DE102010001798B4

DE102010001798B4 - Verfahren zum Betreiben einer Leuchtdiodenanordnung sowie Schaltanordnung

Info

Publication number: DE102010001798B4
Application number: DE102010001798A
Authority: DE
Inventors: Ralf Hying; Bernhard Reiter; Frederik Hempelmann
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: DE102010001798A1; CN102159006A; GB2477841B; US8476833B2; US20110193486A1; JP5836603B2; KR20110093723A; GB201100498D0; GB2477841A; CN102159006B; JP2011166155A; FR2956276A1; FR2956276B1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Leuchtdiodenanordnung mit zumindest einer Leuchtdiodeneinheit (10), bert für jeweils eine Leuchtdiodeneinheit an eine Treibereinheit (12) sendet und diese die Leuchtdiodeneinheit (10) in Abhängigkeit von dem übersandten Stromstärkenwert mit Strom in einer Zeitabfolge von Strompulsen (28a, 28b; 30a, 30b; 32; 34a, 34b; 36a, 36b) beschickt, wobei in der Zeitabfolge von Strompulsen (28a, 28b; 30a, 30b; 32; 34a, 34b; 36a, 36b) ein Prüfpuls (32) enthalten ist, und wobei das Licht, das aufgrund des Prüfpulses (32) von der Leuchtdiodeneinheit abgestrahlt wird, von einer Messeinheit (16) mit zumindest einem photoempfindlichen Element vermessen wird, wobei die Messeinheit (16) Messwerte der Steuereinheit (14) zuführt, die den Stromstärkenwert (V) in Abhängigkeit von zumindest einem Messwert vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorgabe von Stromstärkewerten (V) nur Messwerte herangezogen werden, die das Licht von Prüfpulsen repräsentieren und dass die Temperatur der jeweiligen Leuchtdiodeneinheit (10) und/oder die...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtdiodenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft auch eine Schaltanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Stand der Technik
Unter einer Leuchtdiodenanordnung wird eine Anordnung mit zumindest einer Leuchtdiodeneinheit verstanden. Typischerweise umfasst eine Leuchtdiodenanordnung eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten. Eine solche Leuchtdiodenanordnung ist zum Beispiel Teil eines Projektionsgeräts, mit Hilfe dessen leuchtende Bilder erzeugt werden. Die jeweiligen Leuchtdiodeneinheiten werden uber Treibereinheiten mit Strom versorgt. In Projektionsgeräten legt eine Steuereinheit einen Wert fur die Stromstärke (Stromstärkenwert) für die jeweiligen Leuchtdiodeneinheiten fest. Dieser Wert wird an die Treibereinheit ubermittelt und von dieser umgesetzt. Die Umsetzung beinhaltet üblicherweise, dass in einer Zeitabfolge Strompulse abgegeben werden, deren Stromstarke dem von der Steuereinheit ubermittelten Stromstärkewert entspricht. Die Steuereinheit in dem Projektionsgerät hat z. B. die Aufgabe, den sog. Farbort festzulegen: Weist eine Leuchtdiodenanordnung eine Mehrzahl von in unterschiedlichen Farben abstrahlenden Leuchtdioden auf, so lasst sich die insgesamt entstehende Farbe über jeweilige Stromstarkenwerte fur die einzelnen Leuchtdiodeneinheiten festlegen. Die Festlegung des Farborts wie auch die der Intensität des abgestrahlten Lichts erfolgt üblicherweise im Rahmen einer Regelung: Es gibt ein photoempfindliches Element in einer passenden Messeinheit, das das von einer Leuchtdiodeneinheit abgestrahlte Licht empfängt und vermisst. Die Messwerte werden der Steuereinheit zugeführt, und diese korrigiert gegebenenfalls den Stromstärkenwert, der Stromstärkenwert wird also in Abhängigkeit von zumindest einem Messwert an die Treibereinheit vorgegeben.
Aus der WO 02/47438 A2 ist es bekannt, die Temperatur von Leuchtdioden zu messen und die Messwerte einer Steuereinheit zuzuführen, die dann eine Intensität der Abstrahlung in Abhängigkeit von der Temperatur festlegt.
In der WO 2007/048747 A1 ist beschrieben, dass in einer Treibereinheit für Leuchtdioden der Treibereinheit zugeführte Zahlenwerte multipliziert werden können, wobei ein Ausgangssignal der Treibereinheit in Abhängigkeit von dem so berechneten Produkt festgelegt wird. Dies dient insbesondere dazu, die Helligkeits-Anteilfaktoren der einzelnen Lichtquellen in ein bestimmtes Verhältnis zueinander zu setzen. Das ist bei Variationen der Intensität des abgestrahlten Lichts notwendig, wobei insbesondere die Anteilsfaktoren hierbei veränderlich sind.
In der Schrift DE 10 2005 061 204 ist ein Beleuchtungssystem beschrieben in dem 3 farbige und eine weiße LED von einer Steuereinrichtung unabhängig voneinander gesteuert werden.
In der Schrift DE 10 2004 060 890 ist ein Kfz-Scheinwerferelement mit LED beschrieben, bei dem die LED abhängig von einer Messgröße gesteuert wird.
Die Schrift DE 102 39 449 beschreibt LED-Leuchten mit mehreren LEDs deren Farb- oder Helligkeitsstreuung kompensiert wird.
In der Schrift US 2009/0231354 ist eine kalibrierbare Regelung der Farbe, die von einer LED Leuchte abgestrahlt wird offenbart.
Beim Betrieb einer Leuchtdiode ist zu vermeiden, dass diese sich übermäßig aufheizt, denn in diesem Fall könnte es zu einer dauerhaften Beschädigung der Leuchtdiode kommen.
Andererseits ist es Aufgabe der Steuereinheit, den Farbort und die Intensitat des von den Leuchtdioden abgestrahlten Lichts festzulegen. Eine Überwachung der Leuchtdioden gehort nicht zu den der Steuereinheit zuzuordnenden Aufgaben.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei dem auf einfache und unkomplizierte Weise fur den sicheren Betrieb der Leuchtdioden gesorgt ist. Teil der Aufgabe ist es, hierzu eine Schaltanordnung gemaß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 in geeigneter Weise weiterzubilden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelost. Genauso wird die Aufgabe bei einer Schaltanordnung gemaß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 3 gelost.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit, dass die Temperatur der jeweiligen Leuchtdiodeneinheit und/oder die an dieser jeweiligen Leuchtdiodeneinheit abfallende Spannung und/oder die Temperatur der Treibereinheit selbst gemessen wird. Die Treibereinheit legt einen (Haupt-)Faktor anhand der gemessenen Temperatur und/oder der gemessenen Spannung fest, mit dem der Stromstarkenwert multipliziert wird, welcher von der Steuereinheit zugefuhrt wird. Die Stromstarke aller Strompulse in der Zeitabfolge, mit Ausnahme des Prüfpulses, wird aufgrund des so erhaltenen Produkts festgelegt. Die Stromstärke des Prufpulses hingegen wird unmittelbar aufgrund des Stromstarkenwertes festgelegt. Alternativ kann auch sie mit einem Faktor multipliziert werden, der dann aber von dem Hauptfaktor verschieden ist.
Die Festlegung der Stromstärke des Prufpulses erfolgt insbesondere in herkömmlicher Weise. Da die Messungen durch die Messeinheit mit dem zumindest einen photoempfindlichen Element aufgrund des Prufpulses erfolgen, erfolgt die Regelung mit der Steuereinheit in der herkommlichen Weise. Die Steuereinheit „merkt” keinen Unterschied, wenn sich der (Haupt-)Faktor als solcher andert. Grund hierfür ist, dass der Faktor lediglich einen Einfluss auf diejenigen Strompulse in der Zeitabfolge hat, die nicht zu Messergebnissen der Messeinheit fuhren. Durch die Einführung des (Haupt-)Faktors ist die Moglichkeit gegeben, dass durch die Treibereinheit eine Korrektur erfolgt, insbesondere wenn die Temperatur der Leuchtdiodeneinheit und/oder die an dieser abfallende Spannung den Sollbereich verlasst.
Bei der einfachsten Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Produkt des Faktors mit dem Stromstarkenwert von der Steuereinheit genau die Stromstarke der Strompulse. Der Faktor wird dann bei üblichen Betriebstemperaturen und Betriebsspannungen der Leuchtdiodeneinheit gleich Eins gesetzt. Dies bedeutet, dass die Treibereinheit bei ublichen Betriebsbedingungen genau den Stromstarkenwert umsetzt, der hier vorgegeben wird. Hingegen wird der Faktor kleiner als Eins gesetzt, wenn eine die dauerhafte Funktionstüchtigkeit der Leuchtdiodeneinheit beeintrachtigende Betriebstemperatur oder Betriebsspannung gegeben ist oder eine die Funktion der Treibereinheit beeintrachtigende Temperatur gegeben ist. Mit anderen Worten wird dann der Strom reduziert, mit dem die Leuchtdiodeneinheit beschickt bzw. beaufschlagt wird. Dadurch wird ein weiteres Erhitzen bzw. ein dauerhafter Schaden des Leuchtmittels vermieden. Es wird in Kauf genommen, dass sich die Intensitat des abgestrahlten Lichts hierbei verringert. Da die Messpulse jedoch nach wie vor dem vorgegebenen Stromstarkenwert entsprechen, greift die Regelung mit Hilfe der Steuereinheit nicht korrigierend ein; sie würde namlich sonst die Stromstarke genau wieder erhöhen, wenn eine zu geringe Intensitat gemessen wird. Bei einer Alternative, bei der die Messpulse auch nicht dem vorgegebenen Stromstärkewert entsprechen, weicht der weitere Faktor hierfür weniger von Eins ab als der Haupt-Faktor. Dann greift die Regelung zwar ein, irgendwann kann aber ein neues Gleichgewicht entstehen.
Bei der erfindungsgemaßen Schaltanordnung ist die Treibereinheit dazu ausgelegt, Strompulse in einer Zeitabfolge abzugeben, von denen ein Prüfpuls stets eine der Stromstarkevorgabe entsprechende Stromstärke hat, aber alle anderen Pulse eine von dem Produkt aus der vorgegebenen Stromstarke und einem von einer Messgröße abhangigen Faktor abhangige Stromstarke haben. Insbesondere wird bei der Schaltungsanordnung bevorzugt eine Messeinrichtung zum Messen der Temperatur zumindest einer Leuchtdiodeneinheit oder auch eine Messeinheit zum Messen der an einer Leuchtdiodeneinheit abfallenden Spannung bereitgestellt.
Das Bereitstellen der Messwerte in der Treibereinheit hat den Vorteil, dass keine umstandliche Verkabelung notwendig ist, wie es dies ware, wurden die Messwerte der Steuereinheit eines Projektionsgeräts zugeführt. Insbesondere ein Temperatursensor lässt sich im Bereich der Leuchtdioden leicht vorsehen und mit der Treiberschaltung koppeln; in gleichem Maße ist die Spannungsmessung leicht möglich. Die Temperatur- oder Spannungsmessung kann sogar ganz ohne zusätzliche Verkabelung in der vorhandenen Treiberschaltung selbst vorgenommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispiels naher erlautert werden. Es zeigt
1 schematisch die Bauteile eines Projektionsgerats, bei dem das erfindungsgemaße Verfahren einsetzbar ist, und
2A schematisch Strompulse, wie sie bei Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens unter normalen Betriebsbedingungen abgegeben werden und
2B die selbe Art von Strompulsen, wie sie unter außergewohnlichen Bedingungen abgegeben werden.
Bevorzugte Ausführungform der Erfindung
Ein im Ganzen mit 100 bezeichnetes und in 1 schematisch gezeigtes Videoprojektionsgerat umfasst Leuchtdioden, von denen symbolisch eine Leuchtdiode 10 dargestellt ist. Die Leuchtdioden werden von einer Treiberschaltung 12 mit dem Leuchtdiodenstrom ILED beschickt. Die Stromstärke ILED wird in Abhängigkeit von einer Vorgabe V festgelegt, die eine Steuereinheit 14 außerhalb des Treibers 12 macht und diesem zuführt. Die Vorgabe legt die Stromstarke einzelner Leuchtdioden 10 derart fest, dass das von den Leuchtdioden abgestrahlte Licht einen vorbestimmten Farbort hat. Der Farbort ist also durch die Stromstarke ILED bestimmt.
Die Vorgabe V wird im Rahmen einer Regelung festgelegt, die Steuereinheit 14 regelt namlich auf einen vorbestimmten Farbort bzw. eine vorbestimmte Intensität des von der Leuchtdiode 10 abgestrahlten Lichtes. Die Vorgabe V kann Angaben zu einer Vielzahl von Pulsen umfassen. Ein Photodetektor 16 misst das von der Leuchtdiode 10 abgegebene Licht und führt die Messergebnisse der Steuereinheit 14 zu. Damit eine Messung durch den Photodetektor 16 möglich ist, gibt der Treiber spezielle Messpulse ab. Nur das aufgrund der Messpulse abgestrahlte Licht bestimmt die Regelung.
Es kann nun sein, dass die Regelung bewirkt, dass ein Strom zu hoher Stromstarke über die Leuchtdiode 10 fließt. Dann erhitzt sich selbige und konnte Schaden erleiden. Genauso konnte auch die an der Leuchtdiode 10 abfallende Spannung oder deren Anderung auf einen Defekt der Leuchtdiode hinweisen. Wie symbolisch in 1 veranschaulicht, wird durch eine Messeinrichtung 18 die Temperatur T und die Spannung U an der Leuchtdiode 10 gemessen. Diese Werte werden einer internen Steuerung 20 in dem Treiber 12 zugeführt.
Die interne Steuerung 20 des Treibers 12 unterscheidet nun zwischen den Messpulsen und den sonstigen Pulsen. Wie symbolisch durch ein Kastchen 22 veranschaulicht, gibt die interne Steuerung einen Stromstärkenwert I_Soll fur den Messpuls ab, der immer gleich ist. Genauso gibt sie eine Sollstromstärke I_Soll jeweils fur die sonstigen Pulse ab, wie durch das Kästchen 24 veranschaulicht. Dieser Wert I_Soll wird nun jedoch gemäß dem Kästchen 26 mit einem Faktor multipliziert, der von den gemessenen Größen T und U abhängig ist.
Solange die Temperatur T und die Spannung U normale Werte einnehmen, bei denen die Funktionstuchtigkeit der Leuchtdiode 10 gewahrleistet ist, konnen die von dem Treiber 12 abgegebenen Strompulse beispielsweise aussehen wie in 2A gezeigt. Der Strompuls 28a hat eine erste Stromstarke, der Strompuls 30a eine zweite Stromstarke, ein Messpuls 32 eine weitere Stromstarke, ein Strompuls 34a wieder eine weitere Stromstarke, ein Strompuls 36a noch eine andere Stromstarke.
Wenn sich nun beispielsweise die Temperatur der Leuchtdiode 10 extrem erhöht, soll die Leuchtdiode nicht mehr mit einer so hohen Stromstarke beaufschlagt werden wie bisher. Dementsprechend wird statt dem Strompuls 28a ein Strompuls 28b abgegeben, statt dem Strompuls 30a ein Strompuls 30b. Hingegen bleibt der Messpuls 32 unverandert. Die Strompulse 34a und 36a andern sich zu den Strompulsen 34b und 36b.
Über die meiste Zeit ist daher die Stromstärke verringert. Dass der Messpuls 32 gleich bleibt, ist hierbei in Kauf zu nehmen.
Durch das Verringern der Stromstärke gemaß 2B im Vergleich zu 2A werden die Leuchtdioden 10 gedimmt.
Normalerweise wurde die Steuereinheit 14 dann mit einer Erhöhung der Vorgabe V reagieren. Dies ist vorliegend aber vermieden, weil der Messpuls 32 unverandert bleibt:
Da ja nur das bei diesem Messpuls ausgesandte Licht nach seiner Messung die Regelung bestimmt, hat die Reduzierung der Stromstärke durch den Treiber 12 keinen Einfluss auf das Verhalten der Steuereinheit 14.
Die erfindungsgemaße Anordnung hat den Vorteil, dass der Steuereinheit 14 ihre eigentliche Aufgabe zugewiesen bleibt, auf den Farbort bzw. eine Intensitat zu regeln, während eine Korrektur bei überhohter Temperatur T oder einer auf einen LED-Fehler hindeutenden Flussspannung U durch den Treiber 12 erfolgt. Im Bereich des Treibers 12 kann auch eine Messeinheit nach Art der Messeinheit 18 in unaufwändiger Weise vorgesehen werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Leuchtdiodenanordnung mit zumindest einer Leuchtdiodeneinheit (10), bei dem eine Steuereinheit (14) einen Stromstärkenwert für jeweils eine Leuchtdiodeneinheit an eine Treibereinheit (12) sendet und diese die Leuchtdiodeneinheit (10) in Abhängigkeit von dem übersandten Stromstärkenwert mit Strom in einer Zeitabfolge von Strompulsen (28a, 28b; 30a, 30b; 32; 34a, 34b; 36a, 36b) beschickt, wobei in der Zeitabfolge von Strompulsen (28a, 28b; 30a, 30b; 32; 34a, 34b; 36a, 36b) ein Prüfpuls (32) enthalten ist, und wobei das Licht, das aufgrund des Prüfpulses (32) von der Leuchtdiodeneinheit abgestrahlt wird, von einer Messeinheit (16) mit zumindest einem photoempfindlichen Element vermessen wird, wobei die Messeinheit (16) Messwerte der Steuereinheit (14) zuführt, die den Stromstärkenwert (V) in Abhängigkeit von zumindest einem Messwert vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorgabe von Stromstärkewerten (V) nur Messwerte herangezogen werden, die das Licht von Prüfpulsen repräsentieren und dass die Temperatur der jeweiligen Leuchtdiodeneinheit (10) und/oder die an dieser jeweiligen Leuchtdiodeneinheit abfallende Spannung und/oder die Temperatur der Treibereinheit (12) gemessen wird, wobei die Treibereinheit (12) einen Hauptfaktor anhand der gemessenen Temperatur und/oder Spannung festlegt, mit dem der Stromstärkenwert multipliziert wird, wobei die Stromstärken aller Strompulse in der Zeitabfolge außer dem Prüfpuls (32) aufgrund des so erhaltenen Produktes festgelegt werden, und wobei die Stromstärke des Prüfpulses unmittelbar aufgrund des Stromstärkenwerts festgelegt wird oder aufgrund eines weiteren Faktors, der anhand der gemessenen Temperatur und/oder Spannung festgelegt wird und von dem Hauptfaktor verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Produkt des Faktors mit dem Stromstärkenwert genau die Stromstärke der Strompulse bestimmt, und wobei der Hauptfaktor bei üblichen Betriebstemperaturen und Betriebsspannungen der Leuchtdiodeneinheit (10) gleich Eins gesetzt wird und bei einer die dauerhafte Funktionstüchtigkeit der Leuchtdiodeneinheit (10) beeinträchtigenden Betriebstemperatur oder Betriebsspannung der Hauptfaktor kleiner als Eins gesetzt wird.
Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Leuchtdiodenanordnung mit zumindest einer Leuchtdiodeneinheit (10), bei dem eine Steuereinheit (14) einen Stromstärkenwert (V) für jeweils eine Leuchtdiodeneinheit an eine Treibereinheit (12) sendet und diese die Leuchtdiodeneinheit (10) in Abhängigkeit von dem übersandten Stromstärkenwert mit Strom in einer Zeitabfolge von Strompulsen (28a, 28b; 30a, 30b; 32; 34a, 34b; 36a, 36b) beschickt, wobei in der Zeitabfolge von Strompulsen (28a, 28b; 30a, 30b; 32; 34a, 34b; 36a, 36b) ein Prüfpuls (32) enthalten ist, und wobei eine Messeinheit (16) mit zumindest einem photoempfindlichen Element das Licht misst, das die Leuchtdiodeneinheit aufgrund des Prüfpulses (32) abstrahlt, wobei die Messeinheit (16) Messwerte der Steuereinheit (14) zuführt, die den Stromstärkenwert (V) in Abhängigkeit von zumindest einem Messwert vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) zur Vorgabe von Stromstärkewerten (V) nur Messwerte heranzieht, die das Licht von Prüfpulsen repräsentieren und dass die Treibereinheit (12) einen Hauptfaktor festlegt, der abhängig ist von der Temperatur der jeweiligen Leuchtdiodeneinheit (10) und/oder von der an dieser jeweiligen Leuchtdiodeneinheit abfallenden Spannung, wobei die Treibereinheit den Stromstarkenwert mit dem Hauptfaktor multipliziert und dieses Produkt die Stromstärken aller Strompulse in der Zeitabfolge außer dem Prüfpuls (32) festlegt, und wobei die Treibereinheit (12) die Stromstärke des Prüfpulses unmittelbar aufgrund des Stromstärkenwerts festlegt oder aufgrund eines weiteren Faktors, der abhängig ist von der gemessenen Temperatur und/oder Spannung und vom Hauptfaktor verschieden ist.
Schaltanordnung nach Anspruch 3, bei der eine Messeinrichtung (18) zum Messen der Temperatur zumindest einer Leuchtdiodeneinheit (10) ausgelegt ist und/oder eine Messeinrichtung zum Messen der an einer Leuchtdiodeneinheit (10) abfallenden Spannung ausgelegt ist und/oder eine Messeinrichtung zum Messen der Temperatur der Treibereinheit (12).