DE102009000130A1

DE102009000130A1 - Lighting device for headlight, has switching arrangement that is controlled by control signal and disables current of controlled electrical power source for light emission via light source in switching condition

Info

Publication number: DE102009000130A1
Application number: DE102009000130A
Authority: DE
Original assignee: JB LIGHTING LICHTANLAGENTECHNI; JB-LIGHTING LICHTANLAGENTECHNIK GmbH
Current assignee: JB LIGHTING LICHTANLAGENTECHNI; JB-LIGHTING LICHTANLAGENTECHNIK GmbH
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-15

Abstract

The device has a control unit (ST) for generating a control signal (SA) after measurement of luminance information (EH) for input signals of an LED light source (QA), where the control signal effects output of cyclic time-limited output pulses (AP). A switching arrangement is connected with the light source and an output (AA) of a controlled electrical power source i.e. switch converter arrangement (WA). The switching arrangement is controlled by another control signal (ZA) and disables a current of the power source for light emission via the light source in a switching condition. An independent claim is also included for a method for variable control of light emission of a lighting device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung veränderlich steuerbarer Lichtemission mit wenigstens einer Leuchtdioden-Lichtquelle sowie ein Verfahren zum Steuern einer Beleuchtungseinrichtung.The The invention relates to a lighting device changeable controllable light emission with at least one light-emitting diode light source and a method for controlling a lighting device.

Leuchtdioden kommen zunehmend auch in Scheinwerfern, insbesondere auch leistungsstarken Scheinwerfern für Veranstaltungen, zum Einsatz und zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer aus. Durch die typische farbige Lichtemission von Leuchtdioden eignen sich diese besonders für die Beleuchtung mit farbigem Licht, wobei durch Überlagerung verschiedenfarbiger Einzelemissionen Mischfarben, insbesondere auch weißes Licht erzeugt werden können.LEDs increasingly come in headlamps, especially high-performance headlamps for events, for use and are characterized by a long life out. Due to the typical colored light emission of LEDs, these are particularly suitable for lighting with colored light, whereby by superposition of different colored Single issues mixed colors, especially white Light can be generated.

Eine Beleuchtungseinrichtung mit Leuchtdioden unterschiedlicher Farbemission ist z. B. aus der EP 1016062 B1 bekannt. Die verschiedenen Farbemissionen überlagern sich zu einer Mischfarbe in der Gesamtemission, wobei die Mischfarbe durch die relativen Anteile der unterschiedlichen Farbemissionen bestimmt und durch verändern der Relationen zwischen den verschiedenen Farbemissionen veränderbar ist. Die Gesamt-Helligkeit kann bei gleichbleibender Mischfarbe durch gleichmäßige Veränderung der Helligkeit der einzelnen Farbemissionen unter Beibehaltung der Relationen veränderlich gesteuert (gedimmt) werden. Die eine oder mehrere Leuchtdioden gleicher Farbemission enthaltenden Lichtquellen sind gepulst betrieben und die Helligkeit einer Lichtquelle ist durch das Tastverhältnis eines pulsweitenmodulierten Steuersignals einstellbar, welches einen in Serie zu den Leuchtdioden angeordneten Schalter ansteuert. Bekannt ist auch, ein pulsfrequenzmoduliertes Steuersignal zu verwenden. Bei marktüblichen Scheinwerfern solcher Bauart sind anstelle der Konstantspannungsquelle mit Serienschaltern Schaltwandleranordnungen zu den einzelnen Lichtquellen eingesetzt, welche pulsweitenmodulierte oder pulsfrequenzmodulierte Ausgangspulsfolgen erzeugen, welche unmittelbar die Strom-Nutzpulse durch die Lichtquelle bilden. Die Schaltwandleranordnungen besitzen einen hohen Wirkungsgrad und sind typischerweise kurzschlussfest und besitzen einen hohen Wirkungsgrad. Ein Scheinwerfer mit Schaltwandlern als gepulsten Leistungsquellen mit veränderbarem Tastverhältnis ist beispielsweise als Vary LED 3×84 der Anmelderin bekannt.An illumination device with light emitting diodes of different color emission is z. B. from the EP 1016062 B1 known. The different color emissions are superimposed into a mixed color in the total emission, the mixed color being determined by the relative proportions of the different color emissions and changeable by changing the relations between the different color emissions. The overall brightness can be variably controlled (dimmed) while maintaining the same color by uniformly changing the brightness of the individual color emissions while maintaining the relations. The light sources containing one or more light emitting diodes of the same color emission are pulsed and the brightness of a light source can be set by the pulse duty factor of a pulse width modulated control signal which activates a switch arranged in series with the light emitting diodes. It is also known to use a pulse frequency modulated control signal. In the case of commercially available headlamps of this design, instead of the constant voltage source with series switches, switching converter arrangements are used for the individual light sources which generate pulse-width-modulated or pulse-frequency-modulated output pulse sequences which directly form the current useful pulses through the light source. The switching converter arrangements have a high efficiency and are typically short-circuit-proof and have a high efficiency. A headlamp with switching transducers as pulsed power sources with variable duty cycle is known for example as Vary LED 3 × 84 of the Applicant.

Bei solchen LED-Scheinwerfern ist zu beobachten, dass beim Ausdimmen, d. h. einem Verringern der Gesamt-Helligkeit der Eindruck von Flackern und/oder von Farbveränderungen entsteht.at such LED headlamps is observed that when dimming, d. H. Reducing the overall brightness gives the impression of flickering and / or color changes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten unerwünschten Eindrücke beim Ausdimmen solcher Scheinwerfer zu verringern und hierfür eine helle Beleuchtungseinrichtung und ein Verfahren zum Steuern von deren Lichtemission anzugeben.Of the Invention is based on the object, the said undesirable To reduce impressions when dimming such headlights and for this a bright lighting device and a Specify method for controlling their light emission.

Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.invention Solutions are in the independent claims described. The dependent claims contain advantageous embodiments and modifications of the invention.

Durch den Verfahrensschritt der zeitlichen Beschneidung der Impulsenden der durch die Lichtquelle fließenden Strom-Nutzpulse und durch das dafür eingesetzte Schaltelement und das weitere Steuersignal entsteht zwar ein Zusatzaufwand und teilweise auch elektrische Leistungsverluste, wobei aber überraschenderweise wesentliche Vorteile in der Lichtemission der Beleuchtungseinrichtung beim Ausdimmen erzielbar sind.By the process step of the temporal trimming of the pulse ends the flowing through the light source current Nutzpulse and by the switching element used for this purpose and the further control signal Although an additional effort and sometimes also electrical power losses, but surprisingly, significant advantages in the Light emission of the lighting device during dimming achievable are.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die im wesentlichen rechteckigen Ausgangspulse der elektrischen Leistungsquelle, welche vorzugsweise in an sich gebräuchlicher Art als Schaltwandleranordnung ausgeführt und häufig auch als Treiberstufe bezeichnet ist, an ihrer fallenden Flanke am Impulsende noch in einen Ausschwingvorgang übergehen, welcher bei bekannten Anordnungen entsprechende Stromanteile in dem Strom-Nutzpuls durch die Lichtquelle und dabei auch einen Beitrag zur Lichtemission der Lichtquelle bewirkt. Hinzu kommt, dass sich die Ausschwingvorgänge als uneinheitlich und nicht von Puls zu Puls konstant erweisen. Als Strom-Nutzpuls durch die Lichtquelle seien alle Stromanteile eines Zyklus der zyklischen Pulsfolge durch die Lichtquelle verstanden, welche einen Beitrag zur Lichtemission der Lichtquelle bewirken. Als Ausgangspulse der Leistungsquelle seien alle auf der Ausgangsseite der Leistungsquelle innerhalb eines Zyklus als Strom und/oder Spannung auftretenden im wesentlichen rechteckig pulsförmigen elektrischen Signale einschließlich eventueller Ein- und/oder Ausschwingvorgänge verstanden. Der durch den Ausschwingvorgang der Ausgangspulse bei den bekannten Anordnungen in der Lichtquelle bewirkte Anteil an der Lichtemission ist so gering, dass er bei Pulslängen, welche ein Vielfaches, z. B. wenigstens das 200-fache eines Schalttaktes der Leistungsquelle betragen, nicht durch das Auge wahrnehmbar ist. Bei einer pulsweitenmodulierten Ausgangspulsfolge kann z. B. die maximale Pulslänge der Ausgangspulse entsprechend der maximalen Lichtemission der Lichtquelle in der Größenordnung von 2.000 Schalttakten eines Schaltwandlers als Leistungsquelle liegen. Bei gebräuchlichen Scheinwerfern mit zu kleineren Helligkeiten beschränkten Dimmbereich fallen die beschriebenen nachteiligen Effekte in der Regel nicht ins Gewicht.Of the Invention is based on the finding that the substantially rectangular output pulses of the electric power source, which preferably in a conventional manner as switching converter arrangement executed and often referred to as a driver stage is on its falling edge at the pulse end still go into a decay, which in known arrangements corresponding current components in the current Nutzpuls by the light source and thereby also a contribution causes the light emission of the light source. On top of that, that is the decay processes as inconsistent and not of Constant pulse to pulse. As a current-Nutzpuls by the light source be all current components of a cycle of the cyclic pulse train through the Understood light source, which contributes to the light emission of the Cause light source. As output pulses of the power source are all on the output side of the power source within one cycle occurring as a current and / or voltage substantially rectangular including pulsed electrical signals understood possible Ein- and / or Auswingvorgänge. The by the decay of the output pulses in the known Arrangements in the light source caused contribution to the light emission is so small that at pulse lengths which are many times z. B. at least 200 times a switching clock of the power source not perceptible by the eye. In a pulse width modulated output pulse train can z. B. the maximum pulse length of the output pulses accordingly the maximum light emission of the light source on the order of 2,000 switching cycles of a switching converter as a power source are. For common headlamps with too small brightness limited dimming range fall the described adverse effects usually not significant.

Bei Verringerung der Pulslänge der Ausgangspulse einer pulsweitenmodulierten Ausgangspulsfolge zur Verringerung der Helligkeit der Beleuchtungsanordnung nimmt der relative Beitrag der auf dem Ausschwingvorgang beruhenden Lichtemission an der Gesamtemission der Lichtquelle zu, so dass mit abnehmender Pulslänge die Helligkeit nicht in linearer Abhängigkeit von der Anzahl der Schalttakte innerhalb der Pulslänge zurückgeht. Bei einer Beleuchtungseinrichtung mit mehreren Lichtquellen unterschiedlicher Farbemissionen, typischerweise Farbemissionen in rot, grün und blau, erscheint die Gesamt-Lichtemission als eine Mischfarbe aus der Überlagerung der einzelnen unterschiedlichen Farbemissionen. Die Mischfarbe hängt von dem einstellbaren Verhältnis der Beiträge der verschiedenen Farbemissionen zur Gesamt-Lichtemission, d. h. den relativen Helligkeitsbeiträgen der einzelnen Farbemissionen ab. Als eine Farbemission sei die Lichtemission der einer einzelnen der verschiedenen Farben zugeordneten Lichtquelle oder gegebenenfalls mehreren Lichtquellen gleicher Farbe verstanden.When reducing the pulse length of Off In order to reduce the brightness of the illumination arrangement, the relative contribution of the light emission based on the decay process to the total emission of the light source increases, so that as the pulse length decreases, the brightness does not linearly depend on the number of switching cycles within the pulse length. In a lighting device with multiple light sources of different color emissions, typically color emissions in red, green and blue, the total light emission appears as a mixed color from the superimposition of the individual different color emissions. The mixed color depends on the adjustable ratio of the contributions of the different color emissions to the total light emission, ie the relative brightness contributions of the individual color emissions. A color emission is understood to be the light emission of the light source associated with a single one of the different colors or, if appropriate, a plurality of light sources of the same color.

Die durch das Verhältnis der Beiträge der einzelnen Farbemissionen bestimmte Mischfarbe bleibt bei der Verringerung der Gesamt-Lichtemission der Beleuchtungseinrichtung erhalten, solange das Verhältnis der Beiträge der einzelnen Farbemissionen gleich bleibt. Typischerweise sind die Beiträge der einzelnen Farbemissionen und die Pulslängen der Ausgangspulse und Nutzpulse bei den verschiedenfarbigen Lichtquellen unterschiedlich. Dies hat bei Verringerung der Helligkeit der Gesamt-Lichtemission durch in allen Farbemissionen proportionales Verringern der Pulslängen zur Folge, dass bei der Farbemission mit dem geringsten Beitrag entsprechend den kürzesten Nutzpulsen durch die entsprechende Lichtquelle der durch den Ausschwingvorgang bewirkte zusätzliche Anteil an betroffenen Farbemission früher als relevanter Anteil in Erscheinung tritt als bei den Farbemissionen mit höherem Beitrag zu der Gesamt-Lichtemission und sich dadurch das Verhältnis der einzelnen Beiträge verändert und eine Änderung der Mischfarbe auftritt.The by the ratio of the contributions of the individual Color emissions specific mixed color remains in the reduction the total light emission of the lighting device, as long as that Ratio of the contributions of the individual color emissions stays the same. Typically, the contributions are individual Color emissions and the pulse lengths of the output pulses and Nutzpulse at the different colored light sources different. This has in reducing the brightness of the overall light emission by reducing the pulse lengths proportionally in all color emissions As a result, the color emission with the least contribution corresponding to the shortest useful pulses by the corresponding Light source caused by the decay process additional Share of affected color emission earlier than relevant Proportion occurs in the color emissions with higher Contribution to the total light emission and thereby the ratio the individual posts changed and a change the mixed color occurs.

Durch die Erfindung kann eine Übertragung eines Ausschwingvorgangs im Ausgangspuls der Leistungsquelle auf die Lichtemission einer zugeordneten Lichtquelle unterbunden und somit der durch den Ausschwingvorgang bewirkte zusätzliche Anteil in der Farbemission vermieden werden. Hierdurch ergibt sich bei Beleuchtungseinrichtungen mit durch Überlagerung mehrerer verschiedener Farbemissionen eine stark verbesserte Farbtreue der Gesamt-Lichtemission beim Ausdimmen. Bei einfarbigen Beleuchtungseinrichtungen ergibt sich gleichfalls eine Verbesserung durch Wegfall eines durch die Uneinheitlichkeit der Ausschwingvorgänge verursachten störenden Effekts.By The invention can be a transmission of a decay process in the output pulse of the power source on the light emission of a associated light source prevented and thus by the decay caused additional share in the color emission avoided become. This results in lighting devices with by overlaying several different color emissions a greatly improved color fidelity of the total light emission during dimming. In monochrome lighting devices also results in a Improvement by eliminating one by the inconsistency of the Decaying caused disturbing effect.

Die zeitliche Beschneidung der Pulsenden der Nutzpulse durch eine Lichtquelle ist auch von besonderem Vorteil in Beleuchtungseinrichtungen, bei welchen die Pulslänge der Ausgangspulse der Leistungsquelle nicht oder nicht mit ausreichender Genauigkeit beliebig verändert werden kann und beispielsweise nur in Schritten von der Länge eines Schalttaktes einer getakteten Leistungsquelle veränderbar ist. Eine nur schrittweise Veränderung führt in dem bereits beschriebenen Beispiel einer Gesamt-Lichtemission mit unterschiedlich großen Beiträgen verschiedener Farbemissionen dazu, dass die schrittweise Verkürzung der Pulslänge einer Farbemission mit höherem Beitrag dem Betrachter quasi kontinuierlich erscheint, die Schritte in der kürzeren Pulslänge der Farbemission mit dem niedrigen Beitrag aber relativ größer sind, so dass sich die Farbrelationen ständig verändern, was als Farbflackern in Erscheinung treten kann. Auch bei Beleuchtungseinrichtungen mit Lichtquellen nur einer Farbemission, welche auch durch bestimmte LED-Typen weiß als Mischfarbe gleichbleibender Zusammensetzung sein kann. Eine Erhöhung des Schalttaktes der Leistungsquelle und damit eine Verkürzung der Schrittlänge ist unter Berücksichtigung der benötigten elektrischen Ausgangsleistung und der mit zunehmender Taktfrequenz aufwändiger werdenden Maßnahmen zur Unterdrückung elektromagnetischer Abstrahlung nur begrenzt möglich.The temporal circumcision of the pulse ends of Nutzpulse by a light source is also of particular advantage in lighting devices in which the pulse length of the output pulses of the power source not or not changed with sufficient accuracy can be and only in steps of length, for example a switching clock of a clocked power source changeable is. A gradual change leads to that already described example of a total light emission with different large contributions of different color emissions to that, the gradual shortening of the pulse length a color emission with a higher contribution to the viewer quasi continuously appears, the steps in the shorter pulse length the color emission with the low contribution but relatively larger are, so that the color relations are constantly changing, what can appear as a color flicker. Also with lighting devices with light sources of only one color emission, which also by certain LED types white as a mixed color of the same composition can be. An increase in the switching clock of the power source and thus a shortening of the stride length is under Consideration of the required electrical output power and the more expensive with increasing clock frequency Measures to suppress electromagnetic Radiation only limited possible.

Die Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise gegenüber den Schrittweiten im Ausgangssignal der Leistungsquelle zeitlich wesentlich feiner und mit hoher Genauigkeit einstellbare Pulslängen der Nutzpulse, so dass eine dem Betrachter als quasi kontinuierlich erscheinende Verringerung der Gesamt-Lichtemission bis zu sehr geringen Helligkeiten möglich ist, wobei bei Mischfarben der Gesamt-Lichtemission auch bei stark unterschiedlichen Beiträgen verschiedener Farbemissionen bis zu sehr geringen Helligkeiten erhalten bleiben. Ferner sind gezielte Farbveränderungen der Mischfarbe auch bei stark verschiedenen Beiträgen einzelner unterschiedlicher Farbemissionen ohne für den Betrachter wahrnehmbare Farbschwankungen durchführbar. Die mit hoher Genauigkeit und kontinuierlich oder in sehr kleinen Schrittweiten quasi kontinuierlich einstellbare Pulslänge der Nutzpulse ist insbesondere auch von Vorteil bei Beleuchtungseinrichtungen mit nicht veränderbarer Farbe der Gesamt-Lichtemission, worunter auch weiß verstanden sein soll, wobei durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch bei schrittweiser Veränderung der Pulslänge der Nutzpulse durch die von dem Schalttakt der Leistungsquelle getrennt und insbesondere sehr kurz wählbare Schrittweite in dem weiteren Steuersignal die Helligkeit ohne erkennbare Helligkeitssprünge bis auf Null oder annähernd Null ausgedimmt werden kann.The Invention advantageously allows against the step sizes in the output signal of the power source in time much finer and with high accuracy adjustable pulse lengths the Nutzpulse, so that the viewer as quasi-continuous apparent reduction in total light emission to very low Brightness is possible, with mixed colors of the total light emission also with very different contributions of different color emissions maintained to very low brightnesses. Further are Targeted color changes of the mixed color even with strong different contributions of individual different color emissions without perceptible to the viewer color variations feasible. The with high accuracy and continuously or in very small Step widths quasi continuously adjustable pulse length The Nutzpulse is particularly advantageous in lighting devices with unalterable color of the total light emission, which should also be understood by white, whereby by the inventive measures also at Gradual change in the pulse length of Nutzpulse separated by the from the switching clock of the power source and in particular very short selectable step size in the further control signal the brightness without noticeable jumps in brightness up Zero or almost zero can be dimmed.

Die für das Ausdimmen einer Beleuchtungseinrichtung, d. h. das allmähliche Verringern deren Helligkeit geschilderten Effekte treten in entsprechender Weise auch beim allmählichen Erhöhen der Helligkeit von sehr kleinen Helligkeitswerten aus auf.The dimming of a lighting device, ie the gradual reduction of their Brightness described effects occur in a corresponding manner even when gradually increasing the brightness of very small brightness values from.

Das Schaltelement kann beispielsweise als Serienschalter in den den Ausgang der Leistungsquelle und die Lichtquelle enthaltenden Stromkreis eingefügt werden und beim Übergang in den ersten Schaltzustand öffnen, d. h. den Stromkreis unterbrechen. In einem zweiten Schaltzustand ist das Schaltelement geschlossen und gibt den Strompfad vom Ausgang der Leistungsquelle zu der Lichtquelle niederohmig frei. Bevorzugt ist, insbesondere in Verbindung mit einer induktiven Schaltwandleranordnung in der Leistungsquelle, eine Ausführung, bei welcher das Schaltelement parallel zum Ausgang der Leistungsquelle und zu der Lichtquelle in einem Parallelstrompfad liegt und beim Übergang in den ersten Schaltungszustand schließt und den Parallelstrompfad niederohmig macht, wodurch der Ausgang der Leistungsquelle und der Strompfad durch die Lichtquelle kurzgeschlossen werden und ein Ausgangsstrom der Leistungsquelle durch den Parallelstrompfad mit dem Schaltelement fließt. In einem zweiten Schaltzustand, welchen das Schaltelement während der Dauer der Nutzpulse einnimmt ist das Schaltelement gesperrt und der Parallelstrompfad hochohmig und der Ausgangsstrom der Leistungsquelle fließt im wesentlichen vollständig als Nutzstrom durch die Lichtquelle und bewirkt die Emission von Lichtpulsen.The Switching element, for example, as a series switch in the Output of the power source and the light source-containing circuit inserted and open when transitioning to the first switching state, d. H. interrupt the circuit. In a second switching state the switching element is closed and gives the current path from the output the power source to the light source low impedance freely. Prefers is, in particular in connection with an inductive switching converter arrangement in the power source, an embodiment in which the Switching element parallel to the output of the power source and to the Light source is in a parallel current path and the transition in the first circuit state closes and the parallel current path low impedance, whereby the output of the power source and the Current path can be shorted by the light source and an output current the power source through the parallel current path with the switching element flows. In a second switching state, which the switching element during the duration of Nutzpulse occupies the switching element disabled and the parallel current path high impedance and the output current the power source flows substantially completely as a useful current through the light source and causes the emission of Light pulses.

Das Schaltelement ist in bevorzugter Ausführung ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor. Als Steuersignal sei das an der Steuerelektrode des Transistors anliegende Signal bezeichnet. Die Pulsfolgefrequenz der Ausgangspulse und der Nutzpulse beträgt in an sich gebräuchlicher Weise vorteilhafterweise mehr als 50 Hz, insbesondere wenigstens 100 Hz. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die Schrittzahlauflösung der Pulslänge der Nutzpulse nicht an das Verhältnis der minimalen Pulslänge der Ausgangspulse zur Zyklusdauer der Pulsfolge der getakteten Leistungspulse gebunden, so dass die Obergrenze der Pulswiederholfrequenz nicht besonders kritisch ist. Vorteilhafterweise liegt die Pulswiederholfrequenz bei höchstens 400 Hz. Die kleinste Schrittweite der Veränderung der Pulslänge, welche primär durch das weitere Steuersignal bestimmt ist, ist vorteilhafterweise kleiner als 500 ns, insbesondere kleiner als 200 ns, vorzugsweise kleiner als 100 ns.The Switching element is in a preferred embodiment a transistor, in particular a field effect transistor. As a control signal that is denotes the signal applied to the control electrode of the transistor. The pulse repetition frequency of the output pulses and the Nutzpulse is in a conventional manner advantageously more as 50 Hz, in particular at least 100 Hz. By the inventive measures is the step number resolution of the pulse length of the Nutzpulse not to the ratio of the minimum pulse length the output pulses to the cycle duration of the pulse train of the clocked power pulses bound, so the upper limit of the pulse repetition frequency is not is particularly critical. Advantageously, the pulse repetition frequency is at most 400 Hz. The smallest increment of the change the pulse length, which primarily by the other Control signal is determined is advantageously less than 500 ns, in particular less than 200 ns, preferably less than 100 ns.

Das weitere Steuersignal ist vorzugsweise ein zwischen zwei Signalzuständen umschaltbares, im wesentlichen rechteckförmiges Signal mit vorteilhafterweise steilen Signalflanken, wobei ein erster Signalzustand das Schaltelement in den ersten Schaltzustand versetzt und in diesem hält und ein zweiter Signalzustand das Schaltelement in den zweiten Schaltzustand versetzt und in diesem hält.The another control signal is preferably one between two signal states switchable, substantially rectangular signal with advantageously steep signal edges, wherein a first signal state the switching element is placed in the first switching state and in this holds and a second signal state, the switching element in the second switching state offset and stops in this.

Die Erfindung des weiteren Steuersignals für das Schaltelement ist auf verschiedene dem Fachmann an sich geläufige Arten möglich. So kann beispielsweise ein Steuersignal durch Vorgabe eines binären Zahlenwerts aus einem mit konstantem Zählertakt betriebenen Zähler gewonnen werden. In anderer vorteilhafter Ausführung kann durch Vorgabe eines analogen Spannungswerts ein Steuersignal durch Vergleich des Spannungswerts mit einem Rampensignal in einen Komparator gewonnen werden.The Invention of the further control signal for the switching element is in various ways known to those skilled in the art possible. For example, a control signal through Specification of a binary value from a constant one Counter clock operated counter can be obtained. In another advantageous embodiment, by specifying a analog voltage value, a control signal by comparing the voltage value be obtained with a ramp signal in a comparator.

Unter der Steuereinrichtung sei die Gesamtheit der Komponenten der Beleuchtungseinrichtung verstanden, welche zur Ableitung des ersten und des weiteren Steuersignals aus dem Eingangssignal dienen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung nicht notwendigerweise als eine körperliche Einheit zu verstehen und kann mit verschiedenen Komponenten verteilt angeordnet sein. Beispielsweise können Komponenten der Steuereinrichtung auch in die Schaltwandleranordnung integriert sein und auch aus dieser heraus ein weiteres Steuersignal für das Schaltelement generieren. Verschiedene Komponenten der Steuereinrichtung können in getrennten integrierten Schaltkreisen enthalten sein.Under the control device is understood as the entirety of the components of the illumination device, which for the derivation of the first and the further control signal serve the input signal. In particular, the control device not necessarily as a physical entity too understand and can be arranged with different components distributed be. For example, components of the control device also be integrated in the switching converter arrangement and also off this out another control signal for the switching element to generate. Various components of the control device can contained in separate integrated circuits.

Eine zeitliche Beschneidung des Pulsendes der Nutzpulse gegenüber den Ausgangspulsen kann auf einen Teil-Helligkeitsbereich des von ausgeschaltetem Zustand bis zur maximalen Helligkeit einer Lichtquelle reichenden Gesamt- Helligkeitsbereichs einer Lichtquelle beschränkt sein, wobei ein solcher Teil-Helligkeitsbereich insbesondere geringe Helligkeitswerte erfasst.A Temporal circumcision of the pulse end of the Nutzpulse opposite the output pulses can be limited to a partial brightness range of switched off to the maximum brightness of a light source limited overall brightness range of a light source be, with such a partial brightness range in particular low Brightness values recorded.

Der Zeitpunkt des Übergangs des Schaltelements in den ersten Schaltzustand sei entsprechend der damit verbundenen Wirkung, die weitere Beaufschlagung der Lichtquelle mit Strom durch einen eventuell noch nicht beendeten Ausgangspuls einschließlich eines Ausschwingvorgangs zu unterbinden, als Ausschaltzeitpunkt bezeichnet. Der Wechsel von dem ersten in den zweiten Schaltzustand des Schaltelements sei als Einschaltzeitpunkt bezeichnet, wenngleich damit nicht zwingend die Beaufschlagung der Lichtquelle mit Strom aus der Leistungsquelle verbunden ist.Of the Time of transition of the switching element in the first Switching state is according to the associated effect, the further impingement of the light source with current through a possibly not yet finished output pulse including one To prevent deceleration, referred to as the switch-off time. The change from the first to the second switching state of the switching element be referred to as the switch-on time, although not necessarily the application of power from the power source to the light source connected is.

Die Pulsdauer des Ausgangspulses der Leistungsquelle kann einen ersten Minimalwert besitzen, der bei einer getakteten Leistungsquelle beispielsweise wenigstens eine Taktperiode, insbesondere wenigstens zwei Taktperioden, vorzugsweise wenigstens vier Taktperioden betragen kann. Die Pulsdauer des Nutzpulses besitzt einen zweiten Minimalwert, welcher dann vorteilhafterweise kleiner als der erste Minimalwert ist und vorzugsweise weniger als 20%, insbesondere weniger als 10% des ersten Minimalwerts beträgt. Der zweite Minimalwert des Nutzpulses beträgt vorteilhafterweise weniger als 500 ns, insbesondere weniger als 200 ns, vorzugsweise weniger als 100 ns.The pulse duration of the output pulse of the power source may have a first minimum value, which may amount to at least one clock period, in particular at least two clock periods, preferably at least four clock periods, for a clocked power source. The pulse duration of the useful pulse has a second minimum value, which is then advantageously smaller than the first minimum value and is preferably less than 20%, in particular less than 10% of the first minimum value. The second minimum value of the Nutz pulses is advantageously less than 500 ns, in particular less than 200 ns, preferably less than 100 ns.

Der Ausschaltzeitpunkt liegt zumindest in einem ersten unteren Helligkeitsbereich der Lichtquelle vorteilhafterweise zeitlich nicht hinter der abfallenden Flanke des Ausgangspulses der Leistungsquelle oder zumindest um höchstens 20%, insbesondere höchstens 10%, vorzugsweise höchstens 5% gegen die fallende Flanke des Ausgangspulses versetzt. Die obere Grenze eines solchen, vorzugsweise von der kürzesten möglichen Nutzpulslänge aus beginnenden ersten unteren Helligkeitsbereichs einer Lichtquelle liegt vorteilhafter weise bei wenigstens dem 5-fachen, insbesondere wenigstens dem 10-fachen, vorzugsweise wenigstens dem 20-fachen einer Taktperiode einer getakteten Leistungsquelle. In hohen Helligkeitsbereichen der Lichtquelle, in welchem der Beitrag des Aussschwingvorgangs bezogen auf die Leistung des Nutzpulses vernachlässigbar gering ist, kann die Verzögerung des Abschaltzeitpunkts auch größer sei oder der Übergang des Schaltelements in dem ersten Zustand auch ganz entfallen und die Lichtquelle in herkömmlicher Art betrieben sein. Vorzugsweise erfolgt die Beschneidung des Pulsendes des Ausgangspulses über den gesamten Helligkeitsbereich der Lichtquellen bzw. der Beleuchtungseinrichtung.Of the Switch-off time is at least in a first lower brightness range the light source advantageously not in time behind the falling edge the output pulse of the power source or at least by at most 20%, in particular at most 10%, preferably at most 5% offset against the falling edge of the output pulse. The upper Limit of such, preferably of the shortest possible Payload length from beginning first lower brightness range a light source is advantageously at least 5 times, in particular at least 10 times, preferably at least the 20 times a clock period of a clocked power source. In high brightness ranges of the light source, in which the contribution the Aussschwingvorgangs based on the power of the Nutzpulses is negligible, the delay may be the shutdown time is also greater or the transition of the switching element in the first state also completely omitted and the light source be operated in a conventional manner. Preferably the circumcision of the pulse end of the output pulse occurs via the entire brightness range of the light sources or the illumination device.

Die zeitliche Lage des Einschaltzeitpunkts relativ zu dem Ausgangspuls ist wenig kritisch, da beim Einschalten der getakteten Leistungsquelle typischerweise keine zu den Ausschwingvorgängen analoge Einschwingvorgänge in störendem Maß auftreten. Der Einschaltzeitpunkt kann daher vorteilhafterweise mit der ansteigenden Flanke des Ausgangspulses zeitlich im wesentlichen zusammenfallen, so dass ein die ansteigende Flanke des Ausgangspulses zeitlich bestimmendes erstes Steuersignal und der Einschaltzeitpunkt des weiteren Steuersignals vorteilhafterweise zusammenfallen können. Insbesondere wenn die ansteigende Flanke des Ausgangspulses nicht oder nur mit höherem Aufwand mit dem Einschaltzeitpunkt synchronisierbar und die Nutzpulslänge kurz, insbesondere kürzer als eine Taktperiode der getakteten Leistungsquelle ist, kann es von Vorteil sein, den Anfang des Ausgangspulses zeitlich vor den Einschaltzeitpunkt bzw. den Einschaltzeitpunkt zeitlich hinter den Anfang des Ausgangspulses zu legen, um Einschaltzeitpunkt und Ausschaltzeitpunkt innerhalb der Dauer des Ausgangspulses zu legen und eine exakte Nutzpulslänge als Zeitdifferenz zwischen Einschaltzeitpunkt und Ausschaltzeitpunkt zu erreichen. Auch bei Auftreten von Einschwingvorgängen uneinheitlichen Ausma ßes und/oder nennenswerten Beitrags zur Lichtemission einer Lichtquelle kann die Beschneidung der ansteigenden Flanke von Vorteil sein.The temporal position of the switch-on time relative to the output pulse is not very critical because when switching on the clocked power source typically not analogous to the decay processes Transient disturbances occur to a disturbing degree. The switch-on can therefore advantageously with the rising Edge of the output pulse substantially coincide in time, such that a timing edge determines the rising edge of the output pulse first control signal and the switch-on of the further control signal advantageously can coincide. Especially when the rising Flank of the output pulse not or only with much effort synchronizable with the switch-on and the Nutzpulslänge short, in particular shorter than one clock period of the clocked Power source, it may be advantageous, the beginning of the output pulse in time before the switch-on time or the switch-on time in time to put behind the beginning of the output pulse, at switch-on time and OFF time within the duration of the output pulse place and an exact Nutzpulslänge as a time difference between To reach the switch-on time and switch-off time. Also at Occurrence of transient effects of inconsistent extent and / or appreciable contribution to the light emission of a light source For example, cropping the rising edge may be beneficial.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:The The invention is based on preferred embodiments illustrated in detail with reference to the figures. there shows:

1 einen schematischen Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung, 1 a schematic structure of a lighting device,

2 eine Variante zu 1, 2 a variant too 1 .

3 Pulsdiagramme zu herkömmlichen Beleuchtungseinrichtungen, 3 Pulse diagrams to conventional lighting equipment,

4 einen Vergleich von Pulsdiagrammen, 4 a comparison of pulse diagrams,

5 eine erste Ausführung von Steuersignalen, 5 a first embodiment of control signals,

6 eine zweite Ausführung von Steuersignalen. 6 a second embodiment of control signals.

In 1 ist schematisch der Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung mit für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Komponenten dargestellt. Die Beleuchtungseinheit enthalte drei Lichtquellen QA, QB, QC mit Leuchtdioden unterschiedlicher Farbemission, beispielsweise rot, grün und blau. Die einzelnen Lichtquellen enthalten typischerweise eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Leuchtdioden. Zu einer Farbemission können mehrere solche Serienschaltungen vorgesehen sein.In 1 schematically the structure of a lighting device is shown with essential for understanding the invention components. The lighting unit contains three light sources QA, QB, QC with light emitting diodes of different color emission, for example red, green and blue. The individual light sources typically include a plurality of light emitting diodes connected in series. For a color emission, a plurality of such series circuits can be provided.

Jeder der Lichtquellen QA, QB, QC ist eine eigene elektrische Leistungsquelle in Form von Schaltwandleranordnungen WA bzw. WB bzw. WC zugeordnet, an deren Ausgänge AA, AB, AC die jeweiligen Lichtquellen elektrisch angeschlossen sind. Die Schaltwandleranordnungen WA, WB, WC beziehen ihre elektrische Eingangsleistung typischerweise aus einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle, oder auch direkt aus einer gleichgerichteten Wechselspannung, insbesondere auch einer NetzspannungEveryone of the light sources QA, QB, QC is a separate electric power source assigned in the form of switching converter arrangements WA or WB or WC, at their outputs AA, AB, AC the respective light sources are electrically connected. The switching converter arrangements WA, WB, WC typically derive their electrical input power a common DC voltage source, or directly from a rectified AC voltage, in particular a mains voltage

Die Schaltwandleranordnungen WA, WB, WC sind durch eine Steuereinrichtung ST mit Steuersignalen SA bzw. SB bzw. SC ansteuerbar und zur pulsförmigen Abgabe von elektrischer Ausgangsleistung an ihren Ausgangsanschlüssen anregbar. Die Schaltwandleranordnungen geben während ihres durch die Steuereinrichtung ST über die ersten Steuersignale angeregten pulsförmigen Betriebs Ausgangspulse ab, welche zu der Schaltwandleranordnung WA in 1 mit AP repräsentiert seien. Diese Ausgangspulse AP bewirken Strom-Nutzpulse, welche in 1 durch das Bezugszeichen NP repräsentiert seien, durch die jeweils zugeordnete Lichtquelle.The switching converter assemblies WA, WB, WC are controllable by a control device ST with control signals SA or SB or SC and can be excited to pulse-shaped output of electrical output power at their output terminals. During their pulse-shaped operation excited by the control device ST via the first control signals, the switching converter arrangements output output pulses which are fed to the switching converter arrangement WA in FIG 1 be represented with AP. These output pulses AP cause current Nutzpulse, which in 1 represented by the reference numeral NP, by the respectively associated light source.

Die Steuereinrichtung SE erhält als Eingangssignale eine Farbinformation EF und eine Helligkeitsinformation EH, welche vorzugsweise als Digitalwerte vorgegeben sind und auf verschiedene, an sich bekannte Art codiert sein können, insbesondere auch in einem Signal zusammengefasst sein können Die Farbinformation kann auch implizit durch das Verhältnis getrennter Helligkeitsinformationen zu den einzelnen Farbemissionen vorliegen.The control device SE receives as input signals a color information EF and a Hel ligkeitinformation EH, which are preferably predetermined as digital values and can be encoded in various known per se, in particular also be summarized in a signal The color information can also be present implicitly by the ratio of separate brightness information to the individual color emissions.

Beleuchtungseinrichtungen der bis dahin geschilderten Art sind prinzipiell bekannt und gebräuchlich. 3 zeigt hierzu Pulsdiagramme für unterschiedliche Längen der durch die ersten Steuersignale vorgegebenen Ausgangspulse AP, wobei in 3(A) ein kurzer Ausgangspuls APL mit einer Pulslänge von ca. 2 μs zwischen einer ansteigenden Pulsflanke EF zu einem Pulsanfangszeitpunkt PEL und einer abfallenden Pulsflanke AF zu einem Pulsendzeitpunkt PAL dar gestellt ist. Aufgetragen ist die Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen z. B. AA der Schaltwandleranordnung WA. 3(A) zeigt anschaulich, dass dem Ausgangspuls APL nach der fallenden Flanke AF zum Zeitpunkt PAL noch ein Ausschwingvorgang SW folgt, welcher auch nach Abschalten der Schaltwandleranordnung noch zu Teilströmen durch die angeschlossene Lichtquelle führt, wobei der Beitrag des Ausschwingvorgangs zur Lichtemission gegenüber der Lichtemission während des Ausgangspulses APL nicht vernachlässigbar ist.Lighting devices of the hitherto described type are known in principle and in use. 3 shows pulse diagrams for different lengths of the predetermined by the first control signals output pulses AP, wherein in 3 (A) a short output pulse APL is provided with a pulse length of about 2 microseconds between a rising pulse edge EF at a pulse start time PEL and a falling pulse edge AF at a Pulsendzeitpunkt PAL is. Plotted is the voltage between the output terminals z. B. AA of the switching converter WA. 3 (A) shows clearly that the output pulse APL after the falling edge AF at the time PAL nor a decay SW follows, which also after switching off the switching converter still leads to partial currents through the connected light source, the contribution of the decay to the light emission to the light emission during the output pulse APL not negligible.

Bei längeren Ausgangspulsen, wofür in 3(B) ein Ausgangspuls mittlerer Länge von ca. 60 μs dargestellt ist, ist der Beitrag des Ausschwingvorganges SW gegenüber der während des Ausgangspulses APM erfolgten Lichtemission der Lichtquelle bereits sehr gering. Eine sich an den Ausschwingvorgang anschließende langsam fallende Spannungsflanke SL bewirkt keine Lichtemission in den Dioden und ist auf andere Effekte zurückzuführen.For longer output pulses, what in 3 (B) an output pulse of average length of approximately 60 μs is shown, the contribution of the decay process SW to the light emission of the light source during the output pulse APM is already very low. A slowly falling voltage SL flank following the decay process causes no light emission in the diodes and is due to other effects.

Bei nochmals deutlich vergrößerter Pulslänge wie beispielsweise 8 ms bei einem langen Puls APH, wie in 3(C) dargestellt, ist der Beitrag der durch den Ausschwingvorgang SW bewirkten Lichtemission gegenüber der gesamten Lichtemission während der Dauer des Ausgangspulses APH bedeutungslos.With again clearly increased pulse length such as 8 ms with a long pulse APH, like in 3 (C) 1, the contribution of the light emission caused by the decay process SW to the total light emission during the duration of the output pulse APH is meaningless.

In 1 sind ferner Schaltelemente TA, TB, TC eingezeichnet, welche jeweils mit den Ausgängen AA, AB, AC und den Lichtquellen QA, QB, QC verbunden sind und in Parallelstrompfaden zu den Lichtquellen bzw. den Ausgangsanschlüssen der Schaltwandleranordnungen liegen. Die Schaltelemente TA, TB, TC sind durch weitere Steuersignale ZA, ZB, ZC der Steuereinrichtung ST ansteuerbar, wobei je nach Signalzustand der weiteren Steuersignale ZA, ZB, ZC das jeweilige Schaltelement den Parallelstrompfad auftrennt oder schließt. Im skizzierten Beispiel sei das Schaltelement in einem Ruhezustand als geöffnet angenommen, so dass der Parallelstrompfad aufgetrennt ist. Bei geschlossenem Schaltelement ist der Ausgang der jeweiligen Schaltwandleranordnung kurzgeschlossen und ein eventuell am Schaltwandlerausgang noch abgegebener Strom fließt im wesentlichen ausschließlich über das Schaltelement, so dass dieses in geschlossenem Zustand eine Lichtabstrahlung durch die Lichtquelle unterbindet.In 1 are further switching elements TA, TB, TC shown, which are respectively connected to the outputs AA, AB, AC and the light sources QA, QB, QC and are in parallel current paths to the light sources and the output terminals of the switching converter assemblies. The switching elements TA, TB, TC can be controlled by further control signals ZA, ZB, ZC of the control device ST, whereby, depending on the signal state of the further control signals ZA, ZB, ZC, the respective switching element separates or closes the parallel current path. In the example outlined, the switching element is assumed to be open in an idle state, so that the parallel-current path is disconnected. When the switching element is closed, the output of the respective switching converter arrangement is short-circuited and any current which is still emitted at the switching converter output flows essentially exclusively via the switching element, so that in the closed state it prevents light emission by the light source.

Um die elektrische Ausgangsleistung der Schaltwandleranordnung während eines Ausgangspulses oder eines Teils des Ausgangspulses als Nutzpuls durch die Lichtquelle wirksam werden zu lassen, ist daher das jeweilige Schaltelement in einen geöffneten Zustand, welcher als zweiter Schaltzustand des Schaltelements bezeichnet sei, sei zu versetzen und in diesem für die Dauer des Nutzpulses zu halten, wofür die Steuereinrichtung ein Steuersignal an das jeweilige Schaltelement in einem zweiten Signalzustand bereit stellt. Um das Schaltelement in einen ersten Schaltzustand zu versetzen, in welchem das Schaltelement geschlossen und der Ausgang der jeweiligen Schaltwandleranordnung damit kurzgeschlossen ist, versetzt die Steuereinrichtung das an dem Schaltelement anliegende weitere Steuersignal in einen ersten Signalzustand, welcher dem geschlossenen, ersten Schaltzustand des Schaltelements entspricht. Sofern am Ausgang der Schaltwandleranordnung noch elektrische Leistung abgegeben wird, fließt ein entsprechender Kurzschlussstrom durch das Schaltelement. Das Schaltelement sei in geschlossenem Zustand so niederohmig, dass der Spannungsabfall am Schaltelement vernachlässigbar gering sei gegenüber der Betriebsspannung der Lichtquelle, so dass die Anschlüsse der Lichtquelle praktisch spannungsfrei sind und kein eine Lichtemission bewirkender Strom durch die Lichtquelle fließen kann. Insbesondere kann auf diese Weise ein Beitrag eines in 3(A) im Detail dargestellten Ausschwingvorgangs zur Gesamt-Lichtemission eines Ausgangspulses bzw. eines durch diesen bewirkten Nutzpulses vermieden werden.In order to make the electrical output of the switching converter arrangement during an output pulse or a portion of the output pulse as a payload by the light source, therefore, the respective switching element is in an open state, which is referred to as the second switching state of the switching element, and put in this for to hold the duration of the Nutzpulses, for which the control device provides a control signal to the respective switching element in a second signal state. In order to set the switching element in a first switching state, in which the switching element is closed and the output of the respective switching converter arrangement is short-circuited, the control means displaces the control signal applied to the switching element in a first signal state, which corresponds to the closed, first switching state of the switching element. If electrical power is still output at the output of the switching converter arrangement, a corresponding short-circuit current flows through the switching element. The switching element is so low in the closed state, that the voltage drop across the switching element is negligible compared to the operating voltage of the light source, so that the terminals of the light source are virtually de-energized and no light emission causing current can flow through the light source. In particular, in this way, a contribution of an in 3 (A) Decaying process shown in detail to the total light emission of an output pulse or a Nutzpulses caused by this are avoided.

In 4 sind zwei Pulsdiagramme gegenüber gestellt, wobei in 4A das Pulsdiagramm nach 3(A) für einen kurzen Ausgangspuls APL dargestellt ist, welcher durch ein erstes Steuersignal, beispielsweise das Steuersignal SA für die Schaltwandleranordnung WA zwischen einer ansteigenden Flanke EF zu einem Pulsanfangszeitpunkt PEL und einer fallenden Flanke AF zu einem Pulsendezeitpunkt PAL liegt und an welchen sich der Ausschwingvorgang SW, welcher wie geschildert einen eigenen Beitrag zur Lichtemission liefert, anschließt.In 4 are compared with two pulse diagrams, where in 4A the pulse diagram after 3 (A) is represented by a first control signal, for example the control signal SA for the switching converter arrangement WA between a rising edge EF at a pulse start time PEL and a falling edge AF at a pulse end time PAL and to which the decay process SW, which as described provides its own contribution to the light emission, connects.

In 4(B) ist die Form eines Nutzpulses NPL als Spannung am Eingang einer Lichtquelle mit einem Parallelstrompfad mit einem Schaltelement dargestellt. Ein weiteres, auf das Schaltelement in dem Parallelstrompfad einwirkendes weiteres Steuersignal, beispielsweise das weitere Steuersignal ZA für das Schaltelement TA in 1 werde zu einem Einschaltzeitpunkt EZL, welcher mit dem Pulsanfangszeitpunkt PEL des Ausgangspulses zusammen gelegt sei, in den zweiten Schaltzustand versetzt, so dass das Schaltelement den zweiten, geöffneten Schaltzustand einnimmt und ein Strom durch den Ausgang der Schaltwandleranordnung WA auch als Nutzpuls durch die Lichtquelle QA bzw. die Ausgangsanschlüsse der Wandleranordnung WA fließt. Zu einem Abschaltzeitpunkt PAL, welcher mit dem Pulsendezeitpunkt AZL des Ausgangspulses zusammen falle, wird das weitere Steuersignal ZA in den ersten Signalzustand umgeschaltet und das Schaltelement TA geht in den ersten, geschlossenen Schaltzustand über, wodurch die Anschlüsse der Lichtquelle QA kurzgeschlossen werden und die den Abszissenwert des Diagramms nach 4B bildende Spannung zwischen den Anschlüssen der Lichtquelle QA zusammenbricht, so dass kein weiterer Strom durch die Lichtquelle fließt. Ein eventuell stattfindender Ausschwingvorgang tritt allenfalls in Form eines gegebenenfalls oszillierenden Kurzschlussstroms durch das im geschlossenen Zustand verhar rende Schaltelement TA auf. Das Schaltelement TA wird zu Beginn des Ausgangspulses des nächsten Zyklus der zyklischen Pulsfolge wieder in den zweiten, geöffneten Schaltzustand versetzt.In 4 (B) the form of a useful pulse NPL is shown as a voltage at the input of a light source with a parallel current path with a switching element. Another, acting on the switching element in the parallel current path further STEU ersignal, for example, the further control signal ZA for the switching element TA in 1 is at a switch-on time EZL, which was put together with the pulse start time PEL of the output pulse, placed in the second switching state, so that the switching element occupies the second, open switching state and a current through the output of the switching converter WA as a useful pulse by the light source QA or the output terminals of the transducer array WA are flowing. At a switch-off time PAL, which coincides with the pulse end time AZL of the output pulse, the further control signal ZA is switched to the first signal state and the switching element TA goes into the first, closed switching state, whereby the terminals of the light source QA are short-circuited and the abscissa value of the diagram 4B forming voltage between the terminals of the light source QA collapses, so that no further current flows through the light source. A possibly occurring decay occurs at best in the form of an optionally oscillating short-circuit current through the solid state in the closed state sen switching element TA. The switching element TA is put back into the second, open switching state at the beginning of the output pulse of the next cycle of the cyclic pulse train.

Mittels der Schaltelemente kann somit auf einfache Weise eine definierte Pulslänge und damit eine definierte Lichtmenge eines Nutzpulses eingestellt werden, wobei der Ausschaltzeitpunkt AZL vorteilhafterweise nicht oder allenfalls um ein geringes Maß zeitlich gegen den Pulsendezeitpunkt PAL des Ausgangspulses APL versetzt ist.through The switching elements can thus easily a defined Pulse length and thus a defined amount of light of a useful pulse can be adjusted, the turn-off time AZL advantageously not or at most by a small amount in time against the pulse end time PAL of the output pulse APL is offset.

Für jede der mehreren verschiedenfarbigen Lichtquellen QA, QB QC werden die weiteren Steuersignale ZA, ZB, ZC getrennt erzeugt, so dass beliebige Nutzpulslängen zu den einzelnen Farbemissionen eingestellt werden können. Vorzugsweise werden für eine einfache Generierung der zweiten Steuersignale der Einschaltzeitpunkt EZL mit dem Pulsanfangszeitpunkt PEL und der Ausschaltzeitpunkt AZL mit dem Pulsendezeitpunkt PAL zusammen gelegt, so dass beide Signale dieselbe Pulsform und Pulslänge besitzen.For each of the plurality of different colored light sources QA, QB QC become generates the further control signals ZA, ZB, ZC separately, so that arbitrary Nutzpulslängen set to the individual color emissions can be. Preferably be for a simple Generation of the second control signals the switch-on time EZL with the pulse start time PEL and the turn-off time AZL at the end of the pulse PAL, so that both signals have the same pulse shape and pulse length.

In 5 ist dies in Form von Diagrammen für ein erstes Steuersignal SA und ein weiteres Steuersignal ZA dargestellt. Das erste Steuersignal SA zur Ansteuerung der Schaltwandleranordnung sei binär zwischen zwei Zuständen L und H umschaltbar. Ausgehend von einem Signalzustand L, welcher einem inaktiven Betriebszustand der Schaltwandleranordnung entspricht, wird das erste Steuersignal SA zu einem Pulsanfangszeitpunkt PEn eines Zyklus n in den Signalzustand H versetzt, wodurch die Schaltwandleranordnung den aktiven Betrieb aufnimmt und Ausgangsleistung an ihrem Ausgang bereitstellt. Für die Zeitdauer eines Ausgangspulses AP wird der Signalzustand H beibehalten und die Schaltwandleranordnung stellt fortlaufend elektrische Ausgangsleistung an ihrem Ausgang bereit. Zu einem Pulsendezeitpunkt PAn wird das er ste Steuersignal SA wieder in den Signalzustand L zurückversetzt und die Schaltwandleranordnung dadurch wieder deaktiviert und in dem inaktiven Zustand bis zum nächsten Zyklus gehalten. Die Zyklusdauer ist mit TZ bezeichnet. Die Zyklusdauer TZ ist typischerweise bei Pulsweitenmodulation der Pulsfolge konstant und die Dauer der Ausgangspulse AP ist variabel, was durch die Doppelpfeile an den Pulsflanken des ersten Steuersignals SA zu den Pulsendezeitpunkten PAn, PAn + 1 symbolisiert ist. Ein weiteres Steuersignal ZA zur Ansteuerung des Schaltelements TA ist in dem unteren Diagramm der 5 eingezeichnet. Das weitere Steuersignal ZA sei zwischen einem ersten Signalzustand I und einem zweiten Signalzustand II umschaltbar. Ausgehend von einem Signalzustand II wird zum Einschaltzeitpunkt EZn das weitere Steuersignal umgeschaltet in seinen ersten Signalzustand I und in diesem gehalten bis zum Ausschaltzeitpunkt AZn, in welchem das weitere Steuersignal wieder in den zweiten Signalzustand versetzt wird. Der Einschaltzeitpunkt EZn fällt zeitlich mit dem Pulsanfangszeitpunkt PEn zusammen, der Ausschaltzeitpunkt AZn fällt zeitlich mit dem Pulsendezeitpunkt PAn zusammen, so dass die Länge des Nutzpulses NP mit der Länge des Ausgangspulses AP übereinstimmt. Zu Beginn des nächsten Zyklus wird das weitere Steuersignal ZA wieder in seinen ersten Signalzustand I zum Zeitpunkt EZn + 1 umgeschaltet. Die Abschaltzeitpunkte AZ des weiteren Steuersignals sind gleichfalls relativ zu den Einschaltzeitpunkten zeitlich verschiebbar, so dass unterschiedliche Nutzpulslängen realisierbar sind. Die Veränderung der Nutzpulslänge erfolgt dabei in dem skizzierten vorteilhaften Beispiel synchron zur Veränderung der Ausgangspulslänge. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise das weitere Steuersignal ZA aus dem ersten Steuersignal SA durch Invertieren abgeleitet werden.In 5 this is shown in the form of diagrams for a first control signal SA and another control signal ZA. The first control signal SA for controlling the switching converter arrangement is binary switchable between two states L and H. Starting from a signal state L which corresponds to an inactive operating state of the switching converter arrangement, the first control signal SA is set to the signal state H at a pulse start time PEn of one cycle n, whereby the switching converter arrangement takes up active operation and provides output power at its output. For the duration of an output pulse AP, the signal state H is maintained and the switching converter assembly continuously provides electrical output at its output. At a pulse end time PAn, the first control signal SA is returned to the signal state L and the switching converter arrangement is thereby deactivated again and kept in the inactive state until the next cycle. The cycle duration is designated TZ. The cycle duration TZ is typically constant with pulse width modulation of the pulse train and the duration of the output pulses AP is variable, which is symbolized by the double arrows on the pulse edges of the first control signal SA at the pulse end times PAn, PAn + 1. Another control signal ZA for driving the switching element TA is in the lower diagram of 5 located. The further control signal ZA is switchable between a first signal state I and a second signal state II. Starting from a signal state II, the further control signal is switched to its first signal state I at the switch-on time EZn and held there until the switch-off time AZn in which the further control signal is again set in the second signal state. The switch-on time EZn coincides with the pulse start time PEn, the switch-off time AZn coincides with the pulse end time PAn, so that the length of the useful pulse NP coincides with the length of the output pulse AP. At the beginning of the next cycle, the further control signal ZA is switched back to its first signal state I at the time EZn + 1. The switch-off times AZ of the further control signal are also temporally displaceable relative to the switch-on times, so that different payload pulse lengths can be realized. The change in the Nutzpulslänge takes place in the sketched advantageous example synchronously with the change in the output pulse length. As a result, the further control signal ZA can be derived from the first control signal SA by inverting in a particularly simple manner.

2 zeigt eine zu 1 analoge Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung, bei welcher aber nur eine Lichtquelle einheitlicher Farbemission, welche auch eine weiß abstrahlende Lichtquelle sein kann, vorgesehen ist. Dementspre chend ist auch lediglich eine Schaltwandleranordnung WE und ein Schaltelement TE vorgesehen und die Steuereinrichtung STE empfängt als Eingangssignal lediglich eine Helligkeitsinformation EH. 2 shows one too 1 analog representation of a lighting device, but in which only a light source of uniform color emission, which may also be a white emitting light source, is provided. Dementspre accordingly, only a switching converter assembly WE and a switching element TE is provided and the control device STE receives as input signal only a brightness information EH.

In dem Beispiel nach 2 ist das Schaltelement TE so gewählt, dass es in einem Ruhezustand geschlossen ist und die Ausgangsanschlüsse AE bzw. die Anschlüsse der Lichtquelle QE in diesem Zustand kurz schließt. Für eine synchrone Ansteuerung von Schaltwandleranordnung und zugeordnetem Schaltelement nach der in 5 skizzierten Art kann durch den anderen Aufbau des Schaltelements TE ein gemeinsames Steuersignal KE für die Ansteuerung der Schaltwandleranordnung WE und des Schaltelements TE eingesetzt werden, für welches die Signalform des ersten Steuersignals SA nach 5(A) angenommen sei. In dem Signalzustand L, in welchem die Schaltwandlereinrichtung WE inaktiv ist, ist das Schaltelement TE, wie in 2 dargestellt, geschlossen. Beim Übergang des Steuersignals KE in den Signalzustand H wird zum einen die Schaltwandleranordnung WE aktiviert und zum anderen das Schaltelement TE geöffnet, so dass die elektrische Ausgangsleistung der Schaltwandleranordnung über die Lichtquelle QE geleitet wird. Beim erneuten Wechsel des Steuersignals KE in den Signalzustand L wird die Schaltwandleranordnung deaktiviert und das Schaltelement TE geschlossen, so dass ein eventuell nach Deaktivierung der Schaltwandleranordnung WE auftretender Ausschwingvorgang über das Schaltelement TE kurzgeschlossen wird.In the example below 2 is the switching element TE selected so that it is closed in an idle state and the output terminals AE and the terminals of the light source QE short in this state. For a synchronous control of switching converter arrangement and assigned tem switching element according to the in 5 sketched type can be used by the other structure of the switching element TE a common control signal KE for driving the switching converter assembly WE and the switching element TE, for which the waveform of the first control signal SA after 5 (A) be accepted. In the signal state L, in which the switching converter device WE is inactive, the switching element TE, as in 2 shown, closed. When the control signal KE changes to the signal state H, the switching converter arrangement WE is activated on the one hand, and the switching element TE is opened on the other hand, so that the electrical output power of the switching converter arrangement is conducted via the light source QE. When renewed change of the control signal KE in the signal state L, the switching converter arrangement is deactivated and the switching element TE is closed, so that any decay occurring after deactivation of the switching converter assembly WE via the switching element TE is shorted.

In dem in 5 skizzierten Beispiel für das erste und das weitere Steuersignal ist davon ausgegangen, dass die Länge des Ausgangspulses AP der Schaltwandleranordnung quasi kontinuierlich bis zu beliebig kurzen Pulslängen AP verändert werden kann. Falls dies nicht möglich oder wegen Veränderung der Betriebseigenschaften der Schaltwandleranordnung nicht zweckmäßig ist, kann gemäß der Ausführungsform nach 6 vorgesehen sein, dass die Pulslänge des Ausgangspulses der Schaltwandleranordnung nicht unter eine Mindestlänge APmin verkürzt werden kann, wobei die minimale Pulslänge APmin beispielsweise gleich dem Schalttakt der getakteten Schaltwandleranordnung oder einem mehrfachen davon sein kann. Der Pulsendezeitpunkt der minimalen Pulslänge des Ausgangspulses APmin ist mit PASn bezeichnet. Das erste Steuersignal ist mit SAL bezeichnet. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es auch unter der Annahme einer solchen Mindestpulslänge des Ausgangspulses auf einfache Weise möglich, kürzere Nutzpulse zu erzeugen, indem das weitere Steuersignal ZAL für eine gegenüber der kürzesten Ausgangspulslänge APmin kürzere Zeitspanne NPZ in den ersten Signalzustand I zwischen einem Einschaltzeitpunkt EZn und einem Ausschaltzeitpunkt AZZn versetzt wird, wobei die Zeitspanne NPZ wegen der einfachen Steuerbarkeit des vorzugsweise als Feldeffekttransistor ausgeführten Schaltelements nahezu beliebig kurz sein kann.In the in 5 sketched example of the first and the further control signal is assumed that the length of the output pulse AP of the switching converter arrangement can be quasi continuously changed to arbitrarily short pulse lengths AP. If this is not possible or due to a change in the operating characteristics of the switching converter arrangement is not appropriate, can according to the embodiment of 6 be provided that the pulse length of the output pulse of the switching converter arrangement can not be shortened below a minimum length APmin, wherein the minimum pulse length APmin may be equal to the switching clock of the clocked switching converter arrangement, for example, or a multiple thereof. The pulse end time of the minimum pulse length of the output pulse APmin is designated PASn. The first control signal is denoted by SAL. By the measures according to the invention, it is also possible under the assumption of such a minimum pulse length of the output pulse in a simple manner to produce shorter Nutzpulse by the further control signal ZAL for a relation to the shortest output pulse length APmin shorter period NPZ in the first signal state I between a switch-on EZn and an OFF time AZZn is offset, wherein the period NPZ can be almost as short as desired because of the simple controllability of the preferably designed as a field effect transistor switching element.

Lediglich während der Pulslänge NPZ des durch das weitere Steuersignal bestimmten Nutzpulses fließt ein Strom vom Ausgang der Schaltwandleranordnung durch die Lichtquelle, wogegen die nach dem Abschaltzeitpunkt AZZn noch immer bis zum Pulsendezeitpunkt PASn des Ausgangspulses APmin aktive Wandleranordnung während der Differenzzeit KZ auf den durch das Schaltelement gebildeten Kurzschluss arbeitet. Die dabei anfallende Verlustleistung ist durch die Kurzschlussfestigkeit der Schaltwandleranordnungen gering und für die Verlustleistungsbilanz der Beleuchtungseinrichtung unerheblich, da eine solche Verkürzung des Nutzpulses gegen den Ausgangspuls um die Differenzzeit KZ auf kleine Zeitabschnitte KZ beschränkt werden kann.Only during the pulse length NPZ of the other Control signal specific payload, a current flows from Output of the switching converter assembly by the light source, whereas after the switch-off time AZZn still until the end of the pulse PASn of the output pulse APmin active converter arrangement during the difference time KZ on the formed by the switching element Short circuit works. The resulting power loss is through the short-circuit strength of the switching converter assemblies low and for the power loss balance of the lighting device irrelevant, since such a reduction of the Nutzpulses against the output pulse by the difference time KZ to small periods of time Concentration camp can be limited.

Schaltwandler können eine Betriebsart aufweisen, in welcher auch nach Wegfall des ersten Steuersignals, d. h. dessen Wechsel in den Signalzustand L: innerhalb einer Taktperiode des Schaltwandlertakts der Ausgangspuls noch bis zum Ende dieser Taktperiode fortgesetzt wird, so dass unter der Annahme im wesentlichen konstanter Taktperiodenlängen eines Schaltwandlers dessen Ausgangspuls nur ganzzahlige Vielfache der Taktperiodenlänge annehmen kann, auch wenn die Zeitdauer des ersten Steuersignals feiner abgestuft werden kann. Die minimale Länge des Ausgangspulses beträgt dann eine oder eventuell auch mehrere Taktperiodenlängen. Der Anfang des Ausgangspulses kann auch gegen den Wechsel des ersten Steuersignals in den Signalzustand H verzögert sein, wenn z. B. der Schaltwandler zur Unterdrückung von Störsignalen an seinem Eingang eine Mindestlänge des Steuersignals benötigt. Das erste Steuersignal ist dann mit entsprechender Mindestlänge zu erzeugen und die Verzögerung der Aktivierung des Schaltwandlers auch bei dem zweiten Steuersignal zu berücksichtigen. Eine Verzögerung des Anfangs des Ausgangspulses gegen den Wechsel des ersten Steuersignals in den Signalzustand H kann z. B. auch dann auftreten, wenn im Schaltwandler ein internes Taktsignal im inaktiven Zustand läuft und eine Aktivierung erst bei einem Wechsel des Taktsignals in einen von zwei Signalzuständen und gleichzeitigem Anliegen eines ersten Steuersignals im Signalzustand H erfolgt. Die dadurch auftretende Verzögerung kann bei der erfindungsgemäßen Maßnahme gleichfalls auf einfache Weise berücksichtigt werden, indem der Einschaltzeitpunkt gegen den Wechsel des ersten Steuersignals in dessen Signalzustand H verzögert wird.switching converters can have a mode in which also after Omission of the first control signal, d. H. its change to the signal state L: within one clock period of the switching converter clock, the output pulse is continued until the end of this clock period, so that under the assumption of substantially constant clock period lengths a switching converter whose output pulse only integer multiples can take the clock period length, even if the time duration the first control signal can be graded finer. The minimum length the output pulse is then one or possibly also several clock period lengths. The beginning of the output pulse can also be against the change of the first control signal in the signal state H be delayed when z. B. the switching converter for suppression of spurious signals at its entrance a minimum length the control signal needed. The first control signal is then produce with appropriate minimum length and the Delaying the activation of the switching converter also at to consider the second control signal. A delay the beginning of the output pulse against the change of the first control signal in the signal state H can z. B. also occur when in the switching converter an internal clock signal in the inactive state is running and an activation only when a change of the clock signal in one of two signal states and simultaneous request of a first control signal in the signal state H takes place. The resulting Delay can in the inventive Measure also taken into account in a simple manner be by the switch-on against the change of the first Control signal in the signal state H is delayed.

Die Verkürzung des Nutzpulses gegenüber dem Ausgangspuls kann auch von besonderem Vorteil sein, wenn nicht nur eine Mindest-Pulslänge des Ausgangspulses gegeben ist, sondern wenn der Ausgangspuls nur in gröberen Schritten, beispielsweise mit Schrittweiten gleich der Taktperiode des Schalttakts der Schaltwandlereinrichtung veränderbar ist. Hierdurch können dann durch Verkürzung des Nutzpulses gegenüber dem Ausgangspuls Nutzpulse in quasi kontinuierlicher Längenabstufung erzeugt werden.The Shortening of the useful pulse with respect to the output pulse may also be of particular advantage if not just a minimum pulse length the output pulse is given, but if the output pulse only in coarser steps, for example with step sizes equal to the clock period of the switching clock of the switching converter means is changeable. This can then by shortening the Nutzpulses compared to the output pulse Nutzpulse in quasi continuous length gradation are generated.

Für den Fall, dass auch beim Aktivieren der Schaltwandleranordnung Einschwingvorgänge oder Verzögerungen auftreten, kann ferner vorgesehen sein, den Zeitpunkt PEn, zu welchem das erste Steuersignal SA, SAL in den Signalzustand H wechselt, gegenüber dem Einschaltzeitpunkt EZn des zweiten Steuersignals ZA, ZAL zeitlich vorzuverlegen.In the event that also occur when activating the switching converter arrangement transients or delays, may be further provided, the time PEn, to which the first STEU Ersignal SA, SAL changes to the signal state H, over the switch-on time EZn of the second control signal ZA, ZAL forward in time.

Anstelle der Anordnung eines Schaltelements in einem Parallelstrompfad und Kurzschließen der Ausgangsanschlüsse einer Schaltwandleranordnung kann auch ein Schaltelement als Serienschalter im Stromkreis von Schaltwandlerausgang und Lichtquelle angeordnet sein, welches zur Unterbindung eines Stroms durch die Lichtquelle geöffnet wird und den Stromkreis unterbricht.Instead of the arrangement of a switching element in a parallel current path and Shorting the output terminals of a switching converter arrangement can also be a switching element as a series switch in the circuit of Switching converter output and light source can be arranged, which for Loss of a current opened by the light source is interrupted and the circuit.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.The above and those specified in the claims and the features that can be seen in the illustrations are both individual and also advantageously feasible in various combinations. The invention is not limited to the described embodiments, but in the context of expert knowledge in many ways Way changeable.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1016062 B1 [0003]

Claims

Lighting device with at least one light source, which contains one or more light-emitting diodes, and with a controllable electrical power source associated with the light source, which outputs cyclically spaced output pulses and causes current Nutzpulse by the light source, and with a control device, which in accordance with a brightness information for the at least one light source containing input signal generates a first control signal, which causes the output of the output pulses, characterized in that with the light source and the output of the associated power source, a switch assembly is connected, which is controlled by a further control signal and which in a first of at least two switching states suppress a light emission causing current from the power source by the light source.

Lighting device according to claim 1, characterized characterized in that in a second switching state of the switch assembly the output current of the power source is substantially equal to Current through the light source is.

Lighting device according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the pulse duration of the output pulse of the power source has a first minimum value.

Lighting device according to claim 3, characterized characterized in that the payload pulse has a second minimum value, which is smaller than the first minimum value.

Lighting device according to claim 4, characterized characterized in that the second minimum value is at most 50% of the first minimum value.

Lighting device according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the power source is a switching converter arrangement contains.

Lighting device according to claim 5, characterized in that the clock frequency of the switching clock of the switching converter arrangement is predetermined independently of the first control signal.

Lighting device according to claim 6 or 7, characterized characterized in that the clock frequency is less than 1 MHz, in particular less than 0.5 MHz, preferably less than 250 kHz.

Lighting device according to one of the claims 6 to 8, characterized in that the first minimum value at least a clock period, in particular at least two clock periods, preferably is at least four clock periods of the switching clock.

Lighting device according to one of the claims 1 to 9, characterized in that a switch-off, in which the further control signal, the switch assembly in the first Switching state offset, at least in a partial brightness range coincides in time substantially with the end of the output pulse.

Lighting device according to claim 10, characterized in that the switch-off time (AZZn) of the further control signal temporally before the end of the output pulse.

Lighting device according to claim 6 and 10, characterized in that the switch-off time in time at most a clock period of the switching converter assembly, towards the end of the Output pulse is delayed.

Lighting device according to claim 10, characterized in that the switch-off time of the further control signal in time by a maximum of 20%, in particular at most 10%, preferably at most 5% of the pulse duration of the output pulse against its End is delayed.

Lighting device according to one of the claims 1 to 13, characterized in that the output pulses a pulse width modulatable Form pulse sequence with constant cycle duration.

Lighting device according to one of the claims 1 to 14, characterized in that a switch-on, to which the further control signal, the switch assembly in the second Switching state offset, in terms of time substantially at the beginning the output pulse coincides.

Lighting device according to claim 15, characterized characterized in that the switch arrangement between a switch-off and the switch-on time at the beginning of the next output pulse remains in the first switching state.

Lighting device according to claim 15, characterized characterized in that the beginning of the output pulse against time the switch-on is advanced.

Lighting device according to one of the claims 1 to 17, characterized in that the further control signal forms a cyclic square wave signal.

Lighting device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the Switching arrangement is located in a current path parallel to the light source and in the first switching state is low resistance to the light source.

Lighting device according to one of the claims 1 to 19, characterized in that the switch arrangement a Contains field effect transistor as a switching element.

Lighting device according to one of the claims 1 to 20, characterized in that at least two light sources different color emissions are provided and one by overlay the total light emission given by the two different color emissions is controllably variable according to color and / or brightness, that the input signal brightness information and / or a Contains color information and the controller separate Generates control signals for the at least two light sources.

Lighting device according to claim 21, characterized characterized in that for each color emission multiple light sources are provided and each light source own switching element assigned.

Method for variably controlling the emission of light a lighting device, the at least one light source contains one or more light-emitting diodes, and with a the light source associated electrical power source, which a Output signal with cyclically consecutive, temporally spaced Output pulses and outputs from this current Nutzpulse by the light source generated, wherein the duty cycle of the output signal variable is, characterized in that at least in a lower partial brightness range the light source, the Nutzpulse compared to the output pulses be shortened in time.