durchgeführt werden. Der Sensor 6 kann aber auch durch mehrere Photodioden gebildet werden, die jeweils einen Farbfilter aufweisen, so dass die Photodioden nur durch bestimmte Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche angeregt werden können.

[0086] Für die Durchführung einer Kalibrierungsmessung kann ein Sensor 6 als zusätzlicher Sensor mit der Vorrichtung gekoppelt werden und die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Zuhilfenahme des Sensors 6 kalibriert werden.

[0087] Bei der Kalibrierung können der Farbort und / oder die Intensität der LED gespeichert werden, dass diese Informationen können in dem Speicher abgelegt werden. Bei der Kalibrierung können die einzelnen LED-Module 5 nacheinander eingeschaltet und kalibriert werden. Die Kalibrierung kann zur Bestimmung der Farben der angeschlossenen LED-Module 5 dienen.

[0088] Dabei werden die einzelnen Farben oder Farborte und / oder die Intensitäten der jeweils angesteuerten LEDs bestimmt.

[0089] Vorzugsweise wird bei der Kalibrierung sowohl eine Messung mit der als Photodiode verwendeten zweiten LED LED2 als auch mit dem Sensor 6 durchgeführt, wenn die erste LED LED1 betrieben wird.

[0090] Anhand der Messung mit dem Sensor 6 kann das Messergebnis von der Messung mit der zweiten LED LED2 abgeglichen werden. Beispielsweise können Referenzwerte in einer Tabelle in dem Speicher abgelegt werden.

[0091] Zur Kalibrierung können eine oder mehrere LED-Module 5 abgeschaltet werden. Dabei können auch innerhalb eines LED-Moduls 5 einzeln ansteuerbare Kanäle selektiv abgeschaltet werden, so dass die einzeln ansteuerbaren LED auf einem LED-Modul 5 selektiv abgeschaltet werden können.

[0092] Zur Kalibrierung kann jeweils auch nur ein LED-Modul 5 bzw. nur ein Kanal eines LEDModuls 5 eingeschaltet werden.

[0093] Der Sensor 6 kann so platziert sein, dass er einen Teil des von den LED- Modulen 5 abgestrahlten Lichtes empfangen kann.

[0094] Der Sensor 6 kann so platziert ist, dass er gegen Umgebungslicht abgeschottet ist und nur von den LED-Modulen 5 abgestrahltes Licht empfangen kann. Diese Abschottung kann durch eine Abdeckung erfolgen, die speziell für die Kalibrierungsmessung angebracht wird. Auf dieser Abdeckung 11 kann sich der Sensor 6 befinden. Der Sensor 6 kann aber auch auf dem Reflektor 10 der LED Leuchte platziert werden.

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AT518 887 B1 2018-02-15 österreichisches patentamt [0095] Der Sensor 6 kann so platziert sein, dass er direkt oder indirekt das Licht der LED des LED-Moduls 5 empfängt.

[0096] Aus der Kombination der einzelnen Kalibrierungsmessungen, die nacheinander durchgeführt werden, kann die Zuordnung der Farben und für die Ausgabe einer gewünschten Farbe durch die LED Beleuchtung erforderliche Mischung der einzelnen LED ermittelt werden.

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Patentamt

Claims (19)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, aufweisend ein Treiber-Modul (1), und ein von dem Treiber-Modul (1) angesteuertes LED-Modul (5) mit wenigstens zwei LEDs (LED1, LED2), wobei das Treiber-Modul (1) einen Schaltregler enthält, wobei der Schaltregler zur Speisung einer Serienschaltung der wenigstens zwei LEDs (LED1, LED2) ausgelegt ist, wobei zumindest in einem Betriebsmodus eine erste LED (LED1) so angesteuert wird, dass sie leuchtet, wobei die Vorrichtung eine Erfassungsschaltung umfasst, durch die mittels einer Messung im Betriebsmodus ein Betriebsparameter des LED-Moduls (5) ermittelbar ist, gekennzeichnet dadurch, dass in Serie zur zweiten LED (LED2) ein Entkoppelglied (DB2) angeordnet ist, wobei das Entkoppelglied (DB2) an der Anodenseite der zweiten LED (LED2) angeordnet ist und parallel zu der zweiten LED (LED2) ein steuerbarer Schalter (S4) angeordnet ist, wobei der steuerbare Schalter (S4) dazu ausgelegt ist, im Betriebsmodus durch ein Schließen die zweite LED (LED2) zu überbrücken, und die zweite LED (LED2) in einem Reversbetrieb als Photodiode genutzt wird und zumindest einen Teil des Lichtes der ersten LED (LED1) empfängt, und eine Messung an der zweiten LED (LED2) erfolgt, wobei die Messung im Betriebsmodus mittels der Erfassungsschaltung an der zweiten LED (LED2) zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED- Moduls (5) dient und diese Messung an der zweiten LED (LED2) erfolgt, während die zweite LED (LED2) mittels des steuerbaren Schalters (S4) überbrückt ist.
2. 2. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung an der zweiten LED (LED2) zur Ermittlung der Temperatur des LEDModuls (5) oder der Temperatur der ersten (LED1) oder der zweiten LED (LED2) dient.
3. 3. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung an der zweiten LED (LED2) zur Überwachung der Alterung des LEDModuls (5) oder der ersten (LED1) oder der zweiten LED (LED2) dient.
4. 4. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung anhand des Leckstromes der zweiten LED (LED2) erfolgt.
5. 5. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung anhand einer Messung eines differentiellen Widerstandes der zweiten LED (LED2) erfolgt.
6. 6. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, die beiden LED (LED1, LED2) optisch gekoppelt sind.
7. 7. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kopplung (OK) über einen Lichtleiter erfolgt.
8. 8. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kopplung (OK) über eine Teilreflexion oder Totalreflexion innerhalb des LED-Moduls (5) oder innerhalb der das LED-Modul (5) umgebenden Leuchte erfolgt.
9. 9. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung an der zweiten LED (LED2) zur Ermittlung eines Betriebsparameters in regelmäßigen Abständen wiederholt wird.
10. 10/15

    AT518 887 B1 2018-02-15 österreichisches patentamt

    10. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung an der zweiten LED (LED2) zur Ermittlung eines Betriebsparameters durch einen Steuerbefehl initiiert wird.
11. 11. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Speicher zum Speichern des Betriebsparameters aufweist.
12. 12. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher über eine digitale Schnittstelle (7) ausgelesen werden kann.
13. 13. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher sich auf dem Treiber-Modul (1) befindet und bei Austausch des LEDModuls (5) durch den Benutzer ausgelesen werden kann.
14. 14. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung an der zweiten LED (LED2) zur Ermittlung eines Betriebsparameters während des Betriebs für eine so kurze Zeitspanne erfolgt, dass das menschliche Auge diese Messung nicht wahrnehmen kann.
15. 15. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung an der zweiten LED (LED2) zur Ermittlung eines Betriebsparameters während einer Ausschaltphase der zweiten LED (LED2) erfolgt.
16. 16. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite LED (LED2) mit weiteren LED des LED-Moduls (5) optisch gekoppelt ist.
17. 17. Vorrichtung zum Betreiben von LEDs, nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung an der zweiten LED (LED2) zur Ermittlung eines Betriebsparameters für die erste LED (LED1) und die weiteren LED durch sequentielle Aktivierung der einzelnen LED erfolgt.
18. 18. Leuchte aufweisend eine Vorrichtung zum Betreiben von LEDs nach einem der vorangegangen Ansprüche.
19. 19. Verfahren zum Betreiben von LEDs, wobei zumindest in einem Betriebsmodus eine erste LED (LED1) so angesteuert wird, dass sie leuchtet, eine zweite LED (LED2) in einem Reversbetrieb als Photodiode genutzt wird und zumindest einen Teil des Lichtes der ersten LED (LED1) empfängt wobei die erste LED (LED1) und die zweite LED (LED2) eine Serienschaltung ist, und dass parallel zu der zweiten LED (LED2) ein steuerbarer Schalter (S4) angeordnet ist, wobei der steuerbare Schalter (S4) dazu ausgelegt ist, im Betriebsmodus durch ein Schließen die zweite LED (LED2) zu überbrücken, und die Messung an der zweiten LED (LED2) während die zweite LED (LED2) mittels des steuerbaren Schalters (S4) überbrückt ist, zur Ermittlung eines Betriebsparameters des LED-Moduls (5) dient.