DE102004010942B3

DE102004010942B3 - Steuervorrichtung und Steuerverfahren zur Steuerung eines Leuchtelements

Info

Publication number: DE102004010942B3
Application number: DE102004010942A
Authority: DE
Inventors: Stefan Blattl
Original assignee: KWL LIGHTING GmbH; KWL-LIGHTING GmbH
Current assignee: KWL LIGHTING GmbH; KWL-LIGHTING GmbH
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-06

Abstract

Eine Steuervorrichtung (1) zur Steuerung zumindest eines Leuchtelementes (2) mittels eines Steuersignals in Abhängigkeit von einem Eingangssteuersignal weist eine Pulsweiten-Steuereinrichtung (171), die die Pulsweite des Steuersignals steuert, und eine Amplituden-Steuereinrichtung (106) auf, welche die Amplitude des Steuersignals steuert. Dabei hält die Pulsweiten-Steuereinrichtung (171) für einen Wert des Eingangssteuersignals, der unterhalb eines ersten Schwellwertes liegt, die Pulsweite des Steuersignals zumindest im Wesentlichen auf einer konstanten minimalen Pulsweite (t¶1¶). Und für einen Wert des Eingangssteuersignals, der oberhalb des ersten Schwellwertes liegt, steuert die Pulweiten-Steuereinrichtung (171) die Pulsweite des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals. Außerdem steuert die Amplituden-Steuereinrichtung (106) für einen Wert des Eingangssteuersignals, der unterhalb eines zweiten Schwellwertes liegt, die Amplitude des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals. Außerdem wird ein Steuerverfahren für solch eine Steuervorrichtung (1) angegeben. Ferner wird eine Steuervorrichtung (1) angegeben, die einen Bezugssignalgenerator (52) umfasst, der ein zumindest abschnittsweise periodisches Bezugssignal erzeugt, wobei die Signalform des erzeugten Bezugssignals in einem ersten Abschnitt einen steileren Verlauf hat als in einem zweiten Abschnitt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Leucht- und Beleuchtungssteuerungen zur Steuerung zumindest eines Leuchtelementes. Steuervorrichtungen und Steuerverfahren zur Steuerung von Leuchtelementen werden unter anderem zur Steuerung von Leuchtanlagen, wie sie zum Beispiel für eine Ampel, für Kraftfahrzeuge, eine Videowand oder andere Anzeigen verwendet werden, oder zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage, wie einer Leuchte für die Beleuchtung eines Raumes, eingesetzt.

Bei bekannten Steuervorrichtungen ist eine Recheneinheit 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 Spannungsbereich van etwa 1 V bis etwa 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, das heißt der schmälste, erzeugte Impuls, der eine Pulsweite von 0,1% der maximalen Pulsweite hat, immer noch so viel Licht erzeugt, dass beim Auftauchen beziehungsweise Verschwinden des kleinsten erzeugten Impulses für das Auge ein plötzlicher Lichtanstieg feststellbar ist. Beim Schalten auf den nächstgrößeren, das heißt nächstbreiteren, 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 einen Schritt von 0,1% der maximalen Pulsweite relativ gesehen klein genug, um für das menschliche Auge den Eindruck einer kontinuierlichen Helligkeitsänderung zu erzeugen.

Die oben genannte Auflösung von 1:1000 ergibt sich wie folgt: Aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit kann ein Flankeanstieg und ein Flankenabfall von je 5 μs gewählt werden. Bei einer Wiederholfrequenz von 100 Hz, ab der für das Auge der Eindruck einer kontinuierlichen Lichtabstrahlung entsteht, also kein Flimmern des Leuchtelementes wahrnehmbar ist, ergibt sich in Bezug auf die minimale Pulsbreite von 2 5 μs = 10 μs die genannte Auflösung von 1:1000.

Aus der WO 03/069958 A1 ist eine Schaltung zum Ansteuern eines LED-Arrays bekannt. Die bekannte Schaltung kontrolliert den mittlere Stärke des Stromflusses durch das LED-Array mittels Pulsweitenmodulation oder Amplitudenmodulation.

Aus der EP 0 625 843 A1 ist eine Vorrichtung mit einer Laserdiode bekannt. Dabei wird die Laserdiode in einem Betriebsbereich mittels Amplitudenmodulation bei konstanter Pulsweite und in einem anderen Betriebsbereich mittels Pulsweitenmodulation angesteuert.

Aus der DE 27 49 767 C3 ist eine Schaltungsanordnung zur Helligkeitssteuerung von Leuchtdioden bekannt. Und aus der US 6,593,709 B2 ist ein elektronischer Dimmer mit zwei unterschiedlichen Betriebsarten bekannt.

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 18 gelöst.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine Pulsweiten-Steuereinrichtung auf, die die Pulsweite des Steuersignals steuert, Außerdem ist eine Amplituden-Steuereinrichtung vorgesehen, die die Amplitude des Steuersignals steuert, Die Pulsweiten-Steuereinrichtung hält für einen Wert des Eingangssteuersignals, der unterhalb des ersten Schwellwertes liegt, die Pulsweite des Steuersignals zumindest im Wesentlichen auf einer konstanten minimalen Pulsweite. Für einen Wert des Eingangssteuersignals, der oberhalb des ersten Schwellwertes liegt, steuert die Pulsweiten-Steuereinrichtung die Pulsweite des Steuersignals in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Wert des Eingangssteuersignals und des ersten Schwellwertes. Die Amplituden-Steuereinrichtung steuert für einen Wert des Eingangssteuersignals, der unterhalb eines zweiten Schwellwertes liegt, die Amplitude des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals. Das von der Steuervorrichtung ausgegebene Steuersignal wird dadurch für ein Eingangssteuersignal unterhalb des ersten Schwellwertes mit zumindest im Wesentlichen konstanter minimaler Pulsweite ausgegeben und oberhalb des ersten Schwellwertes wird die Pulsweite des Steuersignals in Abhängigkeit von der Größe des Eingangssteuersignals gesteuert, das heißt das Steuersignal wird pulsweitenmoduliert ausgegeben. Für den Einschaltvorgang wird die Amplitude des Steuersignals vorzugsweise von 0 V und vorzugsweise kontinuierlich oder in mehreren Schritten erhöht, so dass sich bei der Ansteuerung des Leuchtelementes ein zumindest im Wesentlichen gleichmäßiger Anstieg der Helligkeit des Leuchtelementes ergibt.

Die Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 weist eine Pulsweiten-Steuereinrichtung, die die Pulsweite des Steuersignals steuert und einen Bezugssignalgenerator, der ein zumindest abschnittsweise periodisches Bezugssignal erzeugt, auf. Dabei gibt die Pulsweiten-Steuereinrichtung die Pulsweite des Steuersignals auf Grundlage der Dauer vor, während der das Bezugssignal kleiner als das gegebenenfalls angepasste Eingangssteuersignal ist, wobei der Bezugssignalgenerator in einem ersten Abschnitt der Periodendauer eine erste Signalform des Bezugssignals vorgibt und in zumindest einem zweiten Abschnitt der Periodendauer eine zweite Signalfarm des Bezugssignals vorgibt, wobei die erste Signalförm einen steileren Verlauf des Bezugssignals bedingt als die zweite Signalform. Dadurch hat das Bezugssignal in einem ersten Abschnitt und zumindest in einem weiteren zweiten Abschnitt Signalformen mit unterschiedlich steilem Verlauf, wodurch beim Einschaltvorgang ein langsamer Anstieg der abgegebenen Energie des Leuchtelementes erreicht werden kann. In dem zumindest zweiten Abschnitt erfolgt dann ein rascheres Ansteigen der abgegebenen Energie des Leuchtelementes, so dass der gesamte Bereich der möglichen Pulsweiten des ausgegebenen Steuersignals vorteilhaft ausgenützt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren erfolgt eine Umsetzung des Eingangssteuersignals in ein Steuersignal, wobei das Steuersignal unterhalb eines ersten Schwellwertes des Eingangssteuersignals zumindest im Wesentlichen mit konstanter minimaler Pulsweite ausgegeben wird und oberhalb des ersten Schwellwertes pulsweitenmoduliert ausgegeben wird. Ferner wird die Amplitude des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals gesteuert, wobei die Amplitude des Steuersignals unterhalb eines zweiten Schwellwertes in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals moduliert wird. Dadurch lässt sich insbesondere beim Einschaltvorgang ein gleichmäßiger Anstieg der Helligkeit des angesteuerten Leuchtelementes erzielen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens möglich.

Vorteilhaft ist es, dass die Amplituden-Steuereinrichtung für einen Wert des Eingangssteuersignals, der oberhalb des zweiten Schwellwertes liegt, die Amplitude des Steuersignals zumindest im Wesentlichen auf einem konstanten maximalen Wert hält. In diesem Bereich erfolgt die Änderung der Helligkeit des anzusteuernden Leuchtelementes dann nur noch über die Änderung der Pulsweite des Steuersignals. Wenn der erste Schwellwert in Bezug auf das Eingangssteuersignal auf den gleichen Wert wie der zweite Schwellwert eingestellt ist, dann ist der Bereich der Amplitudenmodulation von dem Bereich der Pulsweitenmodulation getrennt. Indem der erste Schwellwert kleiner als der zweite Schwellwert eingestellt ist, ergibt sich ein Bereich, nämlich der Bereich zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert, in dem sowohl eine Modulation der Amplitude des Steuersignals als auch eine Modulation der Pulsweite des Steuersignals erfolgt. Indem der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert gewählt ist, ergibt sich ein Bereich, in dem weder eine Modulation der Amplitude noch eine Modulation der Pulsweite des Steuersignals erfolgt. Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass der erste Schwellwert im Wesentlichen unabhängig von dem zweiten Schwellwert eingestellt werden kann, so dass sich zahlreiche Anwendungsfälle ergeben.

In vorteilhafter Weise ist eine Schwellwertvorgabeeinrichtung vorgesehen, die zumindest mittelbar den ersten Schwellwert vorgibt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Schwellwertvorgabeeinrichtung ein Einstellmittel, insbesondere einen einstellbaren Spannungsteiler, umfasst, das eine Einstellung des ersten Schwellwertes ermöglicht. Dadurch ist eine Anpassung an eine Vielzahl von verschiedenen Eingangssteuersignalen und eine einfache Vorgabe des ersten Schwellwertes, ab dem die Pulsweitenmodulation erfolgt, möglich.

Vorteilhaft ist es, dass die Amplituden-Steuereinrichtung ein Verstärkerelement aufweist, dass das Verstärkerelement einerseits zumindest mittelbar von dem Eingangssteuersignal und andererseits von einer Schwellwertvorgabeeinrichtung, die zumindest mittelbar den zweiten Schwellwert vorgibt, angesteuert ist, dass das Verstärkerelement einen Pegel ausgibt, dessen Wert von dem Wert des Eingangssteuersignals abhängt, falls der Wert des Eingangssteuersignals kleiner als der zweite Schwellwert ist. Der Ausgang des Verstärkerelementes der Amplituden-Steuereinrichtung kann zumindest mittelbar, insbesondere über einen Widerstand, mit dem Ausgang der Pulsweiten-Steuereinrichtung verbunden sein, wobei die Pulsweiten-Steuereinrichtung einen als offenen Kollektor ausgebildeten Ausgang aufweisen kann, so dass während des Hochpegelanteils des pulsweitenmodulierten Signals aufgrund des Sperrstroms der Spannungswert des Steuersignals vorgegeben wird. Zur Ausgabe des Niederpegelanteils des pulsweitenmodulierten Signals kann die Pulsweiten-Steuereinrichtung den als offenen Kollektor ausgebildeten Ausgang auf Masse legen, so dass sich für den Niederpegelanteil des pulsweitenmodulierten Signals einen Spannung von 0 V ergibt.

Ferner ist es vorteilhaft, dass das Verstärkerelement einen zumindest im Wesentlichen konstanten maximalen Pegel ausgibt, falls der Wert des Eingangssteuersignals größer als der zweite Schwellwert ist. Sofern eine weitere Signalbearbeitung auftritt, insbesondere eine Verstärkung vorgenommen wird, bedeutet der konstante maximale Pegel, dass ein Pegel ausgegeben wird, der in Bezug auf das ausgegebene Steuersignal einen maximalen Pegel erzeugt. Beispielsweise kann ein nachgeordneter Verstärker ab einem bestimmten Schwellwert einen maximalen Pegel ausgeben. Das Verstärkerelement gibt dann vorzugsweise mindestens einen Pegel aus, der größer als dieser Schwellwert ist, falls der Wert des Eingangssteuersignals größer als der zweite Schwellwert ist.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Schwellwertvorgabeeinrichtung, die zumindest mittelbar den zweiten Schwellwert vorgibt, ein Einstellmittel, insbesondere einen einstellbaren Spannungsteiler umfasst, das eine Einstellung des zweiten Schwellwertes ermöglicht. Dadurch wird im Hinblick auf die Amplituden-Steuereinrichtung eine vorteilhafte Anpassung an verschiedene Eingangssteuersignale und/oder eine Anpassung an die Pulsweiten-Steuereinrichtung ermöglicht.

Vorteilhaft ist es, dass ein Bezugssignalgenerator vorgesehen ist, der ein zumindest abschnittsweise periodisches Bezugssignal erzeugt, und dass die Pulsweiten-Steuereinrichtung die Pulsweite des Steuersignals auf Grundlage der Dauer vorgibt, während der das Bezugssignal kleiner als das gegebenenfalls angepasste Eingangssteuersignal ist. Durch den Signalverlauf des von dem Bezugssignalgenerator erzeugten Bezugssignals kann eine weitere Anpassung des Anstiegs der von dem Leuchtelement bei einem anwachsenden Eingangssteuersignal abgegebenen Leuchtenergie erreicht werden, um den Eindruck eines gleichmäßigen Anstiegs der Helligkeit für das menschliche Auge zu erwecken. Insbesondere kann das erzeugte Bezugssignal dazu dienen, um in dem Bereich großer Pulsweiten, das heißt für Werte des Eingangssteuersignals deutlich oberhalb des ersten Schwellwertes, eine beschleunigte Zunahme der abgegebenen Leuchtenergie des Leuchtelementes bei ansteigendem Pegel des Eingangssteuersignals zu erreichen. Ferner kann im Bereich des Einschaltvorgangs, das heißt für einen Pegel des Eingangssteuersignals im Bereich des minimalen Spannungspegels, eine anfangsverzögerte Zunahme der durch das Leuchtelement abgegebenen Leuchtenergie durch die Wahl eines im Anfangsbereich zumindest etwas steiler ansteigenden Bezugssignals erzielt werden. Durch den Bezugssignalgenerator und die Vorgabe verschiedener Bezugssignale können daher umfangreiche weitere Anpassungen der Steuervorrichtung vorgenommen werden.

In vorteilhafter Weise ist das Eingangssteuersignal derart angepasst, dass die Werte des Eingangssteuersignals aus dem Bereich des Eingangssteuersignals, der kleiner als der erste Schwellwert ist, in Bezug auf das Bezugssignal auf einen Eingangssteuersignal-Sockelwert angehoben sind, um die Dauer der minimalen Pulsweite vorzugeben. Dadurch wird eine weitere Anpassung des Eingangssteuersignals in Bezug auf die Pulsweiten-Steuereinrichtung erreicht.

In vorteilhafter Weise ist ein Verstärkerelement vorgesehen, das in Abhängigkeit von dem durch die Pulsweiten-Steuereinrichtung und die Amplituden-Steuereinrichtung erzeugten Steuersignal ein verstärktes Steuersignal erzeugt. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, dass die Regeleinrichtung die an dem Leuchtelement anliegende Arbeitsspannung abgreift und dass die Regeleinrichtung die Amplitude des verstärkten Steuersignals in Abhängigkeit von der abgegriffenen Arbeitsspannung regelt. Auf diese Weise kann ein Regelkreis gebildet werden, der den Spannungspegel des Steuersignals so einstellt, dass sich die gewünschte Arbeitsspannung ergibt. Dies ist insbesondere in Verbindung mit einem Leistungsverstärker von Vorteil, der in Abhängigkeit von dem Steuersignal die Arbeitsspannung für das Leuchtelement steuert. Außerdem kann auf diese Weise wechselnden Lastverhältnissen Rechnung getragen werden. Ferner kann sich die Steuereinrichtung dadurch auf unterschiedliche anzuschließende Leuchtelemente bzw. Reihen von Leuchtelementen mit unterschiedlichem Leistungsbedarf anpassen, ohne dass eine zusätzliche Voreinstellung durch eine Bedienperson erforderlich ist.

Vorteilhaft ist es, dass der erste Schwellwert kleiner als der zweite Schwellwart ist, so dass in dem Bereich zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert sowohl eine Amplitudenmodulation als auch eine Pulsweitenmodulation des erzeugten Steuersignals erfolgt. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass der erste Schwellwert etwas kleiner als der zweite Schwellwert ist, um einen kontinuierlichen Übergang zwischen dem Bereich, in dem die Pulsweiten-Steuereinrichtung die Pulsweite des Steuersignals zumindest im Wesentlichen auf der konstanten minimalen Pulsweite hält, und dem Bereich, in dem die Pulsweiten-Steuereinrichtung die Pulsweite des Steuersignals in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Wert des Eingangssteuersignals und des ersten Schwellwertes steuert, zu erzielen. Dadurch lässt sich das Verhalten der Steuervorrichtung im Hinblick auf eine gleichmäßige Zunahme bzw. Abnahme der von dem Leuchtelement abgegebenen Leuchtenergie weiter verbessern.

Dabei ist es auch vorteilhaft, dass der erste Schwellwert etwas kleiner als der zweite Schwellwert ist, um in der Serienfertigung sicherzustellen, dass auch beim Auftreten von Bauteilschwankungen die maximale Amplitude des Steuersignals nicht vor dem Beginn der Pulsweitenmodulation erreicht wird.

In dem Bereich zwischen dem ersten Schwellwert und dem zweiten Schwellwert, in dem sowohl eine Modulation der Amplitude als auch eine Modulation der Pulsbreite erfolgt, kommt es zu einem verstärkten, insbesondere quadratischen, Änderung des Siganlverlaufs des erzeugten Steuersignals in Bezug auf eine Änderung des Eingangssteuersignals. Der erste Schwellwert ist daher vorzugsweise bei einem bestimmten Mindestwert für die Amplitude des ausgegebenen Steuersignals eingerichtet. Beispielsweise kann der erste Schwellwert so eingestellt sein, dass beim Überschreiten des ersten Schwellwertes ein Steuersignal mit einer Amlitude ausgegeben wird, die mindestens 80% der maximalen Amplitude beträgt. Dadurch wird erreicht, dass der Anstieg des ausgegebenen Steuersignals im Anfangsbereich flach verläuft und dass erst bei einer gewissen bereits abgestrahlten Leuchtenergie des Leuchtelementes eine steilerer Verlauf der zugehörigen Leistungskennlinie eintritt.

Bei einer Steuervorrichtung mit einem Bezugssignalgenerator, der in einem ersten Abschnitt der Periodendauer eine erste Signalform des Bezugssignals vorgibt und in zumindest einem zweiten Abschnitt der Periodendauer eine zweite Signalform des Bezugssignals vorgibt, wobei die erste Signalform einen steileren Verlauf des Bezugssignals bedingt als die zweite Signalform, kann es von Vorteil sein, dass der Übergang von der ersten Signalform zu der zweiten Signalform geglättet ist, um im Übergangsbereich einen gleichmäßigen Anstieg bzw. eine gleichmäßige Abnahme der Helligkeit des Leuchtelementes zu erreichen.

Ferner kann der Bezugssignalgenerator die erste Signalform zumindest im Wesentlichen Geradenstück-förmig oder zumindest im Wesentlichen als Teil einer Logarithmusfunktion vorgeben. Entsprechend kann der Bezugssignalgenerator auch die zumindest zweite Signalform zumindest im Wesentlichen als Teil einer Geraden oder als Teil einer logarithmisch verlaufenden Kurve vorgeben. Sofern mehr als zwei Abschnitte vorgegeben sind, in denen der Bezugssignalgenerator Signalformen mit unterschiedlich steilem Verlauf vorgibt, kann auch in diesen Abschnitten jeweils eine Signalform mit Geradenstück-förmigem oder logarithmischem Verlauf gewählt werden. Vorzugsweise nimmt dabei die Steilheit des Verlaufs des Bezugssignals von dem ersten Abschnitt zu dem letzten Abschnitt hin jeweils ab. Bei einem Bezugssignal mit ansteigendem Spannungspegel während der Signalperiode, ist der steile Verlauf als steiler Spannungsanstieg ausgebildet, und bei einem Bezugssignal mit während der Periode abnehmendem Spannungspegel, ist der steile Verlauf als steile Spannungsabnahme ausgebildet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
3 ein Diagramm, das eine erste mögliche Signalform für das Bezugssignal der Bezugssignalquelle der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zeigt;
4 ein Diagramm, das eine zweite mögliche Signalform für das Bezugssignal der Bezugssignalquelle der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zeigt;
5 ein Beispiel eines von der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung unterhalb des zweiten Schwellwertes ausgegebenen Steuersignals;
6 ein Ausführungsbeispiel des von der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung oberhalb des ersten Schwellwertes ausgegebenen Steuersignals;
7 einen möglichen Signalverlauf des Eingangssteuersignals, der zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels dient;
8 einen möglichen Signalverlauf eines angepassten Eingangssteuersignals in Bezug auf den in 7 dargestellten Signalverlauf des Eingangssteuersignals.
9 einen Signalverlauf eines an einen Vergleicher einer Pulswellen-Steuereinrichtung der Steuervorrichtung eingegebenen Signals in Bezug auf den in 7 dargestellten Signalverlauf des Eingangssteuersignals;
10 eine von der Pulswellen-Steuereinrichtung der Steuervorrichtung für ein ausgegebenes Steuersignal vorgegebene Pulsweite in Bezug auf den in 7 dargestellten Signalverlauf des Eingangssteuersignals;
11 einen von einer Amplituden-Steuereinrichtung der Steuervorrichtung erzeugten Spannungspegel in Bezug auf den in 7 dargestellten Signalverlauf des Eingangssteuersignals;
12 eine grafische Darstellung der Amplitude des von der Steuervorrichtung ausgegebenen Steuersignals in Bezug auf den in 7 dargestellten Signalverlauf des Eingangssteuersignals;
13 einen Bezugssignalgenerator einer Steuervorrichtung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
14 den Signalverlauf eines Bezugssignals, das von dem in 13 dargestellten Bezugssignalgenerator erzeugt wird; und
15 einen alternativen Signalverlauf des von dem in 13 dargestellten Bezugssignalgenerator erzeugten Bezugssignals.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1. Die Steuervorrichtung 1 dient zum Steuern eines oder mehrerer Leuchtelemente 2 und insbesondere zur Steuerung der Helligkeit eines oder mehrerer Leuchtelemente 2. Das Leuchtelement 2 kann dabei sowohl als Leuchtanlage als auch als Beleuchtungsanlage dienen. Mögliche 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 bildliche und schriftliche Informationen anzeigen. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 auch zur Steuerung einer Hintergrundbeleuchtung geeignet, z.B. für Anzeigeelemente 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 aber auch für andere Anwendungsfälle geeignet.
Die Steuervorrichtung 1 weist einen Eingangsanschluss 3 auf, an den ein Eingangssteuersignal anlegbar ist. Das Eingangssteuersignal kann z.B. ein analoges Eingangssteuersignal mit einem Spannungsumfang von 1 Volt bis 10 Volt sein. Die Steuervorrichtung 1 eignet sich allerdings auch für digital codierte Eingangssignale, indem das digital codierte Eingangssignal zunächst in ein analoges Eingangssteuersignal umgesetzt wird. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das umgesetzte Eingangssteuersignal beispielsweise mit einem Kondensator geglättet wird. Ferner eignet sich die Steuervorrichtung 1 auch für Stromeingangssignale, indem eine vorherige Umsetzung in ein entsprechendes Spannungseingangssignal vorgenommen wird. Allgemein eignet sich die Steuervorrichtung für alle Eingangssteuersignale, die sich in ein anologes Eingangssteuersignal mit einem Spannungsumfang von beispielsweise 1,0 V bis 10,0 V umsetzen lassen.
Das Eingangssteuersignal durchläuft zunächst einen Spannungsteiler 4, der die Widerstände 5 und 6 umfasst. Hierzu ist der Eingangsanschluss 3 durch eine Leitung 7 mit dem Widerstand 5 verbunden, der andererseits mit der Leitung 8 verbunden ist. An der Leitung 8 ist eine Leitung 9 an dem Verbindungsknoten 10 angeschlossen, so dass der Widerstand 5 mit dem Widerstand 6 verbunden ist, wobei der Widerstand 6 über die Leitung 11 auf Masse 12 gelegt ist. Die Widerstände 5 und 6 können zum Beispiel jeweils einen Widerstand von 330 kOhm haben. Das im Folgenden exemplarisch betrachtete Eingangssteuersignal mit dem Spannungsumfang von 1 bis 10 V wird dann in ein an dem Verbindungsknoten 10 anliegendes Signal mit einem Spannungsumfang von 0,5 V bis 5 V umgesetzt.
Über die Leitung 8 wird das Eingangssteuersignal an die Basis des Transistors 15, der als Darlington-Transistor ausgebildet ist, angelegt. Der Kollektor des Transistors 15 ist über die Leitung 16 mit der Masse 17 verbunden. Der Emitter des Transistors 15 ist über die Leitung 18 mit einem Widerstand 19 verbunden, der andererseits mittels der Leitung 20 mit einem Anschluss 21 verbunden ist, an den eine Versorgungsspannung angelegt ist. An dem Verbindungsknoten 25 ist die Leitung 18 mit einer Leitung 26 verbunden. Mittels der Leitung 26 sind drei in Reihe geschaltete Dioden 27a, 27b, 27c mit dem Emitter des Transistors 15 verbunden. Die Diode 27c ist mittels der Leitung 28 an einem Verbindungsknoten 29 mit einer Leitung 30 verbunden. Die Leitung 30 verbindet einen Widerstand 35, der andererseits mittels der Leitung 36 mit der Masse 37 verbunden ist, mit einer Diode 38, die andererseits mittels einer Leitung 39 mit einem Widerstand 40 verbunden ist. Der Widerstand 40 ist andererseits mittels einer Leitung 41 mit einem Anschluss 42 verbunden, an den eine Versorgungsspannung angelegt ist, die gleich der an den Anschluss 21 angelegten Versorgungsspannung sein kann. An einem Verbindungskontakt 45 ist an die Leitung 39 eine Leitung 46 angeschlossen, die die Leitung 39 mit dem nicht invertierenden Eingang eines Vergleichers (Komparator) 50 verbindet. Die Dioden 27a, 27b, 27c sind so geschaltet, dass sie von dem Verbindungsknoten 25 zu dem Verbindungsknoten 29 hin in Durchlassrichtung liegen. Die Diode 38 ist so geschaltet, dass sie von dem Verbindungsknoten 45 zu dem Verbindungsknoten 29 hin in Durchlassrichtung liegt.
Die in Reihe geschalteten Dioden 27a, 27b und 27c, die Diode 38, der Widerstand 35 und der Widerstand 40 sind Teil einer Anpassungseinrichtung 43, die das Eingangssteuersignal derart umsetzt, dass ein Wert des Eingangssteuersignals, der unterhalb eines ersten Schwellwerts liegt, auf einen vorgegebenen Steuerspannungssockel umgesetzt wird. Das heißt, falls das Eingangssteuersignal einen kleineren Wert als der erste Schwellwert annimmt, dann liegt an dem Verbindungsknoten 45 gerade die Spannung des vorgegebenen Steuerspannungssockels an. Somit wird der nicht invertierende Eingang des Vergleichers 50 mindestens mit der Spannung des vorgegebenen Steuerspannungssockels beaufschlagt.
An den invertierenden Eingang des Vergleichers 50 ist mittels einer Leitung 51 ein Bezugssignalgenerator 52 angeschlossen. Das von dem Bezugssignalgenerator 52 erzeugte vorzugsweise periodische Bezugssignal liegt somit an dem invertierenden Eingang des Vergleichers 50 an. Es ist allerdings möglich, dass der Bezugssignalgenerator ein sich änderndes Bezugssignal erzeugt, insbesondere von einem Bezugssignal auf ein anderes Bezugssignal kontinuierlich oder sprunghaft umschaltet. Außerdem kann der Bezugssignalgenerator auch die Periodenlänge des erzeugten periodischen Bezugssignals variieren. Ferner kann auch ein Bezugssignalgenerator eingesetzt werden, wie er anhand der 13 bis 15 noch näher beschrieben ist.
Der Ausgang 53 des Vergleichers 50 ist durch eine Leitung 54 mit dem Gate-Anschluss eines als Feldeffekttransistor ausgebildeten Leistungsverstärkers 55 verbunden. Der Substratanschluss und der Source-Anschluss des Leistungsverstärkers 55 sind an dem Verbindungsknoten 56 miteinander verbunden. Außerdem ist der Verbindungsknoten 56 über eine Leitung 57, einen Widerstand 58 und eine Leitung 59 mit der Masse 60 verbunden. Der Drain-Anschluss des Leistungsverstärkers 55 ist durch eine Leitung 61 mit dem Ausgangsanschluss 62 verbunden.
An dem Ausgangsanschluss 62 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Widerstand 63 das Leuchtelement 2 angeschlossen, wobei ein Anschlusskontakt 64 des Leuchtelementes 2 auf eine Versorgungsspannung gelegt wird. Das Leuchtelement 2 ist in diesem Fall durch zwei Licht emittierende Halbleiterdioden, die in Reihe geschaltet sind, gebildet. Es können allerdings auch mehrere, zum Beispiel parallel zueinander geschaltete, Leuchtelemente vorgesehen sein.
An einem Verbindungsknoten 70 ist eine Leitung 71 mit der Leitung 26 verbunden. Durch die Leitung 71 ist die Leitung 26 über den Spannungsteiler 72, der den Widerstand 73 und den Widerstand 74 umfasst, mit dem nicht invertierenden Eingang eines Verstärkerelementes 75 verbunden. Dabei ist der Widerstand 73 einerseits mit der Leitung 71 und andererseits mit einer Leitung 76, die an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 75 gelegt ist, verbunden. Die Leitung 76 ist an einen Verbindungsknoten 77 über eine Leitung 78 mit dem Widerstand 74 verbunden, der andererseits über die Leitung 79 auf Masse 80 gelegt ist.
Der invertierende Eingang des Verstärkerelementes 75 wird über eine Leitung 81 mit einer an einem Verbindungsknoten 82 anliegenden Steuerspannung beaufschlagt. In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuerspannung eine vorgegebene Steuerspannung, die wie nachfolgend beschrieben erzeugt wird.
An einen Anschlusskontakt 85 ist im Betrieb der Steuervorrichtung 1 eine Versorgungsspannung angelegt. Der Anschlusskontakt 85 ist über eine Leitung 86, einen Widerstand 87, eine Leitung 88, einen Widerstand 89 und eine Leitung 90 mit Masse 91 verbunden. Ferner ist die Leitung 88 über die Leitung 92 mit einer Leitung 93 verbunden.
Außerdem ist der Verbindungsknoten 82, der die Leitung 81 mit einer Leitung 94 verbindet, über die Leitung 94, einen Widerstand 95, die Leitung 93, einen Kondensator 96 und eine Leitung 97 mit Masse 98 verbunden. Auf diese Weise wird aus der an dem Anschlusskontakt 85 anliegenden Versorgungsspannung eine stabile vorgegebene Spannung an einem Verbindungsknoten 93' erzeugt, an dem die Leitung 93 mit der Leitung 92 verbunden ist. Diese Spannung definiert dabei in Bezug auf das Eingangssteuersignal einen zweiten Schwellwert. Der invertierende Eingang des Verstärkerelementes 75 ist über die Leitung 81, die Leitung 94, einen Widerstand 99, eine Leitung 100 und eine Leitung 101, die mit der Leitung 100 an dem Verbindungsknoten 102 verbunden ist, mit dem Ausgang des Verstärkerelementes 75 verbunden, wodurch eine Gegenkopplung geschaffen ist. Durch die Wahl des Widerstandes 95 und des Widerstandes 99 ist die Verstärkung des Verstärkungselementes 75 vorgegeben.
Durch das Verstärkerelement 75, die Widerstände 73 und 74 sowie die Widerstände 95 und 99 in der eben beschriebenen Schaltungsanordnung ist ein Differenzverstärker 103 gebildet, der von der Differenz zwischen dem an dem Verbindungsknoten 70 abgegriffenen aktuellen Wert des Eingangssteuersignals und der an dem Verbindungsknoten 93' anliegenden Spannung angesteuert ist.
Die Widerstände 73 und 95 sind vorzugsweise gleich groß gewählt. Vorzugsweise sind auch die Widerstände 74 und 99 gleich groß gewählt. Von dem Differenzverstärker 103 wird dann die Spannungsdifferenz zwischen dem Verbindungsknoten 70 und dem Verbindungsknoten 93' um den Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers 103 verstärkt. Dieser Verstärkungsfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis von dem ohmschen Widerstand des Widerstandes 74 und dem ohmschen Widerstand des Widerstandes 73. Die verstärkte Spannungsdifferenz wird als Spannungssignal U102 an dem Ausgang 110 ausgegeben.
Durch die Widerstände 87, 89, den Kondensator 76 und den Anschlusskontakt 85 ist eine Einrichtung 104 zur Erzeugung der an dem Verbindungsknoten 93' anliegenden Spannung, das heißt eine Schwellwertvorgabeeinrichtung 104, gegeben. Die Schwellwertvorgabeeinrichtung 104 gibt den zweiten Schwellwert, der in Bezug auf das Eingangssteuersignal zu betrachten ist, mittelbar vor.
Der Differenzverstärker 103 und die Schwellwertvorgabeeinrichtung 104 bilden zusammen mit einem Widerstand 105 eine Amplituden-Steuereinrichtung 106 zur Steuerung der Amplitude des Steuersignals.
Der Ausgang 110 des Verstärkerelementes 75 ist über die Leitung 101, den Widerstand 105 und eine Leitung 111 an einem Verbindungsknoten 112 mit der Leitung 54 verbunden, wodurch der Ausgang 110 des Differenzverstärkers 103 mittelbar mit dem Ausgang 53 des Vergleichers 50, der einen Signalumsetzer 50 darstellt, verbunden ist.
Wenn der Ausgang 53 des Vergleichers 50 nicht auf Masse gelegt ist, dann fließt aufgrund der an dem Ausgang 110 der Amplituden-Steuereinrichtung 106 anliegenden Spannung durch den Widerstand 105 ein von dem Sperrstrom des Vergleichers 50 und gegebenenfalls des Sperrstroms des Leistungsverstärkers 55 abhängiger Sperrstrom, der einen Spannungsabfall an dem Widerstand 105 bedingt, so dass sich am Verbindungsknoten 112 eine Spannung ergibt, die den Spannungspegel des Steuersignals definiert. Somit wird in Abhängigkeit von der an dem Ausgang 110 des Verstärkerelementes 75 ausgegebenen Spannung der Spannungspegel des Steuersignals erzeugt.
Der erzeugte Spannungspegel des Steuersignals wird über den Leistungsverstärker 55 in eine an dem Ausgangsanschluss 62 anliegende Spannung umgesetzt.
Eine vorteilhafte konkrete Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1 ist wie folgt möglich: Die Widerstände 5 und 6 können jeweils einen Widerstand von 330 kOhm haben. Ein in dem Bereich von 1 V bis 10 V liegendes analoges Eingangssteuersignal wird dadurch in ein in einem Bereich von 0,5 V bis 5 V liegendes Signal an dem Verbindungsknoten 10 umgesetzt. Der Widerstand 19 kann 3,9 kOhm haben. An den Dioden 27a, 27b und 27c kann jeweils ein Spannungsabfall von 0,5 V in Durchlassrichtung erfolgen, so dass sich ein gesamter Spannungsabfall von 1,5 V ergibt. Entsprechend ist ein Spannungsabfall von 0,5 V an der Diode 38 in Durchlassrichtung möglich. Der Widerstand 35 kann 82 kOhm betragen und der Widerstand 40 kann 500 kOhm betragen. Bei Anlegen einer Versorgungsspannung von +7 V an dem Anschlusskontakt 21 und einer Versorgungsspannung von +8 V an dem Anschlusskontakt 42 ergibt sich an dem Verbindungsknoten 45 ein Steuerspannungssockel von 1,5 V. Das von dem Bezugssignalgenerator 52 erzeugte Bezugssignal hat einen minimalen Spannungspegel, der (betragsmäßig) kleiner als der Steuerspannungssockel ist, das heißt einem minimalen Spannungspegel, der kleiner als 1,5 V ist. Die von dem Vergleicher 50 ausgegebene Pulswelle kann eine minimale Pulsweite von 0,1% der maximalen Pulsweite haben.
Der Widerstand 74 kann 33 kOhm und der Widerstand 73 kann 10 kOhm haben. An dem Anschlusskontakt 85 kann eine Versorgungsspannung von +7 V angelegt werden, und die Widerstände 87, 89 und der Kondensator 96 können so dimensioniert werden, dass sich an der Leitung 92 eine möglichst stabile Spannung von 0,2 V ergibt. Der Widerstand 99 kann einen Widerstand von 33 kOhm haben und der Widerstand 95 kann einen Widerstand von 10 kOhm haben, so dass sich ein Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers 103 von 3,3 ergibt.
Die an dem Ausgang 110 ausgegebene Spannung ergibt sich dann aus der Differenz zwischen der an dem Verbindungsknoten 77 anliegenden Spannung und der an dem Verbindungsknoten 82 anliegenden Steuerspannung (beispielsweise 0,2 V) und Multiplikation dieser Differenz mit dem durch die Widerstände 95 und 99 gegebenen Verstärkungsfaktor (beispielsweise 3,3).
Zur Erzeugung des Spannungsabfalls an dem Widerstand 105 kann beispielsweise der Widerstand 105 einen Widerstand von 3,3 kOhm haben.
Typische Werte für eine an dem Eingangsanschluss 3 anliegende Steuerspannung von 1 V sind eine an dem Verbindungsknoten 70 anliegende Spannung von 1,4 V, eine an dem Ausgang 110 ausgegebene Spannung von dann 4 V, wodurch eine an dem Ausgangsanschluss 62 ausgegebene Spannung von 12 V erzeugt wird. Für eine Spannung von 3 V an dem Eingangsanschluss 3 ist eine an dem Verbindungsknoten 70 anliegende Spannung von 2,4 V typisch, die zu einer an dem Ausgang 110 ausgegebenen Spannung von 7,2 V führt, so dass sich an dem Ausgangsanschluss 62 eine Spannung von 0 V ergibt. Diese konkreten Werte sind jedoch nur als ein Beispiel zu verstehen, um die Funktionsweise der in 1 dargestellten und oben beschriebenen Steuervorrichtung 1 weiter zu erläutern.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung 1. Dabei sind sich entsprechende Elemente in dieser und allen anderen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Eingangssteuersignal ebenfalls an den Eingangsanschluss 3 anlegbar. Der Eingangsanschluss 3 ist über eine Leitung 120 mit einem Widerstand 121 verbunden, und der Widerstand 121 ist andererseits mittels einer Leitung 122 mit dem nicht invertierenden Eingang eines Verstärkerelementes 123 verbunden. An einem Verbindungsknoten 124 ist ein Widerstand 125 über eine Leitung 126 mit der Leitung 122 verbunden. Der Widerstand 125 ist andererseits auf die Masse 127 gelegt. An einem Verbindungsknoten 128 ist ein Widerstand 129 mittels einer Leitung 130 mit der Leitung 126 verbunden. Der Widerstand 129 ist andererseits mittels einer Leitung 131 mit einem Mittelanschluss 132 eines einstellbaren Widerstandes 133 verbunden. Der einstellbare Widerstand 133 ist außerdem einerseits mittels der Leitung 134 mit Masse 135 verbunden und andererseits mittels der Leitung 136 mit einem Anschluss 137 verbunden, an den eine Versorgungsspannung von z.B. +8 V anlegbar ist. Der einstellbare Widerstand 133 kann z.B. als Potenziometer ausgebildet sein, wobei der Mittelanschluss 132 dann durch den mit dem Schleifkontakt des Potenziometers verbundenen Kontakt gebildet ist.
Die Widerstände 121, 125, 128, 140 und 144 und das Verstärkerelement 123 haben die Funktion eines Summierers 4 in Bezug auf das an den Eingangsanschluss 3 anlegbare Eingangssteuersignal. Der einstellbare Widerstand 133 ermöglicht die einstellbare Vorgabe einer Offsetspannung, um die das durch die Summiererverstärkung von 0,5 dezimierte Eingangssteuersignal angehoben wird. Es ist allerdings auch möglich, dass eine Absenkung eingestellt wird, z.B. indem der Widerstand 133 mittels der Leitung 134 auf eine negative Versorgungsspannung gelegt wird, wodurch sowohl die Einstellung einer Anhebung als auch die Einstellung einer Absenkung möglich wird.
Der Ausgang des Verstärkerelementes 123 ist über eine Leitung 138 mit dem Verbindungsknoten 70 verbunden. An dem Verbindungsknoten 70 ist außerdem eine Leitung 139 mit der Leitung 138 verbunden. Der Ausgang des Verstärkerelementes 123 ist über die Leitungen 138 und 139 mit einem Widerstand 140 verbunden, der andererseits mit einer Leitung 141 verbunden ist. Die Leitung 141 ist an einem Verbindungsknoten 142 mit einer Leitung 143 verbunden, die einen Widerstand 144 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 123 verbindet. Der Widerstand 144 ist andererseits auf Masse 145 gelegt.
Der Summierer 4 stellt somit in der beschriebenen Anordnung einen Teil eines Impedanzwandlers dar, der ein Signal ausgibt, das sich aus der Summe des geteilten Eingangssteuersignals und des durch den einstellbaren Widerstand 132 einstellbar vorgegebenen Offsets ergibt. Das von dem Verstärkerelement des Summierer 4 ausgegebene Signal, das heißt das von dem Summierer 4 ausgegebene Signal, liegt an dem Verbindungsknoten 70 an.
Über die Leitung 138 wird das von dem Verstärkerelement 123 ausgegebene Signal an den nicht invertierenden Eingang eines Verstärkerelementes 150 übermittelt. Eine Leitung 151 verbindet den Ausgang des Verstärkerelementes 150 mit einer als Halbleiterdiode ausgebildeten Diode 152. Die Diode 152 ist außerdem mittels der Leitung 153 an einem Verbindungsknoten 154 mit der Leitung 46 verbunden. Die Diode 152 ist in Richtung von dem Ausgang des Verstärkerelementes 150 zu dem Verbindungsknoten 154 hin in Durchlassrichtung geschaltet.
An einem Verbindungsknoten 155 ist eine mit dem invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 150 verbundene Leitung 156 mit der Leitung 46 verbunden.
Die Leitung 46 ist mit einem Widerstand 160 verbunden, der andererseits über eine Leitung 161 an einem Verbindungsknoten 162 mit einer Leitung 163 verbunden ist. Ein Widerstand 164 ist über eine Leitung 165 mit einem Anschluss 166 verbunden, an welchen eine Versorgungsspannung anlegbar ist. Außerdem ist der Widerstand 164 über die Leitung 163 mit einem einstellbaren Widerstand 167 verbunden, der andererseits mit Masse 168 verbunden ist.
Durch die Widerstände 160, 164 und den einstellbaren Widerstand 167 ist in der beschriebenen Anordnung ein als einstellbarer Spannungsteiler ausgebildetes Einstellmittel 169 gebildet, das eine Einstellung eines ersten Schwellwertes ermöglicht. Das Einstellmittel 169 bildet zusammen mit dem Verstärkungselement 150 und der Diode 152 in der beschriebenen Anordnung eine Schwellwertvorgabeeinrichtung 170, die in Bezug auf das von dem Verstärkerelement 123 ausgegebene angepasste Eingangssteuersignal den ersten Schwellwert vorgibt und eine Umsetzung des Eingangssteuersignals vornimmt. Das über die Leitung 46 an den nicht invertierenden Eingang des Vergleichers 50 geleitete Signal entspricht dem Signalverlauf des angepassten Eingangssteuersignals, wobei es jedoch mindestens einen Spannungswert entsprechend des ersten Schwellwertes hat, wie es in Bezug auf die 7 bis 9 noch im Detail beschrieben ist.
Der invertierende Eingang des Vergleichers 50 ist über die Leitung 51 mit dem Bezugssignalgenerator 52 verbunden. Der Ausgang 53 des Vergleichers 50 ist über die Leitung 54 mit dem invertierenden Eingang eines als Leistungsverstärker ausgebildeten Verstärkerelementes 175 verbunden.
Die Schwellwertvorgabeeinrichtung 170 und der Vergleicher 50 bilden eine Pulsweiten-Steuereinrichtung, die die Pulsweite des von dem Verstärkerelement 175 verstärkt ausgegebenen und durch den Leistungsverstärker 55 weiter verstärkten Steuersignals steuert, wobei die Pulsweiten-Steuereinrichtung für einen Wert des Eingangssteuersignals, der unterhalb des ersten Schwellwertes liegt, die Pulsweite des Steuersignals zumindest im Wesentlichen auf einer konstanten minimalen Pulsweite t₁ hält und für einen Wert des Eingangssteuersignals, der oberhalb des ersten Schwellwertes liegt, die Pulsweite des Steuersignals in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Wert des Eingangssteuersignals und des ersten Schwellwertes variiert, das heißt, das Steuersignal pulsweitenmoduliert ausgibt. Der erste Schwellwert ist dabei in Bezug auf das an dem Eingangsanschluss 3 anliegende Eingangssteuersignal zu verstehen. Die Schwellwertvorgabeeinrichtung 170 gibt diesen ersten Schwellwert mittelbar vor, wobei diese mittelbare Vorgabe insbesondere von der Anpassung durch den Summierer 4 und dessen einstellbaren Widerstand 133 eingestellten Offset abhängt. Auf diese Weise kann für eine Vielzahl von verschiedenen Eingangssteuersignalen bereits ohne eine Änderung der Schwellwertvorgabeeinrichtung 170 eine Anpassung mittels des Summierers 4 und der Offseteinstellung vorgenommen werden. Eine weitere Einstellung ist durch das Einstellmittel 169 gegeben, die insbesondere zur relativen Einstellung des ersten Schwellwertes in Bezug auf den zweiten Schwellwert verwendet werden kann.
Der Ausgang des Verstärkerelementes 123 ist außerdem über die Leitungen 138 und 71 sowie über den die Widerstände 73, 74 umfassenden Spannungsteiler mit dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 75 verbunden. Auf diese Weise wird das von dem Verstärkerelement 123 ausgegebene Signal sowohl in den einen Zweig der Pulsweiten-Steuereinrichtung als auch in den anderen Zweig der Amplituden-Steuereinrichtung 106 geführt.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Amplituden-Steuereinrichtung 106 den Widerstand 95, der über die Leitung 94 mit dem Widerstand 99 und mittels der an dem Verbindungsknoten 82 mit der Leitung 94 verbundenen Leitung 81 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 75 verbunden ist. Andererseits ist der Widerstand 95 über eine Leitung 177 mit dem Mittelanschluss 178 eines einstellbaren Widerstandes 179 verbunden. Der einstellbare Widerstand 179 ist ferner einerseits über einen Anschluss 180 mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt, die z.B. +8 V betragen kann, und andererseits mit Masse 181 verbunden. Der einstellbare Widerstand 179 kann wie der einstellbare Widerstand 133 als Potenziometer ausgebildet sein, wobei der Mittelanschluss 178 der mit dem Schleifkontakt des Potenziometers verbundene Anschluss ist. Die Widerstände 133 und 179 können jedoch auch als elektronisch geregelte Widerstände ausgebildet sein. Außerdem ist es auch möglich, dass der Widerstand 129 über die Leitung 131 und/oder der Widerstand 95 über die Leitung 177 mit einer, insbesondere elektronisch geregelten, Versorgungsspannung eines Spannungsgenerators beaufschlagt wird.
Durch den einstellbaren Widerstand 179 ist ein Einstellmittel 182 gegeben, das zum einstellbaren Vorgeben eines zweiten Schwellwertes dient. Das Einstellmittel 182 ist Teil der Amplituden-Steuereinrichtung 106. Die Amplituden-Steuereinrichtung 106 umfasst außerdem das Verstärkerelement 75 und die Widerstände 99, 105. Bei der Steuervorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels wird durch das Einstellmittel 182 der zweite Schwellwert mittelbar vorgegeben. Der zweite Schwellwert ist dabei in Bezug auf das an den Eingangsanschluss 3 anlegbare Eingangssteuersignal zu betrachten. Durch die bereits oben beschriebene Anpassung des Eingangssteuersignals, insbesondere mittels des Summierers 4 und der Offsetspannung, kann dabei eine Anpassung an verschiedene Eingangssteuersignale vorgenommen werden, ohne dass eine Änderung des zweiten Schwellwertes mittels des Einstellmittels 182 erfolgen muss. Durch das Einstellmittel 169 und das Einstellmittel 182 kann daher eine vorteilhafte Einstellung des ersten Schwellwertes für die Pulsweiten- Steuereinrichtung 171 bzw. des zweiten Schwellwertes für die Amplituden-Steuereinrichtung 106 erfolgen.
Der Ausgang 110 des Verstärkerelementes 75 ist über die Leitung 101, die Leitung 100, den Widerstand 99 und die Leitungen 94, 81 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 75 verbunden. Mit ansteigendem Eingangssteuersignal steigt die von dem Verstärkerelement 75 am Ausgang 110 erzeugte Spannung kontinuierlich an, bis das Eingangssteuersignal den durch das Einstellmittel 182 einstellbaren zweiten Schwellwert erreicht. Ab Erreichen des zweiten Schwellwertes durch das Eingangssteuersignal liegt der Ausgang 110 des Verstärkerelementes 75 auf einer maximalen Spannung. Der Ausgang 110 des Verstärkerelementes 75 ist über die Leitung 101, den Widerstand 105 und die Leitung 111 mit dem Verbindungsknoten 112 verbunden. Der Spannungswert des von dem Vergleicher 50 der Pulsweiten-Steuereinrichtung 171 ausgegebenen pulsweitenmodulierten Signals ergibt sich unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls an dem Widerstand 105 aus der an dem Ausgang 110 des Verstärkerelementes 75 ausgegebenen Spannung. Somit kann durch das Verstärkerelement 75 der Amplituden-Steuereinrichtung 106 die Amplitude des an dem Verbindungsknoten 112 anliegenden Signals gesteuert werden.
Das an dem Verbindungsknoten 112 anliegende Signal wird über die Leitung 54 an den invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 175 angelegt, um eine Leistungsverstärkung zu erzielen. Somit erzeugt das Verstärkerelement 175 in Abhängigkeit von dem durch die Pulsweiten-Steuereinrichtung 171 und die Amplituden-Steuereinrichtung 106 erzeugten Steuersignals ein verstärktes Steuersignal.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Verstärkerelement 175 außerdem Teil einer Regeleinrichtung 183, deren Funktionsweise im Folgenden beschrieben wird.
Der Ausgang des Verstärkerelementes 175 ist durch eine Leitung 184 mit dem Gate-Anschluss des Leistungsverstärkers 55 verbunden. Ein Widerstand 185 ist über die Leitung 186, die an einem Verbindungsknoten 187 mit der Leitung 61 verbunden ist, und über die Leitung 61 mit dem Drain-Anschluss des Leistungsverstärkers 55 verbunden. Andererseits ist der Widerstand 185 mittels einer Leitung 188 mit einem Widerstand 189 verbunden, welcher andererseits mit Masse 190 verbunden ist. An dem Verbindungskontakt 191 ist die Leitung 188 mit einer Leitung 192 verbunden. Die Leitungen 188, 192 verbinden einerseits den Widerstand 189 und andererseits den Widerstand 185 mit dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 175.
Die aktuelle Arbeitsspannung, die an dem Verbindungsknoten 187 erfasst wird, wird als Ist-Spannung an das Verstärkerelement 175 zurückgeführt. Außerdem wird die Spannung des (unverstärkten) Steuersignals, die an dem Verbindungsknoten 112 anliegt, als Soll-Spannung an das Verstärkerelement 175 geführt. Somit kann das Verstärkerelement 175 der Regeleinrichtung 183 in Bezug auf wechselnde Lastverhältnisse am Ausgangsanschluss 62 eine Regelung vornehmen.
Beispielsweise können an dem Ausgangsanschluss 62 neben dem Leuchtelement 2 noch weitere Leuchtelemente angeschlossen sein, von denen in der 2 das Leuchtelement 2' dargestellt ist. Entsprechend dem Leuchtelement 2 ist auch das Leuchtelement 2' über einen Widerstand 63', der dem Widerstand 63 entspricht, geschaltet. Die Leuchtelemente 2, 2' sind daher über den Widerstand 63 bzw. den Widerstand 63' mit dem Anschlusskontakt 62 verbunden und andererseits über eine Leitung 193 mit dem Anschlusskontakt 64 verbunden, an dem die Versorgungsspannung zum Betreiben der Leuchtelemente 2, 2' angelegt ist.
Eine vorteilhafte konkrete Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1 ist wie folgt möglich: Die Widerstände 121 und 129 können jeweils einen Widerstand von 300 kOhm haben. Die Widerstände 125, 140 und 144 können jeweils einen Widerstand von 150 kOhm haben. Der einstellbare Widerstand 133 kann so eingestellt sein, dass sich ein Offset von +1 V ergibt. Der Widerstand 160 kann einen Widerstand von 27 kOhm haben, und der Widerstand 164 kann einen Widerstand von 15 kOhm haben. Der einstellbare Widerstand 167 kann beispielsweise einen maximalen Widerstand von 5 kOhm haben und so eingestellt sein, dass sich eine Spannung von 1,5 V als Sockelspannung ergibt.
Die Widerstände 73, 74 können einen Widerstand von 10 kOhm bzw. 47 kOhm haben, und die Widerstände 95, 99 können einen Widerstand von 10 kOhm bzw. 47 kOhm haben. Die Einstellung des einstellbaren Widerstandes 179 kann so erfolgen, dass sich z.B. ein Offset von +0,5 V ergibt. Auf diese Weise kann eine Verstärkung durch das Verstärkerelement 75 mit einem Verstärkungsfaktor von 4,7 ergeben, wobei die Differenz der an dem Verbindungsknoten 70 anliegenden Spannung zu 1,5 V verstärkt wird.
Die Widerstände 185 und 189 können einen Widerstand von 4,7 kOhm bzw. 1,2 kOhm haben.
Bei einem Spannungswert des Eingangssteuersignals, das am Eingangsanschluss 3 anliegt, von 1 V kann sich am Verbindungsknoten 70 eine Spannung von 1,5 V, eine Spannung am Verbindungsknoten 112 von 0 V und somit eine Spannungsdifferenz zwischen dem Anschlusskontakt 64 und dem Anschlusskontakt 62 von 0 V ergeben. Bei einem Spannungswert von 3,08 des Eingangssteuersignals kann sich eine Spannung von 2,54 V am Verbindungsknoten 70, eine Spannung von 4,88 V am Verbindungsknoten 112 und somit die maximale Versorgungsspannung zwischen den Anschlusskontakten 62 und 64 von 24 V ergeben. Diese Angaben sind jedoch nur als Beispiel zu verstehen, um die Funktionsweise der Steuervorrichtung 1 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung weiter zu erläutern.
3 zeigt ein Diagramm, das eine erste mögliche Signalform für das von der Bezugssignalquelle 52 erzeugte Bezugssignal zeigt. Das Bezugssignal hat die Periodenlänge T und steigt zum Zeitpunkt 0 von einem minimalen Spannungspegel U₀ bis zum Zeitpunkt T auf den maximalen Spannungspegel U₁ linear an. Am Ende der Periodendauer, das heißt zum Zeitpunkt T, fällt das Bezugssignal steil auf den minimalen Spannungspegel U₀ ab. Dann schließen sich weitere Perioden des Bezugssignals an. In diesem Fall hat das Bezugssignal eine konstante Periodenlänge T; es ist allerdings auch möglich, dass das Bezugssignal eine sich ändernde Periodenlänge aufweist, beziehungsweise dass die Periodenlänge umgeschaltet wird.
4 zeigt ein Diagramm, das eine zweite mögliche Signalform des von der Bezugssignalquelle 52 erzeugten Bezugssignals zeigt. In diesem Fall steigt die Spannung des Bezugssignals zum Zeitpunkt 0 von der Spannung U₀, die den minimalen Spannungspegel angibt, logarithmisch auf die Spannung U₁ zum Zeitpunkt T an. Zum Zeitpunkt T fällt die Spannung von dem maximalen Spannungspegel U₁ auf den minimalen Spannungspegel U₀ sprunghaft ab. Dann schließen sich weitere Perioden des Bezugssignals an. Der logarithmische Verlauf des Bezugssignals hat den Vorteil, dass sich in Bezug auf die Wahrnehmung des menschlichen Auges ein kontinuierlicher Anstieg der Helligkeit des Leuchtelementes 2 bei einem linearen Anstieg des an dem Eingangsanschluss 3 angelegten Eingangssteuersignals ergibt. Entsprechendes gilt für ein Abfallen der Helligkeit.
Die in den 3 und 4 dargestellten Bezugssignale können sowohl bei dem ersten in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als auch bei dem zweiten in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommen. Es sind allerdings auch andere Formen für das Bezugssignal möglich.
5 zeigt das von der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1 ausgegebene Steuersignal für einen aktuellen Wert des Eingangssteuersignals, der unterhalb des zweiten Schwellwertes liegt. Der zweite Schwellwert ist der Wert, bis zu dem eine Änderung der Amplitude des Steuersignals durch die Amplituden-Steuereinrichtung 106 bewirkt wird.
Andererseits ist der erste Schwellwert der Wert, bei dem der durch den Vergleicher 50 gebildete Signalumsetzer die Pulsweite des an dem Ausgang 53 ausgegebenen Signals mit zunehmendem Pegel des Eingangssteuersignals vergrößert. Unterhalb des ersten Schwellwertes gibt der Signalumsetzer 50 daher ein Signal mit zumindest im Wesentlichen konstanter minimaler Pulsweite t₁ aus.
Die Einrichtung 106 zur Steuerung der Amplitude des Steuersignals gibt an dem Ausgang 110 frühestens beim Erreichen des zweiten Schwellwertes durch den aktuellen Wert des Eingangssteuersignals ein Signal aus, das eine maximale Amplitude des von der Steuervorrichtung 1 ausgegebenen Steuersignals erzeugt. Die maximale Amplitude kann dabei auch erst oberhalb des ersten Schwellwertes, das heißt in dem Bereich, in dem ein Steuersignal mit einer Pulsweite größer als der konstanten minimalen Pulsweite t₁ ausgegeben wird, erreicht werden.
In der 5 ist der Fall dargestellt, in dem beim Erreichen des ersten Schwellwertes auch die maximale Amplitude des Steuersignals erzeugt wird. Das ist der Fall in dem der erste Schwellwert mit dem zweiten Schwellwert übereinstimmt, so dass von "einem" Schwellwert gesprochen werden kann. Im Bereich unterhalb des Schwellwertes des Eingangssteuersignals erfolgt durch die Einrichtung 106 eine Variation der Amplitude des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals. Der dabei erzeugte Spannungspegel U₃ des Steuersignals liegt zwischen einer minimalen Spannung U₂ und einer maximalen Spannung U₄ des ausgegebenen Steuersignals. Sowohl der Anstieg 200 als auch die Verringerung 201 des Spannungswertes U₃ des Steuersignals führt daher zu einem Spannungswert U₃ innerhalb des Spannungsbereiches 202 zwischen der minimalen Spannung U₂ und der maximalen Spannung U₄. Die Pulsweite des Steuersignals hat dabei die konstante minimale Pulsweite t₁. Zum Zeitpunkt T, der durch die Periodenlänge T des Bezugssignals vorgegeben ist, wird der nächste Zyklus des Steuersignals ausgegeben.
6 zeigt ein von der Steuervorrichtung 1 ausgegebenes Steuersignal oberhalb des Schwellwertes für das Eingangssteuersignal. Auch in diesem Fall wird davon ausgegangen, dass bereits beim Erreichen des Schwellwertes die maximale Amplitude, das heißt der Spannungswert U₄, des ausgegebenen Steuersignals erzeugt wird. Bei einer Änderung des Spannungswertes des Eingangssteuersignals wird dabei entweder eine Vergrößerung 203 oder eine Verringerung 204 der Pulsweite t₂ des Steuersignals erreicht. Die Pulsweite t₂ des Steuersignals liegt innerhalb des Bereiches 205, der von der minimalen Pulsweite t1 bis zur maximalen Pulsweite T reicht.
Die Spannung des Steuersignals bleibt dabei für ein Eingangssteuersignal oberhalb des Schwellwertes unabhängig von der Pulsweite t₂, das heißt für jede Pulsweite t₀ innerhalb des Bereiches 205, auf dem konstanten maximalen Spannungswert U₄. Wie bereits oben beschrieben, kann die Einrichtung 106 zur Steuerung der Amplitude des Steuersignals beim Abwärtsdimmen allerdings auch vor Erreichen der minimalen Pulsweite t₁ eine Spannungsabsenkung vornehmen, zum Beispiel zum Zeitpunkt t₃, der größer als die minimale Pulsweite t₁ ist.
Anhand der 7 bis 12 wird die Funktionsweise der in 2 dargestellten Steuervorrichtung 1 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Dabei zeigt 7 einen möglichen Signalverlauf des an den Eingangsanschluss 3 (2) angelegten Eingangssteuersignals, 8 zeigt den Signalverlauf des angepassten Eingangssteuersignals, das am Verbindungsknoten 70 anliegt und sowohl in den Zweig der Pulswellen-Steuereinrichtung 171 als auch in den Zweig der Amplituden-Steuereinrichtung 106 geleitet wird, auf Grundlage des Signalverlaufs des Eingangssteuersignals der 7; 9 zeigt den Signalverlauf des an den Eingang des nicht invertierenden Vergleichers 50 eingegebenen und am Verbindungskontakt 154 anliegenden Signals auf Grundlage des Signalverlaufs des Eingangssteuersignals; 10 zeigt den Verlauf der Pulsweite des von der Steuervorrichtung 1 erzeugten Steuersignals, die von der Pulsweiten-Steuereinrichtung 171 auf Grundlage des in 7 dargestellten Signalverlaufs des Eingangssteuersignals erzeugt wird; 11 zeigt den Verlauf der von der Amplituden-Steuereinrichtung 171 ausgegebenen und am Verbindungsknoten 102 während der Pulsweite des Steuersignals anliegenden Spannung, die von der Pulsweiten-Steuereinrichtung 171 auf Grundlage des in 7 dargestellten Signalverlaufs des Eingangssteuersignals erzeugt wird, und 12 zeigt die Amplitude des von der Steuervorrichtung 1 ausgegebenen Steuersignals auf Grundlage des in 7 dargestellten Signalverlaufs des Eingangssteuersignals.
In den 7 bis 12 ist an der Abszisse jeweils die Zeit angetragen. Dabei ist der Zeitpunkt, zu dem die einzelnen Signalverläufe beginnen, willkürlich auf null gesetzt. Die Zeitpunkte t₄, t₅, t₆, t₇, t₈, t₉, t₁₀ und t₁₁ stimmen in den 7 bis 12 jeweils überein und haben jeweils einen Abstand zueinander, der in der Größenordnung einer Sekunde liegt.
In der 7 ist an der Ordinate die Spannung U₃ des Eingangssteuersignals, d.h. der aktuelle Wert des Eingangssteuersignals, das am Anschlusskontakt 3 anliegt, dargestellt. In der 8 ist die Spannung U₇₀ des angepassten Eingangssteuersignals, d.h. der aktuelle Spannungswert am Verbindungsknoten 70, dargestellt. In 9 ist an der Ordinate die Spannung U₁₅₄, d.h. der aktuelle Spannungswert am Verbindungsknoten 154, dargestellt. In 10 ist an der Ordinate die Pulsweite dargestellt, die von der Pulsweiten-Steuereinrichtung 171 erzeugt wird. Diese Pulsweite gibt sowohl die Pulsweite des Signals am Verbindungsknoten 112 als auch die Pulsweite des Ausgangssteuersignals am Anschlusskontakt 62 an. In 11 ist an der Ordinate die Spannung U₁₂₀ angetragen, die von der Amplituden-Steuereinrichtung 106 ausgegeben wird, wobei zu beachten ist, dass diese Spannung nur während des Hochpegels des von der Pulsweiten-Steuereinrichtung 171 ausgegebenen Signals anliegt, wie es beispielsweise in der 6 zwischen dem Zeitpunkt 0 und dem Zeitpunkt t₂ gegeben ist. In 12 ist an der Ordinate die Amplitude des von der Steuervorrichtung 1 ausgegebenen Steuersignals dargestellt, d.h. die Spannungsdifferenz, mit der die aus dem Leuchtelement 2 und dem Widerstand 63 bzw. dem Leuchtelement 2' und dem Widerstand 63' bestehenden Leuchteinheiten während des Hochpegels des Steuersignals beaufschlagt werden.
Die Steuervorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels ist für ein Eingangssteuersignal angepasst, das einen gewöhnlichen Bereich der Spannungswerte von 1 V bis 10 V hat. Zum Zeitpunkt null (t = 0) hat das Eingangssteuersignal einen Spannungswert von 0,6 V, der eigentlich unterhalb des erwarteten Bereichs liegt. Dieser Spannungswert U₃ von 0,6 V, der zwischen dem Zeitpunkt null bis zum Zeitpunkt t₄ anliegt, wird in einem Spannungswert U₇₀ von 0,9 V umgesetzt. Dabei erfolgt durch den Spannungsteiler 4 eine Teilung von 1:2 und aufgrund des an dem einstellbaren Widerstand 133 eingestellten Offsets eine zusätzliche Anhebung von 0,6 V, wodurch sich die Spannung von 0,9 V ergibt. Diese Teilung und Anhebung ist unabhängig von der Größe des Spannungswertes U₃, so dass beim Anpassungsschritt von dem Spannungswert U₃ zu dem jeweiligen Spannungswert U₇₀ stets eine Multiplikation mit dem Faktor 0,5 und eine nachfolgende Addition des Offsets von 0,6 V vorgenommen wird.
Durch das Einstellmittel 169 ist mittelbar ein erster Schwellwert von 1,80 V in Bezug auf das Eingangssteuersignal vorgegeben. D.h., das Einstellmittel 169 gibt in Bezug auf die Spannung des an dem Verbindungsknoten 70 anliegenden Signals, das an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkerelementes 150 der Schwellwertvorgabeeinrichtung 170 eingegeben wird, eine Sockelspannung von 1,5 V vor. Solange der Spannungswert U₇₀ die Sockelspannung von 1,5 V nicht erreicht, wird an dem Verbindungsknoten 154 stets ein Spannungswert von 1,5 V ausgegeben. In diesem Fall liegt die Spannung zwischen dem Zeitpunkt null und t₄ unterhalb von 1,5 V, so dass sich ein Spannungswert U₁₅₄ von 1,5 V ergibt. Zum Zeitpunkt t₄ wird die Spannung U₃ des Eingangssteuersignals auf 1 V erhöht, so dass sich für die Spannung U₇₀ ein Wert von 1,1 V ergibt. Vom Zeitpunkt t₅ bis zum Zeitpunkt t₆ steigt die Spannung U₃ von 1 V auf 1,4 V an, was in einem Spannungsanstieg der Spannung U₇₀ von 1,1 V bis 1,3 V resultiert. Vom Zeitpunkt t₆ bis t₇ bleibt die Spannung U₃ auf dem Wert von 1,4 V, so dass die Spannung U₇₀ ebenfalls auf 1,3 V verharrt. Vom Zeitpunkt t₇ bis zum Zeitpunkt t₈ steigt die Spannung U₃ von 1,4 V auf 1,8 V an, so dass durch die Anpassung ein Spannungsanstieg der Spannung U₇₀ von 1,3 V auf 1,5 V erfolgt. Zum Zeitpunkt t₈ nimmt daher die Spannung U₇₀ zum erstenmal den Wert von 1,5 V an, da zum Zeitpunkt t₈ die Spannung U₃ des Eingangssteuersignals den ersten Schwellwert von 1,80 V erreicht.
Da die Spannung U₇₀ bis zum Zeitpunkt t₈ kleiner als 1,5 V ist, wird das Signal am Verbindungsknoten 154 mit einer Spannung U₁₅₄ von konstant 1,5 V bis zum Zeitpunkt t₈ ausgegeben. Vom Zeitpunkt t₈ an steigt die Spannung U₈ über den ersten Schwellwert von 1,80 V und erreicht zum Zeitpunkt t₉ eine Spannung von 1,88 V. Dadurch ergibt sich ein Spannungsanstieg der Spannung U₇₀ von 1,5 V zum Zeitpunkt t₈ bis 1,54 V zum Zeitpunkt t₉. Dies resultiert in einer Erhöhung der Spannung U₁₅₄ von 1,5 V zum Zeitpunkt t₈ auf 1,54 V zum Zeitpunkt t₉, da die Spannung U₇₀ für Werte des Eingangssteuersignals oberhalb des ersten Schwellwertes unverändert in Spannungswerte U₁₅₄ umgesetzt wird.
Der aktuelle Spannungswert U₃ des Eingangssteuersignals bleibt vom Zeitpunkt t₉ bis zum Zeitpunkt t₁₀ konstant und steigt dann bis zum Zeitpunkt t₁₁ auf eine Spannung von 3,8 V an. Dies ergibt einen konstanten Signalverlauf vom Zeitpunkt t₉ bis zum Zeitpunkt t₁₀ der Spannung U₇₀ von 1, 54 V und vom Zeitpunkt t₁₀ bis zum Zeitpunkt t₁₁ steigt die Spannung U₇₀ bis auf 2,5 V an. Da die Spannung U₃ des Eingangssteuersignals vom Zeitpunkt t₉ bis zum Zeitpunkt t₁₁ größer als der erste Schwellwert von 1,80 V ist, wird für diesen Zeitraum die Spannung U₇₀ unverändert in die Spannung U₁₅₄ umgesetzt, so dass die Spannung U₁₅₄ vom Zeitpunkt t₉ bis zum Zeitpunkt t₁₀ auf 1,54 V liegt und bis zum Zeitpunkt t₁₁ auf 2,5 V ansteigt.
Der Spannungswert U₁₅₄ an dem Verbindungsknoten 154 gibt den aktuellen Wert des insbesondere durch den Spannungsteiler 4, der den Widerstand 133 umfassenden Einrichtung zum Einstellen eines Offsets, des Verstärkerelementes 123 und die Schwellwertvorgabeeinrichtung 170 angepassten Eingangssignals an. Der Vergleicher 50 der Pulsweiten-Steuereinrichtung 171 steuert in Bezug auf das von dem Bezugssignalgenerator 52 erzeugte Bezugssignal die Pulsweite des Steuersignals, wobei die Pulsweite des Steuersignals auf Grundlage der Dauer vorgegeben wird, während der das Bezugssignal kleiner als das Eingangssignal ist, d.h. während der das Bezugssignal kleiner als der Spannungswert U₁₅₄ des angepassten Eingangssignals ist. Diese Pulsweite PW ist in der 10 als Signalverlauf dargestellt.
Zum Zeitpunkt null wird eine minimale Pulsweite t₁ vorgegeben, die durch die Größe des durch die Schwellwertvorgabeeinrichtung 170 vorgegebenen minimalen Spannungswertes der Spannung U₁₅₄ gegeben ist, wobei sich für die Spannung U₁₅₄ von 1,5 V eine minimale Pulsweite von 16 μs entsprechend einer Pulsweite von 0,2% der maximalen Pulsweite ergeben kann. Da der Spannungswert U₁₅₄ auch für die Zeitpunkte t₄, t₅, t₆, t₇ und t₈ auf 1,5 V, d.h. dem minimalen durch die Schwellwertvorgabeeinrichtung 170 vorgegebenen Spannungswert, liegt, wird für diese Zeitpunkte die minimale Pulsweite t₁ beibehalten. Zum Zeitpunkt t₈ steigt die Spannung U₁₅₄ bis zum Zeitpunkt t₉ an, was zu einem Anstieg der Pulsweite vom Zeitpunkt t₈ bis zum Zeitpunkt t₉ führt.
Vom Zeitpunkt t₉ bis zum Zeitpunkt t₁₀ bleibt die Spannung U₁₅₄ konstant, so dass auch die Pulsweite des ausgegebenen periodischen Signals konstant gehalten wird. Vom Zeitpunkt t₁₀ bis zum Zeitpunkt t₁₁ steigt die Spannung U₁₅₄ an, was einen Anstieg der Pulsweite PW bedingt. Ab dem Zeitpunkt t₁₁ ist die Spannung U₁₅₄ zunächst für einige Zeit konstant, so dass auch die Pulsweite PW konstant bleibt. Der Anstieg der Pulsweite PW in Abhängigkeit von dem Anstieg der Spannung U₁₅₄, z. B. für die Zeitintervalle t₈ bis t₉ bzw. t₁₀ bis t₁₁, hängt auch von dem Verlauf des periodischen Bezugssignals des Bezugssignalgenerators 52 ab. Der in der 10 dargestellte Verlauf der Pulsweite PW ist dabei zumindest im Wesentlichen in Bezug auf ein linear ansteigendes Bezugssignal, wie es in der 3 dargestellt ist, gegeben. Durch Wahl eines Bezugssignals mit abnehmender Steigung, wie es in 4 dargestellt ist, kann ein Signalverlauf der Pulsweite PW erzielt werden, der bei linear ansteigender Spannung U₁₅₄ einen konvexen, d.h. linksgekrümmten, Verlauf hat, um einen progressiven Anstieg der abgegebenen Helligkeit des Leuchtelementes 2 bzw. 2' (2) zu erreichen.
In 11 ist die Spannung U₁₀₂ in Bezug auf die Spannung U₃ bzw. U₇₀ dargestellt. Da der Bereich der Werte des Eingangssteuersignals zum Steuern der Helligkeit von 1 V bis 10 V reicht, ist die am Verbindungsknoten 82 anliegende Referenzspannung durch das Einstellmittel 182 so eingestellt, dass erst ab einem Spannungswert von 1 V an eine positive Spannung U₁₁₂ erzeugt wird. Daher kann durch Wählen eines Spannungswertes von etwas unter 1 V für das Eingangssteuersignal erreicht werden, dass die Steuervorrichtung 1 die Ausgabe eines Steuersignals abschaltet. In Bezug auf das Signal am Verbindungsknoten 70 mit dem Spannungswert U₇₀ beträgt diese Referenzspannung 1,1 V und in Bezug auf das Eingangssteuersignal mit der Spannung U₃ beträgt diese Spannung 1,0 V. Zwischen dem Zeitpunkt t₄ und t₅ ist die Spannung U₃ des Eingangssteuersignals 1 V, so dass sich in Bezug auf die Referenzspannung von 1 V eine Spannungsdifferenz von 0 V ergibt, so dass die Spannung U₁₀₂ gerade noch auf 0 V eingestellt ist. Ab dem Zeitpunkt t₅ steigt die Spannung U₃ über 1 V bis auf die Spannung von 1,4 V zum Zeitpunkt t₆, was einen Spannungsanstieg der Spannung U₁₀₂ von 0 V zum Zeitpunkt t₅ bis auf 2, 2 V bedingt. Im Zeitintervall von t₆ bis t₇ bleibt die Spannung U₃ konstant, so dass auch eine konstante Spannung U₁₀₂ ausgegeben wird. Zum Zeitpunkt t₇ bis zum Zeitpunkt t₈ steigt die Spannung U₃ auf 1,80 V an, was einen Spannungsanstieg der Spannung U₁₀₂ auf 4,4 V zum Zeitpunkt t₈ bedingt. Vom Zeitpunkt t₈ bis zum Zeitpunkt t₉ steigt die Spannung U₃ von 1,80 V auf 1,88 V an, was zu einem Anstieg der Spannung U₁₀₂ von 4,4 V auf 4,88 V führt. Zum Zeitpunkt t₉ bis zum Zeitpunkt t₁₀ ist die Spannung U₃ des Eingangssteuersignals konstant, so dass auch die Spannung U₁₀₂ konstant ist. Vom Zeitpunkt t₁₀ bis zum Zeitpunkt t₁₁ steigt die Spannung U₃ von 1,88 V auf 3,8 V an, was einen Anstieg der Spannung U₁₀₂ von 4,88 V auf 6,5 V bedingt, wobei die Spannung von 6,5 V eine maximale Spannung darstellt, die von der Amplituden-Steuereinrichtung 106 am Verbindungsknoten 102 erzeugt wird. Durch das Einstellmittel 182 und den Verstärkungsfaktor für das Verstärkerelement 75 wird ein zweiter Schwellwert vorgegeben, ab dem eine maximale Spannung für das Verstärkungselement 175 ausgegeben wird, ab der das Steuersignal, das zwischen den Anschlusskontakten 62 und 64 anliegt, eine maximale Amplitude, beispielsweise von 24 V, hat. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist dieser Schwellwert in Bezug auf das Eingangssteuersignal auf 1,88 V eingestellt. Das Eingangssteuersignal erreicht zum Zeitpunkt t₉ einen Spannungswert U₃ von 1,88 V und behält diesen bis zum Zeitpunkt t₁₀ bei. Wie der 12 zu entnehmen ist, erreicht die Amplitude U_A des Steuersignals zum Zeitpunkt t₉ den maximalen Wert von 24 V. Dieser Wert wird bis zum Zeitpunkt t₁₀ beibehalten und mit steigender Spannung darüber hinaus auch bis über den Zeitpunkt t₁₁. Vom Zeitpunkt null bis zum Zeitpunkt t₉ folgt die Amplitude U_A des Steuersignals der Spannung U₁₀₂, wobei ein Verstärkungsfaktor von 4,9 des Verstärkungselementes 175 und des Leistungsverstärkers 55 in diesem Ausführungsbeispiel zugrunde gelegt ist. Dieser Verstärkungsfaktor ergibt sich aus dem Wert der Widerstände 185 und 189 aus der Summe der Widerstände der Widerstände 185 und 189 und Teilen dieser Summe durch den Wert des Widerstandes 189. Konkret gesagt in diesem Ausführungsbeispiel zu V = (4,7 kOhm + 1,2 kOhm)/1,2 kOhm = 4,9.
13 zeigt einen Bezugssignalgenerator 52 der Steuervorrichtung 1 gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Der Bezugssignalgenerator 52 umfasst einen Rechtecksignalgenerator 210, der ein periodisches Rechtecksignal mit der Periodenlänge T des zu erzeugenden Bezugssignals erzeugt. Der Rechtecksignalgenerator 210 ist mittels einer Leitung 211 und einer Leitung 212 mit einem Anschlusskontakt 213 verbunden, wobei die Leitungen 211 und 212 an dem Verbindungskontakt 214 miteinander verbunden sind. Außerdem ist der Rechtecksignalgenerator 210 mittels einer Leitung 215 und einer Leitung 216 mit einem Anschlusskontakt 217 verbunden, wobei die Leitungen 215 und 216 an dem Verbindungskontakt 218 miteinander verbunden sind.
Ein Kondensator 219 ist einerseits durch eine an einem Verbindungskontakt 220 mit der Leitung 212 verbundene Leitung 221 mittelbar mit dem Rechtecksignalgenerator 210 verbunden. Andererseits ist der Kondensator 219 mit einer Leitung 222 verbunden, die an einem Verbindungskontakt 223 mit einer Leitung 224 verbunden ist.
Ein elektronisches Bauteil 225 ist einerseits mit der Leitung 216 und andererseits mit der Leitung 224 verbunden. Parallel zu dem elektronischen Bauteil 225 ist eine als Halbleiterdiode ausgebildete Diode 226 geschaltet, die einerseits an dem Verbindungskontakt 227 mittels einer Leitung 228 an der Leitung 224 angeschlossen ist und andererseits an einem Verbindungskontakt 229 mittels einer Leitung 230 an der Leitung 216 angeschlossen ist. Dabei ist die Diode 226 von der Leitung 224 zur Leitung 216 hin in Durchlassrichtung geschaltet. Die Diode 226 dient zum Entladen des Kondensators 219 während des Niederpegelsignalanteils des von dem Rechtecksignalgenerator 210 erzeugten Signals. Dabei hat der Niederpegelsignalanteil des Rechtecksignals verglichen mit dem Hochpegelsignalanteil einen geringen Anteil an der Periodenlänge T, wobei durch die Diode 226 eine rasche Entladung sichergestellt ist.
Das elektronische Bauteil 225 kann als Widerstand ausgebildet sein. Falls ein Schalter 240 geöffnet ist, dann wird während des Hochpegelteils des von dem Rechtecksignalgenerator 210 erzeugten Signals nur der Kondensator 219 über das als Widerstand ausgebildete elektronische Bauteil 225 geladen, so dass sich ein logarithmisch ansteigender Signalverlauf an den Anschlusskontakten 217, 213 ergibt, der beim Auftreten des Niederpegelanteils des von dem Rechtecksignalgenerator 210 erzeugten Signals mit steiler Flanke abfällt. Der sich ergebende Signalverlauf entspricht daher dem in 4 dargestellten Verlauf.
Das elektronische Bauteil 225 kann allerdings auch als Konstantstrombegrenzer ausgebildet sein, so dass der Kondensator 219 während des Hochpegelanteils des von dem Rechtecksignalgenerator 210 erzeugten Signals mit einem konstanten Strom geladen wird. Vorausgesetzt, dass der Schalter 240 geöffnet ist, ergibt sich dann ein linearer Anstieg des zwischen den Anschlusskontakten 217 und 213 gemessenen Signals, wobei aufgrund des Niederpegelabschnittes des Signals durch die Entladung über die Diode 226 des Kondensators 219 ein steiler Flankenabfall erzeugt wird. Das sich ergebende Signal hat daher einen Signalverlauf, der dem in der 3 dargestellten Signalverlauf entspricht.
Außerdem weist der Bezugssignalgenerator 52 einen weiteren Zweig auf, der über den Schalter 240 zugeschaltet werden kann. Eine Leitung 241 ist an einem Verbindungskontakt 242 mit der Leitung 224 verbunden. Außerdem ist der Schalter 240 einerseits mit der Leitung 212 und andererseits mit einer Leitung 243 verbunden. Die Leitung 243 verbindet außerdem den Schalter 240 mit einem Kondensator 244, der andererseits über eine Leitung 245 an einem Verbindungskontakt 246 mit einer Leitung 247 verbunden ist. Eine Diode 250 ist einerseits mit der Leitung 247 und andererseits mit der Leitung 241 verbunden, wobei die Diode 250 von dem Kondensator 244 zu dem Verbindungsknoten 242 hin in Durchlassrichtung geschaltet ist. Außerdem ist eine Diode 251 vorgesehen, die einerseits mit der Leitung 241 und andererseits mit der Leitung 247 verbunden ist, wobei die Diode 251 von dem Verbindungsknoten 242 zu dem Kondensator 244 hin in Durchlassrichtung geschaltet ist.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass der Schalter 240 geschlossen ist. Beim Laden des Kondensators 219 wird ab einem gewissen Zeitpunkt die Schwellspannung U_D der Diode 251 erreicht, wodurch auch der Kondensator 244 geladen wird. Dies entspricht einer Parallelschaltung der Kondensatoren 219 und 244, so dass sich der Anstieg der Spannung des an den Anschlusskontakten 217 und 213 anliegenden Signals verringert. Beim Auftreten des Niederpegelanteils des von dem Rechtecksignalgenerator 210 erzeugten Signals erfolgt die Entladung des Kondensators 244 über die Diode 250.
Für den Fall, dass das elektronische Bauteil 225 als Widerstand ausgebildet ist, ergibt sich ein zweistufiger, logarithmischer Anstieg des von dem Bezugssignalgenerator 52 erzeugten Bezugssignals. Dieser Anstieg ist in der 15 dargestellt.
Für den Fall, dass das elektronische Bauteil 225 als Konstantstrombegrenzer ausgebildet ist, ergibt sich ein zweistufiger, linearer Anstieg des von dem Bezugssignalgenerator 52 erzeugten Bezugssignals, wie es in der 14 dargestellt ist.
14 zeigt den Signalverlauf eines Bezugssignals, das von dem Bezugssignalgenerator 52 des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung für den Fall erzeugt wird, dass das elektronische Bauteil 225 als Konstantstrombegrenzer ausgebildet ist. Dabei ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Spannung des erzeugten Bezugssignals angetragen. Zum Zeitpunkt null hat das Bezugssignal einen minimalen Spannungspegel U₀, der beispielsweise durch einen Offset eingestellt werden kann. Vom Zeitpunkt U₀ bis zum Zeitpunkt t₂₀ steigt die Spannung des Bezugssignals linear an, wobei der Kondensator 219 des Bezugssignalgenerators 52 geladen wird. Zum Zeitpunkt t₂₀ erreicht die Spannung des Bezugssignals die Schwellspannung U_D der Diode 251, so dass neben dem Kondensator 219 auch der Kondensator 244 geladen wird. Vom Zeitpunkt t₂₀ bis zum Ende der Periodenlänge T werden daher sowohl der Kondensator 219 als auch der Kondensator 244 geladen, wodurch sich ein schwächerer Anstieg des Bezugssignals ergibt. Am Ende der Periodendauer T erreicht das Bezugssignal eine maximale Spannung U₁. Kurz danach beginnt der Niederpegelanteil des von dem Rechtecksignalgenerator 210 erzeugten Signals, so dass sich ein steiler Abfall des Bezugssignals ergibt und das Bezugssignal wiederum die Anfangsspannung U₀ annimmt. Vom Zeitpunkt T bis zum Zeitpunkt 2T schließt sich die nächste Periode des Bezugssignals an, wobei zum Zeitpunkt T + t₂₀ ein Knick im Signalverlauf auftritt, der dem Knick zum Zeitpunkt t₂₀ entspricht. Insbesondere durch die Wahl der speziellen Ausführungsform Kondensatoren 219 und 244 ist es jedoch möglich, dass der Knick zum Zeitpunkt t₂₀ bzw. T + t₂₀ geglättet wird.
15 zeigt den Signalverlauf des von dem Bezugssignalgenerator 52 des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung erzeugten Bezugssignals für den Fall, dass das elektronische Bauteil 225 als Widerstand ausgebildet ist. Dabei ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Spannung des Bezugssignals angetragen.
Zum Zeitpunkt null steigt der Signalverlauf des Bezugssignals von der minimalen Spannung U₀ bis zum Zeitpunkt t₂₁ zumindest im Wesentlichen logarithmisch an. Dabei erreicht die Spannung des Bezugssignals zum Zeitpunkt t₂₁ die Schwellwertspannung U_D der Diode. Die unterbrochen gezeichnete Linie 260 gibt an, wie sich der Signalverlauf nach dem Zeitpunkt t₂₁ fortsetzt, wenn der Schalter 240 des Bezugssignalgenerators 52 geöffnet ist. Bei geschlossenem Schalter 240 ergibt sich jedoch der durchgezogen gezeichnete Signalverlauf in Form eines vom Zeitpunkt t₂₁ bis zum Zeitpunkt T ebenfalls logarithmisch, aber schwächer ansteigenden Verlaufs bis zur maximalen Spannung U₁' des Bezugssignals. Zum Zeitpunkt T wird diese maximale Spannung U₁' erreicht. Kurz nach Erreichen der maximalen Spannung U₁' ergibt sich ein steiler Flankenabfall des Bezugssignals auf den minimalen Wert U₀. Dann schließt sich eine weitere Periode des Bezugssignals an, wobei zum Zeitpunkt T + t₂₁ ebenfalls ein Übergang im Signalverlauf stattfindet.
Wie es die unterbrochen dargestellte Linie 260 zeigt, wird bei geöffnetem Schalter 240 die maximale Spannung U₁' bereits zum Zeitpunkt t₂₂ erreicht. Der Zeitpunkt t₂₂ ist dabei deutlich kleiner als die Periodenlänge T. Somit ist in diesem Fall die Periodenlänge T des Rechtecksignalgenerators 210 auf die Zeit t₂₂ zu verkürzen bzw. ein Kondensator 219 mit größerer Kapazität zu verwenden.
In Bezug auf ein kontinuierlich ansteigendes Eingangssteuersignal hat der in den 14 und 15 dargestellte zweistufige Signalverlauf jedoch den Vorteil, dass bis zum Zeitpunkt t₂₀ bzw. t₂₁ eine langsamere Zunahme der Pulsweite des Steuersignals als vom Zeitpunkt t₂₀ bis zum Zeitpunkt T bzw. t₂₁ bis zum Zeitpunkt T erreicht wird. Somit wird im Anfangsbereich eine langsamere Zunahme der abgegebenen Leuchtenergie des Leuchtelementes 2 bzw. 2' erreicht, so dass eine gleichmäßige Helligkeitszunahme für das menschliche Auge erreicht werden kann. Somit ist durch den Bezugssignalgenerator 52 gemäß des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung eine weitere Anpassung im Hinblick auf die Helligkeit der Leuchtelemente 2, 2' möglich, so dass sich für das menschliche Auge der Eindruck einer kontinuierlichen Helligkeitsänderung erreichen lässt.
Obwohl der Bezugssignalgenerator 52 ein zweistufiges Bezugssignal erzeugt, ist es nahe liegend, dass auch ein mehrstufiges Bezugssignal mit mehr als zwei Stufen, insbesondere ein dreistufiges Bezugssignal, erzeugt wird, indem weitere parallel zu den Kondensatoren 219, 244 geschaltete Kondensatoren mit entsprechend geschalteten Dioden 250, 251 vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein weiterer Zweig zur Erzeugung eines dreistufigen Signalverlaufs vorgesehen werden, bei dem die Schwellwertspannung einer der Diode 251 entsprechenden Diode größer als die Schwellwertspannung U_D der Diode 251 gewählt ist. Natürlich ist es auch möglich, zwei der Diode 251 entsprechende Dioden in Reihe zu schalten oder auf andere Weise eine Anpassung vorzunehmen.
Außerdem ist es auch möglich, dass das elektronische Bauteil 225 sowohl einen Widerstand als auch einen Konstantstrombegrenzer enthält und zwischen einer Widerstandsfunktion und einer Konstantstrombegrenzungs-Funktion umschaltet. Auf diese Weise lässt sich ein Signalverlauf erreichen, der im ersten Abschnitt linear und im zweiten Abschnitt logarithmisch ist bzw. im ersten Abschnitt logarithmisch und im zweiten Abschnitt linear ist. Entsprechend können auch bei mehr als zwei Stufen, insbesondere bei einem dreistufigen Signalverlauf, die einzelnen Abschnitte jeweils linear oder logarithmisch verlaufen. Hierzu kann die aus dem elektronischen Bauteil 225 und der Diode 226 bestehende Einheit auch direkt in den jeweiligen Zweig geschaltet werden, z.B. in die Leitung 222 bzw. 221 oder in die Leitung 224 zwischen dem Verbindungsknoten 223 und 242 bzw. die Leitung 245 bzw. die Leitung 243.
Die Steuervorrichtung 1 hat insbesondere den Vorteil, dass ein großer pulsweitenmodulierter Bereich zur Steuerung des Leuchtelementes 2, zum Beispiel von 0,1% bis 100%, erreicht werden kann. In diesem Bereich besteht keine Abhängigkeit von der Schwellwertspannung des Leuchtelementes. Bei einer mehrkanaligen Anwendung der Steuervorrichtung 1 kann außerdem ein gleichmäßiger Parallellauf mit geringen Einflüssen hinsichtlich der Bauteilstreuungen erzielt werden, so dass sich auch in der Serienfertigung eine gute Reproduzierbarkeit ergibt. Dadurch ergeben sich auch besonders geringe Unterschiede in den Anfangswerten beim "Einschalten" der Leuchtelemente.
Außerdem kann die Steuervorrichtung 1 kostengünstig hergestellt werden, da in Bezug auf den Bezugssignalgenerator 52 und das damit erzeugte Bezugssignal keine besondere Anpassung des Bezugssignals erforderlich ist, das heißt insbesondere keine Referenzspannungsquelle erforderlich ist. Außerdem kann die Flankensteilheit des ausgegebenen Steuersignals unabhängig von der Amplituden- beziehungsweise Pulsweitenmodulation vorgegeben werden. Dadurch kann das Steuersignal im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit und die Beanspruchung der beteiligten Bauteile unabhängig von der Modulation optimiert werden.
Ferner ist im Rahmen der Erfindung eine vorteilhafte Beeinflussung der Anfangssteilheit der Leistungskennlinie beziehungsweise der Lichtkurve des Leuchtelementes möglich. Die Anfangssteilheit kann dabei in dem Bereich betrachtet werden, in dem eine Zunahme der Amplitude erfolgt und gleichzeitig die Pulsweite konstant gehalten ist. Der Begriff der Anfangssteilheit kann dann als Quotient der minimalen Pulsweite und der Spannungsdifferenz, die sich aus dem Anfangsspannungswert für den Beginn der Pulsweitenmodulation, das ist der erste Schwellwert, und dem Spannungswert, bei dem gerade noch ein Nullsignal für das ausgegebene Steuersignal erreicht wird, ergibt, definiert werden. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das anhand der 2 erläutert ist, ist der Spannungswert für das Nullsignal 1,0 V und der erste Schwellwert ist auf 1,8 V eingestellt, so dass die oben genannte Spannungsdifferenz gleich 0,8 V ist. Die minimale Pulsweite ist 0,2% = 0,002. Aus diesen Werten ergibt sich somit eine Anfangssteilheit von 0,2%/0,8 V = 0,25 %/V bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist übrigens eine Pulsweite von 0,002 der maximalen Pulsweite für sich betrachtet vergleichbar mit einer Auflösung von 1:500.
Die Anfangssteilheit kann daher so vorgegeben werden, dass ein Wert erreicht wird, der erheblich kleiner als 13 %/V ist. Es sind allerdings auch Werte kleiner 0,25 %/V möglich.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist außerdem, dass in einfacher Weise eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsspannungen, zum Beispiel 12 V, 24 V und 48 V, erfolgen kann.
Der erste Schwellwert und/oder der zweite Schwellwert sind nicht notwendigerweise exakte Werte. Insbesondere kann es in der Serienfertigung aufgrund von Bauteilschwankungen bei ansonsten gleichen Einstellungen zu einer gewissen Schwankung dieser Werte kommen.
Außerdem kann auch bei einer einzelnen Steuervorrichtung, insbesondere aufgrund von Temperaturschwankungen oder wegen einer Bauteilalterung, eine Variation dieser Werte während des Betriebs der Steuervorrichtung auftreten. Durch den Einsatz von elektronisch geregelten Widerständen 133 und 179 können derartige Schwankungen bzw. Änderungen zumindest teilweise kompensiert werden.
Ferner kann auch der "Schaltpunkt" beim Aufwärtsdimmen von dem "Schaltpunkt" beim Abwärtsdimmen etwas abweichen, beispielsweise aufgrund von Kapazitäten oder wegen der charakteristischen Eigenschaften der beteiligten Verstärkerelemente.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann das von der Steuervorrichtung 1 ausgegebene Steuersignal auch in ein Ausgangsstromsignal umgesetzt werden. Dadurch eignet sich die Steuervorrichtung 1 auch als Stromsteuervorrichtung.

Claims

Steuervorrichtung (1) zur Steuerung zumindest eines Leuchtelementes (2) mittels eines Steuersignals in Abhängigkeit von einem Eingangssteuersignal mit einer Pulsweiten-Steuereinrichtung (171), die die Pulsweite des Steuersignals steuert, und einer Amplituden-Steuereinrichtung (106), die die Amplitude des Steuersignals steuert, wobei die Pulsweiten-Steuereinrichtung (171) für einen Wert des Eingangssteuersignals, der unterhalb eines ersten Schwellwertes liegt, die Pulsweite des Steuersignals auf einer konstanten minimalen Pulsweite (t₁) hält, wobei die Pulsweiten-Steuereinrichtung (171) für einen Wert des Eingangssteuersignals, der oberhalb des ersten Schwellwertes liegt, die Pulsweite des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals steuert, wobei die Amplituden-Steuereinrichtung (106) für einen Wert des Eingangssteuersignals, der unterhalb eines zweiten Schwellwertes liegt, die Amplitude des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals steuert und wobei der erste Schwellwert kleiner als der zweite Schwellwert ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden-Steuereinrichtung (106) für einen Wert des Eingangssteuersignals, der oberhalb des zweiten Schwellwertes liegt, die Amplitude des Steuersignals auf einem konstanten maximalen Wert hält.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwellwertvorgabeeinrichtung (43; 170) vorgesehen ist, die zumindest mittelbar den ersten Schwellwert vorgibt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwertvorgabeeinrichtung (170) ein Einstellmittel (169), insbesondere einen einstellbaren Widerstand (167), umfasst, wobei das Einstellmittel (169) eine Einstellung des ersten Schwellwertes ermöglicht.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden-Steuereinrichtung (106) ein Verstärkerelement (75) aufweist, dass das Verstärkerelement (75) einerseits zumindest mittelbar von dem Eingangssteuersignal und andererseits von einer Schwellwertvorgabeeinrichtung (104), die zumindest mittelbar den zweiten Schwellwert vorgibt, angesteuert ist, und dass das Verstärkerelement (75) einen Pegel ausgibt, dessen Wert von dem Wert des Eingangssteuersignals abhängt, falls der Wert des Eingangssteuersignals kleiner als der zweite Schwellwert ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkerelement (75) einen zumindest konstanten maximalen Pegel ausgibt, falls der Wert des Eingangssteuersignals größer als der zweite Schwellwert ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwertvorgabeeinrichtung (104), die zumindest mittelbar den zweiten Schwellwert vorgibt, ein Einstellmittel (179), insbesondere einen einstellbarer Widerstand (179), umfasst, wobei der zweite Schwellwert durch das Einstellmittel (182) einstellbar ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bezugssignalgenerator (52) vorgesehen ist, der ein zumindest abschnittsweise periodisches Bezugssignal erzeugt, dass die Pulsweiten-Steuereinrichtung (171) die Pulsweite des Steuersignals auf Grundlage der Dauer vorgibt, während der das Bezugssignal kleiner als das gegebenenfalls angepasste Eingangssteuersignal ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssteuersignal derart angepasst ist, dass die Werte des Eingangssteuersignals aus dem Bereich des Eingangssteuersignals, der kleiner als der erste Schwellwert ist, in Bezug auf das Bezugssignal auf einen Eingangssteuersignal-Sockelwert angehoben sind, um die Dauer der minimalen Pulsweite (t₁) vorzugeben.
Steuervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugssignalgenerator (52) in einem ersten Abschnitt der Periodendauer eine erste Signalform des Bezugssignals vorgibt und in zumindest einem zweiten Abschnitt der Periodendauer eine zweite Signalform des Bezugssignals vorgibt, und dass die erste Signalform einen steileren Verlauf des Bezugssignals bedingt als die zweite Signalform.
Steuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der ersten Signalform zu der zweiten Signalform geglättet ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugssignalgenerator (52) die erste Signalform Geradenstück-förmig vorgibt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugssignalgenerator (52) die zweite Signalform als Teil einer logarithmisch verlaufenden Kurve vorgibt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkerelement (55, 175) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von dem durch die Pulsweiten-Steuereinrichtung (171) und die Amplituden-Steuereinrichtung (106) erzeugten Steuersignal ein verstärktes Steuersignal erzeugt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (183) vorgesehen ist, dass die Regeleinrichtung (183) die an dem Leuchtelement (2) anliegende Arbeitsspannung abgreift und dass die Regeleinrichtung (183) die Amplitude des verstärkten Steuersignals in Abhängigkeit von der abgegriffenen Arbeitsspannung regelt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwert etwas kleiner als der zweite Schwellwert ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsweiten-Steuereinrichtung (171) für einen Wert des Eingangssteuersignals, der oberhalb des ersten Schwellwertes liegt, die Pulsweite des Steuersignals in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Wert des Eingangssteuersignals und des ersten Schwellwertes steuert.
Steuerverfahren zum Ansteuern zumindest eines Leuchtelementes (2) mit folgenden Schritten: – Umsetzen eines Eingangssteuersignals in ein Steuersignal, wobei das Steuersignal unterhalb eines ersten Schwellwertes des Eingangssteuersignals mit konstanter minimaler Pulsweite (t₁) ausgegeben wird und wobei das Steuersignal oberhalb des ersten Schwellwertes des Eingangssteuersignals in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals pulsweitenmoduliert ausgegeben wird, und – Steuern der Amplitude des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals, wobei die Amplitude des Steuersignals unterhalb eines zweiten Schwellwertes in Abhängigkeit von dem Wert des Eingangssteuersignals moduliert wird und der erste Schwellwert kleiner als der zweite Schwellwert ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Steuersignals oberhalb des zweiten Schwellwertes auf eine konstante maximale Amplitude eingestellt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Erzeugen eines zumindest abschnittsweise periodischen Bezugssignals, – Vergleichen des Bezugssignals mit dem Eingangssteuersignal und – Bestimmen der Pulsweite des Steuersignals auf Grundlage des Vergleichs, wobei die Pulsweite bestimmt wird durch die Dauer, während der das Bezugssignal kleiner als das gegebenenfalls angepasste Eingangssteuersignal ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt: Anpassen des Eingangssteuersignals vor der Umsetzung in das Steuersignal, wobei Werte des Eingangssteuersignals unterhalb des ersten Schwellwertes in Bezug auf das Bezugssignal auf einen vorgegebenen Eingangssteuersignal-Sockelwert angehoben werden.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt: Leistungsverstärkung des Steuersignals zur Erzeugung eines zur Beaufschlagung des Leuchtelementes dienenden leistungsverstärkten Steuersignals.
Steuerverfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Erfassen der Arbeitsspannung des Leuchtelementes und – Regelung der Amplitude des leistungsverstärkten Steuersignals in Abhängigkeit von der erfassten Arbeitsspannung.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwert etwas kleiner als der zweite Schwellwert ist.