DE102005042082A1 - Circuit arrangement e.g. for motor vehicle dashboard, has measuring device coupled to LED for measurement of ambience brightness - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit Leuchtdiode, deren Verwendung sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Leuchtdiode.The The present invention relates to a circuit arrangement with a light-emitting diode, their use and a method of controlling a light emitting diode.
Leuchtdioden werden auch als LED, Light-Emitting-Diode bezeichnet. Solche LED können kostengünstig in integrierter Halbleiter-Schaltungstechnik hergestellt werden und zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass eine verhältnismäßig große Lichtausbeute mit hohem Wirkungsgrad und bei geringen Abmessungen möglich ist. Darüber hinaus sind Leuchtdioden oft langlebiger als Glühlampen.LEDs are also referred to as LED, light-emitting diode. Such LED can economical be produced in integrated semiconductor circuit technology and are characterized inter alia by the fact that a relatively large light output with high efficiency and small dimensions is possible. Furthermore LEDs are often more durable than incandescent lamps.
Es kann wünschenswert sein, die Helligkeit einer Leuchtdiode zu steuern. Dies ist beispielsweise bei der Beleuchtung von Armaturen oder Armaturentafeln in Kraftfahrzeugen der Fall. Diese Beleuchtung wird normalerweise manuell vom Fahrer durch Betätigen eines Potentiometers oder einer ähnlichen Einrichtung zum Dimmen nach den gewünschten persönlichen Bedürfnissen, aber auch nach der Umgebungshelligkeit eingestellt.It may be desirable be to control the brightness of a light emitting diode. This is for example the lighting of fittings or dashboards in motor vehicles the case. This lighting is normally manual by the driver by pressing a potentiometer or similar Device for dimming according to the desired personal needs, but also adjusted according to the ambient brightness.
Die Helligkeitssteuerung einer Leuchtdiode kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Höhe des Stroms durch die Leuchtdiode gesteuert wird.The Brightness control of a light-emitting diode can be achieved, for example done that the height of the Current is controlled by the LED.
In
dem Dokument
Soll die Leuchtdiode nicht wie oben beschrieben manuell, sondern automatisch in ihrer Helligkeit gesteuert werden, so könnte ein lichtempfindliches Bauteil wie beispielsweise ein Fotowiderstand vorgesehen werden, um die Umgebungshelligkeit zu erfassen und in Abhängigkeit davon die Leuchtdiode in ihrer Helligkeit zu steuern.Should the LED is not manual as described above, but automatic controlled in their brightness, so could be a photosensitive component such as a photoresistor are provided to the Ambient brightness to detect and depending on the light emitting diode in their brightness control.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung mit Leuchtdiode sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Leuchtdiode anzugeben, die eine automatische Steuerung der Helligkeit der Leuchtdiode bei verringertem Aufwand ermöglichen.task The present invention is a circuit arrangement with Light-emitting diode and a method for controlling a light-emitting diode specify the automatic control of the brightness of the LED allow at reduced cost.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich der Schaltungsanordnung durch eine Schaltungsanordnung mit Leuchtdiode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention Task regarding the circuit arrangement by a circuit arrangement with light emitting diode solved with the features of claim 1.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung einer Leuchtdiode mit den Schritten gemäß Patentanspruch 18 gelöst.Regarding the The object is achieved by a method for controlling a process Light-emitting diode with the steps according to claim 18 solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Prinzips sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.advantageous Further developments and refinements of the proposed principle are each subject of the dependent Claims.
Nach dem vorgeschlagenen Prinzip sind zwei Betriebsarten der Leuchtdiode vorgesehen, nämlich eine Normalbetriebsart und eine Messbetriebsart. In der Normalbetriebsart wird die Leuchtdiode von einer Versorgungsquelle mit einer Versorgungsspannung oder einem Versorgungsstrom versorgt, derart, dass sie Licht im sichtbaren oder auch im nichtsichtbaren Bereich emittiert. In der Messbetriebsart hingegen ist die Leuchtdiode mit einer Messeinrichtung gekoppelt, derart, dass eine Messung der Umgebungshelligkeit mit der als Detektor arbeitenden Leuchtdiode erfolgt.To the proposed principle are two modes of operation of the light emitting diode provided, namely a normal mode and a measurement mode. In normal mode becomes the LED from a supply source with a supply voltage or supplying a supply current such that they emit light in the visible or even in the non-visible area emitted. In the Measuring mode, however, is the LED with a measuring device coupled, such that a measurement of the ambient brightness with the working as a detector LED takes place.
Es wird der physikalische Effekt ausgenutzt, dass jede Leuchtdiode, wenn sie nicht aktiv angesteuert wird, als Fotodiode, demnach als lichtempfindliches Bauteil arbeitet.It the physical effect is exploited, that every light-emitting diode, if it is not actively driven, as a photodiode, therefore as photosensitive component works.
Obwohl die Effizienz einer solchen Leuchtdiode im Mess- oder Detektorbetrieb geringer ist als bei einer speziell zum Durchführen einer Lichtmessung vorgesehenen Fotodiode oder eines Fotowiderstands, genügt der physikalische Effekt dennoch, um das Ziel zu erreichen, nämlich ein Maß für die Umgebungshelligkeit zu gewinnen.Even though the efficiency of such a light emitting diode in measuring or detector operation is less than a specially provided for performing a light measurement Photodiode or a photoresistor, the physical effect is sufficient nevertheless, to achieve the goal, namely a measure of the ambient brightness to win.
Somit kann mit Vorteil auf zusätzliche lichtempfindliche Bauteile wie Fotodioden oder Fotowiderstände verzichtet werden. Insgesamt ist somit die Helligkeitssteuerung in automatischer Weise in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit nach dem vorgeschlagenen Prinzip möglich, ohne ein dediziertes lichtempfindliches Bauteil als Detektor für die Umgebungshelligkeit vorsehen zu müssen.Consequently can with advantage on additional omitted photosensitive components such as photodiodes or photoresistors become. Overall, the brightness control is thus automatic Way depending possible from the ambient brightness according to the proposed principle, without a dedicated photosensitive component as an ambient brightness detector to have to provide.
Die Lichtempfindlichkeit der Leuchtdiode hängt von der Farbe der Leuchtdiode, also von der Farbtemperatur ihres emittierten Lichts in der Normalbetriebsart, ab.The Photosensitivity of the LED depends on the color of the LED, that is, the color temperature of their emitted light in the normal mode, from.
Bevorzugt ist die Messeinrichtung über eine Steuerleitung mit der Versorgungsquelle gekoppelt zur Steuerung der Helligkeit der Leuchtdiode in der Normalbetriebsart in Abhängigkeit von der gemessenen Umgebungshelligkeit in der Messbetriebsart.Preferably, the measuring device is coupled via a control line to the supply source for controlling the brightness of the light-emitting diode in the Normal operating mode as a function of the measured ambient brightness in the measuring mode.
Hierbei wird bevorzugt die Helligkeit durch Steuern der Höhe einer Versorgungsspannung oder eines Versorgungsstroms der Versorgungsquelle gesteuert.in this connection The brightness is preferred by controlling the height of a Supply voltage or a supply current of the supply source controlled.
Alternativ oder zusätzlich können zusätzliche Steuermittel wie beispielsweise steuerbare Widerstände oder Transistoren in einen Strompfad der Stromquelle und der Leuchtdiode geschaltet sein.alternative or additionally can additional tax funds such as controllable resistors or transistors in one Current path of the power source and the LED must be switched.
Beispielsweise bei gepulstem Betrieb der Leuchtdiode in der Normalbetriebsart kann es vorteilhaft sein, dass die Steuerleitung die Messeinrichtung nicht mit der Versorgungsquelle unmittelbar koppelt, sondern vielmehr mit einem in Serie zur Versorgungsquelle geschalteten Schalter oder einem anderen Eingang zum Aktivieren oder Deaktivieren der Versorgungsquelle.For example in pulsed operation of the LED in the normal mode can it may be advantageous that the control line is not the measuring device coupled directly with the supply source, but rather with a switch connected in series with the supply source or another input for activating or deactivating the supply source.
Bevorzugt ist ein Multiplexer vorgesehen, der einerseits mit der Leuchtdiode fest verbunden ist und diese andererseits umschaltbar mit der Messeinrichtung oder mit der Versorgungsquelle koppelt. Somit ist die Leuchtdiode in der Normalbetriebsart zu ihrer Versorgung mit der Versorgungsquelle verbunden und bevorzugt in dieser Betriebsart von der Messeinrichtung getrennt. In der Messbetriebsart hingegen ist mit Vorteil die Leuchtdiode mit der Messeinrichtung verbunden und in dieser Betriebsart bevorzugt von der Versorgungsquelle getrennt.Prefers a multiplexer is provided, on the one hand with the light emitting diode is firmly connected and this other, switchable with the measuring device or coupled to the supply source. Thus, the light emitting diode in the normal mode for its supply with the supply source connected and preferably in this mode of the measuring device separated. In contrast, in the measuring mode, the light-emitting diode is advantageous connected to the measuring device and preferred in this mode of the supply source disconnected.
Alternativ kann die Versorgungsquelle dauerhaft mit der Leuchtdiode verbunden sein, ist aber so ausgelegt und/oder angesteuert, dass sie in der Messbetriebsart keinen Strom liefert.alternative the supply source can be permanently connected to the light emitting diode but is designed and / or driven so that they in the measuring mode no power supplies.
Ebenso kann die Messeinrichtung fest mit der Leuchtdiode verbunden sein und ist dabei so ausgelegt und/oder angesteuert, dass nur in der Messbetriebsart eine Messung und/oder Auswertung erfolgt.As well the measuring device can be firmly connected to the light emitting diode and is designed and / or controlled so that only in the Measuring mode, a measurement and / or evaluation takes place.
Bevorzugt ist eine Steuereinrichtung vorgesehen mit einem Eingang, der mit der Messeinrichtung verbunden ist, mit einem ersten Ausgang, der mit der Versorgungsquelle gekoppelt ist zur Steuerung der Helligkeit der Leuchtdiode und mit einem zweiten Ausgang, der an einen Steuereingang des Multiplexers angeschlossen ist zum Umschalten zwischen Normalbetriebsart und Messbetriebsart.Prefers a control device is provided with an input with the measuring device is connected, with a first output, with the supply source is coupled to control the brightness the LED and a second output connected to a control input of the multiplexer is connected for switching between normal mode and measuring mode.
Alternativ können auch unterschiedliche Steuermittel vorgesehen sein, von denen eines in Abhängigkeit des gemessenen Umgebungslichts die Versorgungsquelle und/oder einen von der Versorgungsquelle bereitgestellten Versorgungsstrom oder eine Versorgungsspannung steuern, und ein anderes Steuermittel, welches beispielsweise in Abhängigkeit von einem extern vorgegebenen periodischen Taktsignal die Umschaltung zwischen Normalbetriebsart und Messbetriebsart bewirkt.alternative can also be provided different control means, one of which dependent on the measured ambient light, the supply source and / or a supplied from the supply source supply current or a Control supply voltage, and another control means, which for example, depending on an externally specified periodic clock signal switching between normal mode and measuring mode causes.
Bei gepulstem Betrieb der Leuchtdiode in der Normalbetriebsart ist die Bereitstellung einer gemeinsamen Steuereinrichtung jedoch deswegen besonders vorteilhaft, da somit eine Synchronisation der Umschaltung zwischen Normalbetriebsart und der Messbetriebsart einerseits und der Steuerpulse für den gepulsten Betrieb der Leuchtdiode in der Normalbetriebsart andererseits möglich ist.at pulsed operation of the light emitting diode in the normal mode is the However, providing a common control device therefore particularly advantageous, since thus a synchronization of the switching between normal mode and measuring mode on the one hand and the control pulses for the pulsed operation of the light emitting diode in the normal mode on the other hand possible is.
Der Multiplexer umfasst bevorzugt zumindest einen Schalter. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Schalter für unterschiedliche Strompfade vorgesehen sein.Of the Multiplexer preferably comprises at least one switch. alternative or additionally can also several switches for be provided different current paths.
Der oder die Schalter sind bevorzugt als Halbleiterschalter ausgeführt, beispielsweise als einzelner Transistor oder als Transmission Gate mit zwei bezüglich ihrer gesteuerten Strecken parallel geschalteten Transistoren vom komplementären Leitfähigkeitstyp, also beispielsweise ein NPN- und ein PNP-Transistor oder eine P-Kanaltransistor und ein N-Kanaltransistor.Of the or the switches are preferably designed as a semiconductor switch, for example as a single transistor or as a transmission gate with two with respect to their controlled paths of parallel-connected transistors of the complementary conductivity type, So for example, an NPN and a PNP transistor or a P-channel transistor and an N-channel transistor.
Die Messeinrichtung ist bevorzugt zur Messung eines Fotostroms oder einer Fotospannung der Leuchtdiode eingerichtet.The Measuring device is preferred for measuring a photocurrent or set a photo voltage of the LED.
Zur Messung des Fotostroms kann die Messeinrichtung ein Mittel zum Vorspannen der Leuchtdiode in Sperrrichtung umfassen. Dieses ist bevorzugt in der Messbetriebsart mit der Leuchtdiode verbunden. Somit erfolgt eine umgekehrte Vorspannung der Leuchtdiode, die damit einen Fotostrom liefert in Abhängigkeit eines einfallenden Lichts. Dadurch ist in einfacher Weise eine Messung der Umgebungshelligkeit möglich.to Measuring the photocurrent, the measuring device can be a means for biasing the LED in the reverse direction include. This is preferred in the measuring mode connected to the LED. Thus, done a reverse bias of the LED, allowing a photocurrent delivers in dependence an incident light. This is a simple way of measurement the ambient brightness possible.
Alternativ ist es möglich, dass die Leuchtdiode nicht zur Bereitstellung eines Fotostroms ausgelegt ist, sondern einer Fotospannung. In diesem Fall kann auf eine zusätzliche aktive Quelle verzichtet werden.alternative Is it possible, that the light emitting diode is not designed to provide a photocurrent is, but a photo tension. In this case, can on an additional active source be waived.
Die Versorgungsquelle ist bevorzugt für einen gepulsten Betrieb der Leuchtdiode in der Normalbetriebsart eingerichtet.The Supply source is preferred for a pulsed operation of LED is set in normal mode.
Dies dient zum Erzielen eines höheren Wirkungsgrads der Leuchtdiode.This serves to achieve a higher Efficiency of the LED.
Alternativ oder zusätzlich kann durch Einstellen der Pulsweite oder Sigma-Delta-Modulation oder andere Maßnahmen dieses Steuersignals die Helligkeit der Leuchtdiode in der Normalbetriebsart beeinflusst werden. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Fall, dass in den Lücken des gepulsten Betriebes jeweils eine Messung der Umgebungshelligkeit stattfindet. Je nach gewünschter Anwendung kann dabei die Messung der Umgebungshelligkeit in jeder Lücke oder nur in jeder n-ten Lücke ausgeführt sein.Alternatively or additionally, by adjusting the pulse width or sigma-delta modulation or other measures of this control signal, the brightness of the light-emitting diode in the normal operating mode can be influenced. It is particularly advantageous in this Case that in each case a measurement of the ambient brightness takes place in the gaps of the pulsed operation. Depending on the desired application, the ambient brightness may be measured in every gap or only in every nth gap.
Die Messungen der Umgebungshelligkeit können auch extern angestoßen werden und brauchen dann nur noch synchronisiert werden mit dem Steuersignal, welches zwischen aktiven und inaktiven Phasen des gepulsten Betriebs der Leuchtdiode in der Normalbetriebsart umschaltet.The Measurements of the ambient brightness can also be initiated externally and then just need to be synchronized with the control signal, which between active and inactive phases of pulsed operation the LED switches in normal mode.
Bevorzugt ist ein Sigma-Delta-Wandler zur Steuerung der Helligkeit der Leuchtdiode in der Normalbetriebsart vorgesehen und mit der Leuchtdiode gekoppelt.Prefers is a sigma-delta converter for controlling the brightness of the light-emitting diode provided in the normal mode and coupled to the light emitting diode.
PWM (pulse width modulation) ist auch sehr gut geeignet zur Steuerung der Helligkeit.PWM (pulse width modulation) is also very suitable for control the brightness.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind zusätzlich zu der Leuchtdiode weitere Leuchtdioden vorgesehen, die in der Normalbetriebsart von einer Versorgungsquelle angesteuert sind zur Abgabe von Licht im sichtbaren oder nichtsichtbaren Bereich.In A preferred development, in addition to the LED further Light emitting diodes provided in the normal mode of a supply source are driven to emit light in the visible or invisible Area.
Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, dass jede dieser weiteren Leuchtdioden ebenfalls dazu ausgelegt ist, in einer Messbetriebsart mit einer Messeinrichtung gekoppelt zu sein zur Messung der Umgebungshelligkeit. Vielmehr kann es genügen, dass lediglich eine der mehreren Leuchtdioden auch in einer Messbetriebsart zur Messung der Umgebungshelligkeit betreibbar ist. Diese und alle weiteren Leuchtdioden können bezüglich ihrer Helligkeit in Abhängigkeit dieser gemessenen Umgebungshelligkeit angesteuert sein zur Steuerung ihrer Helligkeit im Leuchtdiodenbetrieb oder Normalbetrieb.Of course it is It does not require that any of these other LEDs also to do so is designed in a measuring mode with a measuring device be coupled to measure the ambient brightness. Much more it may be enough for that only one of the multiple light emitting diodes in a measuring mode is operable to measure the ambient brightness. These and all other LEDs can in terms of depending on their brightness This measured ambient brightness be controlled for control their brightness in LED mode or normal operation.
Wenn beispielsweise bei matrixförmig angeordneten Leuchtdioden, wie sie vorwiegend in Displays Verwendung finden, Leuchtdioden für unterschiedliche Farben vorgesehen sind, so kann es vorteilhaft sein, diejenige der Leuchtdioden als Leuchtdiode mit Messbetrieb gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip auszuführen, die aufgrund ihrer Farbtemperatur die höchste Empfindlichkeit für eine Lichtmessung der Umgebungshelligkeit hat.If for example, in matrix form arranged light-emitting diodes, as used primarily in displays find light emitting diodes for Different colors are provided, so it may be advantageous be, that of the light-emitting diodes as a light-emitting diode with measuring operation according to the proposed principle perform, due to their color temperature the highest sensitivity for a light measurement of the Ambient brightness has.
Dadurch kann ohne zusätzlichen Aufwand die Empfindlichkeit der Lichtmessung verbessert werden.Thereby can without additional Expense the sensitivity of the light measurement can be improved.
Leuchtdioden nach dem vorgeschlagenen Prinzip sind in vielen Anwendungen mit Vorteil einsetzbar. Dazu gehören unter anderem Siebensegmentanzeigen, Hinterleuchtung von Displays, Anzeigeleuchten auf Steuertafeln oder Armaturen. All diesen Anwendungen ist es gemeinsam, dass die Helligkeit der Leuchtdioden im Normalbetrieb mit Vorteil dann größer ist, wenn die Umgebungshelligkeit zum Beispiel durch Einfall von direktem oder indirektem Sonnenlicht hoch ist, und geringer, wenn aufgrund von schwacher Raumbeleuchtung oder Dunkelheit eine geringere Ausleuchtung beziehungsweise Helligkeit der Leuchtdi ode oder Leuchtdioden genügt. Dies ist mit Vorteil auch in mobilen oder batteriebetriebenen Anwendungen einsetzbar, da mit dem vorgeschlagenen Prinzip der Stromverbrauch gesenkt und somit die Batterielebensdauer beziehungsweise die Zeit zwischen Aufladezyklen eines Akkumulators erhöht werden kann.LEDs according to the proposed principle are in many applications with Advantage applicable. This includes among other things seven-segment displays, backlighting of displays, Indicator lights on control panels or fittings. All these applications It is common that the brightness of the LEDs in normal operation with advantage then bigger, if the ambient brightness, for example, by incidence of direct or indirect sunlight is high, and lower if due to weak room lighting or darkness a lower illumination or brightness of the Leuchtdi ode or LEDs is sufficient. This is also beneficial in mobile or battery powered applications can be used, as with the proposed principle of power consumption lowered and thus the battery life or the time between charging cycles of a battery can be increased.
Letzteres trifft beispielsweise für batteriebetriebene elektronische Kerzen zu. Bei diesen ist ein Mittel zum Betreiben der Leuchtdiode vorgesehen, welches ein künstliches Flackern und damit den optischen Eindruck einer Fackel oder einer Kerze beim Betrachter erzeugt.The latter meets for example battery powered electronic candles too. These are a means intended to operate the light emitting diode, which is an artificial Flickering and thus the visual impression of a torch or a Candle produced by the viewer.
Die Steuerung der Helligkeit der Leuchtdiode kann auch so ausgeführt sein, dass beispielsweise bei Nacht beziehungsweise bei ausgeschalteter Innenraumbeleuchtung die Leuchtdiode abgeschaltet wird, um Strom zu sparen.The Control of the brightness of the light-emitting diode can also be designed that for example at night or when switched off Interior lighting the LED is turned off to power to save.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.The Invention will be described below in several embodiments with reference to Drawings closer explained.
Es zeigen:It demonstrate:
Ein
weiterer Schalter
In
der Normalbetriebsart ist der Schalter
In
einer Messbetriebsart hingegen ist der erste Schalter
Mit
Vorteil werden Nichtüberlappungszeiten eingehalten,
in denen weder der erste noch der zweite Schalter
Mit
anderen Worten ist die Leuchtdiode vorwärts vorgespannt durch den Strom
I der Versorgungsquelle
In
alternativen Ausführungen
könnten
die Steuereinrichtung
In
den gemeinsamen Strompfad umfassend die Versorgungsquelle
Der
erste Schalter
Im
Unterschied zu
Die
Steuereinrichtung
Die
Steuersignale ϕ1, ϕ2 für diese Schalter entsprechen
denen von
Selbstverständlich liegt
es im Rahmen der Erfindung, die Merkmale der Ausführungsbeispiele gemäß
- 11
- Leuchtdiodeled
- 22
- Versorgungsquellesource
- 33
- Verstärkeramplifier
- 44
- Steuereinrichtungcontrol device
- 55
- Steuermittelcontrol means
- 66
- Schalterswitch
- 77
- Schalterswitch
- 88th
- VersorgungspotenzialanschlussSupply potential terminal
- 99
- BezugspotenzialanschlussReference potential terminal
- 1010
- Schalterswitch
- 1111
- Schalterswitch
- 1212
- Rückwärts-SpannungsquelleReverse voltage source
- 1313
- Strom-MesseinrichtungCurrent measuring device
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