DE102009025752A1

DE102009025752A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last

Info

Publication number: DE102009025752A1
Application number: DE102009025752A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dieter Grebner
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2029-05-07
Also published as: US20110285317A1; DE102009025752B4; US8513896B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer elektrischen Last. Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung und Entladesteuerung einer elektrischen Last aufgezeigt, bei welchem die Ansteuerung und Entladung mittels eines Ansteuerrahmens und eines Entladerahmens erfolgt und jeweils ein Ansteuerrahmen und ein Entladerahmen einen Schaltzyklus für die elektrische Last darstellen. Es werden mehrere Schaltzyklen aneinander nachfolgend angeordnet, wobei jeder Einzellast ein steuerbarer Schalter parallel geschaltet ist, so dass jede Einzellast unabhängig von der anderen Einzellast im Schaltzyklus geschaltet werden kann. Eine Steuereinheit überwacht den in die elektrische Last fließenden elektrischen Strom und mittels eines Ist/Soll-Vergleiches regelt die Steuereinheit den Strom auf einen einstellbaren Sollwert, so dass ein möglichst konstanter Strom in die elektrische Last fließt. Während des Ansteuerrahmens eines Schaltzyklusses werden über die steuerbaren Schalter die Einzellasten eingeschaltet und während des Entladerahmens eines Schaltzyklusses die Einzellasten über die steuerbaren Schalter ausgeschaltet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer elektrischen Last. Bei der angesteuerten elektrischen Last handelt es sich insbesondere um eine Anordnung von Leuchtdioden, im Weitern mit LEDs bezeichnet, wobei die elektrische Last mit einem nahezu konstanten Betriebsstrom zu versorgen ist.
Zur Ansteuerung einer elektrischen Last, insbesondere von LEDs, LED-Ketten und/oder LED-Arrays, werden vorrangig Konstantstromquellen verwendet. Es sind diverse Anordnungen von LEDs bekannt, neben der parallelen oder Matrixverschaltung von LEDs ist auch die Möglichkeit der Reihenschaltung von LEDs bekannt. Bei der Reihenschaltung von LEDs werden alle LEDs in Reihe nacheinander geschaltet; diese Verschaltung wird auch als LED-Kette bezeichnet. Um LED-Ketten betreiben zu können, wird ein konstanter Strom erzeugt und durch die LEDs geleitet. Es stellt sich dann eine Spannung über den LEDs ein, die der Summe der Flussspannungen aller LEDs entspricht.
Um eine konstante Lichtausbeute zu erreichen, muss daher der Strom, der durch die LEDs fließt, temperaturabhängig geregelt werden und nahezu konstant sein. Dies erfolgt in bekannter Weise über eine Pulsweitenmodulation des zugeführten Stromes. Mittels einer Pulsweitenmodulation wird dieser modulierte Strom dann zur Helligkeitssteuerung der LED-Ketten eingesetzt.
Die Energieversorgung der LEDs erfolgt beispielsweise mittels eines sogenannten Aufwärtswandlers. Ein solcher Aufwärtswandler ist als Stand der Technik anzusehen.
Aus DE 20 2007 011 973 U1 ist eine LED-Clusteranordnung bekannt, welche mit Konstantstrom versorgt wird. Die LED-Clusteranordnung wird über eine Pulsweitenmodulation angesteuert.
Aus DE 2006 059 355 A1 ist eine Ansteuereinrichtung in einem Verfahren zum Betrieb einer Reihenschaltung von Leuchtdioden offenbart.
Aus DE 10 2005 058 484 A1 ist eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Betrieb mindestens einer LED offenbart.
Problematisch bei dem bekannten Stand der Technik ist jedoch, dass es verschiedene Ansteuermöglichkeiten von elektrischen Lasten, bestehend aus einzelnen Einzel- oder Teillasten, insbesondere von LEDs, gibt. Problematisch hierbei ist vor allem, dass in Abhängigkeit der Anzahl der angesteuerten und angeschalteten Einzel- oder Teillasten die Spannung variiert. Soll insbesondere ein Zu- und Abschalten der Teillasten erfolgen, so sollte die Ausgangskapazität, welche zur Glättung der Spannung über die elektrische Last zum Einsatz kommt, vor einer erneuten Beschaltung und Einschaltung der Lasten entladen werden, damit nicht eine Entladung der Ausgangskapazität über die dann noch eingeschalteten Teillasten erfolgt und diese dadurch möglicherweise beschädigt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die diese Proble matik umgehen und in einer besonderen Ausgestaltung zugleich eine Energiesparmöglichkeit bei der Entladung der Ausgangskapazität aufzeigen.
Die vorliegende Aufgabe wird anhand der Merkmale der Patentansprüche 1 und 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der abhängigen Patentansprüche sowie eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand einer konkreten Schaltungsanordnung und Vorrichtung.
Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung und Entladesteuerung einer elektrischen Last aufgezeigt, bei welchem die Ansteuerung und Entladung mittels eines Ansteuerrahmens und eines Entladerahmens erfolgt und jeweils ein Ansteuerrahmen und ein Entladerahmen einen Schaltzyklus für die elektrische Last darstellen. Es werden mehrere Schaltzyklen aneinander nachfolgend angeordnet, wobei jeder Einzellast ein steuerbarer Schalter parallel geschaltet ist, so dass jede Einzellast unabhängig von der anderen Einzellast im Schaltzyklus geschaltet werden kann. Eine Steuereinheit überwacht den in die elektrische Last fließenden elektrischen Strom und mittels eines Ist/Soll-Vergleiches regelt die Steuereinheit den Strom auf einen einstellbaren Sollwert, so dass ein möglichst konstanter Strom in die elektrische Last fließt. Während des Ansteuerrahmens eines Schaltzyklusses werden über die steuerbaren Schalter die Einzellasten eingeschaltet und während des Entladerahmens eines Schaltzyklusses die Einzellasten über die steuerbaren Schalter ausgeschaltet.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 2 ist, dass das Ein- und Ausschalten der Einzellasten einzeln zeitlich nacheinander oder gemeinsam oder in Gruppen vorgenommen wird und/oder dass die Einzellasten in Reihe geschaltet sind. Hierdurch kann die elektrische Last individuell gesteuert werden.
Gemäß der Ausführungsform nach Patentanspruch 3 wird eine Einzellast durch ein Dioden-Array gebildet, welches aus mindestens zwei parallel geschalteten und/oder in Reihe geschalteten und/oder matrixverschalteten Leuchtdioden besteht. Es ist alternativ vorgesehen, dass eine Einzellast eine Leuchtdiode ist. Es kann somit auf jedes Erfordernis der Leuchtdioden und der elektrischen Last eine Anpassung erfolgen.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 4 ist, dass die über die elektrische Last abfallende Spannung mittels eines parallel zur elektrischen Last geschalteten Kondensators geglättet wird, wobei parallel zum Kondensator ein Entladewiderstand mit einem weiteren steuerbaren Schalter geschaltet wird, um den Kondensator während des Entladerahmens durch Schließen des weiteren steuerbaren Schalters über den Entladewiderstand gegen Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential zu entladen. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Entladung des Kondensators nicht über die elektrische Last und deren Einzellasten erfolgt, sondern dass die Entladung direkt über den Entladewiderstand gegen Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential erfolgt. Somit wird vermieden, dass die elektrische Last oder eine der Einzellasten durch den Entladevorgang beschädigt oder überbelastet oder überlastet wird.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 5 ist, dass über einen Entladewiderstand und einen weiteren steuerbaren Schalter ein Eingangskondensator, der parallel zur elektrischen Last und der Steuereinheit geschaltet ist, mit dem Kondensator verbunden wird, sodass beim Schließen des weiteren steuerbaren Schalters die Entladung des Kondensators in den Eingangskondensator erfolgt, wodurch eine Eingangsspannung erhöht wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Entladung des Kondensators nicht über die elektrische Last und deren Einzellasten erfolgt, sondern dass die Entladung direkt über den Entladewiderstand erfolgt. Somit wird vermieden, dass die elektrische Last oder eine der Einzellasten durch den Entladevorgang beschädigt oder überlastet wird. Außerdem wird beim Entladen die im Kondensator gespeicherte Energie nicht vernichtet, indem der Kondensator gegen Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential entladen wird, sondern die Energie wird auf den Eingangskondensator übertragen und kann für den nächsten Schaltzyklus verwendet werden. Dies führt zu einem besseren Wirkungsgrad.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 6 ist, dass über eine Entladeinduktivität und einen weiteren steuerbaren Schalter ein Eingangskondensator, der parallel zur elektrischen Last und der Steuereinheit geschaltet ist, mit dem Kondensator verbunden wird, so dass beim Schließen des weiteren steuerbaren Schalters die Entladung des Kondensators in die Entladeinduktivität und den Eingangskondensator erfolgt, wodurch eine Eingangsspannung erhöht wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Entladung des Kondensators nicht über die elektrische Last und deren Einzellasten erfolgt, sondern dass die Entladung direkt über die Entladeinduktivität in den Eingangskondensator erfolgt. Somit wird vermieden, dass die elektrische Last oder eine der Einzellasten durch den Entladevorgang überlastet oder beschädigt wird. Außerdem wird beim Entladen die im Kondensator gespeicherte Energie nicht vernichtet, indem der Kondensator gegen Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential entladen wird, sondern die Energie wird auf den Eingangskondensator und in die Entladeinduktivität übertragen und kann für den nächsten Schaltzyklus verwendet werden. Dies führt zu einem besseren Wirkungsgrad der Schaltung. Zu berücksichtigen ist außerdem, dass bei der Entladung in der Entladeinduktivität, welche vorzugsweise eine Spule ist, lediglich deren Gleichstromwiderstand zum Tragen kommt, so dass eine nahezu verlustfreie Energieübertragung erfolgt.
Gemäß der Ausführungsform nach Patentanspruch 7 wird die Entladzeit im Entladerahmen durch ein RC-Glied, gebildet aus der Parallelschaltung des Kondensators und des Entladewiderstandes, bestimmt. Der Kondensator wird anhand einer Exponentialfunktion entladen.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 8 ist, dass die Dauer des Schließens des weiteren steuerbaren Schalters im Entladerahmen von der Steuereinheit anhand der Anzahl der im nachfolgenden Ansteuerrahmen einzuschaltenden Einzellasten ermittelt wird. Somit erfolgt keine Komplettentladung des Kondensators, da dieser nur auf die Spannung entladen wird, auf welche er im nachfolgenden Ansteuerrahmen ehedem wieder aufzuladen wäre. Hierdurch erfolgt eine erhebliche Energieeinsparung beim Einsatz des Verfahrens, da eine Totalentladung des Kondensators nicht erfolgt.
Gemäß der Ausführungsform nach Patentanspruch 9 ist angegeben, dass eine Entladung des Kondensators nur dann vorgenommen wird, wenn im nachfolgenden Ansteuerrahmen die Anzahl der anzuschaltenden Einzellasten kleiner ist als die Anzahl der im vorhergehenden Ansteuerrahmen angeschaltet gewesenen Einzellasten. Somit wird der Kondensator nur dann teilentladen bzw. entladen, wenn im Ansteuerrahmen des nachfolgenden Schaltzyklusses eine geringere Anzahl von Einzellasten eingeschaltet wird als im Ansteuerrahmen des aktuellen Schaltzyklusses.
Gemäß der Ausführungsform nach Patentanspruch 10 ist vorgesehen, dass eine Entladeschlussspannung ermittelt wird, auf welche der Kondensator im Entladerahmen entladen wird, wobei die Ermittlung der Entladeschlussspannung erfolgt, indem die ermittelten Spanungsabfälle über den einzelnen Einzellasten, die im nächsten Ansteuerrahmen eingeschaltet werden, aufaddiert werden. Hierdurch kann die Entladeschlussspannung von der Steuereinheit errechnet werden und die Entladung des Kondensators kann auf einen optimalen Wert vorgenommen werden.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 11 ist, dass die Werte der Flussspannungen der Einzellasten während des Betriebes analysiert und in einem zugehörigen Speicher abgespeichert werden. Hierdurch können über die Lebenszeit der elektrischen Last die Veränderungen der Einzellasten miterfasst und die Entladeschlussspannung von der Steuereinheit über die Lebenszeit der Einzellasten nachgeführt werden.
Gemäß der Ausführungsform nach Patentanspruch 12 ist vorgesehen, dass zu Beginn des Entladerahmens der Wert der ermittelten Entladeschlussspannung mit der am Kondensator anliegenden Kondensatorspannung verglichen wird und der Entladevorgang nur begonnen wird, wenn die Entladeschlussspannung kleiner ist als die am Kondensator anliegende Kondensatorspannung, und die Entladung des Kondensators abgebrochen wird, sobald sich die Entladeschlussspannung und die am Kondensator anliegende Kondensatorspannung gleichen.
Gemäß der Ausführungsform nach Patentanspruch 13 ist vorgesehen, dass durch permanente Messung der Spannungsabfälle über den Einzellasten die Entladeschlussspannung der Betriebstemperatur und/oder der Lebensdauer und der dadurch bedingten Alterung der Bauelemente der Einzellasten nachgeführt wird.
Die Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 14 zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13 weist einen Eingangskondensator, eine Steuereinheit und eine Treiberstufe auf, wobei die Steuereinheit und die Treiberstufe parallel zum Eingangskondensator geschaltet sind und zwischen dem Ein gangskondensator und der Treiberstufe eine Induktivität geschaltet ist, wobei die Treiberstufe über eine Diode einen Strom in eine elektrische Last treibt, wobei zur elektrischen Last eine Parallelschaltung eines Kondensators mit einem Entladewiderstand und einem diesem nachgeschalteten steuerbaren Schalter angeordnet ist oder zur elektrischen Last der Kondensator parallel geschaltet ist und ein anderer Entladewiderstand mit einem diesem nachgeschalteten steuerbaren Schalter eine Verbindung zwischen dem Eingangskondensator und dem Kondensator ausbildet oder zur elektrischen Last der Kondensator parallel geschaltet ist und eine Entladeinduktivität mit einem dieser vorgeschalteten anderen steuerbaren Schalter eine Verbindung zwischen dem Eingangskondensator und dem Kondensator ausbildet. Vorteilhaft hierbei ist, dass das vorbeschriebene Verfahren mit einer geringen Anzahl von elektrischen Komponenten umgesetzt ist. Die Entladung des Kondensators erfolgt nicht über die elektrische Last und deren Einzellasten, sondern die Entladung erfolgt direkt über den Entladewiderstand gegen Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential oder in den Eingangskondensator und/oder die Entladeinduktivität.
Somit wird vermieden, dass die elektrische Last oder eine der Einzellasten durch den Entladevorgang beschädigt wird. Außerdem wird beim Entladen in den Eingangskondensator die im Kondensator gespeicherte Energie nicht vernichtet, sondern in die Entladeinduktivität und/oder Eingangskapazität übertragen und kann für den nächsten Schaltzyklus verwendet werden. Dies führt zu einem besseren Wirkungsgrad der Schaltungsanordnung. Zu berücksichtigen ist außerdem, dass bei der Entladung über die Entladeinduktivität, welche vorzugsweise eine Spule ist, lediglich deren Gleichstromwiderstand zum Tragen kommt, so dass eine nahezu verlustfreie Energieübertragung in die Eingangskapazität (Eingangskondensator) erfolgt.
Gemäß der Ausführung nach Patentanspruch 15 ist vorgesehen, dass zwischen der Entladeinduktivität und dem dieser vorgeschalteten steuerbaren Schalter eine Diode gegen Masse oder Null geschaltet ist.
Gemäß der Ausführung nach Patentanspruch 16 ist vorgesehen, dass die Diode in Sperrrichtung gegen Masse geschaltet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Patentanspruch 17 dient zur Ansteuerung und Entladesteuerung einer elektrischen Last. Die elektrische Last besteht aus mindestens zwei Einzellasten. Die Steuereinheit treibt über eine Treiberstufe einen Strom in die elektrische Last, wobei die Steuereinheit Schaltzyklen für die elektrische Last steuert, wobei jeder Schaltzyklus aus einem Ansteuerrahmen und einem Entladerahmen besteht. Jeder Einzellast ist ein steuerbarer Schalter parallel geschaltet, damit jede Einzellast unabhängig von der anderen Einzellast im Schaltzyklus schaltbar ist. Die Einzellasten sind während eines Ansteuerrahmens über die steuerbaren Schalter einschaltbar und während des Entladerahmens über die steuerbaren Schalter abschaltbar.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 18 ist, dass die Steuereinheit das Ein- und Ausschalten der Einzellasten einzeln zeitlich nacheinander oder gemeinsam oder in Gruppen vornimmt und/oder dass die Einzellasten in Reihe geschaltet sind. Hierzu werden die steuerbaren Schalter individuell von der Steuereinheit angesteuert. Hierdurch kann die Belastung der Einzellasten individuell gesteuert werden. Außerdem kann beim Einsatz von LEDs als Einzellasten die Lichtemission der LEDs und somit die Helligkeit der elektrischen Last den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 19 ist, dass die Steuereinheit an einen Strommesspunkt mittels einer Strommesseinheit den in die elektrische Last fließenden elektrischen Strom überwacht und mittels eines Ist/Soll-Vergleiches auf einen einstellbaren Sollwert mittels der Treiberstufe regelt, so dass ein möglichst konstanter Strom in die elektrische Last fließt. Somit kann beispielsweise über eine Pulsweitenmodulation der Stromfluss in der elektrischen Last relativ konstant gehalten werden.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 20 ist, dass die Treiberstufe aus einem Transistor mit zugehöriger Beschaltung, einem Feldeffekttransistor mit zugehöriger Beschaltung oder einem Verstärker mit zugehöriger Beschaltung gebildet ist. Somit können kostengünstige Standardbauelemente eingesetzt werden.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 21 ist, dass eine Einzellast ein Dioden-Array, bestehend aus mindestens zwei parallel geschalteten und/oder in Reihe geschalteten und/oder matrixverschalteten Leuchtdioden ist. Es kann somit auf jedes Erfordernis der Beleuchtung eine Anpassung der elektrischen Last erfolgen.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 22 ist, dass ein parallel zur elektrischen Last gegen Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential geschalteter Kondensator liegt und parallel zum Kondensator ein Entladewiderstand mit einem weiteren steuerbaren Schalter angeordnet ist, wobei der Entladewiderstand bei geschlossenem steuerbaren Schalter den Kondensator gegen Masse oder gegen Null oder ein anderes Spannungspotential entlädt, oder ein Entladewiderstand mit einem diesem nachgeschalteten steuerbaren Schalter eine Verbindung zwischen dem Eingangskondensator und dem Kondensator ausbildet und bei geschlossenem steuerbaren Schalter der Entladewiderstand den Kondensator in den Eingangskondensator entlädt oder eine Entladeindukti vität mit einem dieser vorgeschalteten steuerbaren Schalter eine Verbindung zwischen dem Eingangskondensator und dem Kondensator ausbildet und bei geschlossenem steuerbaren Schalter den Kondensator in die Entladeinduktivität und den Eingangskondensator entlädt. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Entladung des Kondensators nicht über die elektrische Last und deren Einzellasten erfolgt, sondern dass die Entladung direkt über den Entladewiderstand gegen Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential erfolgt oder in den Eingangskondensator und/oder die Eingansinduktivität.
Somit wird vermieden, dass die elektrische Last oder eine der Einzellasten durch den Entladevorgang beschädigt oder überlastet wird. Außerdem wird beim Entladen in den Eingangskondensator die im Kondensator gespeicherte Energie nicht vernichtet, sondern in den Eingangskondensator übertragen und kann für den nächsten Schaltzyklus verwendet werden. Dies führt zu einem besseren Wirkungsgrad der Schaltung. Zu berücksichtigen ist außerdem, dass bei der Entladung über die Entladeinduktivität, welche vorzugsweise eine Spule ist, lediglich deren Gleichstromwiderstand zum Tragen kommt, so dass eine nahezu verlustfreie Energieübertragung in den Eingangskondensator erfolgt.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 23 ist, dass die Steuereinheit die Dauer des Schließens des weiteren steuerbaren Schalters im Entladerahmen und somit die Entladung des Kondensators auf einen definierten Spannungswert anhand der Anzahl der im Ansteuerrahmen des nachfolgenden Schaltzyklusses einzuschaltenden Einzellasten ermittelt. Somit erfolgt keine Komplettentladung des Kondensators, da dieser nur auf die Spannung entladen wird, auf welche er im nachfolgenden Ansteuerrahmen ehedem wieder aufzuladen wäre. Hierdurch erfolgt eine erhebliche Energieeinsparung, da eine Totalentladung des Kondensators nicht erfolgt.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 24 ist, dass die Steuereinheit den definierten Spannungswert des Kondensators, auf den dieser zu entladen ist, anhand der kontinuierlich von der Steuereinheit überwachten und abgespeicherten Teilspannungsabfälle über den Einzellasten ermittelt. Hierdurch können über die Lebenszeit der elektrischen Last bzw. der Einzellasten die Veränderungen der Einzellasten miterfasst werden und die Entladung des Kondensators von der Steuereinheit über die Lebenszeit der Einzellasten nachgeführt werden.
Vorteilhaft gemäß Patentanspruch 25 ist, dass die Steuereinheit eine Entladung des Kondensators nur vornimmt, wenn im Ansteuerrahmen des nachfolgenden Schaltzyklusses die Anzahl der anzuschaltenden Einzellasten kleiner ist als die Anzahl der im Ansteuerrahmen des aktuellen Schaltzyklusses eingeschalteten Einzellasten. Es erfolgt eine Entladung des Kondensators nur dann, wenn dies notwendig ist. Hierdurch erfolgt eine Energieeinsparung beim Betrieb der Vorrichtung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 26 ist vorgesehen, dass die Steuereinheit die steuerbaren Schalter steuert.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand der 1–13 näher beschrieben. Diese Beschreibung der Erfindung anhand konkreter Ausführungsbeispiele stellt keine Limitierung der Erfindung auf eines der Ausführungsbeispiele dar.
Es zeigen:
1 eine Beschaltung einer elektrischen Last, vorzugsweise bestehend aus LEDs, mit einem Aufwärtswandler;
2 eine Reihenschaltung einzelner LEDs;
3 einen Ansteuerrahmen für LEDs;
4 einen Ansteuerrahmen für LEDs;
5 einen Ansteuerrahmen für LEDs;
6 einen Ansteuerrahmen für LEDs;
7 einen Schaltzyklus mit Ansteuer- und Entladerahmen;
8 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
9 zwei Schaltzyklen aneinander gereiht;
10 eine Entladeschaltung;
11 eine Ansteuerung mehrerer LEDs mit verteilter Entladung;
12 eine erfindungsgemäße Vorrichtung; und
13 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung.
Bei der nachfolgenden Figurenbeschreibung wird figurenübergreifend für identische Elemente in den Figuren jeweils bei allen Figuren dasselbe Bezugszeichen verwendet. Dies dient der Übersichtlichkeit und besseren Verständlichkeit der weiteren konkreten Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 13.
1 zeigt eine Beschaltung einer elektrischen Last 1 mit einem Aufwärtswandler. Die elektrische Last 1 besteht aus mindestens zwei Einzellasten 11, 12. Bei den Einzellasten 11, 12 handelt es sich jeweils um mindestens eine Leuchtdiode. In 1 sind zwar lediglich zwei in Reihe geschaltete Leuchtdioden dargestellt, es kann jedoch eine nahezu beliebige Anzahl von Leuchtdioden hinzugefügt werden. In vorteilhafter Weise handelt es sich um mindestens zwei in Reihe und/oder parallel geschaltete Dioden, welche als Dioden-Array verschaltet sind. Das Dioden-Array kann aber auch aus einer Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung und/oder Matrixverschaltung von einzelnen Leuchtdioden bestehen.
Die elektrische Last 1 wird von einem Strom getrieben, der nahezu konstant gehalten werden soll. Der Strom wird mittels einer getakteten Versorgung, hier in Form eines Aufwärtswandlers, gebildet aus der Spule 8, der Diode 7 und dem Schaltelement 6, hier in Form eines Feldeffekttransistors, und der Regelung 2 getrieben. Der Strom wird von einer Steuereinheit 2 geregelt, welche an einem Strommesspunkt 9 über eine Strommesseinheit die Stromstärke ermittelt und anhand eines Soll/Ist-Vergleiches den Strom entsprechend auf den Sollwert regelt. Der Steuereinheit 2 werden über die Ports 10a und 10b der Sollwert und der Istwert zugeführt. Mittels eines Komparators oder eines Vergleichers kann dann der Abgleich erfolgen.
Parallel zur elektrischen Last 1 ist ein Kondensator 3 geschaltet. Im Weiteren ist ein Eingangskondensator 5 vorgesehen, der ebenso wie der Kondensator 3 und die Steuereinheit 2 gegen Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential geschaltet ist. Eingansseitig liegt die Eingangsspannung U_in an; über der elektrischen Last 1 fällt die Spannung U_out ab.
Wird nunmehr die elektrische Last 1 eingeschaltet, so fließt ein nahezu konstant geregelter Strom in die elektrische Last 1 und die Einzellasten 11, 12. Werden die Einzellasten 11, 12 abgeschaltet, so liegt weiterhin am Kondensator 3 eine Spannung an, welche entladen werden muss, wenn sich die Last beim erneuten Einschalten ändert, insbesondere reduziert. Die Entladung erfolgt dann über die noch angeschlossene, aber nicht mehr mit Strom versorgte elektrische Last 1. Bei dieser Entladung kann es dann zu Beschädigungen der elektrischen Last kommen, wenn diese Entladung nicht überwacht und koordiniert wird.
2 zeigt eine Reihenschaltung von LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7. Jede der LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 entspricht einer Einzellast in 1. Um nunmehr bei einer derartigen Reihenschaltung von LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 jede der LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 einzeln an- und abzuschalten, ist jeder der LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 ein steuerbarer Schalter SL1, SL2, SL3, SL4, SL5, SL6, SL7 parallel geschaltet. Eine LED LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 wird abgeschaltet, indem der zugehörige steuerbare Schalter SL1, SL2, SL3, SL4, SL5, SL6, SL7 geschlossen wird und somit dann die LED überbrückt wird. Auf diese Weise kann jede der einzelnen LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7, die dann ein LED-Array bilden, unabhängig von einer jeweils anderen der LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 geschaltet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die einzelnen LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 nacheinander und/oder gemeinsam an- und/oder abzuschalten.
Als steuerbarer Schalter SL1, SL2, SL3, SL4, SL5, SL6, SL7 dient hier jeder mechanische Kontakt, wie auch jede Art von Halbleiterschalter. In vorzugsweiser Ausführung sind die steuerbaren Schalter SL1, SL2, SL3, SL4, SL5, SL6, SL7 elektronisch ansteuerbar und schaltbar, wobei die Ansteuerung durch die Steuereinheit 2 erfolgt.
Das An- und Abschalten der LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 erfolgt in der Regel nach einem bestimmten Schema. Hierzu wird zunächst ein Ansteuerrahmen festgelegt. Dieser Ansteuerrahmen wird zyklisch mit einer Frequenz wiederholt. Durch die geschickte Wahl der Wider holfrequenz integriert das menschliche Auge die abgestrahlte Lichtmenge auf. Typische derartige Frequenzen liegen bei 100 Hz bis 200 Hz. Innerhalb eines Ansteuerrahmens werden nur diejenigen LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 mit einer Einschaltzeit über die steuerbaren Schalter SL1, SL2, SL3, SL4, SL5, SL6, SL7 von der Steuereinheit 2 angesteuert, die der Helligkeitsanforderung für die aktuelle Betriebsweise entsprechen.
Zur Koordination der verschiedenen Einschaltzeitpunkte und des Einschaltens können verschiedene Vorgehensweisen angewendet werden. Verschiedene mögliche Vorgehensweisen zum Einschalten und Ausschalten der LEDs werden in den Figuren 3 bis 5 beispielhaft aufgezeigt.
3 zeigt ein Diodenarray von sieben in Reihe geschalteten LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7. Das zeitgleiche Einschalten von sieben in Reihe geschalteten LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 wird dargestellt. Alle sieben LEDs, LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 werden zeitgleich zu Beginn des Ansteuerrahmens A eingeschaltet und während des Ansteuerrahmens A wieder abgeschaltet. In 3 wird die siebte LED LED7 als erste wieder abgeschaltet. Anschließend wird die sechste LED LED6 abgeschaltet. Danach werden gemeinsam die fünfte und vierte LED LED5, LED4 sowie nachfolgend die dritte und zweite LED LED3, LED2 und zum Schluss die erste LED LED1 abgeschaltet. Das Dioden-Array ist wieder dunkel.
4 zeigt wiederum ein Diaoden-Array mit sieben in Reihe geschalteten LEDs LEDs, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7. Hier wird nunmehr ein versetztes Einschalten der einzelnen LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 im zeitlichen Ablauf im Ansteuerrahmen A aufgezeigt. Am Ende des Ansteuerrahmens A werden alle sieben LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 gemeinsam abgeschaltet.
Eine weitere Möglichkeit der Ansteuerung von LEDs stellt eine Kombination vom versetzten Ein- und Ausschalten dar, dies ist beispielhaft in 5 dargestellt. 5 zeigt ein Diaoden-Array mit sieben in Reihe geschalteten LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7. Hier wird nunmehr ein versetztes Einschalten und Ausschalten der einzelnen LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 im Ansteuerrahmen A aufgezeigt.
Problematisch bei der Variation der Ein- und Ausschaltzeitpunkte der einzelnen LEDs, insbesondere der Ausschaltzeitpunkte, ist, dass die jeweilige Ausgangskapazität, sprich der Kondensator 3, entladen werden muss. Eine Entladung erfolgt über die angeschlossene Last 1 und die noch angeschlossenen und betriebenen Einzellasten 11, 12.
In 6 sind daher beispielhaft die Stromspitzen aufgezeigt, die entstehen, wenn die sieben LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7, wie in 3 dargestellt, ausgeschaltet werden. Ein Ausschalten einer der LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 führt zu einem kurzen Stromanstieg, einer Stromspitze. Dies bewirkt, dass nach dem Ausschalten der siebten LED LED7 durch die anderen noch angeschalteten sechs LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6 kurzfristig ein „überhöhter” Strom, d. h. eine Stromspitze, fließt, der ggf. zur Beschädigung oder Überlastung der LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6 führen kann.
Ein effektives Vorgehen zur Vermeidung dieser Stromspitzen ist in 7 aufgezeigt. Es ist wieder ein Leuchtdioden-Array mit sieben in Reihe geschalteten LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 dargestellt. Es wird aber neben dem Ansteuerrahmen A1 ein Entladerahmen E vorgegeben. Im Ansteuerrahmen A1 erfolgt das Einschalten der LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7. Die Einschaltung erfolgt analog zum Einschalten wie in 4 dargestellt. Der Ansteuerrahmen A1 und der Entladerahmen E bilden gemeinsam einen Schaltzyklus S. Bei der üblichen Betriebsweise der elektrischen Last 1 schließen sich mehrere Schaltzyklen S einander an. Im Ansteuerrahmen A1 werden die einzelnen Einzellasten 11, 12, in 7 die LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7, entsprechend angesteuert und eingeschaltet, indem die steuerbaren Schalter, wie in 2 dargestellt, geöffnet werden. Im Entladerahmen E erfolgt die Entladung der in 1 dargestellten Kapazität 3.
In 8 ist nunmehr eine Schaltung aufgezeigt, mit der während des Entladerahmens E die Kapazität 3 entladen werden kann. Die Schaltung von 8 modifiziert die Schaltung von 1 durch einen zum Kondensator 3 parallel geschalteten Entladewiderstand 4, der über einen steuerbaren Schalter S3 auf Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential legbar ist. Zusätzlich ist in 8 jede Einzellast 11, 12 mit einem parallel zur Einzellast 11, 12 geschalteten steuerbaren Schalter S1, S2 versehen.
Um die Kapazität 3 nicht über die elektrische Last 1 entladen zu müssen, ist der Entladewiderstand 4 vorgesehen. Während des Ansteuerrahmens A1 ist der steuerbare Schalter S3 geöffnet, während des Entladerahmens E wird der steuerbare Schalter S3 geschlossen. Durch das Schließen des steuerbaren Schalters S3 wird die Kapazität 3 und die dort angesammelte elektrische Energie über den Entladewiderstand 4 gegen Masse oder Null oder die negative Versorgungsspannung entladen. Die Entladung erfolgt entsprechend einer Exponentialfunktion mit der Zeitkonstante, bestehend aus dem Kapazitätswert des Kondensators 3 und dem Widerstandswert des Entladewiderstands 4.
Eine fixe Zeit für das Entladen führt dazu, dass unter Umständen die Spannung am Kondensator 3 weiter abfällt als dies im nächsten Ansteuerrahmen A1 des nachfolgenden Schaltzyklusses erforderlich ist. Wird z. B. im ersten Ansteuerrahmen A1 mit einer LED-Spannung von sieben LEDs beendet und ist es notwendig, dass im Ansteuerrahmen des nachfolgenden Schaltzyklusses vier LEDs eingeschaltet werden, muss die Energie, die bei einer kompletten Entladung des Kondensators 3 erfolgt ist, wieder aufgebracht werden.
Daher ist es zweckmäßig, eine Entladespannung zu definieren, im Weiteren Entladeflussspannung genannt, auf welche der Kondensator 3 entladen wird. Die Entladeflussspannung entspricht derjenigen Flussspannung der im Ansteuerrahmen A1 des nächsten Schaltzyklusses anzuschaltenden LEDs.
Zugleich kann eine zeitliche Streuung der Toleranzen der Bauelemente der elektrischen Last 1 bzw. der Einzellasten 11, 12 ausgeglichen werden. Auch hierzu ist die Entladeflussspannung vorgesehen. Dazu werden die Flussspannungen der einzelnen Einzellasten 11, 12 analysiert und die Werte der Flussspannungen der Einzellasten 11, 12, die im Ansteuerrahmen des nächsten Schaltzyklusses S angeschaltet werden sollen, aufaddiert. Die Summe dieser Addition ergibt die Entladeflussspannung. Verglichen wird dieser Wert mit der Kondensatorspannung am Kondensator 3. Der Entladevorgang des Kondensators 3 wird abgebrochen, sobald sich die Spannungen gleichen. Durch eine permanente Messung der LED-Flussspannungen kann die Entladefluss spannung auch über die Lebensdauer und die Temperatur nachgeführt werden.
In 9 ist das vorgenannte Verfahren entsprechend aufgezeigt. Es sind zwei Schaltzyklen S1 und S2 dargestellt. Die elektrische Last 1 besteht aus sieben in Reihe geschalteten LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7, analog zu 2. Der Schaltzyklus S1 weist den Ansteuerrahmen A1 und den Entladerahmen E1, der Schaltzyklus S2 den Ansteuerrahmen A2 und den Entladerahmen E2 auf.
Im Ansteuerrahmen A1 des Schaltzyklusses S1, werden die sieben LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 analog zu 4 eingeschaltet. Am Ende des Ansteuerrahmens A1 sind alle sieben LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 gemeinsam auszuschalten. Im Entladerahmen E1 wäre dann der Kondensator 3 zu entladen. Da aber im nachfolgenden Schaltzyklus S2 in dessen Ansteuerrahmen A2 zunächst vier LEDs LED1, LED2, LED3, LED4 anzuschalten sind, müsste ein komplett entladener Kondensator 3 zunächst wieder auf die Spannung aufgeladen werden, welche über den vier LEDs, LED1, LED2, LED3, LED4, abfällt. Um dies zu vermeiden und den Kondensator 3 nicht komplett zu entladen, wird zunächst die Entladeflussspannung ermittelt, indem die Flussspannungen der ersten vier LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, die im Ansteuerrahmen A2 des Schaltzyklusses S2 zuerst geschaltet werden, aufaddiert werden. Im vorhergehenden Entladerahmen E1 wird daher dann der Kondensator 3 auf denjenigen Spannungswert entladen, der der Flussspannung der vier als nächste einzuschaltenden LEDs LED1, LED2, LED3, LED4 entspricht. Auf diese Weise wird ein Energieverlust und ein kontinuierliches komplettes Ent- und Wiederaufladen des Kondensators 3 vermieden.
In 10 ist eine entsprechende Entladeschaltung exemplarisch aufgezeigt. Die in 8 dargestellte Schal tungsanordnung wird in 10 insoweit abgewandelt, dass der steuerbare Schalter S3 direkt von einem Komparator 16 angesteuert wird. Beim Schließen des steuerbaren Schalters S3 wird der Kondensator 3 über den Entladewiderstand 4 entladen. Als Eingangsignale für den Komparator 16 dienen die Spannung U₊ und die Spannung U_–, die der Flussspannung der LEDs und damit der Ladespannung des Kondensators 3 entspricht. Dem Komparator 16 wird zusätzlich der Spannungswert zugeführt, auf den der Kondensator 3 zu entladen ist. Dieses Signal wird als pulsweitenmoduliertes Signal zugeführt, das über einen Tiefpassfilter 17 geführt ist.
In 11 ist eine weitere Möglichkeit des Entladens des Kondensators 3 dargestellt. Jedem Ausschaltvorgang einer der LEDs LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 folgt ein kurzzeitiger Entladevorgang für den Kondensator 3.
In 12 ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung dargestellt. In 12 ist nunmehr eine Schaltung aufgezeigt, mit der während des Entladerahmens E der Kondensator 3 entladen werden kann. Die Schaltung von 12 modifiziert die Schaltung von 1 dadurch, dass ein Entladewiderstand 15 mit einem steuerbaren Schalter S4 den Eingangskondensator 5 und den Kondensator 3 verbindet. Die Entladespannung, auf welche der Kondensator 3 zu entladen ist, wird hier nicht gegen Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential entladen, sondern wird auf den Eingangskondensator 5 übertragen. Dies erfolgt beim Schließen des steuerbaren Schalters S4, da dann die Spannung am Kondensator 3 auf den Eingangskondensator 5 über den Entladewiderstand 15 entladen wird. Die Energie geht damit nicht verloren. Es wird bei der Entladung des Kondensators 3 die Eingangsspannung U_in erhöht. Durch die hierdurch erwirkte Anhebung der Eingangsspannung U_in entsteht somit eine geringere Verlustleistung.
In 13 ist eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung in 12 dargestellt, wobei der Entladewiderstand durch eine Entladeinduktivität 13, vorzugsweise eine Spule, ersetzt ist. In 13 sind allerdings die Entladeinduktivität 13 und der steuerbare Schalter S5 gegenüber dem Entladewiderstand 15 und dem steuerbaren Schalter S4 in 12 vertauscht. Außerdem ist zwischen dem steuerbaren Schalter S5 und der Entladeinduktivität 13 eine in Sperrrichtung geschaltete Diode gegen Masse geschaltet. Vorteilhaft bei der Ausgestaltung der Vorrichtung nach 13 ist, dass bei der Entladeinduktivität 13 beim Schließen des steuerbaren Schalters S5 lediglich deren Gleichwiderstand zum Tragen kommt.

1: elektrische Last
2: Steuereinheit
3: Kondensator
4: Entladewiderstand
5: Eingangskondensator
6: Treiberstufe
61: Transistor/FET
62: Diode
7: Diode
8: Induktivität
9: Strommesspunkt
10a: Eingang/Port
10b: Eingang/Port
11, 12: Einzellast
13: Entladeinduktivität
14: Diode
15: Entladewiderstand
16: Komparator
17: Tiefpass-Filter
S1, S2, S3, S4: steuerbarer Schalter
SL1, SL2, SL3, LS4, SL5, SL6, SL7: steuerbarer Schalter
LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6, LED7: Leuchtdiode
Uin: Eingangsspannung
Uout: Ausgangsspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202007011973 U1 [0005]
- DE 2006059355 A1 [0006]
- DE 102005058484 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Ansteuerung und Entladesteuerung einer elektrischen Last (1), bestehend aus mindestens zwei Einzellasten (11, 12), mittels eines Ansteuerrahmens und eines Entladerahmens, wobei ein Ansteuerrahmen und ein Entladerahmen einen Schaltzyklus der elektrischen Last (1) ergeben und mehrere Schaltzyklen aneinander angeordnet werden, wobei jeder Einzellast (11, 12) ein steuerbarer Schalter (S1, S2) parallel geschaltet ist, so dass jede Einzellast (11, 12) unabhängig von der anderen Einzellast (11, 12) im Schaltzyklus geschaltet werden kann, wobei von einer Steuereinheit (2) der in die elektrische Last (1) fließende elektrische Strom überwacht und mittels eines Ist/Soll-Vergleiches auf einen einstellbaren Sollwert geregelt wird, so dass ein möglichst konstanter Strom in die elektrische Last (1) fließt, wobei die Einzellasten (11, 12) während des Ansteuerrahmens über die steuerbaren Schalter (S1, S2) eingeschaltet und während des Entladerahmens die Einzellasten (11, 12) über die steuerbaren Schalter (S1, S2) ausgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein- und Ausschalten der Einzellasten (11, 12) einzeln zeitlich nacheinander oder gemeinsam oder in Gruppen vorgenommen wird und/oder dass die Einzellasten (11, 12) in Reihe geschaltet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einzellast (11, 12) durch ein Dioden-Array gebildet wird, welches aus mindestens zwei parallel geschalteten und/oder in Reihe geschalteten und/oder matrixverschalteten Leuchtdioden besteht oder dass die Einzellast (11, 12) eine Leuchtdiode ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über die elektrische Last (1) abfallende Spannung mittels eines parallel zur elektrischen Last (1) geschalteten Kondensators (3) geglättet wird, wobei parallel zum Kondensator (3) ein Entladewiderstand (4) mit einem weiteren steuerbaren Schalter (S4) geschaltet wird, um den Kondensator (3) während des Entladerahmens durch Schließen des weiteren steuerbaren Schalters (S4) über den Entladewiderstand (4) gegen Masse oder Null oder ein anderes Spannungspotential zu entladen.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die über die elektrische Last (1) abfallende Spannung mittels eines parallel zur elektrischen Last (1) geschalteten Kondensators (3) geglättet wird und dass über einen Entladewiderstand (15) und einen weiteren steuerbaren Schalter (S4) ein Eingangskondensator (5), der parallel zur elektrischen Last (1) und der Steuereinheit (2) geschaltet ist, mit dem Kondensator (3) verbunden wird, so dass beim Schließen des weiteren steuerbaren Schalters (S4) eine Entladung des Kondensators (3) in den Eingangskondensator (5) erfolgt, wodurch eine Eingangsspannung (U_in) erhöht wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die über die elektrische Last (1) abfallende Spannung mittels eines parallel zur elektrischen Last (1) geschalteten Kondensators (3) geglättet wird und dass über eine Entladeinduktivität (13) und einen weiteren steuerbaren Schalter (S5) ein Eingangskondensator (5), der parallel zur elektrischen Last (1) und der Steuereinheit (2) geschaltet ist, mit dem Kondensator (3) verbunden wird, so dass beim Schließen des weiteren steuerbaren Schalters (S5) eine Entladung des Kondensators (3) in und/oder über die Entladeinduktivität (13) und/oder in den Eingangskondensator (5) erfolgt, wodurch eine Eingangsspannung (U_in) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladzeit im Entladerahmen durch ein RC-Glied, gebildet aus der Parallelschaltung des Kondensators (3) und des Entladewiderstandes (4, 15), bestimmt wird und der Kondensator (3) anhand einer Exponentialfunktion entladen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Schließens des weiteren steuerbaren Schalters (S3, S4, S5) im Entladerahmen von der Steuereinheit (2) anhand der Anzahl im nachfolgenden Ansteuerrahmen einzuschaltenden Einzellasten (11, 12) ermittelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entladung des Kondensators (3) nur dann vorgenommen wird, wenn im nachfolgenden Ansteuerrahmen die Anzahl der anzuschaltenden Einzellasten (11, 12) kleiner ist als die Anzahl der im vorhergehenden Ansteuerrahmen angeschaltet gewesenen Einzellasten (11, 12).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entladeschlussspannung ermittelt wird, auf welche der Kondensator (3) im Entladerahmen entladen wird, wobei die Ermittlung der Entladeschlussspannung erfolgt, indem die ermittelten Spannungsabfälle über den einzelnen Einzellasten (11 12), die im nächsten Ansteuerrahmen eingeschaltet werden, aufaddiert werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussspannung der Einzellasten (11, 12) während des Be triebes analysiert und in einem zugehörigen Speicher abgespeichert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Entladerahmens der Wert der ermittelten Entladeschlussspannung mit der am Kondensator (3) anliegenden Kondensatorspannung verglichen wird und der Entladevorgang nur begonnen wird, wenn die Entladeschlussspannung kleiner ist als die am Kondensator (3) anliegende Kondensatorspannung und die Entladung des Kondensators (3) abgebrochen wird, sobald sich die Entladeschlussspannung und die am Kondensator (3) anliegende Kondensatorspannung gleichen.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch permanente Messung der Spannungsabfälle über den Einzellasten (11, 12) die Entladeschlussspannung über die Betriebstemperatur und die Lebensdauer der Einzellasten (11, 12) nachgeführt wird.
Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13 mit einem Eingangskondensator (5), einer Steuereinheit (2) und einer Treiberstufe (6), wobei die Steuereinheit (2) und die Treiberstufe (6) parallel zum Eingangskondensator (5) geschaltet sind und zwischen dem Eingangskondensator (5) und der Treiberstufe (6) eine Induktivität (8) geschaltet ist, wobei die Treiberstufe (6) über eine Diode (7) einen Strom in eine elektrische Last (1) treibt, wobei zur elektrischen Last (1) eine Parallelschaltung eines Kondensators (3) mit einem Entladewiderstand (4) und einem diesem nachgeschalteten steuerbaren Schalter (S3) angeordnet ist oder zur elektrischen Last (1) der Kondensator (3) parallelgeschaltet ist und ein anderer Entladewiderstand (15) mit einem diesem nach geschalteten steuerbaren Schalter (S4) eine Verbindung zwischen dem Eingangskondensator (5) und dem Ausgangskondensator (3) ausbildet oder zur elektrischen Last (1) der Kondensator (3) parallel geschaltet ist und eine Entladeinduktivität (13) mit einem dieser vorgeschalteten steuerbaren Schalter (S5) eine Verbindung zwischen dem Eingangskondensator (5) und dem Ausgangskondensator (3) ausbildet.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Entladeinduktivität (13) und dem dieser vorgeschalteten steuerbaren Schalter (S5) eine Diode (14) gegen Masse geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (14) in Sperrrichtung gegen Masse geschaltet ist.
Vorrichtung zur Ansteuerung und Entladesteuerung einer elektrischen Last (1), bestehend aus mindestens zwei Einzellasten (11, 12), mittels einer Steuereinheit (2), welche über eine Treiberstufe (6) einen Strom in die elektrische Last (1) treibt, wobei die Steuereinheit (2) Schaltzyklen für die elektrische Last (1) steuert, wobei jeder Schaltzyklus aus einem Ansteuerrahmen und einem Entladerahmen besteht, jeder Einzellast (11, 12) ein steuerbarer Schalter (S1, S2) parallel geschaltet ist, damit jede Einzellast (11, 12) unabhängig von der anderen Einzellast (11, 12) im Schaltzyklus schaltbar ist, wobei die Einzellasten (11, 12) während eines Ansteuerrahmens über die steuerbaren Schalter (S1, S2) einschaltbar und während des Entladerahmens die Einzellasten (11, 12) über die steuerbaren Schalter (S1, S2) abschaltbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) das Ein- und Ausschalten der Einzellasten (11, 12) einzeln zeitlich nacheinander oder gemeinsam oder in Gruppen vornimmt und/oder dass die Einzellasten (11, 12) in Reihe geschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) an einen Strommesspunkt (9) mittels einer Strommesseinheit den in die elektrische Last (1) fließenden elektrischen Strom überwacht und mittels eines Ist/Soll-Vergleiches auf einen einstellbaren Sollwert mittels der Treiberstufe (6) regelt, sodass ein möglichst konstanter Strom in die elektrische Last (1) fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberstufe (6) aus einem Transistor mit zugehöriger Beschaltung, einem Feldeffekttransistor mit zugehöriger Beschaltung oder einem Verstärker mit zugehöriger Beschaltung gebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einzellast (11, 12) ein Dioden-Array, bestehend aus mindestens zwei parallel geschalteten und/oder in Reihe geschalteten und/oder matrixverschalteten Leuchtdioden ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein parallel zur elektrischen Last (1) gegen Masse oder Null oder gegen ein anderes Spannungspotential geschalteter Kondensator (3) liegt und parallel zum Kondensator (3) ein Entladewiderstand (4) mit einem weiteren steuerbaren Schalter (S3) angeordnet ist, wobei der Entladewiderstand (4) bei geschlossenem steuerbaren Schalter (S3) den Kondensator gegen Masse oder gegen Null oder gegen ein anderes Spannungspotential entlädt, oder ein Entladewiderstand (15) mit einem diesem nachgeschalteten steuerbaren Schalter (S4) eine Verbindung zwischen dem Eingangskondensator (5) und dem Kondensator (3) ausbildet und bei geschlossenem steuerbaren Schalter (S4) der Entladewiderstand (15) den Kondensator (3) in den Eingangskondensator (5) entlädt oder eine Entladeinduktivität (13) mit einem dieser vorgeschalteten steuerbaren Schalter (S5) eine Verbindung zwischen dem Eingangskondensator (5) und dem Kondensator (3) ausbildet und bei geschlossenem steuerbaren Schalter (S4) den Kondensator (3) in die Entladeinduktivität (13) und den Eingangskondensator (5) entlädt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) die Dauer des Schließens des weiteren steuerbaren Schalters (S3, S4, S5) im Entladerahmen und somit die Entladung des Kondensators (3) auf einen definierten Spannungswert anhand der Anzahl der im Ansteuerrahmen des nachfolgenden Schaltzyklusses einzuschaltenden Einzellasten (11, 12) ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) den definierten Spannungswert des Kondensators (3), auf den dieser zu entladen ist, anhand der kontinuierlich von der Steuereinheit (2) überwachten und abgespeicherten Teilspannungsabfälle über den Einzellasten (11, 12) ermittelt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) eine Entladung des Kondensators (3) nur vornimmt, wenn im Ansteuerrahmen des nachfolgenden Schaltzyklusses die Anzahl der anzuschaltenden Einzellasten (11, 12) kleiner ist als die Anzahl der im Ansteuerrahmen des aktuellen Schaltzyklusses eingeschalteten Einzellasten (11, 12).
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) die steuerbaren Schalter (S1, S2, S3, S4, S5) steuert.