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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Beleuchtung. Insbesondere betrifft
die Erfindung ein Beleuchtungssystem und ein Verfahren zum Steuern
eines Betriebszyklus des Beleuchtungssystems.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Zum
Erstellen einer Bremslicht- und einer Rücklichtfunktion für Leuchtdioden-(LED)Automobilschlusslichter,
welche dieselben LEDs für
einen Rücklichtmodus
und einen Bremslichtmodus verwenden müssen die LEDs für den Rücklichtmodus
weniger stark auf „AN” angesteuert
werden als für
den Bremslichtmodus. Der teilweise angeschaltete Rücklichtmodus
kann durch die Grundlagen der Pulsbreitenmodulation (PWM) erreicht
werden, wobei die LEDs weniger als 10% der Zeit „AN” sind. Die PWM-Zeiteinstellung
kann dadurch umgesetzt werden, dass der LED-Treiber im offenen Regelkreis
von einer Zeiteinstellungsquelle AN/AUS pulsiert wird. Wenn der
LED-Treiber ein Schaltnetzteil (SNT) ist, kann leider eine Veränderlichkeit
bei der Zeit auftreten, die zum Starten und Abschalten des Netzteils benötigt wird,
insbesondere wenn das SNT über
einen Sanftanlauf verfügt
oder über
seine Sanftanlauf-Steuerschaltungen betätigt wird. Die Änderung der
Start-/Abschaltzeit
des Netzteils wirkt sich auf die Betriebszyklusleistung einer sich
ergebenden PWM-Wellenform aus. Insbesondere benötigen die SNT-Schaltungen Zeit
zum Starten und Abschalten. Die Start- und Abschaltzeit ändert sich
als Reaktion auf externe Bedingungen, wie etwa Umgebungstemperatur,
Eingangsspannung und Last.
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Ein
konstanter PWM-Betriebszyklus eines Ausgangs des Netzteils ist wünschenswert
für kombinierte
LEDs mit Rücklicht-
und Bremslichtmodus. Eine offene PWM der Netzteilschaltungen von
einem Sanftanlauf-Steuereingang
aus erlaubt eine Abweichung des Betriebszyklus aufgrund veränderlicher Start-
und Abschaltverzögerungen
in den Stromkreisen. Ein abweichender Betriebszyklus verursacht eine
abweichende Wahrnehmung und Messung der Helligkeit der LEDs im Rücklichtmodus.
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Es
wäre wünschenswert, über ein
Lichtsteuerungssystem und ein Verfahren zum Steuern eines Betriebszyklus
des Lichtsteuerungssystems zu verfügen, bei denen der Betriebszyklus
eine im Wesentlichen durchgehende und beständige Stromanschaltung (Betriebszyklus)
bereitstellt, und dabei eine Lichtleistung, die eine beständige und
durchgehend wahrgenommene Helligkeit aufweist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit und gemäß der vorliegenden
Erfindung wurden überraschenderweise ein
Lichtsteuerungssystem und ein Verfahren zum Steuern eines Betriebszyklus
des Lichtsteuerungssystems entdeckt, bei denen der Betriebszyklus
eine im Wesentlichen durchgehende und beständige Stromanschaltung (Betriebszyklus)
bereitstellt, und dabei eine Lichtleistung, die eine beständige und
durchgehend wahrgenommene Helligkeit aufweist.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst ein Lichtsteuerungssystem folgendes: eine Licht emittierende Vorrichtung
zum Erzeugen einer vorherbestimmten Lichtleistung; einen Stromkreis
in elektrischer Verbindung mit der Licht emittierenden Vorrichtung,
um wahlweise einen elektrischen Strom an die Licht emittierende
Vorrichtung zu übertragen,
um die Lichtleistung zu steuern; eine Zeitgeberschaltung in elektrischer
Verbindung mit dem Stromkreis, wobei die Zeitgeberschaltung eine
vorherbestimmte Zeitgebersequenz erzeugt und einen Betriebszyklus
des Stromkreises als Reaktion auf die Zeitgebersequenz reguliert;
und eine Rückkopplungsschaltung
in Verbindung mit den Licht emittierenden Vorrichtungen und der
Zeitgeberschaltung, wobei die Rückkopplungsschaltung
dazu geeignet ist, eine elektrische Charakteristik der Licht emittierenden
Vorrichtungen zu überwachen
und die Zeitgebersequenz der Zeitgeberschaltung als Reaktion auf
die elektrischen Charakteristiken der Licht emittierenden Vorrichtungen
zu steuern.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
umfasst ein Lichtsteuerungssystem folgendes: eine Licht emittierende
Vorrichtung zum Erzeugen einer ersten Lichtleistung und einer zweiten
Lichtleistung; einen Stromkreis in elektrischer Verbindung mit der
Licht emittierenden Vorrichtung, um wahlweise einen elektrischen
Strom an die Licht emittierende Vorrichtung zu übertragen, um die erste Lichtleistung
und die zweite Lichtleistung zu steuern; eine Zeitgeberschaltung
in elektrischer Verbindung mit dem Stromkreis, wobei die Zeitgeberschaltung
eine vorherbestimmte Zeitgebersequenz erzeugt und einen Betriebszyklus des
Stromkreises als Reaktion auf die Zeitgebersequenz reguliert; und
eine Rückkopplungsschaltung
in Verbindung mit den Licht emittierenden Vorrichtungen und der
Zeitgeberschaltung, wobei die Rückkopplungsschaltung
dazu geeignet ist, eine elektrische Charakteristik der Licht emittierenden
Vorrichtungen zu überwachen
und die Zeitgebersequenz der Zeitgeberschaltung als Reaktion auf
die elektrischen Charakteristiken der Licht emittierenden Vorrichtungen
zu steuern.
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Die
Erfindung stellt auch Verfahren zum Steuern eines Betriebszyklus
eines Lichtsteuerungssystems bereit.
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Ein
Verfahren umfasst folgende Schritte: Bereitstellen einer Licht emittierenden
Vorrichtung zum Erzeugen einer Lichtleistung; Erzeugen einer Zeitgebersequenz; Übertragen
eines elektrischen Stroms an die Licht emittierende Vorrichtung
als Reaktion auf die Zeitgebersequenz, wobei die Licht emittierende Vorrichtung
die Lichtleistung als Reaktion auf den übertragenen elektrischen Strom
erzeugt; Überwachen
des elektrischen Stroms, der durch die Licht emittierende Vorrichtung
fließt;
Erzeugen eines Rückkopplungssignals
als Reaktion auf eine vorherbestimmte Überwachungsschwelle auf der
Basis des elektrischen Stroms, der durch die Licht emittierende Vorrichtung
fließt;
und Ändern
der Zeitgebersequenz als Reaktion auf das Rückkopplungssignal.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann ohne Weiteres aus der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform hervorgehen, wenn
sie mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gesehen wird. Es
zeigen:
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1 ist
ein schematisches Funktionsdiagramm eines Lichtsteuerungssystems
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 eine
grafische Darstellung von Spannung gegen Zeit für diverse Stellen in dem Lichtsteuerungssystem
aus 1.
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3 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Betriebszyklus
des Lichtsteuerungssystems aus 1.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
DER ERFINDUNG
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Die
nachstehende ausführliche
Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen beschreiben und erläutern verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung. Die Beschreibung und Zeichnungen dienen dazu, es
dem Fachmann zu ermöglichen,
die Erfindung durchzuführen
und zu benutzen, und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung
auf irgendeine Art und Weise einzuschränken. Mit Bezug auf die offenbarten
Verfahren sind die vorgestellten Schritte beispielhaft, und somit
ist die Reihenfolge der Schritte weder notwendig noch ausschlaggebend.
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1 bildet
ein Lichtsteuerungssystem 10 ab, das eine Zeitgeberschaltung 12,
einen Stromkreis 14, eine Vielzahl von Licht emittierenden
Vorrichtungen 16, ein Stromerfassungsbauteil 18 und eine
Rückkopplungsschaltung 20 umfasst.
Es versteht sich, dass das Lichtsteuerungssystem 10 zusätzliche
Bauteile und Schaltungen umfassen kann.
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Die
Zeitgeberschaltung 12 bzw. die Integrationsschaltung steht
in elektrischer Verbindung mit dem Stromkreis 14 und ist
dazu geeignet, ein Stromumschaltsignal 22 zu erzeugen und
an den Stromkreis 14 zu übertragen, um den Betrieb des Stromkreises 14 zu
steuern. Die Zeitgeberschaltung 12 kann eine beliebige
Schaltung sein, die dazu geeignet ist, um eine sequenzielle, analoge
oder digitale Zeiteinstellung für
dazugehörige
elektronische Schaltungen zu erzeugen und einzustellen. Als nicht einschränkendes
Beispiel ist die Zeitgeberschaltung 12 eine nach dem Stand
der Technik bekannte 555-Zeitgeberschaltung. Als weiteres Beispiel
kann die Zeitgeberschaltung 12 ein programmierbarer Zeitgeberchip
sein, der dazu geeignet ist, als Ein- oder Mehrfunktionseinheit
zu dienen. Je nach Bedarf können
jedoch andere Schaltungen, Anordnungen und Vorrichtungen verwendet
werden. Bei der gezeigten Ausführungsform
umfasst die Zeitgeberschaltung 12 ein Vorwärtszählerbauteil 24 und
ein Rückwärtszählerbauteil 26.
Es versteht sich, dass die Zeitgeberschaltung 12 eine beliebige
Anzahl von Sequentialisierungsbauteilen umfassen und eine beliebige
Zeitgebersequenz erzeugen kann, wozu z. B. eine bidirektionale Sequentialisierung
gehört.
Es versteht sich ferner, dass die Zeitgeberschaltung 12 dazu
geeignet sein kann, als astabile, monostabile oder bistabile Schaltung
zu funktionieren.
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Der
Stromkreis 14 steht mit den Licht emittierenden Vorrichtungen 16 in
Verbindung und ist dazu geeignet, um eine elektrische Energie 28,
die an die Licht emittierenden Vorrichtungen 16 übertragen wird,
zu übertragen
und zu steuern. Wie gezeigt, umfasst der Stromkreis 14 ein
Sanftanlaufbauteil 30, um einen Einschaltstromstoß oder einen
Eingangsstoßstrom
auf einen vorherbestimmten Wert zu begrenzen. Als nicht einschränkendes
Beispiel ist der Stromkreis 14 ein LED-Treiber mit einer
eingebauten Sanftanlaufeinrichtung. Als weiteres Beispiel kann der Stromkreis 14 ein
Schaltnetzteil (SNT) sein, das einen Betriebszyklus zum Erzeugen
eines vorherbestimmten Ausgangsstroms aufweist. Je nach Bedarf können jedoch
andere Treiber, Netzteile und Schaltungen verwendet werden.
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Die
abgebildeten Licht emittierenden Vorrichtungen 16 sind
Leuchtdioden, die dazu geeignet sind, mindestens eine von einer
vorherbestimmten ersten Lichtleistung 32 und einer vorherbestimmten zweiten
Lichtleistung 34 zu erzeugen. Es versteht sich, dass andere
Vorrichtungen und Elemente verwendet werden können, um mindestens eine der Lichtleistungen 32, 34 zu
erzeugen. Es versteht sich ferner, dass eine beliebige Anzahl von
Licht emittierenden Vorrichtungen 16 verwendbar ist. Bei
einer Ausführungsform
sind die Licht emittierenden Vorrichtungen 16 in einer
vorherbestimmten Gruppierung angeordnet, um als kombiniertes Brems-/Rücklicht
für ein
Fahrzeug zu funktionieren. Als solche ist die erste Lichtleistung 32 für eine Verwendung
als Rücklichtfunktion
für ein
Fahrzeug geeignet, und die zweite Lichtleistung 34 ist
für eine
Verwendung als Bremslichtfunktion für das Fahrzeug geeignet. Bei bestimmten
Ausführungsformen
weist die erste Lichtleistung 32 eine wahrgenommene Helligkeit
auf, die geringer ist als die zweite Lichtleistung 34.
Es versteht sich, dass eine beliebige Anzahl der Licht emittierenden
Vorrichtungen 16 dazu geeignet sein kann, um je nach Bedarf
eine beliebige Anzahl von Lichtleistungen und Mustern zu erzeugen.
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Das
Stromerfassungsbauteil 18 steht in elektrischer Verbindung
mit den Licht emittierenden Vorrichtungen 16 und der Rückkopplungsschaltung 20. Wie
gezeigt, umfasst das Stromerfassungsbauteil 18 eine Vielzahl
von Widerständen
R1, R2. Es versteht sich, dass das Stromerfassungsbauteil 18 je
nach Bedarf eine beliebige Anzahl von Widerständen umfassen kann. Es versteht
sich ferner, dass das Stromerfassungsbauteil 18 zusätzliche
Elemente und Vorrichtungen umfassen kann, um mit der Rückkopplungsschaltung 20 zusammenzuwirken,
um eine elektrische Charakteristik 24 der Licht emittierenden Vorrichtungen 16,
wie z. B. Spannung und Strom, zu überwachen.
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Die
Rückkopplungsschaltung 20 steht
in elektrischer Verbindung mit dem Stromerfassungsbauteil 18 und
der Zeitgeberschaltung 12. Als solche ist die Rückkopplungsschaltung 20 dazu
geeignet, die elektrischen Charakteristiken 24 der Licht
emittierenden Vorrichtungen 16 und des Stromerfassungsbauteils 18 zu überwachen
und ein Rückkopplungssignal 36 an
die Zeitgeberschaltung 12 als Reaktion auf die überwachten
elektrischen Charakteristiken 24 zu übertragen. Es versteht sich,
dass die Rückkopplungsschaltung 20 je
nach Bedarf beliebige Bauteile oder Vorrichtungen zum Messen und Überwachen der
elektrischen Charakteristiken 24 der Licht emittierenden
Vorrichtungen 16 und des Stromerfassungsbauteils 18 umfassen
kann. Es versteht sich ferner, dass das Rückkopplungssignal 36 als
Reaktion auf eine vorherbestimmte Stromüberwachungsschwelle, wie z.
B. ein Schwellenspannungsabfall, erzeugt und übertragen werden kann. Es können andere Überwachungsschwellenvariablen
verwendet werden.
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Mit
Bezug auf 2 und 3 wird dort
ein Verfahren 100 zum Steuern eines Betriebszyklus des Lichtsteuerungssystems 10,
und somit mindestens einer der Lichtleistungen 32, 34 der
Licht emittierenden Vorrichtungen 16 abgebildet. Insbesondere
bildet 2 eine grafische Darstellung von Spannung gegen
Zeit für
diverse Stellen A, B, C, D in dem Lichtsteuerungssystem 10 mit
Bezug auf Schritte des Verfahrens 100 ab.
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In
Schritt 102 beginnt die Zeitgeberschaltung 12 bzw.
die Integrationsschaltung eine vorwärtszählende Zeitgebersequenz. In
Schritt 104 geht die vorwärtszählende Zeitgebersequenz weiter,
bis ein Vorwärtszählwert eine
vorherbestimmte Vorwärtszählschwelle übersteigt.
Es versteht sich, dass die Vorwärtszählschwelle
je nach Bedarf einen beliebigen Wert aufweisen kann. Sobald der
Schwellenwert der Vorwärtszählung überschritten
ist, überträgt die Zeitgeberschaltung 12 das
Stromumschaltsignal 22 an den Stromkreis 14, wobei
das Stromumschaltsignal 22 ein aktives „HOCH”-Signal darstellt. In Schritt 106 wird
das Sanftanlaufbauteil 30 des Stromkreises 14 als
Reaktion auf das Stromumschaltsignal 22 in einem aktiven
Zustand ausgelöst.
Nach einer vorherbestimmten Verzögerung,
die mit den Einstellungen und Charakteristiken des Sanftanlaufbauteils 30 zusammenhängt, startet
der Stromkreis 14 und überträgt die elektrische
Energie 28 an die Licht emittierenden Vorrichtungen 16,
wie in Schritt 108 abgebildet. In Schritt 110 fließt ein elektrischer
Strom durch die Licht emittierenden Vorrichtungen 16 und
das Stromerfassungsbauteil 18, wobei die Widerstände R1,
R2 des Stromerfassungsbauteils 18 eine Spannung gemäß dem Ohmschen
Gesetz absenken. In Schritt 112 erfasst die Rückkopplungsschaltung 20 den
Spannungsabfall, und wenn die vorherbestimmte Überwachungsschwelle überschritten
ist, überträgt die Rückkopplungsschaltung 20 das
Rückkopplungssignal 36,
das ein aktives „HOCH”-Signal
darstellt, an die Zeitgeberschaltung 12. In Schritt 114 hält die Zeitgeberschaltung 12 die
vorwärtszählende Zeitgebersequenz
an und löst
eine rückwärtszählende Zeitgebersequenz
als Reaktion auf das Rückkopplungssignal 20 aus.
In Schritt 116 fährt
die rückwärtszählende Zeitgebersequenz
fort, bis ein Schwellenwert der Rückwärtszählung überschritten ist. Es versteht
sich, dass die Rückwärtszählschwelle
je nach Bedarf einen beliebigen Wert aufweisen kann. Sobald der Schwellenwert
der Rückwärtszählung überschritten ist, überträgt die Zeitgeberschaltung 12 das Stromumschaltsignal 22 an
die Stromkreise 14, wobei das Stromumschaltsignal 22 auf „TIEF” schaltet und
einen „Abschalt-”Befehl
darstellt. In Schritt 118 wird der Stromkreis 14 auf
einen inaktiven Zustand als Reaktion auf das Stromumschaltsignal „TIEF” 22 umgeschaltet.
In Schritt 120 schaltet der Stromkreis 14 ab,
und dadurch wird die Übertragung
der elektrischen Energie 28 an die Licht emittierenden
Vorrichtungen 16 angehalten. Wenn im Wesentlichen kein elektrischer
Strom durch die Licht emittierenden Vorrichtungen 16 und
das Stromerfassungsbauteil 18 fließt, erfasst die Rückkopplungsschaltung 20 die elektrischen
Charakteristiken 24, die ein tiefes Signal darstellen,
wie in Schritt 120 abgebildet. In Schritt 122 überträgt die Rückkopplungsschaltung 20 das Rückkopplungssignal 36,
das ein „TIEF”-Signal
darstellt, an die Zeitgeberschaltung 12 als Reaktion auf den
im Wesentlichen nicht vorhandenen Strom der Licht emittierenden
Vorrichtungen 16 und des Stromerfassungsbauteils. In Schritt 124 beendet
die Zeitgeberschaltung 12 die rückwärtszählende Zeitgebersequenz als
Reaktion auf Schritt 122 und beginnt die vorwärtszählende Zeitgebersequenz,
indem sie das Verfahren 100 zu Schritt 102 zurückbringt
und den Zyklus fortführt.
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Während das
Verfahren 100 weiter durchläuft, wird die erste Lichtleistung 32 nach
den Prinzipien der Pulsbreitenmodulation (PWM), die dem Fachmann
auf dem Gebiet der Lichtsteuerung bekannt sind, erzeugt. Bei einer
Ausführungsform
wird die zweite Lichtleistung 34 durch eine vollständige Übertragung
von elektrischem Strom erzeugt, so dass die Licht emittierenden
Vorrichtungen 16 ständig „AN” sind,
während
die erste Lichtleistung 34 als Reaktion auf den konstanten
Betriebszyklus des Stromkreises 14 erzeugt wird, so dass
die Licht emittierenden Vorrichtungen 16 weniger als 10%
der Zeit „AN” sind.
Es versteht sich, dass der Betriebszyklus geändert werden kann, um eine
beliebige „AN”-Zeiteinstellung
für die
erste Lichtleistung 32 zu erzeugen. Der Betriebszyklus
wird auf Kosten einer Frequenzverschiebung im Wesentlichen konstant
gehalten, und da das menschliche Auge Helligkeit auf dem Betriebszyklus
basierend wahrnimmt, wird der konstante Betriebszyklus als konstante
Helligkeit wahrgenommen. Daher wird die erste Lichtleistung 32 als eine
konstante Helligkeit, die nicht ganz „AN” ist, wahrgenommen.
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Zudem überwacht
die Rückkopplungsschaltung 20 die
elektrischen Charakteristiken 24 der Licht emittierenden
Vorrichtungen 16 und steuert die Zeitgebersequenzen der
Zeitgeberschaltung 12, um die Leistung der PWM-Wellenform zu verbessern
und den im Wesentlichen konstanten Betriebszyklus zu erzeugen. Es
versteht sich, dass der Betriebszyklus auf einem Richtungskoeffizienten
der vorwärtszählenden
Zeitgebersequenz im Verhältnis
zu einem Richtungskoeffizienten der rückwärtszählenden Zeitgebersequenz basiert.
Da der Richtungskoeffizient der vorwärtszählenden Zeitgebersequenz von
einer Verzögerung
des Stromkreises 14 unabhängig ist und die rückwärtszählende Zeitgebersequenz
beginnt, sobald die Überwachungsschwelle
in den Licht emittierenden Vorrichtungen 16 erfasst wird,
und da der Richtungskoeffizient der rückwärtszählenden Zeitgebersequenz ebenfalls
von einer Verzögerung des
Stromkreises 14 unabhängig
ist, passt das Lichtsteuerungssystem 10 sich effektiv an
die zeitlichen Änderungen
an, die der Stromkreis 14 zum Starten benötigt.
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Entsprechend
verwendet das Lichtsteuerungssystem 10 eine Rückkopplung
oder eine „Quittung”, um die
Leistung der PWM-Wellenform zu verbessern, um einen konstanten Betriebszyklus
zu erzeugen. Die verbesserte PWM reduziert eine Abweichung im Betriebszyklus,
die durch Temperatur, Eingangsspannung und Last hervorgerufen wird.
Somit stellen das Lichtsteuerungssystem 10 und das Verfahren 100 eine
kombinierte Bremslichtmodus- und Rücklichtmodus-Funktionalität für LED-Schlusslichter
unter Verwendung derselben LEDs für Rücklicht- und Bremslichtmodus
bereit.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung kann der Fachmann ohne Weiteres die
wesentlichen Kennzeichen der vorliegenden Erfindung ermitteln und,
ohne ihren Geist und Umfang zu verlassen, diverse Änderungen
und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie verschiedenen
Anwendungen und Verhältnissen
anzupassen.