DE102004001862B3

DE102004001862B3 - Steuervorrichtung und Steuerverfahren zur Steuerung eines Leuchtelementes

Info

Publication number: DE102004001862B3
Application number: DE102004001862A
Authority: DE
Inventors: Stefan Blattl
Original assignee: KWL LIGHTING GmbH; KWL-LIGHTING GmbH
Current assignee: KWL LIGHTING GmbH; KWL-LIGHTING GmbH
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-01-14

Abstract

Eine Steuervorrichtung (1) zur Steuerung zumindest eines Leuchtelementes (35; 37) weist einen ersten Signalumsetzer (2) und einen zweiten Signalumsetzer (21) auf. Der erste Signalumsetzer (2) gibt einen ersten Schwellwert vor und setzt ein Eingangssteuersignal in ein Zwischensignal um. Der zweite Signalumsetzer gibt einen zweiten Schwellwert vor und setzt das Zwischensignal in ein Ausgangssignal um. Dabei hebt der erste Signalumsetzer (2) das Eingangssteuersignal unterhalb des ersten Schwellwertes zum ersten Schwellwert hin an und der zweite Signalumsetzer (21) setzt das Zwischensignal unterhalb des zweiten Schwellwertes in ein zumindest im Wesentlichen amplitudenmoduliertes Ausgangssignal um und setzt das Zwischensignal oberhalb des zweiten Schwellwertes in ein zumindest im Wesentlichen pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal um. Außerdem ist der zweite Schwellwert nicht größer als der erste Schwellwert. Ferner wird ein Steuerverfahren für solch eine Steuervorrichtung (1) angegeben.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Leucht- und Beleuchtungssteuerungen zur Steuerung zumindest eines Leuchtelements. Steuervorrichtungen und Steuerverfahren zur Steuerung von Leuchtelementen werden unter anderem zur Steuerung von Leuchtanlagen, wie einer Ampel oder einer Videowand, oder zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage, wie einer Leuchte für die Beleuchtung eines Raumes, eingesetzt.

Bei bekannten Steuervorrichtungen ist eine Recheneinheit (Mikrocontroller) vorgesehen, die ein Steuersignal in ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal umsetzt. Als Steuersignal kommen insbesondere digitale Protokolle zur Übertragung von Helligkeitswerten für verschiedene nachgeordnete Zweige von Leuchtelementen in Frage. Beispiele für bekannte digital codierte Eingangssteuersignale sind DMX und Dali. Als Steuersignal können allerdings auch analoge Signale, insbesondere mit einem Amplitudenbereich von etwa 1 V (Volt) bis 10 V, eingesetzt werden. Die bekannte Technik eignet sich für Leuchtanlagen, wie Ampeln und Videowände, sowie für Beleuchtungsanlagen, insbesondere als Leuchte für die Innenbeleuchtung.

Die bekannte Technik hat den Nachteil, dass selbst bei einer Auflösung von 1:1000 der kleinste, d.h. der schmälste, erzeugte Impuls, der eine Pulsweite von 0,1% der Periodendauer hat, immer noch so viel Licht erzeugt, dass beim Auftauchen bzw. Verschwinden des kleinsten erzeugten Impulses für das Auge ein plötzlicher Lichtanstieg feststellbar ist. Beim Schalten auf den nächstgrößeren, d.h. nächstbreiteren, pulsweitenmodulierten Impuls, der eine Breite von 0,2% der maximalen Pulsweite hat, ergibt sich in etwa eine Verdoppelung der abgegebenen Lichtenergie, was ebenfalls deutlich als Helligkeitsänderung wahrnehmbar ist. Erst bei größeren Pulsweiten ist die Erhöhung oder Verringerung der Pulsweite um 0,1% der maximalen Pulsweite relativ gesehen klein genug, um für das menschliche Auge den Eindruck einer kontinuierlichen Helligkeitsänderung zu erzeugen.

Aus der DE 198 24 756 A1 ist eine Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel bekannt, wobei zur Realisierung von Arbeitspunkteinstellungen einem Analogwert eine regelbare Offsetspannung aufsummiert wird.

Aus der DE 198 48 925 A1 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Leuchtdioden bekannt, wobei der Flußstrom durch die Leuchtdioden nur bis zu einem vorbestimmten Grenzwert verringert wird und zur weiteren Reduzierung der Helligkeit der Flußstrom getaktet wird.

Aus der DE 27 49 767 C3 ist eine Schaltungsanordnung zur Helligkeitssteuerung mit einem sägezahnförmigem und/oder logarithmischem Bezugssignal bekannt.

Aus der FR 2 809 924 A1 ist eine PWM-Lampensteuerung bekannt, bei der eine geringe Flankensteilheit erzeugt wird.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Steuervorrichtung zur Steuerung zumindest eines Leuchtelementes, bei dem die Wahrnehmung der Steuervorgänge zum Ändern der Helligkeit des Leuchtelementes verringert ist, und ein zugehöriges Verfahren für solch eine Steuervorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Steuerverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen ersten Signalumsetzer und einen zweiten Signalumsetzer auf. Der erste Signalumsetzer dient dazu, einen ersten Schwellwert vorzugeben und ein Eingangssteuersignal in ein Zwischensignal umzusetzen.

Außerdem hebt der erste Umsetzer das Eingangssteuersignal bei der Umsetzung in das Zwischensignal zu dem ersten Schwellwert hin an, wenn der Pegel des Eingangssteuersignals unterhalb des ersten Schwellwertes liegt. Der zweite Signalumsetzer ist mit dem ersten Signalumsetzer verbunden, wobei zwischen diesen weitere Einrichtungen, insbesondere zur Signalweiterverarbeitung und Aufbereitung, vorgesehen sein können. Der zweite Signalumsetzer dient zum Umsetzen des von dem ersten Signalumsetzer ausgegebenen Zwischensignals in ein Ausgangssignal, wobei das Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem Zwischensignal zumindest im Wesentlichen hinsichtlich der Amplitude moduliert wird, wenn der Pegel des Zwischensignals unterhalb eines zweiten Schwellwertes liegt, und zumindest im Wesentlichen hinsichtlich der Pulsweite moduliert wird, wenn der Pegel des Zwischensignal oberhalb des zweiten Schwellwertes liegt. Dabei ist der zweite Schwellwert gleich dem ersten Schwellwert oder kleiner als der erste Schwellwert.

Entsprechend erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren eine Umsetzung des Steuersignals in zumindest zwei Schritten, wobei zwischen den beiden Verfahrensschritten des Umsetzens weitere Verfahrensschritte, insbesondere zur Anpassung und Aufbereitung des Signals, vorgesehen sein können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der oben genannten erfindungsgemäßen Steuervorrichtung bzw. des oben angegebenen erfindungsgemäßen Steuerverfahrens möglich.

Vorteilhaft ist es, dass eine Referenzquelle vorgesehen ist, die zumindest mittelbar den ersten Schwellwert vorgibt. Die Referenzquelle kann zur Erzeugung des Schwellwertes insbesondere eine Zener-Diode oder einen Begrenzer umfassen. Es ist allerdings auch möglich, dass die Referenzquelle aus einer Halbleiterschaltung besteht. Durch die Referenzquelle kann der erste Schwellwert sehr genau vorgegeben werden, so dass insbesondere eine Anpassung an den zweiten Schwellwert des zweiten Signalumsetzers möglich ist.

In vorteilhafter Weise setzt der erste Signalumsetzer einen minimalen Signalpegel des Eingangssteuersignals in einen vorgegebenen Minimalpegel des Zwischensignals um. Dadurch kann für den zweiten Signalumsetzer, der das Zwischensignal in das Ausgangssignal umsetzt, ein Zwischensignal bereitgestellt werden, das nicht unterhalb des vorgegebenen Minimalpegels liegt. Falls die Ausgabe des Ausgangssignals durch den zweiten Signalumsetzer in Bezug auf ein Bezugssignal erfolgt, kann beispielsweise die Offsetspannung des Bezugssignals bezüglich des vorgegebenen Minimalpegels des Zwischensignals eingestellt oder eingeregelt werden. Aufgrund des vorgegebenen Minimalpegels des Zwischensignals ist für die Umsetzung in das Ausgangssignal eindeutig definiert, wann ein Ausgangssignal für den ausgeschalteten Zustand der Leuchtelemente, insbesondere ein Nullsignal, ausgegeben werden soll.

Dabei ist es weiter vorteilhaft, dass eine Referenzquelle vorgesehen ist und dass der vorgegebene Minimalpegel zumindest mittelbar durch die Referenzquelle vorgegeben ist. Somit lässt sich der vorgegebene Minimalpegel sehr genau vorgeben. Dabei kann eine Referenzquelle sowohl den vorgegebenen Minimalpegel als auch den ersten Schwellwert vorgeben. Es können aber auch zwei Referenzquellen vorgesehen sein, von denen eine den vorgegebenen Minimalpegel und die andere den ersten Schwellwert vorgibt.

Vorteilhaft ist es, dass der erste Signalumsetzer einen Spannungsteiler umfasst, dass der erste Signalumsetzer ein Sperrglied umfasst, das den Spannungsteiler oberhalb des ersten Schwellwertes sperrt, und dass der Spannungsteiler die Differenz des Eingangssteuersignals zu dem ersten Schwellwert unterhalb des ersten Schwellwertes linear geteilt in die Differenz des Zwischensignals zu dem ersten Schwellwert umsetzt. Dadurch erfolgt die Anhebung des Eingangssteuersignals unterhalb des ersten Schwellwerts zu dem ersten Schwellwert hin mit dem Abstand von diesem zunehmend, d.h. der aktuelle Wert des Eingangssteuersignals wird umso mehr zu dem ersten Schwellwert hin angehoben, desto weiter er unterhalb des ersten Schwellwerts liegt. In der Nähe des ersten Schwellwerts tritt somit eine geringe Anhebung des aktuellen Wertes des Eingangssteuersignals unterhalb des ersten Schwellwerts ein, während am unteren Ende, d.h. für minimale Werte des Eingangssteuersignals, eine relativ große Anhebung erfolgt. Da der Spannungsteiler oberhalb des ersten Schwellwerts gesperrt wird, findet oberhalb des ersten Schwellwertes keine Anhebung des Eingangssteuersignals statt, d.h. das Eingangssteuersignals wird oberhalb des ersten Schwellwertes unverändert in das Zwischensignal umgesetzt.

Ferner ist es möglich, dass die Anhebung mit dem Abstand, mit dem das Eingangssteuersignal unterhalb des ersten Schwellwertes liegt, zunimmt. D.h., anstelle einer, wie oben beschriebenen, proportional mit dem Abstand zunehmenden Anhebung ist insbesondere auch eine überproportionale oder unterproportionale und speziell eine logarithmische Anhebung denkbar.

Vorteilhaft ist es, dass eine Bezugssignalquelle vorgesehen ist, die ein Bezugssignal erzeugt, dass der zweite Signalumsetzer ein Verstärkerelement aufweist, das mit der Bezugssignalquelle zum Erhalten des Bezugssignals verbunden ist, und dass das Verstärkerelement unterhalb des zweiten Schwellwertes zumindest im Wesentlichen als Verstärker arbeitet und in Abhängigkeit von dem Zwischensignal aus dem Bezugssignal das zumindest im Wesentlichen amplitudenmodulierte Ausgangssignal formt. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass das Verstärkerelement in der Verstärker-Betriebsfunktion ein Ausgangssignal erzeugt, das den Teil des Bezugssignals nachbildet, das unterhalb des aktuellen Wertes des Zwischensignals liegt. Der zweite Schwellwert liegt nicht oberhalb des ersten Schwellwertes und vorzugsweise liegt der zweite Schwellwert zumindest etwas unterhalb des ersten Schwellwertes. Somit arbeitet das Verstärkerelement des zweiten Signalumsetzers in dem Bereich, wo eine nicht unwesentliche Anhebung des Eingangssteuersignals erfolgt. Dadurch wird in diesem Bereich eine Änderung des Eingangssteuersignals in eine kleinere Änderung des Zwischensignals umgesetzt, so dass bei einer kontinuierlichen Änderung des Eingangssteuersignals ein langsames Durchlaufen des Verstärkerbereichs des Verstärkerelementes erfolgt. Insbesondere beim Einschalten des Leuchtelementes, d.h. beim Durchlaufen des Bereiches, in dem ein Lichtsprung besonders auffällig ist, wird somit eine langsame Zunahme der dem Leuchtelement zur Verfügung gestellten Leistung erreicht. Dadurch wird im Einschaltbereich ein langsamer Anstieg der von dem Leuchtelement abgegebenen Lichtenergie erzielt. Um einen anfänglichen Lichtsprung beim Einschaltvorgang des Leuchtelementes zu verhindern, erzeugt die Bezugssignalquelle vorzugsweise ein Bezugssignal, dessen minimaler Pegel auf den vorgegebenen Minimalpegel des Zwischensignals bzw. den minimalen Signalpegel des Zwischensignals, der aus der Umsetzung des minimalen Signalpegels des Eingangssteuersignals resultiert, eingestellt bzw. eingeregelt ist. Somit erzeugt der zweite Umsetzer im Bereich unterhalb des zweiten Schwellwertes ein vorzugsweise periodisches Ausgangssignal, dessen Pulsweite in der Größenordnung der minimalen Pulsweite des im Wesentlichen pulsweitenmodulierten Ausgangssignals liegt, und dessen Amplitude von einer minimalen Amplitude, insbesondere 0, ausgehend bis zur maximalen Amplitude näherungsweise kontinuierlich, zumindest jedoch in mehreren Schritten, variiert werden kann, um für das Auge einen kontinuierlichen Anstieg bzw. ein kontinuierliches Absenken der Helligkeit des Leuchtelementes beim Einschalten und Ausschalten zu erzielen.

Vorteilhaft ist es ferner, dass die Bezugssignalquelle ein periodisches Bezugssignal erzeugt. Dadurch werden Helligkeitsschwankungen vermieden, die ein nicht periodisches Bezugssignal erzeugen kann.

Vorteilhaft ist es, dass das Verstärkerelement oberhalb des zweiten Schwellwertes zumindest im Wesentlichen als Vergleicher arbeitet und in Abhängigkeit von dem Zwischensignal aus dem Bezugssignal das zumindest im Wesentlichen pulsweitenmodulierte Ausgangssignal formt. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass das Verstärkerelement in der Vergleicher-Betriebsfunktion ein Ausgangssignal erzeugt, das zumindest im Wesentlichen einen konstanten maximalen Signalverlauf aufweist, solang das Bezugssignal unterhalb des aktuellen Wertes des Zwischensignals liegt. Das Ausgangssignal kann dabei eine ansteigende und eine abfallende Flanke aufweisen, deren Flankensteilheit zumindest teilweise durch das Bezugssignal vorgegeben ist.

In vorteilhafter Weise ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Flankensteilheit des von dem zweiten Signalumsetzer ausgegebenen Ausgangssignals erhöht. Diese Einrichtung kann insbesondere als Schmitt-Trigger ausgebildet sein. Durch diese Einrichtung wird erreicht, dass die Steuervorrichtung das im Wesentlichen pulsweitenmodulierte Ausgangssignal als zumindest im Wesentlichen rechteckförmiges Ausgangssignal ausgibt. Außerdem kann auch das im Wesentlichen amplitudenmodulierte Ausgangssignal als im Wesentlichen rechteckförmiges Ausgangssignal ausgegeben werden. Dabei wird das im Wesentlichen amplitudenmodulierte Ausgangssignal dann in ein ausschließlich amplitudenmoduliertes Ausgangssignal umgesetzt. In dem Arbeitsbereich der Steuervorrichtung unterhalb des zweiten Schwellwertes erfolgt dann bei konstanter Breite nur eine Variation der Höhe des Pulses des als Rechtecksignal ausgegebenen Ausgangssignals.

Ferner ist es vorteilhaft, dass ein Schaltelement vorgesehen ist, das von dem Eingangssteuersignal angesteuert ist und die Einrichtung zum Erhöhen der Flankensteilheit des Ausgangssignals ausschaltet, wenn das Eingangssteuersignal unterhalb einer Schaltschwelle liegt. Vorzugsweise liegt die Schaltschwelle oberhalb des ersten Schwellwertes, so dass das im Wesentlichen amplitudenmodulierte Ausgangssignal stets unverändert ausgegeben wird. Ferner liegt die Schaltschwelle auch weiter vorzugsweise deutlich oberhalb des zweiten Schwellwertes, so dass nur bei einem Ausgangssignal mit großer Pulsweite eine Erhöhung der Flankensteilheit erfolgt. Zur Verringerung der Belastung der von dem Ausgangssignal angesteuerten Schalt- bzw. Verstärkerelemente und der Leuchtelemente ist eine Erhöhung der Flankensteilheit besonders im oberen Leistungsbereich sinnvoll. Im unteren Leistungsbereich kann es beim Einschalten der Einrichtung zum Erhöhen der Flankensteilheit aufgrund der geänderten Signalform zu einer wahrnehmbaren Änderung der abgegebenen Lichtleistung des Leuchtelementes kommen. Im oberen Leistungsbereich ist die entsprechende Änderung der abgegebenen Lichtleistung relativ zu der bereits abgegebenen Lichtleistung jedoch gering, so dass der Übergang bei der Einschaltung der Einrichtung zur Erhöhung der Flankensteilheit nicht oder nur geringfügig wahrnehmbar ist. Somit hat das Einschalten der Einrichtung zur Erhöhung der Flankensteilheit ab einer hohen Schaltschwelle den Vorteil, dass die Kontinuität des Helligkeitsverlaufs weiter verbessert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
2 ein Diagramm, das die Umsetzung durch einen ersten Umsetzer des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zeigt;
3 ein Diagramm, das das von einem zweiten Umsetzer des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ausgegebene Signal in einer Vergleicher-Betriebsfunktion zeigt;
4 ein Diagramm, das das von dem zweiten Umsetzer des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ausgegebene Signal in einer Verstärker-Betriebsfunktion zeigt;
5 ein Diagramm, das eine Kennlinie der Signalumsetzung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zeigt;
6 ein Diagramm, das das Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel in einer Vergleicher-Betriebsfunktion zeigt;
7 ein Diagramm, das das von einer Bezugssignalquelle der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung erzeugte Bezugssignal gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
8 ein Diagramm, das das von einer Bezugssignalquelle der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung erzeugte Bezugssignal gemäß einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel zeigt; und
9 ein Diagramm, das die Umsetzung des Eingangssteuersignals in das Zwischensignal mittels des ersten Signalumsetzers der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gemäß des Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1. Die Steuervorrichtung 1 dient zum Steuern eines oder mehrerer Leuchtelemente und insbesondere zur Steuerung der Helligkeit eines oder mehrere Leuchtelemente. Insbesondere dient die Steuervorrichtung 1 auch zur Steuerung einer Leuchtanlage, wie einer Ampel oder einer Videowand, oder zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage, wie eine Leuchte für die Beleuchtung eines Raumes. Weitere Anwendungen sind die Ansteuerung von Leuchtschildern, die z.B. in Fußballstadien oder auf Bahnsteigen verwendet werden. Auf den Leuchtschildern lassen sich z.B. Lichtstreifen, Videofilme sowie andere bildliche und schriftliche Informationen anzeigen. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 auch zur Steuerung einer Hintergrundbeleuchtung geeignet, z.B. für Anzeigelemente und Bildschirmsichtgeräte, wie sie für Computer, Mobilfunktelefone und tragbare elektronische Terminkalender verwendet werden. Entsprechende Anwendung findet auch das erfindungsgemäße Steuerverfahren. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 und das erfindungsgemäße Steuerverfahren sind jedoch auch für andere Anwendungsfälle geeignet.
Die Steuervorrichtung 1 weist einen ersten Signalumsetzer 2 auf, der einen Impedanzwandler 3 und einen Spannungsteiler 4 umfasst. Der erste Signalumsetzer 2 weist einen Eingangsanschluss 5 auf, der zum Anschließen einer Signalleitung dient. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass an dem Eingangsanschluss 5 ein analoges Eingangssteuersignal anliegt. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 eignet sich jedoch auch für digitale Steuersignale, indem das digitale Steuersignal zunächst in ein analoges Eingangssteuersignal umgesetzt wird und dieses an den Eingangsanschluss 5 angelegt wird. Dabei ist es vorteilhaft, dass das analoge Eingangssteuersignal geglättet wird, um zumindest im Wesentlichen kontinuierliche Spannungsänderungen zu erzielen.
Außerdem ist es auch möglich, dass das analoge Eingangssteuersignal zunächst angepasst wird. Insbesondere kann eine lineare Teilung oder Verstärkung des Eingangssteuersignals der weiteren Verarbeitung durch die Steuervorrichtung 1 vorausgehen. Beispielsweise kann das analoge Eingangssteuersignal auch an den Eingangsanschluss 5' angelegt werden. Der Eingangsanschluss 5' ist mittels einer Leitung 17 mit einem Widerstand 18 verbunden. Andererseits ist der Widerstand 18 mittels einer Leitung 19 mit dem Eingangsanschluss 5 verbunden. Die Leitung 19 ist mit einer Leitung 19' verbunden, die den Widerstand 18 mit einem Widerstand 18' verbindet, der andererseits auf Masse gelegt ist. Durch die Widerstände 18, 18' ist ein Spannungsteiler gebildet, der das an dem Eingangsanschluss 5' anliegende Eingangssteuersignal mit einem konstanten Faktor teilt. Beispielsweise können die Widerstände 18, 18' jeweils 330 kOhm betragen, so dass eine Spannungsteilung mit dem Faktor 2 erfolgt.
Der Impedanzwandler 3 umfasst ein Verstärkerelement 6. Der Eingangsanschluss 5 ist mittels einer Leitung 7' mit dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkerelements 6 verbunden. Der Ausgang des Verstärkerelementes 6 ist mittels einer Leitung 7 und einer Leitung 8 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkerelements 6 verbunden, wodurch eine Gegenkopplung geschaffen wird.
Die Leitung 7 ist dabei an einem Verbindungsknoten 22 mit einer Leitung 8 verbunden. An dem Verbindungsknoten 22 liegt das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 6 an. Bei der oben genannten Wahl der Widerstände 18, 18' wird ein analoges Eingangssteuersignal, das an dem Eingangsanschluss 5' anliegt, mit einem Spannungsbereich von 1 V bis 10 V derart angepasst, dass das an dem Verbindungsknoten 22 anliegende Signal einen Spannungsbereich von 0,5 V bis 5 V hat.
Der Ausgang des Verstärkerelements 6 ist außerdem durch die Leitung 8 mit einem Widerstand R1 verbunden. Andererseits ist der Widerstand R1 durch die miteinander verbundenen Leitungen 9 und 10 mit einem weiteren Widerstand R2 verbunden, wobei die Leitungen 9, 10 an einem Verbindungsknoten 11 elektrisch miteinander verbunden sind.
Der Widerstand R2 ist außerdem mit einem Sperrglied 12 verbunden. Das Sperrglied 12 ist außerdem sowohl mit einem Begrenzer 13 als auch mit einem weiteren Widerstand R3 verbunden. D.h. das Sperrglied 12, der Begrenzer 13 und der Widerstand R3 sind an einem Verbindungsknoten 14 miteinander verbunden. Der Begrenzer 13 ist außerdem mit der Masse 15 verbunden, deren Potenzial gewöhnlich auf 0 V festgelegt ist.
Der Widerstand R3 ist außerdem mit einem Anschluss 16 verbunden, an dem eine zumindest im Wesentlichen konstante Versorgungsspannung anliegt, die größer als die Begrenzerspannung des Begrenzers 13 ist. Das Sperrglied 12, das vorzugsweise durch eine Diode gebildet ist, ist so geschaltet, dass Strom von dem Verbindungsknoten 14 zu dem Widerstand R2 durch das Sperrglied 12 fließen kann und dass ein Strom am Fließen von dem Widerstand R2 zu dem Verbindungsknoten 14 durch das Sperrglied 12 gehindert wird.
Der Begrenzer 13 ist vorzugsweise durch eine Halbleiterschaltung oder eine Zener-Diode gebildet, die derart geschaltet ist, dass bis zur Zenerspannung kein Strom von dem Verbindungsknoten 14 zu Masse 15 fließt. Der Begrenzer 13 gibt eine Begrenzerspannung U14 vor, oberhalb der Strom von dem Verbindungsknoten 14 zu Masse 15 abgeleitet wird. Der Begrenzer 13 gibt dabei die Begrenzerspannung U14 sehr präzise vor, d.h. mit einer Genauigkeit von 1%, vorzugsweise 0,1%, oder noch genauer. Außerdem sind auch die Widerstände R1 und R2 von geringer Toleranz, d.h. ebenfalls von einer Genauigkeit von 1%, vorzugsweise 0,1%, oder noch genauer.
Da die Versorgungsspannung an dem Anschluss 16 größer als die Begrenzerspannung U14 des Begrenzers 13 ist, wird am Verbindungsknoten 14 mit hoher Genauigkeit die Begrenzerspannung U14 bereitgestellt, wobei die Spannungsdifferenz zu der Versorgungsspannung am Widerstand R3 abfällt und der nicht benötigte Strom über den Begrenzer 13 auf Masse 15 abfließt.
Der Verbindungsknoten 11 ist außerdem durch die Leitung 9 mit dem nicht invertierenden Eingang eines Verstärkerelements 20 eines zweiten Signalumsetzers 21 verbunden. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass zumindest der nicht invertierende Eingang des Verstärkerelements 20 hochohmig ausgebildet ist, so dass diesbezügliche Verlustströme vernachlässigt werden können, d.h. es wird näherungsweise davon ausgegangen, dass der nicht invertierende Eingang des Verstärkerelements einen unendlich hohen Eingangswiderstand hat.
Die Leitung 7 ist an dem Verbindungsknoten 22 mit der Leitung 8 verbunden. Außerdem sind der Widerstand R1, der Widerstand R2 und der nicht invertierende Eingang des Verstärkerelements 20 gemeinsam an einem Verbindungsknoten 11 miteinander verbunden.
Sofern die Spannung an dem Verbindungsknoten 22 gleich der Begrenzerspannung U14 des Begrenzers 13, d.h. der am Verbindungsknoten 14 anliegenden Begrenzerspannung U14, ist, besteht keine Spannungsdifferenz zwischen den Verbindungsknoten 14, 22 und es fließt kein Strom von dem Verbindungsknoten 14 zu dem Verbindungsknoten 11. Sofern die Spannung an dem Verbindungsknoten 22 größer als die Begrenzerspannung U14 am Verbindungsknoten 14 ist, ist auch das Spannungspotenzial am Verbindungsknoten 11 größer als das am Verbindungsknoten 14, wodurch das Sperrglied 12 in Sperrrichtung beaufschlagt wird. Das Sperrglied 12 sperrt daher den auf der Seite des Verbindungsknotens 14 liegenden Zweig, der insbesondere aus dem mit der Versorgungsspannung beaufschlagten Anschluss 16, dem Widerstand R3 und dem Begrenzer 13 sowie der Masse 15 besteht. Somit wird für den Fall, dass die am Verbindungsknoten 22 anliegende Spannung des Steuersignals größer oder gleich der am Verbindungsknoten 14 bestehenden Begrenzerspannung U14 ist, die am Verbindungsknoten 22 anliegende Spannung unverändert an den Verbindungsknoten 11 und damit an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkerelements 20 geführt. Daher werden Werte, d.h. Spannungswerte, des Steuersignals, die nicht unterhalb der Begrenzerspannung U14 liegen, unverändert an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkerelements 20 angelegt.
Sofern die an dem Verbindungsknoten 22 anliegende Spannung kleiner als die an dem Verbindungsknoten 14 anliegende Begrenzerspannung U14 ist, besteht zwischen den beiden Verbindungsknoten 14, 22 eine Spannungsdifferenz, die zum Fließen eines Stroms von dem Verbindungsknoten 14 zu dem Verbindungsknoten 11 und weiter zu dem Verbindungsknoten 22 führt, da das Sperrglied 12 in dieser Richtung durchlässig ist. Dieser Strom führt zu einem Spannungsabfall an den Widerständen R1 und R2, so dass sich am Verbindungsknoten 11 ein Potenzial einstellt, das zwischen dem Potenzial an dem Verbindungsknoten 22 und dem Potenzial an dem Verbindungsknoten 14, d.h. der Begrenzerspannung U14, liegt.
Neben der Annahme, dass der nicht invertierende Eingang des Verstärkerelements 20 hochohmig ausgeführt ist, wird auch davon ausgegangen, dass an dem Sperrglied 12 in Durchlassrichtung ein vernachlässigbarer Spannungsabfall auftritt, d.h., dass der Spannungsabfall an dem Sperrglied 12 in Durchlassrichtung 0 V ist. Ein Spannungsabfall an dem Sperrglied 12 in Durchlassrichtung kann dabei ohne weiteres durch eine Korrektur der Begrenzerspannung U14 berücksichtigt werden, indem die Begrenzerspannung U14 in der nachfolgend angegebenen Formel um die, gegebenenfalls stromabhängige, an dem Sperrglied 12 in Durchlassrichtung abfallende Spannung U12 verringert wird.
Unter diesen Annahmen ergibt sich für die am Verbindungsknoten 11 anliegende Spannung: U11 = U22 + (U14 – U22) · R1/(R1 + R2)
Dabei ist U11 die am Verbindungsknoten 11 anliegende Spannung, U22 ist die am Verbindungsknoten 22 anliegende Spannung, U14 ist die am Verbindungsknoten 14 anliegende Spannung, d.h. in diesem Fall die Begrenzerspannung U14, R1 ist der Widerstand des Widerstands R1 und R2 ist der Widerstand des Widerstands R2. Da die Spannung U14 größer als die Spannung U22 ist, ist der erste in Klammern stehende Ausdruck größer als 0, so dass sich eine Erhöhung der Spannung U11 des Verbindungsknotens 11 gegenüber der Spannung U22 des Verbindungsknotens 22 ergibt. Diese Spannungserhöhung verringert sich mit der Differenzspannung U14 – U22, d.h. je näher die Spannung U22 des Verbindungsknotens 22 der Begrenzerspannung U14 an dem Verbindungsknoten 14 kommt, desto geringer ist die Spannungsanhebung, d.h. die Differenz zwischen der an dem Verbindungsknoten 11 anliegenden Spannung U11 und der an dem Verbindungsknoten 22 anliegenden Spannung U22. Außerdem verschwindet die Spannungsanhebung, d.h. sie wird zu null, wenn die Spannung U22 am Verbindungsknoten 22 sich von unten an die Begrenzerspannung U14 annähert.
Da für Werte (Spannungswerte) U22 an dem Verbindungsknoten 22 oberhalb der Begrenzerspannung U14 aufgrund der dann erfolgenden Sperrung durch das Sperrglied 12 keine Spannungsanhebung auftritt, ergibt sich zusammengefasst ein gleichmäßiger Übergang von Werten unterhalb der Begrenzerspannung U14 zu Werten oberhalb der Begrenzerspannung U14 hinsichtlich der Spannungsanhebung.
Auf diese Weise gibt der erste Signalumsetzer 2 einen ersten Schwellwert SW1 vor, der in diesem Ausführungsbeispiel bei Vernachlässigung der an dem Sperrglied 12 gegebenenfalls abfallenden Spannung U12 gleich der Begrenzerspannung U14 ist. Dabei hebt der erste Signalumsetzer 2 das Eingangssteuersignal unterhalb des ersten Schwellwertes SW1 zu dem ersten Schwellwert SW1 hin an.
Der die Widerstände R1 und R2 umfassende Spannungsteiler 4 bedingt dabei in Bezug auf den durch die Begrenzerspannung U14 gegebenen ersten Schwellwert SW1 eine linear verlaufende Spannungsanhebung für Werte unterhalb des ersten Schwellwertes SW1, wobei oberhalb des durch die Begrenzerspannung U14 gegebenen ersten Schwellwertes SW1 das Sperrglied 12 den Spannungsteiler 4 unwirksam macht.
Oberhalb des ersten Schwellwertes SW1 erfolgt daher eine unveränderte Umsetzung des Eingangssteuersignals durch den ersten Signalumsetzer 2. Der erste Signalumsetzer 2 setzt das Eingangssteuersignal auf die beschriebene Weise in ein Zwischensignal um, das über die Leitung 9 von dem ersten Signalumsetzer 2 ausgegeben wird.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel stimmt der erste Schwellwert SW1 mit der Begrenzerspannung U14 des Begrenzers 13 überein. Der erste Schwellwert SW1 kann jedoch auch mittelbar aus der Begrenzerspannung des Begrenzers 13 gewonnen werden, insbesondere kann der erste Schwellwert SW1 ein nicht notwendigerweise ganzzahliges Vielfaches oder ein Teil der Begrenzerspannung U14 des Begrenzers 13 sein. Außerdem kann der erste Signalumsetzer 2 neben der beschriebenen Anhebung des Signals für Werte unterhalb des ersten Schwellwertes SW1 auch eine weitere Umsetzung vornehmen, die für alle Werte des Eingangssteuersignals erfolgt, insbesondere kann eine zusätzliche lineare Erhöhung oder Absenkung aller Werte um einen nicht notwendigerweise ganzzahligen Faktor erfolgen.
Das durch den ersten Signalumsetzer 2 umgesetzte Eingangssteuersignal, d.h. das Zwischensignal, zeichnet sich dadurch aus, dass es einen ersten Spannungsbereich 51a (2), in dem eine Anhebung der Werte des Steuersignals durch den Spannungsteiler 4 erfolgt ist, und einen zweiten Spannungsbereich 52a (2) aufweist, in dem der Spannungsteiler 4 unwirksam gewesen ist, wobei der erste Spannungsbereich 51a von dem zweiten Spannungsbereich 52a durch den ersten Schwellwert SW1 getrennt ist.
Die Steuervorrichtung 1 weist außerdem eine Bezugssignalquelle 25 auf, die ein periodisches Bezugssignal erzeugt. Bei dem periodischen Bezugssignal handelt es sich vorzugsweise um ein in der jeweiligen Periode zunächst sprunghaft abfallendes und dann kontinuierlich ansteigendes Signal, insbesondere um ein Sägezahnsignal. Vorteilhaft ist außerdem ein in der jeweiligen Periode ansteigender Kurvenverlauf des periodischen Bezugssignals in Form einer entlang der "x-Achse" verschobenen Logarithmusfunktion (log (a + x) mit dem Parameter a, wobei 0 < a < Periodenlänge T ist).
Durch letzteres wird erreicht, dass der Anstieg der Helligkeit in Bezug auf die Wahrnehmung des menschlichen Auges für gleich große Änderungen des analogen Eingangssteuersignals als gleich empfunden wird. Dies entspricht dem subjektiven Empfinden der ebenfalls im Wesentlichen logarithmisch verlaufenden Reizkurve des menschlichen Auges. Bei dem periodischen Bezugssignal kann es sich allerdings auch um ein anderes in der jeweiligen Periode kontinuierlich ansteigendes Signal, insbesondere ein Sägezahnsignal, ein periodisches Dreieckssignal oder dgl. handeln. Außerdem ist es für bestimmte Anwendungsfälle auch denkbar, dass die Bezugssignalquelle 25 das periodische Bezugssignal wechselt, wobei der Übergang beim Wechseln sprunghaft oder kontinuierlich erfolgen kann. Insbesondere ist eine Änderung der Periodenlänge des periodischen Bezugssignals möglich.
Das von der Bezugssignalquelle 25 erzeugte periodische Bezugssignal wird über eine Leitung 26, einen Widerstand R5 und eine Leitung 26' an den invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 20 des zweiten Signalumsetzers 21 angelegt, wobei der Widerstand R5 mit den Leitungen 26, 26' verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkerelementes 20 ist mit einer Leitung 27 verbunden. An einem Verbindungskontakt 28 ist die Leitung 27 mittels der Leitung 27' mit einem Widerstand R4 verbunden, der andererseits mittels einer Leitung 27'' an einem Verbindungskontakt 28' mit der Leitung 26' verbunden ist. Durch das Verhältnis des Widerstands R4 zu dem Widerstand R5 wird der Verstärkungsfaktor des Verstärkungselementes 20 festgelegt. Wird der Widerstand R4 z.B. gleich 1 MOhm und der Widerstand R5 gleich 82 kOhm gewählt, dann ergibt sich der Verstärkungsfaktor zu 1 MOhm/82 kOhm = 12.
Der zweite Signalumsetzer 21, der in diesem Ausführungsbeispiel das Verstärkerelement 20, den Widerstand R4 und den Widerstand R5 umfasst, gibt einen zweiten Schwellwert SW2 vor, wobei das Verstärkerelement 20 unterhalb des zweiten Schwellwertes SW2 im Wesentlichen als Verstärker und oberhalb des zweiten Schwellwertes SW2 im Wesentlichen als Vergleicher arbeitet. Der zweite Schwellwert SW2 liegt dabei nicht oberhalb des ersten Schwellwertes SW1. D.h. der zweite Schwellwert SW2 ist höchstens genauso groß wie der erste Schwellwert SW1.
In der Verstärker-Betriebsfunktion erzeugt das Verstärkerelement 20 daher eine Pulswelle, die den Teil des Bezugssignals der Bezugssignalquelle 25 nachbildet, die unterhalb der an dem Verbindungskontakt 11 anliegenden Spannung U11 liegt. Bei einem sägezahnförmigen Bezugssignal wird daher ein Teil des Sägezahnprofils nachgebildet, wie es unten in Bezug auf die 4 noch näher beschrieben ist. Ab einer vorgegebenen Differenzspannung an den Eingängen des Verstärkerelementes 20 geht der Ausgang des Verstärkerelementes 20 in die Begrenzung, so dass es als Komparator mit einer weichen Flanke arbeitet.
In der Vergleicher-Betriebsfunktion erzeugt das Verstärkerelement 20 eine Pulswelle, die abgesehen von einer anstiegenden Flanke und einer abfallenden Flanke zumindest im Wesentlichen eine konstante maximale Amplitude aufweist, wobei die Pulsweite des erzeugten Signals durch den Punkt festgelegt ist, an dem das Bezugssignal die Spannung des an dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 20 anliegenden Zwischensignals überschreitet.
Die Leitung 27 ist an einem Verbindungskontakt 29 mit einer Leitung 33 verbunden. Die Leitung 33 ist mit einem Anschlusskontakt 40 verbunden, der zum Anschließen zumindest eines Leuchtelementes 35 dient. Das Ausgangssignal des zweiten Signalumsetzers 21 liegt an dem Verbindungskontakt 29 und daher auch an dem Anschlusskontakt 40 an. Bei dem Leuchtelement 35 kann es sich z.B. um eine Licht emittierende Halbleiterdiode handeln. Es ist auch möglich, das an dem Anschlusskontakt 40 anliegende Ausgangssignal nach Durchlaufen eines zusätzlichen Leistungsverstärkers zum Ansteuern eines Leuchtelementes 35 zu verwenden. In den genannten Fällen ist das Ausgangssignal des Verstärkerelementes 20 das Ausgangssignal der Steuervorrichtung 1.
Alternativ kann das Ausgangssignal des zweiten Signalumsetzers 21 zunächst über die Leitung 27 an eine Einrichtung 37 zum Modifizieren der Form der Flanken des Ausgangssignals, insbesondere zum Erhöhen der Flankensteilheit, geführt werden. Bei der Einrichtung 37 kann es sich z.B. um einen Schmitt-Trigger handeln, der das zumindest im Wesentlichen pulsweitenmodulierte Signal in ein Signal mit im Wesentlichen steilen Flanken umsetzt. Der Ausgang der Einrichtung 37 ist dann mittels einer Leitung 36 mit einem Anschlusskontakt 41 verbunden, der zum Anschließen eines Leuchtelementes 39 mittels einer Leitung 38 dient.
Die Einrichtung 37 der Steuervorrichtung 1 umfasst ein Verstärkerelement 31 und einen Widerstand 32. Der Ausgang des Verstärkerelementes 20 ist über die Leitung 27 an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 31 angeschlossen, so dass das von dem Verstärkerelement 20 ausgegebene Signal an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkerelements 31 angelegt wird. Der Ausgang des Verstärkerelementes 31 ist über die Leitung 36, den Verbindungskontakt 34 und die Leitung 42 mit dem Widerstand 32 verbunden. Der Widerstand 32 ist andererseits über die Leitungen 42' und 43, die an dem Verbindungskontakt 44 miteinander verbunden sind, mit dem invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 31 verbunden, so dass durch den Widerstand 32 eine Gegenkopplung des Verstärkerelementes 31 gegeben ist. Der Verbindungskontakt 44 ist mittels einer Leitung 45 mit einem Schaltelement 46 einer Einrichtung 47 der Steuervorrichtung 1 verbunden. Das Schaltelement 46 verbindet eine Spannungsquelle 48 über die Leitungen 45 und 43 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 31 des zweiten Signalumsetzers 37. Das Schaltelement 46 ist von dem Pegel des Eingangssteuersignals angesteuert. Hierzu wird das Eingangssteuersignal über eine an dem Verbindungsknoten 49 mit der Leitung 8 verbundene Signalleitung 49' in die Einrichtung 47 und an das Schaltelement 46 geführt. Die an das Schaltelement 46 geführte Spannung entspricht daher der an dem Verbindungsknoten 22 anliegenden Spannung U22 des Eingangssteuersignals. Unterhalb einer Schaltschwelle, die beispielsweise bei 30% der maximalen Amplitude des Eingangssteuersignals liegt und/oder 30% der maximalen Pulsweite des Ausgangssignals entspricht, öffnet das Schaltelement 46, so dass die Einrichtung 37 abgeschaltet wird. Oberhalb der Schaltschwelle schließt das Schaltelement 46, wodurch die Spannung der Spannungsquelle 48 an den invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 31 angelegt wird. Durch die Spannung der Spannungsquelle 48 wird der Drehpunkt festgelegt, um den die Drehung des mit Flanken behafteten von dem zweiten Signalumsetzer 21 ausgegebenen pulsweitenmodulierten Ausgangssignal in das Ausgangssignal mit steilen Flanken, das über den Anschlusskontakt 41 ausgegeben wird, erfolgt.
In dem eben beschriebenen Fall ist das Ausgangssignal der Einrichtung 37 das Ausgangssignal der Steuervorrichtung 1.
Bei der beschriebenen Steuervorrichtung 1 kann das Ausgangssignal daher entweder an dem Anschlusskontakt 40 oder dem Anschlusskontakt 41 abgegriffen werden.
2 zeigt ein Diagramm, das die Umsetzung des Eingangssteuersignals durch den ersten Signalumsetzer 2 in das Zwischensignal gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Dabei sind sich entsprechende Elemente in dieser und allen anderen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
In der 2 sind die möglichen Werte des Steuersignals, nämlich die Spannungswerte des Steuersignals, vor und nach der Umsetzung durch den ersten Signalumsetzer 2 dargestellt. Oberhalb des Null-Potenzials 50 (Masse) beginnt bei einem Minimalpegel 58 von z.B. 0,5 V oder 1 V der Wertebereich des Eingangssteuersignals, der einen ersten Spannungsbereich 51 und einen zweiten Spannungsbereich 52 umfasst.
Die drei in der 2 dargestellten Abbildungspfeile 53 charakterisieren exemplarisch die Abbildungsvorschrift, die der Umsetzung des Steuersignals durch den ersten Signalumsetzer 2 zugrunde liegt. Dabei wird der zweite Spannungsbereich 52 im Wesentlichen unverändert abgebildet, d.h. im Wesentlichen unverändert in den zweiten Spannungsbereich 52a des durch den ersten Umsetzer umgesetzten Eingangssteuersignals, d.i. das Zwischensignal, umgesetzt. Der Maximalwert der Spannung U_max des zweiten Spannungsbereichs 52 entspricht daher dem Maximalwert der Spannung des zweiten Spannungsbereichs 52a. Der erste Spannungsbereich 51 des Eingangssteuersignals wird durch den ersten Signalumsetzer 2 in den ersten Spannungsbereich 51a des Zwischensignals umgesetzt.
Der erste Spannungsbereich 51a ist von dem zweiten Spannungsbereich 52a des Zwischensignals durch den ersten Schwellwert SW1, der in diesem Ausführungsbeispiel gleich der Begrenzerspannung U14 ist, getrennt. Folglich ist auch der erste Spannungsbereich 51 von dem zweiten Spannungsbereich 52 durch den ersten Schwellwert SW1 getrennt. Bei den Werten aus dem ersten Spannungsbereich 51 des Eingangssteuersignals erfolgt eine Spannungsanhebung, so dass der erste Spannungsbereich 51a des Zwischensignals einen kleineren Spannungsumfang hat. Die Abbildung von Werten U22 aus dem ersten Spannungsbereich 51 des Eingangssteuersignals auf Werte U11 aus dem ersten Spannungsbereich 51a des Zwischensignals erfolgt dabei gemäß der im Rahmen der Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 angegebenen Abbildungsgleichung.
In der 2 ist außerdem ein erster Spannungsbereich 54 und ein zweiter Spannungsbereich 55 des zweiten Signalumsetzers 21 dargestellt. Die minimale Spannung U56 des ersten Spannungsbereichs 54 des zweiten Signalumsetzers 21 ist dabei durch die minimale Spannung des von der Bezugssignalquelle 25 erzeugten Bezugssignals gegeben. Der Minimalpegel 57 des Zwischensignals, d.h. der minimale Spannungswert des ersten Spannungsbereichs 51a des Zwischensignals, ergibt sich aus der bezüglich der Beschreibung der 1 angegebenen Abbildungsgleichung aus dem Minimalpegel 58 des Eingangssteuersignals. Der erste Signalumsetzer 2 ist dabei derart ausgebildet, dass der Minimalpegel 58 des Eingangssteuersignals auf einem Minimalpegel 57 des Zwischensignals zu liegen kommt, der mit der minimalen Spannung U56 des Bezugssignals übereinstimmt. Wobei bei vorgegebener Umsetzung durch den ersten Signalumsetzer 2 eine Anpassung auch mittels des Offsets des von der Bezugssignalquelle 25 erzeugten Bezugssignals erfolgen kann. Um einen Lichtsprung beim Einschalten, d.h. beim Verlassen des Null-Signals, zu vermeiden, ist vorzugsweise eine sehr genaue Übereinstimmung des Minimalpegels 57 des Zwischensignals mit der minimalen Spannung U56 des Bezugssignals eingestellt. Gegebenenfalls kann die minimale Spannung U56 des Bezugssignals auch, vorzugsweise geringfügig, unterhalb des Minimalpegels 57 des Zwischensignals eingestellt werden.
Der erste Spannungsbereich 54 liegt unterhalb des zweiten Spannungsbereichs 55 und ist von diesem durch den zweiten Schwellwert SW2 getrennt. Dabei ist der zweite Schwellwert SW2 in diesem Ausführungsbeispiel kleiner als der erste Schwellwert SW1 gewählt. Der zweite Signalumsetzer 21 ist derart ausgebildet, dass für ein Zwischensignal, das einen Wert aus dem ersten Spannungsbereich 54 hat, eine zumindest im Wesentlichen amplitudenmodulierte Umsetzung in das Ausgangssignal erfolgt und für Werte des Zwischensignals aus dem zweiten Spannungsbereich 55 eine zumindest im Wesentlichen pulsweitenmodulierte Umsetzung in das Ausgangssignal erfolgt. Für Werte des Zwischensignals, die größer als der zweite Schwellwert SW2, aber kleiner als der erste Schwellwert SW1 sind, ist bei der Umsetzung aus dem Eingangssteuersignal eine Anhebung erfolgt und außerdem wird für diese eine zumindest im Wesentlichen pulsweitenmodulierte Umsetzung durch den zweiten Signalumsetzer 21 vorgenommen. Daher ergibt sich auch für die unteren Spannungswerte des zweiten Spannungsbereichs 55, d.h. die Spannungswerte zwischen dem zweiten Schwellwert SW2 und dem ersten Schwellwert SW1, eine vorteilhafte Anhebung, was auch im pulsweitenmodulierten Bereich des Ausgangssignals zu einer vorteilhaften gleichmäßig ansteigenden Helligkeitsänderung des angeschlossenen Leuchtelementes 35 bzw. 39 führt.
3 zeigt ein Diagramm, das das von dem zweiten Signalumsetzer 21 ausgegebene Ausgangssignal in einer Vergleicher-Betriebsfunktion darstellt. Das dargestellte Ausgangssignal entspricht dem an dem Anschlusskontakt 40 (1) anliegenden Ausgangssignal der Steuervorrichtung 1. Vom Zeitpunkt 0 bis zum Zeitpunkt T ist eine Periode des Ausgangssignals, die durch die Periodenlänge des von der Bezugssignalquelle 25 erzeugten Bezugssignals bestimmt wird, gegeben. An diese Periode schließt sich nach dem Zeitpunkt T eine weitere Periode an. Zum Zeitpunkt 0 steigt das Ausgangssignal sprunghaft auf die maximale Spannung U_max an. Ein gegebenenfalls leichter Flankenanstieg ist dabei durch den Anstieg des Bezugssignals vorgegeben. Da der zweite Signalumsetzer 21 in der Vergleicher-Betriebsfunktion arbeitet, bleibt das Ausgangssignal vom Zeitpunkt 0 bis zum Zeitpunkt t₁ im Wesentlichen konstant und fällt vom Zeitpunkt t₁ bis zum Zeitpunkt t₂ linear auf die minimale Spannung U₀ des Ausgangssignals, die von dem jeweiligen Anwendungsfall abhängt und insbesondere auf 0 V eingestellt sein kann, ab. Durch das Zeitintervall von 0 bis zum Zeitpunkt t₂ ist die Pulsweite des Ausgangssignals gegeben. Wird die Spannung des Steuersignals erhöht, dann bleibt das Ausgangssignal bis zu einem Zeitpunkt, der größer als der Zeitpunkt t₁ ist, auf der maximalen Spannung U_max. Wird die Spannung des Steuersignals verringert, dann kann die Pulsweite bis zum Zeitpunkt t₂ – t₁ verringert werden. Auf diese Weise ergibt sich in der Vergleicher-Betriebsfunktion eine im Wesentlichen pulsweitenmodulierte Umsetzung des Steuersignals durch den zweiten Signalumsetzer.
4 zeigt ein Diagramm, das das von dem zweiten Signalumsetzer des Ausführungsbeispiels ausgegebene Signal in einer Verstärker-Betriebsfunktion zeigt. Das dargestellte Signal entspricht dabei dem am Anschlusskontakt 40 der Steuervorrichtung 1 ausgegebenen Ausgangssignal.
In dem dargestellten Diagramm ist die Periodenlänge ebenfalls durch den Zeitpunkt T gegeben. Zum Zeitpunkt 0 steigt das Ausgangssignal von der Minimalspannung U₀ bis zur Spannung U₁ an. Die Spannung U₁ wird dabei durch den Wert der Spannung (Spannung U11) des Zwischensignals vorgegeben. Da der Wert U11 des Zwischensignals kleiner als der zweite Schwellwert SW2 ist, steigt das Ausgangssignal nicht bis zur maximalen Spannung U_max. Vom Zeitpunkt 0 bis zum Zeitpunkt t₃ fällt das Ausgangssignal von der Spannung U₁ bis zur minimalen Spannung U₀ ab. Aufgrund der Sägezahnform des Bezugssignals der Bezugssignalquelle 25 ergibt sich die dargestellte abgeschnittene Sägezahnfunktion. Dabei bedeutet abgeschnitten, dass das Ausgangssignal vom Zeitpunkt t₃ bis zum Zeitpunkt T auf einem minimalen Pegel U₀, insbesondere dem Nullpegel, liegt. Zum Zeitpunkt T schließt sich die nächste Periode des Ausgangssignals an. Bei unverändertem Wert des Steuersignals ergibt sich ebenfalls ein Spannungsanstieg bis zur Spannung U₁ zum Zeitpunkt T. Wird die Amplitude des Steuersignals erhöht, dann verlängert sich der Spannungspuls (Sägezahn) bis zu einem Zeitpunkt, der größer als der Zeitpunkt T + t₃ (aber zunächst kleiner als der Zeitpunkt T + t₁) ist, wobei sich die Amplitude des ausgegebenen Ausgangssignals über die Spannung U₁ erhöht. Verringert sich die Amplitude des Steuersignals, dann erfolgt der Anstieg des Ausgangssignals nur bis zu einem Zeitpunkt, der kleiner als der Zeitpunkt T + t₃ (aber größer als der Zeitpunkt T + 0) ist, wobei die Amplitude des Ausgangssignals kleiner als die Spannung U₁ ist. Auf diese Weise ergibt sich eine zumindest im Wesentlichen amplitudenmodulierte Ausgabe des Ausgangssignals durch den zweiten Signalumsetzer 21.
5 zeigt ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Pulsweite des Ausgangssignals der Steuervorrichtung 1 in Bezug auf die Spannung U_E des Eingangssteuersignals zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel wird das an dem Eingangsanschluss 5' angelegte Eingangssteuersignal dargestellt, das mittels des die Widerstände 18, 18' umfassenden Spannungsteilers geteilt wird. Für den dargestellten Bereich des Eingangssteuersignals von 1 V bis 10 V ergibt sich ein an dem Eingangsanschluss 5 anliegender Spannungsbereich des geteilten Eingangssteuersignals von 0,5 V bis 5 V aufgrund der Multiplikation der Spannungswerte mit dem Faktor 0,5. Das in der 5 dargestellte Diagramm kann daher gleichermaßen zur Erläuterung eines an den Eingangsanschluss 5 angelegten Eingangssteuersignals dienen.
In dem in der 5 dargestellten Diagramm ist an der Abszisse die Spannung U_E angetragen und an der Ordinate ist die Pulsweite in Bezug auf die maximale Pulsweite des Ausgangssteuersignals angetragen. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind in dem Diagramm die Bereiche und Werte, insbesondere der erste Schwellwert SW1 und der zweite Schwellwert SW2, in Bezug auf die Spannung U_E des Eingangssteuersignals dargestellt.
Die kleinste Spannung des Eingangssteuersignals ist 1 V und für diese Spannung ist die Pulsweite des Ausgangssignals 0. Bei einer Erhöhung der Spannung U_E des Eingangssteuersignals wird zunächst der Bereich 54 bis zu dem zweiten Schwellwert SW2 durchlaufen, in dem eine zumindest im Wesentlichen amplitudenmodulierte Ausgabe des Ausgangssignals erfolgt. Dieser erste Spannungsbereich 54 kann daher auch als analoger Bereich bezeichnet werden. Eine Umsetzung des Zwischensignals in das Ausgangssignal innerhalb des ersten Spannungsbereichs 54 findet dabei für eine Spannung U_E des Eingangssteuersignals von 0 V bis 1,7 V statt. Es ist allerdings zu beachten, dass der erste Spannungsbereich 54 eigentlich in Bezug auf den zweiten Signalumsetzer 21 relevant ist und diesbezüglich andere tatsächliche Spannungswerte umfasst, wie es anhand der 2 beschrieben ist.
Der erste Amplitudenbereich 51 bzw. der erste Amplitudenbereich 51a, der den ersten Spannungsbereich 54 umfasst, aber größer ist, d.h. sich bis zum ersten Schwellwert SW1 erstreckt, hat in Bezug auf die Spannung U_E des Eingangssteuerbereichs einen Umfang von 1 V bis 4,1 V. In dem ersten Amplitudenbereich 51 erfolgt eine Spannungsanhebung bei der Umsetzung in das Zwischensignal durch den ersten Signalumsetzer 2. Dadurch ergibt sich für den Spannungsbereich von 1 V bis 4,1 V der Spannung U_E des Eingangssteuersignals ein allmählich ansteigender Kurvenverlauf. Dieser ist im Bereich von 1 V bis 1,7 V zumindest im Wesentlichen linear. Im Bereich von 1,7 V bis 4,1 V der Spannung U_E des Eingangssteuersignals erfolgt ein zumindest im Wesentlichen exponentieller Anstieg, der durch die "logarithmische" Form des Bezugssignals der Bezugssignalquelle 25 erreicht wird. Da sich die Anhebung des Eingangssteuersignals über den gesamten ersten Amplitudenbereich 51 erstreckt, erfolgt dabei ein gleichmäßiger Übergang zwischen dem Bereich von 1 V bis 1,7 V und dem Bereich von 1,7 V bis 4,1 V, so dass sich für die Wahrnehmung des menschlichen Auges bei einer gleichmäßigen Helligkeitsänderung auch im Übergangsbereich kein Sprung in der Helligkeitszunahme des Leuchtelementes 35 bzw. 39 ergibt. An dem ersten Schwellwert SW1, d.h. in Bezug auf das Eingangssteuersignal bei einer Spannung von U_E = 4,1 V, kann ein Knick in der Kurve auftreten, da hier der erste Amplitudenbereich 51 der angehobenen Werte an den zweiten Amplitudenbereich 52 bzw. den zweiten Amplitudenbereich 52a der nicht angehobenen Werte angrenzt. Dieser Übergang erfolgt jedoch bei einer relativ großen Pulsweite, d.h. einer relativ großen Helligkeit des Leuchtelementes 35 bzw. 39, so dass ein Sprung in der Helligkeitszunahme nicht oder kaum bemerkbar ist. Ab der Spannung U_S des Eingangssteuersignals, die durch die Schaltschwelle der Einrichtung 37 gegeben ist, wird die Einrichtung 37 zum Erhöhen der Flankensteilheit des ausgegebenen zumindest im Wesentlichen pulsweitenmodulierten Ausgangssignals eingeschaltet. Oberhalb der Spannung U_S bleibt die Einrichtung 37 bis zur maximalen Spannung des Eingangssteuersignals, d.h. in diesem Fall bis 10 V, aktiviert. Dadurch ist ein Bereich 59 gegeben, in dem zusätzlich eine Erhöhung der Flankensteilheit des Ausgangssteuersignals erfolgt, wobei das sich ergebende Ausgangssteuersignal unten anhand der 6 näher beschrieben wird. Im Bereich der Spannung U_S des Eingangssteuersignals kann es ebenfalls zu einer geringfügigen Änderung in der Geschwindigkeit der Helligkeitszunahme des Leuchtelementes 35 bzw. 39 bei einer gleichmäßigen Erhöhung des Eingangssteuersignals kommen, die aber ebenfalls bei einer relativ hohen Pulsweite erfolgt, so dass dieser Sprung in der Helligkeitszunahme kaum bzw. nicht wahrnehmbar ist.
In dem Bereich 59 erfolgt dann weiterhin ein zumindest im Wesentlichen exponentieller Anstieg der Pulsweite des Ausgangssteuersignals in Bezug auf die Spannung U_E des Eingangssteuersignals.
Somit erfolgt in dem gesamten Bereich 55 eine zumindest im Wesentlichen pulsweitenmodulierte Ausgabe des Ausgangssteuersignals, so dass der zweite Spannungsbereich 55 auch als digitaler Bereich bezeichnet werden kann.
6 zeigt ein Diagramm, das das von der Steuervorrichtung 1 ausgegebene Ausgangssignal in einer Vergleicher-Betriebsfunktion des zweiten Signalumsetzers 21 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung, also das am Anschlusskontakt 41 ausgegebene Ausgangssignal, zeigt. In diesem Fall ist das Ausgangssignal durch die Einrichtung 37 in einen rechteckförmigen Ausgangspuls umgesetzt worden, der eine maximale Spannung U_max und eine Pulsweite bis zum Zeitpunkt t₄ aufweist. Ein Vergleich der 3 und 6 ergibt, dass der Flankenabfall des Ausgangssignals in der alternativen Ausführungsform in einen im Wesentlichen senkrechten Flankenabfall 67 zum Zeitpunkt t₄ umgesetzt wird. Zur Verdeutlichung ist der Flankenabfall vom Zeitpunkt t₁ bis zum Zeitpunkt t₂, d.h. die nachfolgende Flanke 65, bzw. der Flankenabfall vom Zeitpunkt T + t₁ bis zum Zeitpunkt T + t₂, d.h. die nachfolgende Flanke 65', des von dem zweiten Umsetzer 21 ausgegebenen Signals, das an dem Verbindungsknoten 29 anliegt, als unterbrochene Linie dargestellt.
Dabei wird durch die Spannung U_D der Spannungsquelle 48 (1) ein Drehpunkt 66 bzw. 66' vorgegeben, um den die nachfolgende Flanke 65 bzw. 65' gedreht wird, um die senkrechte Flanke 67 bzw. 67' zum Zeitpunkt t₄ bzw. T + t₄ zu erzeugen. Für den Grenzfall, dass die Spannung U_D gleich der maximalen Spannung U_max gewählt wird, ergibt sich eine nachfolgende senkrechte Flanke zum Zeitpunkt t₁ bzw. T + t₁. Für den anderen Grenzfall, dass die Spannung U_D gleich der Spannung U₀ gewählt wird, ergibt sich entsprechend eine senkrechte Flanke zum Zeitpunkt t₂ bzw. T + t₂.
Um einen unerwünschten Helligkeitssprung in Bezug auf das Leuchtelement 39 zu vermeiden, ist es vorteilhaft, dass die Schaltschwelle für das Schaltelement 48 zum Ein- und Ausschalten der Einrichtung 47 deutlich oberhalb des ersten Schwellwertes SW1 liegt. Z.B. kann das Schaltelement 46 der Einrichtung 47 die Einrichtung 37 dann einschalten, wenn der Wert (Spannungswert) des Eingangssteuersignals einen Bezugswert überschreitet, der einer Pulsweite von z.B. 30% der maximalen Pulsweite, d.h. 30% der Periodenlänge T, entspricht. Dadurch ist eine gegebenenfalls zusätzliche, von dem Leuchtelement 39 abgegebene Energie, die aufgrund der Umsetzung der langsam abfallenden Flanke 65 bzw. 65' in eine plötzlich abfallende Flanke 67 bzw. 67' auftritt, in Bezug auf die gesamte abgegebene Energie relativ gering, so dass kein Helligkeitssprung wahrnehmbar ist. Insbesondere unterhalb einer derartigen Grenze ist es allerdings auch möglich, aufgrund der Vorgabe eines geeigneten Drehpunktes 66 bzw. 66' durch die Wahl der Spannung U_D eine Zunahme der abgegebenen Energie des Leuchtelementes 39 durch die Erhöhung der Flankensteilheit der Flanke des Ausgangssignals zu verhindern.
Die beschriebenen Möglichkeiten können gegebenenfalls miteinander kombiniert werden, um einen möglichst gleichmäßigen Helligkeitsverlauf durch einen gleichmäßigen Anstieg der abgegebenen Leuchtenergie zu erreichen. Falls mehrere verschiedene Leuchtelemente, z.B. mit verschiedenen Farben, die unterschiedliche Schwellspannungen aufweisen, verwendet werden, kann dem durch unterschiedliche Spannungen U_D für die verschiedenen Zweige (Farben) Rechnung getragen werden.
Durch die Erhöhung der Steilheit des Flankenabfalls wird eine Erwärmung der Bauteile, insbesondere von Schaltern im weiteren Sinne, beispielsweise eines Leitungstransistors, MOSFET oder dgl., und der Leuchtelemente, verringert. Im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit der Steuervorrichtung 1 kann allerdings auch bei dem Ausgangssignal mit erhöhter Flankensteilheit noch ein gewisser Flankenabfall (und Flankenanstieg) vorgesehen werden, z.B. eine Flankensteilheit von 5 μs.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in dem Zusammenwirken der Spannungsteilung und einer niedrigen Verstärkung durch das Verstärkerelement 20. Bei einer größeren Spannungsteilung steigt nämlich der Aufwand für die Festlegung der Begrenzerspannung U14, da diese im Hinblick auf den Minimalpegel U56 des Bezugssignals sehr genau festgelegt wird.
Wird andererseits nur eine geringe Spannungsteilung vorgenommen, dann ist eine niedrige Verstärkung des Verstärkerelements 20 erforderlich, so dass der Bereich für die zu erzeugenden Impulsweiten abnimmt und gegebenenfalls zu klein wird.
Eine mögliche Verwirklichung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann durch die Wahl von Bauteilen mit folgenden Werten erfolgen:
Durch Wahl des Widerstands R1 = 18 kOhm, des Widerstands R2 = 3,9 kOhm, des Widerstands R3 = 1 kOhm, eines Begrenzers 13 mit einer Referenzspannung von 2,5 V, die mit 1% Genauigkeit vorgegeben wird, und einer an dem Anschluss 16 anliegenden Versorgungsspannung mit 3,9 V. Der Widerstand R4 kann 1 MOhm sein und der Widerstand R5 kann 82 kOhm sein, und die Verstärkung des Verstärkerelements 20 kann dadurch auf 12:1 festgelegt werden. Für den Widerstand 32 können z.B. 100 kOhm gewählt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1 kann ausgangsseitig auch ein Leistungstransistor mit Kurzschlussschutz, Überlastschutz oder dgl. eingesetzt werden. Vorzugsweise liegt der durch die Widerstände R4 und R5 einstellbare Verstärkungsfaktor des Verstärkerelementes 20 im Bereich zwischen 10 und 20. Indem der Übergang der beiden aneinander angrenzenden Kurvenverläufe, die durch den zweiten Schwellwert SW2 begrenzt sind, möglichst knickfrei ausgestaltet wird, d.h. gleichmäßig erfolgt, lässt sich zumindest im Wesentlichen ein übergangsloser Dimmverlauf zwischen dem Bereich der Amplitudenmodulation und der Pulsweitenmodulation erzielen. Insbesondere kann hierfür der Übergang so gewählt werden, dass die linksseitige Ableitung der Kurve in dem genannten Punkt gleich der rechtsseitigen Ableitung der Kurve ist, d.h. dass die beiden Kurven mit gleicher Steigung ineinander übergehen. Der Übergang kann auch so gewählt sein, dass die linksseitige Ableitung kleiner als die rechtsseitige Ableitung ist, wodurch die Lichtkurve noch flacher ansteigend ausgebildet werden kann. Noch gleichmäßiger wird der Übergang, wenn auch höhere links- und rechtsseitige Ableitungen, insbesondere zweite Ableitungen, der Kurvenabschnitte an dem genannten Punkt zumindest im Wesentlichen übereinstimmen. Dies kann entsprechend auch für den Übergang am ersten Schwellwert SW1 und/oder den Übergang zum Ausgangssignal mit erhöhter Flankensteilheit bei der Schaltschwelle U_S berücksichtigt werden.
Außerdem ist zu berücksichtigen, dass eine zu geringe Verstärkung flache Flanken und damit höhere Schaltverluste am Endtransistor sowohl im analog- als auch im pulsweitenmodulierten Dimmbereich bedeutet. Andererseits ist eine zu große Verstärkung mit steilen Flanken bezüglich der analogen Regelung instabil und empfindlich gegen äußere Einflüsse, wie Temperatur, Störsignalen, Qualität der Betriebsspannung und dgl., was sich insbesondere durch Helligkeitsschwankungen, d.h. durch Lichtflackern, bemerkbar macht. Außerdem wird bei einer großen Verstärkung der Aufwand der Steuersignalumsetzung im ersten Spannungsbereich, insbesondere hinsichtlich der Genauigkeit der Begrenzerspannung, sehr groß.
Die Bezugssignalquelle 25 kann einen Sägezahngenerator umfassen, der ein periodisches Sägezahnsignal mit einer Frequenz von 250 Hz erzeugt. Die Pulsbreite t₁, bei der der Übergang zwischen der analogen und der pulsweitenmodulierten Dimmung erfolgt, kann z.B. bei 7% der maximalen Pulsweite liegen. Der analoge Dimmbereich von 0 bis 7% der maximalen Pulsweite kann z.B. durch eine Steuerspannung von 1 bis 2,6 V des Eingangssteuersignals an dem Eingangsanschluss 5 erfolgen und der pulsweitenmodulierte Dimmbereich von 7 bis 100 der maximalen Pulsweite kann mit einer Steuerspannung von 2,6 bis 10 V des Steuersignals am Eingangsanschluss 5 erfolgen.
7 zeigt ein Diagramm, das den Signalverlauf eines möglichen Bezugssignals der Bezugssignalquelle 25 darstellt. Dabei ist auf der Abszisse die Zeit t und an der Ordinate die Spannung des Bezugssignals angetragen. Das von der Bezugssignalquelle 25 erzeugte Bezugssignal weist einen minimalen Spannungspegel U75 auf, der über den Offset der Bezugssignalquelle 25 einstellbar ist. Die minimale Spannung U75 ist vorzugsweise gleich dem Minimalpegel 57 (2) des Zwischensignals. Das dargestellte Signal steigt vom Zeitpunkt 0 bis zur Periodenlänge T linear bis zum maximalen Spannungswert U76 an. Zum Zeitpunkt T fällt das Bezugssignal zunächst sprunghaft auf die minimale Spannung U75 ab. Ab dem Zeitpunkt T steigt das Bezugssignal wieder linear bis zum Zeitpunkt 2T auf den maximalen Spannungswert U76 an. Dadurch ist ein periodisches Bezugssignal der Bezugssignalquelle 25 gegeben. Es ist allerdings auch möglich, dass die Periodenlänge T des Bezugssignals kontinuierlich oder sprunghaft umgeschaltet oder variiert wird.
8 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines von der Bezugssignalquelle 25 erzeugten Bezugssignals. Dabei ist wiederum an der Abszisse die Zeit t und an der Ordinate die Spannung U angetragen. In diesem Fall steigt das Bezugssignal vom Zeitpunkt 0 logarithmisch bis zum Zeitpunkt T an, fällt zum Zeitpunkt T auf die minimale Spannung U75 ab und steigt wiederum bis zum Zeitpunkt 2T logarithmisch an.
Die Bezugssignalquelle 25 kann auch so ausgebildet sein, dass ein kontinuierlicher oder diskreter Übergang zwischen den in den 7 und 8 dargestellten Formen des Bezugssignals erfolgt. Außerdem sind auch andere Formen des Bezugssignals möglich. Das Bezugssignal der 7 hat den Vorteil, dass bei einer gleichmäßigen Änderung des Eingangssteuersignals eine zumindest im Wesentlichen lineare Änderung der physikalisch gemessenen Helligkeit des Leuchtelementes 35 bzw. 39 erreicht werden kann. Die Bezugssignalform, die in der 8 dargestellt ist, hat den Vorteil, dass bei einer gleichmäßigen Änderung des Eingangssteuersignals eine hinsichtlich der Wahrnehmung des menschlichen Auges subjektiv gleichmäßige Helligkeitsänderung des Leuchtelementes 35 bzw. 39 erzielt werden kann.
9 zeigt ein Diagramm, das zur Erläuterung der Umsetzung des Eingangssteuersignals in das Ausgangssignal dient. An der Achse 77 ist die Spannung des an dem Eingangsanschluss 5' anliegenden Eingangssteuersignals dargestellt. Der Spannungsbereich des Eingangssteuersignals geht dabei von 1 V bis 10 V. Das Eingangssteuersignal wird durch den die Widerstände 18, 18' umfassenden Spannungsteiler mit dem Faktor 2 geteilt, so dass sich der an der Achse 78 angetragene Wertebereich von 0,5 V bis 5 V ergibt. Zunächst ergibt sich eine Unterteilung in den Bereich 51 und den Bereich 52. Außerdem ergibt sich eine Unterteilung in den Bereich 54 und den Bereich 55, wie es insbesondere anhand der 2 erläutert worden ist. Das Spannungsniveau von 2,5 V ist durch die Begrenzerspannung U14 definiert. Ausgehend von diesem Spannungsniveau ist die Spannung U12 des als Diode ausgebildeten Sperrglieds 12 abzuziehen. Da die Spannung U12 von dem durch das Sperrglied 12 fließenden Strom abhängt bzw. abhängen kann, ergibt sich ein zusätzlicher stromabhängiger Teil der an dem Sperrglied 12 abfallenden Spannung, der in der 9 als ΔU₁₂ dargestellt ist. Um diesen stromabhängigen Teil der an dem Sperrglied 12 abfallenden Spannung Rechnung zu tragen, wird als Drehpunkt für die Bestimmung der Übersetzung der fiktive Drehpunkt 79 bestimmt.
Parallel zu den Achsen 77 und 78 sind die Achsen 81 und 82 dargestellt, wobei die Achse 82 den 1,5-fachen Abstand von der Achse 78 hat wie die Achse 81. Dieses Verhältnis wird durch die Widerstände R1 = 20 kOhm und R2 = 10 kOhm bestimmt. Das Spannungsniveau 83 ist durch die Ansprechschwelle des Verstärkerelementes 20 bestimmt, das insbesondere als MOS-FET ausgebildet sein kann. In diesem Ausführungsbeispiel liegt diese Ansprechschwelle 83 bei 1,5 V. Ausgehend von dem Spannungsniveau 83 ist durch die charakteristischen Eigenschaften des Verstärkerelementes 20 ein Spannungsbereich 84 vorgegeben, innerhalb dem das Verstärkerelement 20 zumindest im Wesentlichen als Verstärker arbeitet. Der Spannungsbereich 84 kann deshalb auch als Durchsteuerbereich für das Verstärkerelement 20 bezeichnet werden. Ausgehend von dem fiktiven Drehpunkt 79 wird der Spannungsbereich 84 auf den ersten Spannungsbereich 54 an der Achse 78 abgebildet. Diese Abbildung erfolgt dabei aufgrund des Spannungsteilers 4 des ersten Signalumsetzers 2. Ausgehend von der gegebenen Charakteristik des Verstärkerelementes 20, die insbesondere den Spannungsbereich 84 und das Spannungsniveau 83 vorgibt, kann somit die Lage des ersten Spannungsbereiches 54, d.h. die untere Grenze und der zweite Schwellwert SW2, bestimmt werden. Ab dem an der Achse 78 angetragenen Spannungsniveau von 2,1 V erfolgt eine Sperrung des Spannungsteilers 4, so dass die Werte der Achse 78 unverändert in die Werte auf der Achse 81 umgesetzt werden.
Durch die strichpunktierte Linie ist dargestellt, wie ein Wert U22 aus dem ersten Amplitudenbereich 51 in einen Wert U11 auf der Achse 81 entsprechend der Umsetzung durch den ersten Signalumsetzer 2 umgesetzt wird. Bei gegebenem Wert U22 auf der Achse 78 wird die strichpunktierte Linie durch den fiktiven Drehpunkt 79 gezogen, wobei der sich ergebende Schnitt mit der Achse 81 die angehobene Spannung U11 des Zwischensignals ergibt.
Durch das Spannungsniveau 90 ist der erste Schwellwert SW1 gegeben. Durch das Spannungsniveau 91 bzw. das Spannungsniveau 92 ist der zweite Schwellwert SW2 gegeben. Der exemplarisch eingezeichnete Wert U22 des Eingangssteuersignals (auf der Achse 78) hat einen Abstand 93 von dem Spannungsniveau 90, d.h. dem ersten Schwellwert SW1. Dieser Abstand 93 wird mittels des ersten Signalumsetzers 2 in den Abstand 94 umgesetzt, den der umgesetzte Wert U11 des Zwischensignals von dem Spannungsniveau 90 hat. Wie aus dem dargestellten Diagramm leicht ersichtlich ist, nimmt die Anhebung, mit der der erste Signalumsetzer 2 das Eingangssteuersignal unterhalb des ersten Schwellwertes SW1 bei der Umsetzung in das Zwischensignal zu dem ersten Schwellwert SW1 hin anhebt, mit dem Abstand 93, mit dem der Wert U22 des Eingangssteuersignals unterhalb des ersten Schwellwertes SW1 liegt, zu. Dabei wird die Anhebung linear mit dem Abstand 93 vergrößert.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere können die beschriebenen Werte, speziell der erste Schwellwert SW1 und der zweite Schwellwert SW2, anstelle von Spannungswerten auch Stromwerte sein. Ensprechend kann es sich bei den Bereichen und Pegeln auch um Strombereiche und Strompegel handeln. Ferner kann das Ausgangssignal, ggf. zusätzlich zu der langsam abfallenden nachfolgenden Flanke, auch eine langsam ansteigende führende Flanke aufweisen. Außerdem kann die Einrichtung 37 zum Erhöhen der Flankensteilheit auch bei der führenden Flanke des Ausgangssignals eine Erhöhung der Steilheit vornehmen, insbesondere bei einer langsam ansteigenden führenden Flanke des Ausgangssignals.

Claims

Steuervorrichtung (1) zur Steuerung zumindest eines Leuchtelementes (35; 37) mit einem ersten Signalumsetzer (2), der einen ersten Schwellwert (SW1) vorgibt und der ein Eingangssteuersignal in ein Zwischensignal umsetzt, und einem zweiten Signalumsetzer (21), der einen zweiten Schwellwert (SW2) vorgibt und der das Zwischensignal in ein Ausgangssignal zur Steuerung des Leuchtelementes umsetzt, wobei der erste Signalumsetzer (2) das Eingangssteuersignal unterhalb des ersten Schwellwertes (SW1) bei der Umsetzung in das Zwischensignal zu dem ersten Schwellwert (SW1) hin anhebt, wobei der zweite Signalumsetzer (21) das Zwischensignal unterhalb des zweiten Schwellwertes (SW2) in ein zumindest amplitudenmoduliertes Ausgangssignal umsetzt und das Zwischensignal oberhalb des zweiten Schwellwertes (SW2) in ein zumindest pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal umsetzt und wobei der zweite Schwellwert (SW2) nicht größer als der erste Schwellwert (SW1) ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzquelle (13) vorgesehen ist, die zumindest mittelbar den ersten Schwellwert (SW1) vorgibt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Signalumsetzer (2) einen minimalen Signalpegel (58) des Eingangssteuersignals in einen vorgegebenen Minimalpegel (57) des Zwischensignals umsetzt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzquelle (13) vorgesehen ist und dass der vorgegebene Minimalpegel (57) zumindest mittelbar durch die Referenzquelle (13) vorgegeben ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Signalumsetzer (2) einen Spannungsteiler (4) umfasst, dass der erste Signalumsetzer (2) ein Sperrglied (12) umfasst, das den Spannungsteiler (4) oberhalb des ersten Schwellwertes (SW1) sperrt, und dass der Spannungsteiler (4) die Differenz des Eingangssteuersignals zu dem ersten Schwellwert (SW1) unterhalb des ersten Schwellwertes (SW1) linear geteilt in die Differenz des Zwischensignals zu dem ersten Schwellwert (SW1) umsetzt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebung mit dem Abstand, mit dem das Eingangssteuersignal unterhalb des ersten Schwellwertes (SW1) liegt, zunimmt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bezugssignalquelle (25) vorgesehen ist, die ein Bezugssignal erzeugt, dass der zweite Signalumsetzer (21) ein Verstärkerelement (20) aufweist, das mit der Bezugssignalquelle (25) zum Erhalten des Bezugssignals verbunden ist und dass das Verstärkerelement (20) unterhalb des zweiten Schwellwertes (SW2) als Verstärker arbeitet und in Abhängigkeit von dem Zwischensignal aus dem Bezugssignal das zumindest amplitudenmodulierte Ausgangssignal formt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkerelement (20) in der Verstärker-Betriebsfunktion ein Ausgangssignal erzeugt, das den Teil des Bezugssignals nachbildet, das unterhalb des aktuellen Wertes des Zwischensignals liegt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkerelement (20) oberhalb des zweiten Schwellwertes (SW2) als Vergleicher arbeitet und in Abhängigkeit von dem Zwischensignal aus dem Bezugssignal das zumindest pulsweitenmodulierte Ausgangssignal formt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkerelement (20) in der Vergleich-Betriebsfunktion ein Ausgangssignal erzeugt, das einen konstanten maximalen Signalverlauf (U_max) aufweist, solange das Bezugssignal unterhalb des aktuellen Wertes des Zwischensignals liegt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (37) zum Erhöhen der Flankensteilheit vorgesehen ist, die die Flankensteilheit des von dem zweiten Signalumsetzer (21) ausgegebenen Ausgangssignals erhöht.
Steuervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (46) vorgesehen ist, das von dem Eingangssteuersignal angesteuert ist und die Einrichtung (37) abschaltet, wenn das Eingangssteuersignal unterhalb einer Schaltschwelle (U_D) liegt.
Steuerverfahren zum Steuern zumindest eines Leuchtelementes (35; 37) mit folgenden Schritten: – Umsetzen eines Eingangssteuersignals in ein Zwischensignal, wobei das Eingangssteuersignal unterhalb eines ersten Schwellwertes (SW1) zu dem ersten Schwellwert (SW1) hin angehoben wird, – Umsetzen des Zwischensignals in ein Ausgangssignal zur Steuerung des Leuchtelementes, wobei das Zwischensignal unterhalb eines zweiten Schwellwertes (SW2), der nicht größer als der erste Schwellwert (SW1) ist, in ein zumindest amplitudenmoduliertes Ausgangssignal umgesetzt wird und oberhalb des zweiten Schwellwertes (SW2) in ein zumindest pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal umgesetzt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal oberhalb des ersten Schwellwertes (SW1) unverändert in das Zwischensignal umgesetzt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler Signalpegel (58) des Eingangssteuersignals auf einen vorgegebenen Minimalpegel (57) des Zwischensignals angehoben wird.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebung mit dem Abstand (93), mit dem das Eingangssteuersignal unterhalb des ersten Schwellwertes (SW1) liegt, vergrößert wird.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebung linear mit dem Abstand (93), mit dem das Eingangssteuersignal unterhalb des ersten Schwellwertes (SW1) liegt, vergrößert wird.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt: Erzeugen eines periodischen Bezugssignals, wobei beim Umsetzen des Zwischensignals in das Ausgangssignal unterhalb des zweiten Schwellwertes (SW2) aus dem Bezugssignal das zumindest amplitudenmodulierte Ausgangssignal geformt wird, indem der Teil des Bezugssignals nachgebildet wird, der unterhalb des aktuellen Wertes des Zwischensignals liegt.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Erzeugen eines periodischen Bezugssignals, – Vergleichen des Zwischensignals mit dem periodischen Bezugssignal und – Ausgeben eines konstanten maximalen Signals, solange das mit dem Zwischensignal verglichene periodische Bezugssignal kleiner als der aktuelle Wert des Zwischensignals ist, zur Formung des Ausgangssignals.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Vergleichen des Eingangssignals mit einer vorgegebenen Schaltschwelle (U_S) und – Erhöhen der Flankensteilheit des Ausgangssignals, wenn das Eingangssignal über der Schaltschwelle (U_S) liegt.