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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Lampenbetriebsgeräte bzw. Systeme sowie Verfahren mittels denen Leuchtmittel wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) betrieben werden können.
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Ein besonderes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Straßenbeleuchtung. Bei Straßenbeleuchtung besteht allgemein das Problem, dass aufgrund unterschiedlicher Vorschriften hinsichtlich der Lichtstärkenverteilung am Boden der Hersteller von Straßenlaternen sehr viele unterschiedliche Einstellungen vorzunehmen hat hinsichtlich der Leuchtmittel. Um je nach Laternenabstand und Masthöhe die gewünschte Lichtverteilung am Boden zu erzielen, werden zurzeit noch mechanische Einstellungen beispielsweise zwischen Reflektor und Lichtquelle, insbesondere Hochdrucklampe, vorgenommen.
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Eine LED-Straßenlaterne hat diesbezüglich Vorteile, als dass wenigstens zwei unterschiedliche LED-Modulketten vorgesehen werden können, und die sich am Boden einstellende Lichtstärkeverteilung durch selektives Dimmen der wenigstens zwei unterschiedlichen LED-Lichtkettenmodule eingestellt werden kann. Somit wird also ein Teil der bisher vorgenommenen mechanischen Veränderung zur Einstellung auf lokale Vorschriften auf den Bereich der Beleuchtungs-Ansteuerung verlagert, was logistisch Vorteile bringt.
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Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, dass LED-Straßenlaternen über eine pulsmodulierte Ansteuerung der LEDs, beispielsweise eine PWM(Pulsbreitenmodulation)-Ansteuerung betrieben werden. Um die gewünschte Lichtverteilung am Boden zu erzielen, kann es erforderlich sein, die Helligkeit der LEDs zu kalibrieren. Bekannt ist es weiterhin, dass diese Kalibrierung werksseitig durch Verringerung des Maximalwertes des Tastverhältnisses der PWM-Ansteuerung auf unter 100% erfolgt. Anders ausgedrückt, liegt zwecks Kalibrierung die maximale Einschaltzeitdauer des pulsmodulierten Stroms zur Versorgung der LEDs unterhalb von 100%.
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Ein Problem das dabei auftritt, ist, dass also bei Auslieferung von derartigen LED-Straßenlaternen typischerweise eine der beiden LED-Ketten auf einen maximalen Betrieb begrenzt ist, der unterhalb des maximal möglichen 100% Tastverhältnis liegt. Wenn im Betrieb die Straßenlaterne nun auf eine niedrige Helligkeit gedimmt wird, kann es bekanntlich zu einem kritischen Flackern des erzeugten Lichts oder zu kritischen Stroboskopeffekten kommen.
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Aus der
EP 1 689 212 A1 ist ein Verfahren zum Dimmen von LEDs bekannt, bei dem insgesamt drei unterschiedliche Dimmphasen vorgesehen sind. Im niedrigen Dimmpegelbereich zwischen 0 und 2% ist ein reines Amplituden-Dimmen vorgesehen: die LEDs werden mit einem konstantem Strom versorgt, der entsprechend des Dimm-Pegels auf nur einen Teil des zur Verfügen stehenden maximalen Nennstroms herabgestuft wird. Dieses Amplituden-Dimmen wird nur in einem niedrigen Dimmpegelbereich angewendet zwischen 0 und 2%, um im restlichen Dimmbereich die nachteilige Wellenlängenverschiebung und den damit verbundenen Farbwechsel des erzeugten Lichts zu vermeiden.
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In einem hohen Dimmpegelbereich über 10% ist ein reines PWM(Pulsbreitenmodulation)-Dimmen vorgesehen, das ein Auftreten von Farbwechsel verhindert. In einer dritten Dimmphase zwischen 2% und 10% ist schließlich ein gemischtes PWM-Amplituden-Dimmen vorgesehen.
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Mit dieser bekannten drei Dimmphasen-Steuerung kann im breiten oberen Dimmbereich zwischen 2% und 10% die Wellenlänge und die Farbe der LEDs konstant gehalten werden. Im niedrigen Dimmbereich erfolgt das Ausschalten der LEDs dank Amplituden-Dimmen ohne die in diesem Bereich von PWM-Modulation verursachten Flackern- oder Stroboskopeffekte. Im mittleren Bereich werden schließlich beide Techniken derart benutzt, dass das Dimmverhalten zwischen 2% und 10% kontinuierlich und ohne wahrnehmbarer schrittwechsel abläuft.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes Verfahren bzw. System zur Beleuchtung zu verbessern. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dass ein LED-basiertes Leuchtmittel, insbesondere LED-Straßenlaterne, derart konfiguriert werden kann, dass negative Effekte wie Flackern des erzeugten Lichts oder Stroboskopeffekte möglichst abgemildert werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgeschlagen zum Betreiben wenigstens eines Leuchtmittels, insbesondere einer Leuchtdiode (LED) eines LED-Moduls. Bei dem Verfahren wird die Leuchtdiode von einem pulsmodulierten Strom betrieben, wobei die Ausschaltzeitdauer des pulsmodulierten Stroms von einem externen Dimm-Befehl steuerbar ist, und die Amplitude des pulsmodulierten Stroms abhängig von einer Kalibrierung einstellbar ist.
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Vorteilhaft ist also, dass dieses Verfahren in der Lage ist, LED-Module bzw. LED-Ketten jeweils sowohl durch Pulsbreitenmodulation (PWM) wie auch über Amplitude zu dimmen. Weiterhin ist dieses Verfahren in der Lage, eingehende externe Dimmbefehle (von einem Bus wie beispielsweise DALI, Bewegungssensoren, Tageslichtsensoren, etc.) in einem PWM-Dimmen umzusetzen, während das Amplituden-Dimmen zur Kompensation langfristiger Effekte (lokale Anpassung, Alterungseffekte, Temperatur, Temperatursensor) verwendet werden.
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Die Ausschaltzeitdauer des pulsmodulierten Stroms kann abhängig von extern von einem Sensor erfassten Messdaten steuerbar sein.
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Die Amplitude des pulsmodulierten Stroms kann abhängig von einer langfristigen Kalibrierung einstellbar ist.
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Die Amplitude des pulsmodulierten Stroms kann zum Einstellen einer maximalen Helligkeit, zum Ausgleich der Alterung der LED oder zur Änderung der Farbtemperatur des von der LED erzeugten Lichts einstellbar sein.
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Vorzugsweise können mehrere LED-Module bzw. LEDs von mehreren LED-Modulen betrieben werden.
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Jedes LED-Modul kann mit einem pulsmodulierten Strom versorgt werden, wobei die Amplitude des pulsmodulierten Stroms individuell für jedes LED-Modul einstellbar ist.
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Die verschiedenen pulsmodulierten Ströme zum Betreiben der einzelnen LED-Module können derart moduliert sein, dass sie gleichzeitig auf den Null-Wert gesetzt werden.
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Die positive Flanke des pulsmodulierten Stroms zum Betreiben von einem der LED-Module kann mit der positiven Flanke des pulsmodulierten Stroms zum Betreiben von einem anderen der LED-Module zeitlich versetzt sein.
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Vorzugsweise können mindestens zwei LED-Module derart betrieben werden, dass ein einziger Dimm-Befehl das gleichlaufende Dimmen von den mindestens zwei LED-Modulen (4, 5) zur Folge hat.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Verfahren zum Betrieb von wenigstens zwei getrennt ansteuerbaren LED-Modulen, die jeweils wenigstens eine LED aufweisen, wobei die Stromamplitude von wenigstens zwei LED-Modulen unterschiedliche, vorzugsweise über einen Dimmzeitraum konstante Werte ist, und
interne oder externe Dimmbefehle in eine für die beiden LED-Module gleichlaufende Veränderung eines leistungsbestimmenden Parameters, insbesondere des Tastverhätnisses, einer Pulsbreitenmodulation des Stroms durch die LED-Module ungesetzt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Betriebsgerät vorgesehen zum Betreiben wenigstens eines Leuchtmittels, insbesondere einer Leuchtdiode (LED) eines LED-Moduls. Das Betriebsgerät weist auf einen Versorgungseingang zur Versorgung des Betriebsgeräts mit elektrischer Energie, einen Dateneingang zum Empfang von Steuer- bzw. Dimm-Befehlen, mindestens einen Ausgang zur Versorgung eines LED-Moduls, mindestens eine LED-Modul-Versorgungseinheit zur Versorgung des LED-Moduls mit einem pulsmodulierten Strom, und eine Steuereinheit zur Bestimmung der Ausschaltzeitdauer des pulsmodulierten Stroms abhängig von einem externen Dimm-Befehl, und zur Bestimmung der Amplitude des pulsmodulierten Stroms abhängig von einer Kalibrierung.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dimmen wenigstens einer LED,
wobei der Dimmbereich in wenigstens zwei Unterbereiche unterteilt ist, in denen das Dimmen in unterschiedlicher Weise ausgewählt aus der Veränderung der Amplitude oder eines Parameters einer Pulsmodulation des Strom durch die LED(s) oder einer Kombination davon ausgeführt wird,
wobei
- – in einem ersten Bereich, der zwischen einem festen oder einstellbaren Dimm-Schwellenwert und 100% Dimmwert liegt, ein Dimmen durch Veränderung der Stromamplitude erfolgt, und
- – erst in einem zweiten Bereich unterhalb des Dimm-Schwellenwerts eine Veränderung des Pulsmodulations-Parameters, insbesondere eine Verringerung des Tastverhältnisses, ggf. in Kombination mit einer Veränderung der Stromamplitude erfolgt.
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Der erste Bereich kann dabei reserviert sein zur Kompensation oder Kalibrierung hinsichtlich Effekten, die bezüglich der Frequenz von Dimmbefehlen langfristig sind.
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Weiterhin kann das Betriebsgerät eine Gleichstromquelle zur Bereitstellung eines konstanten Gleichstroms ausgehend von einer am Versorgungseingang zur Verfügung gestellten Netzspannung aufweisen.
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Weiterhin kann das Betriebsgerät einen Speicher zur Speicherung von Kalibrierungsdaten aufweisen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr anhand der Figuren der beigefügten Zeichnungen sowie der detaillierten Erläuterung der Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung basierend auf einer Straßenlaterne,
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Beleuchtungssystems basierend auf Straßenlaternen nach 1,
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3 zeigt eine Ausführungsform eines schematisierten Blockschaltbildes für eine Betriebsschaltung zum Betreiben von zwei LED-Modulen,
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4 zeigt eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Amplitude des Versorgungsstroms für die LED-Module bzw. die Amplitude des pulsmodulierten Stroms abhängig von einer Kalibrierung,
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5 zeigt eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Pulsmodulation des Versorgungsstroms für die LED-Module bzw. das Ein- und Ausschalten des pulsmodulierten Stroms abhängig von einem Dimmen,
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6 zeigt eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Pulsmodulation des Versorgungsstroms für die LED-Module bzw. das Ein- und Ausschalten des pulsmodulierten Stroms abhängig von einem Dimmen,
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7 zeigt eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Pulsmodulation des Versorgungsstroms für die LED-Module bei einem 100%-Dimmen gemäß dem Stand der Technik, und
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8 zeigt eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Pulsmodulation des Versorgungsstroms für die LED-Module bei einem 100%-Dimmen gemäß Erfindung.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf eine Straßenlaterne 1. Die Straßenlaterne 1 umfasst standardweise einen Laternenmast 3, der mit dem Boden 12 bzw. mit einem Straßenbelag fest verbunden ist. Eine Leuchte 2 ist im oberen Bereich des Laternenmastes 3 befestigt. Vorzugsweise wird die Leuchte 2 am oberen Ende des zylinderförmigen Laternenmastes 3 verankert.
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Die Leuchte 2 umfasst mindestens ein Leuchtmittel beispielsweise in Form einer Leuchtdiode (LED), wobei die LED eine anorganische sowie eine organische LED sein kann. Die Leuchte 2 umfasst vorzugsweise mindestens zwei Leuchtmittel in Form von zwei LED-Modulen 4, 5, die jeweils über eine Stromversorgungsleitung 8 mit Strom versorgt werden. Zusätzlich zu der Stromversorgungsleitung 8 führt noch eine Steuerleitung 9 zu den LED-Modulen 4, 5 zur externen Steuerung des Betriebs und bspw. der Helligkeit der LED-Modulen 4, 5.
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Die LED-Straßenlaterne 1 ist mit zwei unterschiedlichen Lichtkegeln ausgestattet, die individuell miteinander vermischt werden können. Die LED-Module 4, 5 erzeugen vorzugsweise verschiedene Beleuchtungen am Boden 12. Ein erstes LED-Modul 4 beleuchtet am Boden einen ersten Bereich 6 und ein zweites LED-Modul 5 ein zweiten Bereich 7', 7''. Der von dem zweiten LED-Modul beleuchtete Bereich kann aus zwei Unterbereichen 7', 7'' bestehen, die jeweils auf beiden Seiten des ersten Bereichs 6 positioniert sind. Diese drei Bereiche können leicht überlappen, um eine durchgehende Beleuchtung am Boden zu gewährleisten.
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Mit dieser Ausgestaltung der LED-Module 4, 5 kann erzielt werden, dass durch selektives Dimmen der wenigstens zwei unterschiedlichen LED-Module 4, 5 verschiedene Lichtstärkeverteilungen am Boden eingestellt werden können.
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2 zeigt ein Beleuchtungssystem 10 mit zwei Straßenlaternen 1, 1', wobei ein Bereich des Straßenbelags 12 sowohl von der einen 1 als auch von der zweiten Straßenlaterne 1' beleuchtet wird. Die Anzahl der Straßenlaternen kann größer als zwei sein.
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Das Beleuchtungssystem 10 umfasst weiterhin einen Datenbus 11. Ein Beispiel für einen derartigen Bus 11 ist ein DALI(Digital Addressable Lighting Interface)-Bus zur Ausführung des DALI Protokoll zur Steuerung lichttechnischer Betriebsgeräte. Am Datenbus 11 sind die jeweiligen Steuerleitungen 9, 9' der Straßenlaternen 1, 1' angeschlossen, so dass die Lichtverteilung oder die Helligkeit des Beleuchtungssystems 10 bspw. zentral von einer Steuereinheit 14 gesteuert werden kann. Die Steuerung kann von einer beliebigen am Datenbus 11 angeschlossenen Einheit durchgeführt werden.
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Dazu werden von der Steuereinheit externe Dimmbefehle, die von jeder Straßenlaterne des Systems umgesetzt werden, über den Datenbus 11 gesendet. Denkbar ist es auch, Dimmbefehle für nur einzelne adressierbare Straßenlaternen oder für Gruppen von adressierbaren Straßenlaternen zu senden.
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Im Beleuchtungssystem 10 kann auch mindestens ein Sensor 13 vorgesehen sein. Bei dem Sensor 13 kann es bspw. sich um einen Bewegungssensor, einen Tageslichtsensor, oder einen Regensensor handeln. Es kann auch ein Photosensor zur Erfassung von Alterungseffekten oder Farbortverschiebungen der LEDs sein.
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Entscheidend ist, dass der Sensor netzwerkfähig ist, und über den Datenbus 11 Messdaten zu einer bestimmten Eigenschaft der Umgebung des Beleuchtungssystems 10 sendet, wie die Temperatur, die Helligkeit oder eine Bewegung.
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Diese Messdaten werden von der zentralen Steuereinheit 14 verarbeitet, wobei diese dann wiederum entsprechende Dimm-Befehle über den Datenbus 11 aussenden kann. Vorzugsweise sind mehrere Sensoren 13 vorgesehen, so dass die ausgehende Steuereinheit 14 mehrere Messdaten zur Verfügung hat. Alternativ kann der Sensor 13 die Messdaten selbst in Dimm-Befehlen umwandeln und aussenden. Alternativ werden die Messdaten direkt von den einzelnen Straßenlaternen 1, 1' erfasst, ausgewertet, und in eine passende Steuerung der LED-Module 4, 5 umgewandelt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts für LEDs bzw. ein Betriebsgerät für wenigstens zwei LED-Kanäle.
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Das Betriebsgerät 20 der Leuchte 2 umfasst eine Steuereinheit 21, eine erste Modul-Versorgungseinheit 24, eine zweite Modul-Versorgungseinheit 25, einen Speicher 22 und eine Gleichstromquelle 26. Das Betriebsgerät verfügt über zwei Eingänge, nämlich einen ersten Eingang 28 für die Stromversorgung über die Stromversorgungsleitung 8 und einen zweiten Eingang 29 zum Empfang von Daten, die über die Leitung 9 und den Datenbus 11 gesendet werden. Diese Daten sind vorzugsweise Steuer- bzw. Dimm-Befehle zur Steuerung der LEDs bzw. derer Helligkeit. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Betriebsgerät 20 auch andere Datenarten wie Messdaten ausgehend von einem Sensor 13 oder Kalibrierungsdaten empfangen. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist das Betriebsgerät 20 derart ausgebildet, dass es auch selber Daten wie Bestätigungsdaten oder Zustandsdaten über die Leitung 9 in den Bus 11 sendet kann.
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Zentrale Einheit des Betriebsgeräts 20 ist die Steuereinheit, die die über den zweiten Eingang 29 empfangenen Daten verarbeitet und entsprechende Steuerungen der LED-Module 4, 5 vornimmt. Die Versorgung der LED-Module 4, 5 erfolgt über die entsprechende erste Modul-Versorgungseinheit 24 und über die zweite Modul-Versorgungseinheit 25.
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Das Betriebsgerät 20 kann mehrere Kanäle unabhängig voneinander ansteuern. Jeder Kanal kann dabei ein LED-Modul ansteuern. Dabei kann es sich beispielsweise um LED Arrays mit blauen LEDs handeln, die mithilfe eines Farbkonversionsmittels weißes Licht ausstrahlen. Möglich ist auch, dass jeder Kanal eine unterschiedliche LED-Farbe ansteuert. Dabei soll vorweg darauf hingewiesen werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren keineswegs auf zwei Kanäle beschränkt ist. Vielmehr ist es möglich, dass das Verfahren drei oder auch mehrere Kanäle einbezieht. Bei drei Kanälen ist es so z. B. denkbar, dass ein Kanal rote LEDs, ein Kanal grüne LEDs und ein Kanal blaue LEDs ansteuert.
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Die Gleichstromquelle 26 wird im Betrieb über den ersten Eingang 28 vom Wechselstromnetz mit Wechselspannung versorgt. An ihrem Ausgang stellt die Gleichstromquelle 26 einen konstanten Gleichstrom I0 zur Verfügung. Die Gleichstromquelle 26 umfasst vorzugsweise einen Gleichrichter zum Gleichrichten der Netzspannung, einen Spannungswandler zum Herabsetzen der gleichgerichteten Netzspannung, und einen Konverter zum Generieren des Gleichstroms I0.
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Der Speicher 22 enthält Daten, die vorzugsweise zur Kalibrierung der Leuchte 2 dienen. Diese Daten können sich auf den Alterungsprozess der LEDs, auf einen nicht zu überschreitenden maximalen Helligkeitswert, oder beispielsweise auf eine gewünschte Anpassung der Farbtemperatur des erzeugten Lichts beziehen. Vorzugsweise beziehen sich derartige Daten auf einen der LED-Module 4, 5, oder auf alle LED-Module des Leuchte. Die Daten können werksseitig vorab in den Speicher 22 gespeichert werden. Die Daten können aber auch im Betrieb über die Leitung 9 von der Steuereinheit 21 in den Speicher 22 gespeichert werden.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr die Steuereinheit 21 in der Lage, entweder die im Speicher 22 abgespeicherten Kalibrierungsdaten abzulesen, oder auch Kalibrierungsdaten über die Leitung 9 und den Bus 11 zu empfangen. Die Steuereinheit 21 berechnet entsprechend den Kalibrierungsdaten die Höhe des Stroms, mit dem das LED-Modul versorgt wird.
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In 4 ist eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Amplitude des Versorgungsstroms für die LED-Module 4, 5. gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Amplitude I0,4 des pulsmodulierten Stroms I4 für das erste LED-Modul 4 der Amplitude des von der Gleichstromquelle 26 zur Verfügung gestellten Gleichstroms I0. Das heißt, dass das erste LED-Modul 4 nicht kalibriert werden soll, bzw. dass seine maximale Helligkeit nicht reduziert werden muss.
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Die maximale Amplitude I0,5 des pulsmodulierten Stroms I5 für das zweite LED-Modul 5 ist dagegen kleiner als der Nenn-Gleichstrom I0. Demnach werden die LEDs 23 des zweiten LED-Moduls 5 unter gleichen Dimm-Bedingungen ein dunkleres Lichts generieren als die vom ersten LED-Modul 4.
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Erfindungsgemäß ermittelt die Steuereinheit 21 aus den empfangenen Dimm-Befehlen den entsprechenden Arbeitszyklus bzw. das Tastverhältnis T1/T0 = T1/(T1 + T2), wobei T1 die Zeitdauer der Versorgung mit einem Strom ungleich null, T2 die Ausschaltzeitdauer, und T0 = (T1 + T2) die Periodenzeitdauer darstellen.
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Insgesamt wird also die erste Modul-Versorgungseinheit 24 wird von dem Gleichstrom I0 versorgt und von der Steuereinheit 21 gesteuert. Die Modul-Versorgungseinheit 24 erhält von der Steuereinheit 21 Informationen bezüglich der maximalen Amplitude I0,4 des pulsmodulierten Stroms I4, und erzeugt entsprechend einen in 5 gezeigten pulsmodulierten Strom I4, der eine maximale Amplitude I0,4 und ein Tastverhältnis T1/T0 aufweist.
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Das LED-Modul 4 wird von diesem Strom I4 betrieben, und besteht aus einer Mehrzahl von LEDs 23, die durch Parallel- und/oder Serienschaltung zusammengefasst sind.
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Der Aufbau und die Funktionsweise der zweiten Modul-Versorgungseinheit 25 und des zweiten LED-Moduls 5 sind ähnlich wie die der ersten Modul-Versorgungseinheit 24 und des ersten LED-Moduls 4.
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In 6 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung bzw. eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Modulation des Versorgungsstroms I4, I5 für die LED-Module 4, 5 gezeigt. Die zwei LED-Module 4, 5 bzw. die zwei Kanäle sind bei dieser Ausführungsform jeweils mit einem Tastverhältnis von 30% PWM-betrieben sind. Weiterhin wird wie in der vorigen Ausführungsform die maximale Amplitude des pulsmodulierten Stroms I4', I5' der zwei Kanäle entsprechend einer Kalibrierung auf die Werte I0,4, I0,5 festgesetzt.
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Die PWM-Pulse der beiden Kanäle sind so zeitlich aufeinander abgestimmt, dass ein PWM-Puls des ersten Kanals in der PWM-Ausschaltzeitdauer des zweiten Kanals liegt. Dies bedeutet, dass die eine oder mehrere am ersten Kanal angeschlossenen bzw. von diesem angesteuerten LEDs dann leuchten, wenn die eine oder mehrere LEDs des zweiten Kanals ausgeschaltet sind.
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Ein PWM-Puls des ersten Kanals liegt vorzugsweise in der Mitte der PWM-Ausschaltzeitdauer des zweiten Kanals. Alternativ dazu, kann die positive Flanke eines PWM-Pulses des ersten Kanals mit der negativen Flanke eines PWM-Pulses des zweiten Kanals zeitlich übereinstimmen.
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In der Ausführungsform der 5 wird während 70% der Zeit kein Licht H erzeugt. Dagegen wird in der Ausführungsform der 6 nunmehr nur während 40% der Zeit keine Beleuchtung H generiert. Die Ausschaltzeiten der Gesamtbeleuchtung sind von 70% auf 40% der PWM-Periodendauer reduziert. Die PWM-Pulse der zwei Kanäle sind zeitlich so aufeinander abgestimmt, dass ein PWM-Puls des ersten Kanals möglichst in der PWM-Ausschaltzeitdauer des zweiten Kanals liegt.
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Wie in 7 und 8 gezeigt, wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit einem erfindungsgemäßen Betriebsgerät also gewährleistet, dass bspw. die LED-basierte Straßenlaterne 1 derart herstellerseitig für lokale Vorschriften vorkonfiguriert wird, dass ein Betrieb im Bereich von 100%-Dimmen tatsächlich einem 100% Tastverhältnis von sämtlichen LED-Modulen 4, 5 entspricht.
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7 und 8 beziehen sich auf das Betreiben der LED-Module 4, 5, wobei die langfristige Kalibrierung der Leuchte 2 es erfordert, dass die maximal generierte Helligkeit der Laterne 1 bzw. der Leuchte 2 dauerhaft bei 80% der tatsächlich mit der Leuchte erreichbaren Helligkeit liegt.
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Im Beispiel der 7 erfolgt die langfristige Kalibrierung gemäß dem Stand der Technik dadurch, dass das Tastverhältnis des PWM-Stroms bei T1/T0 = 80% liegt. In 8 dagegen bleibt das Tastverhältnis bei 100%, und die maximale Amplitude des PWM-Stroms wird auf 80% des Nennstroms I0 gesenkt.
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Die Anpassung an die lokalen Verhältnisse wird erfindungsgemäß durch reines Amplitudendimmen erreicht. Somit wird erfindungsgemäß der Effekt erzielt, dass bei 100% Dimm-Betrieb optimale Lichtqualität im Sinne von 100% Tastverhältnis vorliegt.
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Somit werden im niedrigen Dimm-Bereich negative Effekte wie Flackern oder Stroboskopeffekte abgemildert, da in solch einem niedrigen Dimm-Bereich das Tastverhältnis gemäß der Erfindung größer als das Tastverhältnis gemäß dem Stand der Technik ist.
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Gemäß dem Stand der Technik tritt also bzw. im Gebiet der Straßenlaternen das Problem auf, dass bei Auslieferung von derartigen LED-Laternen typischerweise eine der beiden LED-Ketten auf einen maximalen Betrieb begrenzt ist, der unterhalb des maximal möglichen 100%-Tastverhältnis liegt. Dagegen steht erfindungsgemäß die volle Spanne des PWM-Dimmens zur Verfügung, da herstellerseitig nicht bereits eine Begrenzung des Tastverhältnisses vorliegt.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass nunmehr die zwei oder gar mehreren LED-Kanäle bzw. LED-Module 4, 5 einer einzigen Leuchte 2 nicht mehr mit unterschiedlichen PWM-Werten angesteuert werden müssen, um möglicherweise eine unterschiedliche Kalibrierung vornehmen zu können, sondern als ein einziger Ansteuerkanal behandelt werden können. Diese wird dadurch ermöglicht, dass nunmehr ausgehend von den ggf. unterschiedlich eingestellten Amplitudenwerten I0,4, I0,5 die PWM-Tastverhältnisse gleichlaufend für sämtliche Kanäle verändert werden. Somit kann beispielsweise mit einem einzigen DALI-Befehl das gleichlaufende Dimmen von mehreren Kanälen der gleichen Leuchte erzielt werden.
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Gemäß der Erfindung werden also eingehende Dimm-Befehle immer nur in einer Veränderung des Tastverhältnisses (PWM-Dimmen) umgesetzt, obwohl die Ansteuerschaltung wenigstens zwei LED-Modulketten sowohl durch Amplitudendimmen wie auch durch PWM-Dimmen ansteuern kann.
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Das PWM-Dimmen zwischen 0 und 100% Tastverhältnis ist für die Umsetzung von eingehenden Dimm-Befehlen reserviert. Alle weiteren Anpassungseffekte (Alterungsausgleich, Einstellen auf lokale Vorschriften, etc.) wird durch das Amplitudendimmen erreicht. Insbesondere hinsichtlich des Ausgleichs von Alterungseffekten der LEDs kann vorgesehen sein, dass sämtliche LED-Modulketten im ausgelieferten Zustand zuerst mit einem Amplitudenwert unter 100% Nennwert I0 des Stroms betrieben werden, um eine ausreichende Marge zur Kompensation von Alterungseffekten zu haben.
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Die beiden unterschiedlichen von dem Steuergerät angesteuerten LED-Kanäle können jeweils die gleiche Farbe, insbesondere Weiß, sein. Es können indessen auch unterschiedliche Farben sein, so dass eine Farbortkompensation über Amplitudendimmen erfolgt, während das eigentliche Dimmen im Sinne von Umsetzen von externen Dimm-Befehlen über PWM-Dimmen, ausgehend von einem Tastverhältnis von 100% erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Straßenlaterne
- 2
- Leuchte
- 3
- Laternenmast
- 4
- erstes LED-Modul
- 5
- zweites LED-Modul
- 6
- erster beleuchteter Bereich
- 7
- zweiter beleuchteter Bereich
- 8
- Stromversorgungsleitung
- 9
- Steuerleitung
- 10
- Beleuchtungssystem
- 11
- Bus
- 12
- Boden
- 13
- Sensor
- 14
- zentrale Steuereinheit
- 20
- Betriebsgerät
- 21
- Steuereinheit
- 22
- Speicher
- 23
- LED
- 24
- erste Modul-Versorgungseinheit
- 25
- zweite Modul-Versorgungseinheit
- 26
- Gleichstromquelle
- 28
- erster Eingang des Betriebsgeräts (Versorgung)
- 29
- erster Eingang des Betriebsgeräts (Steuerung)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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