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Die Erfindung betrifft ein Steuer- und/oder Regelungsmittel für ein Leuchtdiodenfeld, eine Schaltungsanordnung mit einem solchen Steuer- und/oder Regelungsmittel und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung.
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Aus der deutschen Patentschrift mit der Veröffentlichungsnummer
DE 10 2006 005 521 B3 ist ein Steuer- und/oder Regelungsmittel für ein Leuchtdiodenfeld, eine Schaltungsanordnung mit einem solchen Steuer- und/oder Regelungsmittel und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung bekannt.
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Das bekannte Steuer- und/oder Regelungsmittel für ein Leuchtdiodenfeld weist wenigstens zwei erste Ausgänge auf, an denen Steuersignale zum Steuern von steuerbaren Schaltelementen des Leuchtdiodenfelds abgreifbar sind. Außerdem ist ein erster Messsignaleingang vorgesehen, an welchem ein Sensorsignal eines Stromsensors anlegbar ist. Ferner weist das bekannte Steuer- und/oder Regelungsmittel einen zweiten Ausgang auf, an dem ein Steuer- oder Regelsignal anliegen kann, mit dem eine Spannungsquelle gesteuert oder geregelt wird.
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Die in der Patentschrift
DE 10 2006 005 521 B3 offenbarte Schaltungsanordnung umfasst ein Leuchtdiodenfeld, ein Steuer- und/oder Regelungsmittel für das Leuchtdiodenfeld mit den vorgenannten Merkmalen, eine regelbare Spannungsquelle und in Reihe zum Leichtdiodenfeld einen Messwiderstand zum Messen des Stroms durch das Leuchtdiodenfeld. Dabei umfasst das Leuchtdiodenfeld wenigstens zwei Reihenschaltungen, die wenigstens eine Leuchtdiode und ein steuerbares Schaltelement umfassen und wobei Steuereingänge der steuerbaren Schaltelemente mit wenigstens zwei ersten Ausgängen des Steuer- und/oder Regelungsmittels verbunden sind. Die regelbare Spannungsquelle ist mit dem zweiten Ausgang des Steuer- und/oder Regelungsmittels verbunden. Ferner ist ein Stromsensor vorgesehen, mit dem die Messung des Stroms durch den Messwiderstand möglich ist. Der Stromsensor ist mit dem ersten Messsignaleingang des Steuer- und/oder Regelungsmittels verbunden.
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In der Patentschrift
DE 10 2006 005 521 B3 ist ferner ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung offenbart.
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Mit dem offenbarten Betriebsverfahren ist es zunächst möglich, für jede Reihenschaltung des Leuchtdiodenfeldes eine Schwellenspannung zu ermitteln, die von der Spannungsquelle bereitgestellt werden muss, um eine einer vorbestimmten, gewünschten Helligkeit der wenigstens einen Leuchtdiode der Reihenschaltung entsprechenden Stromstärke durch die Reihenschaltung zu erreichen. Zum Ermitteln der Schwellenspannung einer Reihenschaltung wird nur das gesteuerte Schaltelement zum Schließen angesteuert, das in der Reihenschaltung angeordnet ist, deren Schwellenspannung bestimmt werden soll. Die übrigen gesteuerten Schaltelemente bleiben in einem geöffneten Zustand. Nacheinander können durch das Schließen der gesteuerten Schaltelemente die gesuchten Schwellenspannungen jeder Reihenschaltung ermittelt werden.
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Mit dem offenbarten Betriebsverfahren ist es weiter möglich, die Spannungsquelle so einzustellen, dass über dem Leuchtdiodenfeld mindestens die Schwellenspannung anliegt, die die höchste der ermittelten Schwellenspannungen ist. Damit ist sichergestellt, dass die Leuchtdioden der Reihenschaltung mit der höchsten Schwellenspannung den Strom führen, der notwendig ist um die gewünschte Helligkeit der Leuchtdioden zu erreichen.
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Damit dann von den Leuchtdioden der anderen Reihenschaltungen mit niedrigeren Schwellenspannungen keine Helligkeit erreicht wird, die größer ist als die gewünschte Helligkeit, werden die steuerbaren Schaltelemente der anderen Reihenschaltungen während einer Taktperiode nur für eine Impulsdauer von einem Steuerimpuls des Steuer- und/oder Regelungsmittels zum Schließen angesteuert. Durch Einstellung der Impulsdauer kann eine mittlere Helligkeit der Leichdioden erreicht werden, die der gewünschten Helligkeit entspricht. Es ist auch offenbart die Spannung der Spannungsquelle über die maximale Schwellenspannung zu erhöhen. Dann werden alle steuerbaren Schaltelemente für ausgewählte Impulsdauern zum Schließen angesteuert, auch das steuerbare Schaltelement der Reihenschaltung mit der maximalen Schwellenspannung. Bei jedem Schaltvorgang am Ende einer Impulsdauer sinkt beim offenbarten Verfahren der Strom durch das Leuchtdiodenfeld, da die abgeschaltete Reihenschaltung bei konstanter Spannung keinen Strom mehr aufnehmen kann.
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Nach jedem Schaltvorgang am Ende einer Impulsdauer ist aufgrund von Induktivitäten der Schaltungsanordnung, insbesondere in der Spannungsquelle, die häufig von einem Spannungswandler gebildet wird, nicht mit einer sprunghaften Stromänderung zu rechnen. Vielmehr sinkt der Strom stetig, bis die in den Induktivitäten gespeicherte Energie abgebaut ist. Das stetige Absinken des Gesamtstroms durch das Leuchtdiodenfeld führt, da am Ende der Impulsdauer eine Reihenschaltung keinen Strom mehr aufnimmt, zu einem sprunghaften Anstieg der Ströme durch die verbleibenden Reihenschaltungen. Je weniger Reihenschaltungen verbleiben, um den Strom aufzunehmen, um so höher ist der Stromanstieg durch die verbleibenden Reihenschaltungen.
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Der dann von Reihenschaltungen kurzfristig geführte Strom liegt deutlich über den Strömen, die zum Erreichen der gewünschten Helligkeit notwendig ist. Außerdem kann der Strom so stark ansteigen, dass die Leuchtdioden der Reihenschaltungen zerstört werden, was man dadurch verhindern kann, dass in den Reihenschaltungen Widerstände angeordnet sind, die den Strom begrenzen. Diese Widerstände haben allerdings eine hohe Verlustleitung zur Folge.
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Hier setzen die vorliegenden Erfindungen an.
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Den Erfindungen lag das Problem zugrunde ein Steuer- und/oder Regelungsmittel für ein Leuchtdiodenfeld, eine Schaltungsanordnung mit einem solchen Steuer- und/oder Regelungsmittel und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung vorzuschlagen, mit dem es möglich ist einen Stromanstieg nach dem Abschalten einer der Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes in den verbleibenden eingeschalteten Reihenschaltungen zu vermeiden.
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Dieses Probleme wird hinsichtlich des Steuer- und/oder Regelungsmittels dadurch gelöst, dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel einen zweiten Messsignaleingang aufweist, an welchem ein Sensorsignal eines Spannungssensors anlegbar ist und dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel wenigstens einen zweiten Ausgang aufweist, an welchem Steuer- und/oder Regelungssignale zum Steuern- und/oder Regeln einer Stromquelle abgreifbar sind.
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Das Problem, wird bezüglich der Schaltungsanordnung dadurch gelöst, dass das Steuer- und/oder Regelungsmittel erfindungsgemäß ausgebildet ist, dass die Schaltungsanordnung wenigstens eine Stromquelle aufweist, die mit dem wenigstens einen zweiten Ausgang des Steuer- und/oder Regelungsmittels verbunden ist und in Reihe zum Leuchtdiodenfeld angeordnet ist und dass die Schaltungsanordnung einen Spannungssensor aufweist, mit welchem die Spannung über dem Leuchtdiodenfeld oder die Spannung über der Reihenschaltung aus dem Leuchtdiodenfeld und dem Messwiderstand erfassbar ist.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung das erfindungsgemäße Steuer- und/oder Regelungsmittel das steuerbare Schaltelement wenigstens einer Reihenschaltung des Leuchtdiodenfeldes während einer Taktperiode für eine von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel ermittelte Impulsdauer durch einen Steuerimpuls am Steuereingang des steuerbaren Schaltelementes zum Schließen ansteuert. Kurz zuvor oder spätestens gleichzeitig wird vom erfindungsgemäßen Steuer- und/oder Regelungsmittel die Stromquelle so angesteuert, dass der Strom reduziert wird, und zwar um den Betrag des Stroms durch die abgeschaltete Reihenschaltung.
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Durch das Reduzieren des Stroms kurz vor dem Ende der Impulsdauer können kleine Überschwinger im Strom vermieden werden, die aufgrund von Induktivitäten entstehen können.
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Den Erfindungen liegt der gemeinsame Gedanke zugrunde, dass mittels einer steuerbaren oder regelbaren Stromquelle der gewünschte Gesamtstrom zur Verfügung gestellt werden kann, der notwendig ist, um in den Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes die Ströme zu erreichen, die für die gewünschte mittlere Helligkeit der Leuchtdioden sorgen. Widerstände zur Begrenzung der Ströme durch die Reihenschaltung, sind dadurch nicht in der Größe erforderlich, wie sie beim Stand der Technik notwendig sind. Gleichwohl können auch in den Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes Widerstände angeordnet sein.
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Ein Vorteil der Benutzung einer Stromquelle anstelle der beim Stand der Technik verwendeten Spannungsquelle ist auch, dass wegen des zumindest deutlich geringeren Einflusses der Induktivitäten ein schnellerer und damit dynamischerer Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung möglich ist.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Stromquelle ist, dass die Leuchtdioden unabhängig von der Temperatur den gewünschten Strom bekommen.
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Bei dem Stand der Technik muss periodisch der temperaturabhängige Strom durch die Reihenschaltungen gemessen werden und die Schwellspannung korrigiert werden, da die Flussspannungen der Leuchtdioden einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzen. Würde keine Korrektur der Schwellspannung bei dem Stand der Technik erfolgen, könnten bei höheren Temperaturen die maximal erlaubten Ströme der Leuchtdioden überschritten werden sowie die Verlustleistung der Widerstände, die sich in Reihe mit den Leuchtdioden befinden und die der Leuchtdioden erheblich steigen.
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Bei keiner Korrektur der Schwellwertspannung bei dem Stand der Technik könnte diese Spannung bei niedrigen Temperaturen nicht mehr ausreichen die Leuchtdioden mit den höchsten Schwellspannungen mit dem gewünschten Strom zu versorgen.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die Energieversorgung von mehr als einer Stromquelle erfolgt. Werden mehrere Stromquellen verwendet, können die Stromquellen jeweils die Stromversorgung von Teilen des Leuchtdiodenfeldes übernehmen, zum Beispiel von einer Reihenschaltung.
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Vorteilhaft kann die wenigstens eine Stromquelle abgeschaltet werden.
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Der Messwiderstand einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann ein diskretes Widerstandsbauteil sein. Der Messwiderstand kann aber auch Teil eines anderen Bauelementes, zum Beispiel eines Transistors sein.
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Der Messwiderstand kann Teil einer Parallelschaltung aus mehreren Zweigen sein, wobei in jedem Zweig der Parallelschaltung ein Messwiderstand und/oder ein steuerbarer Schalter, zum Beispiel ein Transistor, angeordnet sein kann. Steueranschlüsse der steuerbaren Schalter können mit dritten Steuerausgängen des erfindungsgemäßen Steuer- und/oder Regelungsmittels verbunden sein. Mittels einer solchen Parallelschaltung sind Messbereichsumschaltungen möglich.
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Ist in den Reihschaltungen jeweils nur eine Leuchtdiode angeordnet, können die Anoden oder die Kathoden der Leuchtdiode auf einem Knoten liegen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Steuer- und/oder Regelungsmittel die steuerbaren Schaltelemente wenigstens einer Gruppe von Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes während einer Taktperiode gleichzeitig für eine von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel ermittelte Impulsdauer durch Steuerimpulse an den Steuereingängen der steuerbaren Schaltelemente zum Schließen ansteuern. In der Gruppe von Reihenschaltungen sind vorteilhaft Reihenschaltungen mit ähnlichen Kenngrößen insbesondere mit gleichen oder ähnlichen Flussspannungen und/oder Nennströmen zusammengefasst. Durch die Gruppierung ist es möglich, die Regelung bzw. die Steuerung der steuerbaren Schalter durch das Steuer- und/oder Regelungsmittel zu vereinfachen. Es müssen dann nicht für jedes steuerbare Schaltelement individuell die Schaltzeitpunkte festgelegt werden.
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Während einer Taktperiode können die steuerbaren Schaltelemente einer oder mehrerer Reihenschaltungen und/oder einer oder mehrerer Gruppen von Reihenschaltungen für unterschiedliche, von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel ermittelten Impulsdauern durch Steuerimpulse an den Steuereingängen der steuerbaren Schaltelemente geschlossen werden.
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Die Steuerimpulse können am Anfang einer Taktperiode, am Ende einer Taktperiode oder in einem Zeitraum zwischen dem Anfang und dem Ende einer Taktperiode liegen.
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Die Impulsdauer eines oder mehrerer Steuerimpulse innerhalb einer Taktperiode kann wenigstens zum Teil kürzer als die Taktperiode oder genauso lang wie die Taktperiode sein.
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Bei einem erfindungemäßen Verfahren kann zum Ermitteln der Impulsdauern der Steuerimpulse zum Erreichen eines gewünschten mittleren Stroms durch eine Reihenschaltung folgendermaßen vorgegangen werden:
Während verschiedener Zeiträume wird mittels des Steuer- und/oder Regelungsmittels je ein gesteuertes Schaltelement geschlossen. Während der Zeiträume in denen die gesteuerten Schaltelemente geschlossen sind, wird von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel die wenigstens eine Stromquelle zum Ändern des durch das Leuchtdiodenfeld und den dazu in Reihe geschalteten Messwiderstand fließenden Stroms angesteuert. Dabei wird der Strom vom Stromsensor erfasst. Sobald während der Zeiträume, in denen die gesteuerten Schaltelemente geschlossen sind, mittels des Stromsensors ein gewünschter Augenblickswert des Stroms erfasst wird, werden mit dem Spannungssensor erste Spannungen über dem Leuchtdiodenfeld oder die Spannungen über der Reihenschaltung aus dem Leuchtdiodenfeld und dem Messwiderstand ermittelt und dem Steuer- und/oder Regelungsmittel mitgeteilt. Bei dem gewünschten Augenblickswert des Stroms kann es sich vorzugsweise um den Nennstrom der Leuchtdioden handeln, zum Beispiel in Höhe von 500 mA. Vom Steuer- und/oder Regelungsmittel werden dann die vom Spannungssensor mitgeteilten ersten Spannungen gespeichert.
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Vorteilhaft werden dann durch das Steuer- und/oder Regelungsmittel aus den gespeicherten ersten Spannungen, den gewünschten Augenblickswerten des Stroms und/oder vorgegebenen Kenngrößen der Bauelemente in den Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes und ggf. des Messwiderstandes die Flussspannung der Leuchtdiode der Reihenschaltungen oder die summierten Flussspannungen der Leuchtdioden der Reihenschaltungen ermittelt.
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Dann wird bei bekannten Flussspannungen der Leuchtdioden bzw. der summierten Flussspannungen der Leuchtdioden der Reihenschaltungen unter Zuhilfenahme von in dem Steuer- und/oder Regelungsmittel hinterlegten Kennlinien der Leuchtdioden die Stromverteilung des von der Stromquelle gelieferten Stroms auf die einzelnen Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes berechnet. Aus der Stromverteilung kann dann der mittlere Strom ermittelt werden, der notwendig ist, um die gewünschte Helligkeit zu erreichen. Entsprechend können dann durch das Steuer- und/oder Regelungsmittel die Tastgrade und Impulsdauern für jede Reihenschaltung des Leuchtdiodenfeldes festgelegt werden.
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Das kann beispielsweise in der Art erfolgen, dass, nachdem die vom Spannungssensor mitgeteilten ersten Spannungen gespeichert worden sind, differenzielle Widerstände der Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes bzw. die summierten differenziellen Widerstände der Reihenschaltungen aus einer Reihenschaltung des Leuchtdiodenfeldes und dem Messwiderstand ermittelt wird.
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Dazu kann man für jede Reihenschaltung des Leuchtdiodenfeldes während verschiedener Zeiträume mittels des Steuer- und/oder Regelungsmittels je ein gesteuertes Schaltelement schließen. Während der Zeiträume in denen je ein gesteuertes Schaltelement geschlossen ist, wird von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel die wenigstens eine Stromquelle zum Ändern des durch das Leuchtdiodenfeld und den dazu in Reihe geschalteten Messwiderstand fließenden Stroms angesteuert. Dabei wird der Strom vom Stromsensor erfasst. Sobald während der Zeiträume, in denen die gesteuerten Schaltelemente geschlossen sind, mittels des Stromsensors ein zweiter gewünschter Augenblickswert des Stroms erfasst wird, werden mit dem Spannungssensor zweite Spannungen über dem Leuchtdiodenfeld oder die Spannungen über der Reihenschaltung aus dem Leuchtdiodenfeld und dem Messwiderstand ermittelt und dem Steuer- und/oder Regelungsmittel mitgeteilt.
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Bei dem zweiten gewünschten Augenblickswert des Stroms kann es sich vorzugsweise um den um einen ersten Wert erhöhten Nennstrom der Leuchtdioden handeln. Bei dem ersten Wert, der um den zweiten gewünschten Augenblickswert des Stroms gegenüber dem Nennstrom erhöht ist, kann es sich um einen Wert handeln, der nach dem ohmschen Gesetz aus der vom Hersteller angegebenen Toleranz für die Flussspannung der Leuchtdiode bzw. der Summe der Flussspannungen der Reihenschaltungen und dem vom Hersteller angegebenen differenziellen Widerstand ermittelt werden kann. Vom Steuer- und/oder Regelungsmittel werden dann die vom Spannungssensor mitgeteilten zweiten Spannungen gespeichert.
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Aus der Spannungsdifferenz der ersten und der zweiten Spannung geteilt durch die Stromdifferenz des ersten Augenblickswerts des Stroms und des zweiten Augenblickswerts des Stroms ergibt sich der differenzielle Widerstand im interessierenden Arbeitsbereich der Leuchtdioden.
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Anhand dieses differenziellen Widerstands einzelner Leuchtdioden oder jeder Reihenschaltung des Leuchtdiodenfeldes kann man durch Vergleichen mit typischen Werten, zum Beispiel aus den Herstellerangaben die fehlerfreie Funktion der Leuchtdioden oder der Reihenschaltungen erkennen. Da die Messungen auch während des Betriebs der Schaltungsanordnung durchgeführt werden können, kann man eine Überwachung der Leuchtdioden bzw. der Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes einrichten.
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Für die nachfolgende Beschreibung der Ermittlung der Stromverteilung, des durch die Stromquelle zu liefernden Stroms und die Impulsdauern der Steuerimpulse, mit denen die steuerbaren Schaltelemente beim Betrieb angesteuert werden, gelten folgende Überlegungen: Wenn die Reihenschaltung des Leuchtdiodenfeldes, für die die höchste erste Spannung ermittelt worden ist, mit dem ersten Augenblickswert für den Strom betrieben wird, die gesteuerte Stromquelle bei geschlossenen steuerbaren Schaltelementen aller Reihenschaltungen also so eingestellt ist, dass der in die besagte Reihenschaltung fließende Strom dem ersten Augenblickswert entspricht, fließen in den anderen Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes, für die niedrigere erste Spannungen ermittelt wurden, höhere Ströme.
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Zum Ermitteln dieser höheren Ströme werden die ersten Spannungen der Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes von der ermittelten höchsten ersten Spannung aller Reihenschaltungen des Leuchtdiodenfeldes abgezogen. Diese Differenz wird durch den differenziellen Widerstand der jeweiligen Reihenschaltung dividiert. Der Quotient gibt den Strom an, um den der Strom durch die jeweilige Reihenschaltung größer ist als der erste Augenblickswert des Stroms durch die Reihenschaltung mit der höchsten ersten Spannung. Die Summen aus den Quotienten und dem ersten Augenblickswert ergeben also die gesuchten höheren Ströme, die die anderen Reihenschaltungen führen, wenn bei geschlossenen steuerbaren Schaltelementen der Strom durch die Reihenschaltung mit der höchsten ersten Spannung durch die Stromquelle so eingestellt ist, dass er den ersten Augenblickswert erreicht. Sind die Ströme durch die einzelnen Reihenschaltungen bekannt, ergibt sich aus der Summe der Ströme der Strom, auf den die Stromquelle eingestellt werden muss.
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Die Impulsdauern ergeben sich dann aus den Verhältnissen des ersten Augenblickswertes zu den ermittelten höheren Strömen.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und.
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2 einen Verlauf von Strömen in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung während einer Taktperiode.
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Die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst ein Leuchtdiodenfeld aus drei Reihenschaltungen D1, R1, S1, D2, R2, S2, D3, R3, S3. Jede Reihenschaltung 1, 2, 3 umfasst eine Leuchtdiode D1, D2, D3, einen Widerstand R1, R2, R3 und einen Schalter S1, S2, S3. Entsprechend der Indizes der Bezeichnungen der Bauelemente wird nachfolgend von der ersten Reihenschaltung 1, der zweiten Reihenschaltung 2 und der dritten Reihenschaltung 3 gesprochen werden.
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Die Reihenschaltungen 1, 2, 3 sind parallel geschaltet. Die Leuchtdioden D1, D2, D3 sind innerhalb der Reihenschaltungen so angeordnet, dass ihre Anoden an einem gemeinsamen Knoten anliegen. Auch die steuerbaren Schaltelemente S1, S2, S3 haben einen gemeinsamen Knoten. Die Widerstände R1, R2, R3 sind zwischen den Dioden D1, D2, D3 und den steuerbaren Schaltelementen S1, S2, S3 angeordnet.
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Neben dem Leuchtdiodenfeld umfasst die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Stromquelle I, die dem anodenseitigen Knoten vorgeschaltet ist. Bei der Stromquelle I handelt es sich um eine steuerbare Stromquelle.
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Dem schaltelementseitigen Knoten nachgeschaltet ist eine Parallelschaltung, in denen Messwiderstände angeordnet sind. In einem ersten Zweig der Parallelschaltung ist ein steuerbares Schaltelement S4 angeordnet. Bei dem steuerbaren Schaltelement handelt es sich vorteilhaft um einen Transistor, dessen Emitterkollektorstrecke einen ersten Messwiderstand und somit den Messwiderstand des ersten Zweiges der Parallelschaltung bildet. In einem zweiten Zweig ist ein Messwiderstand R4 angeordnet. In einem dritten Zweig ist eine Reihenschaltung aus einem Messwiderstand R5 und einem steuerbaren Schaltelement S5 angeordnet. Die Parallelschaltung ist über Masse mit der Stromquelle I verbunden.
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In der Schaltungsanordnung ist ein Spannungssensor V1 und ein Stromsensor V2 vorgesehen. Der Spannungssensor V1 erfasst die Spannung zwischen dem anodenseitigen Knoten und dem Massepotential. Der Stromsensor V2 erfasst über den Umweg der Messung der Spannung, die über der Parallelschaltung der Messwiderstände abfällt, den Strom durch das Leuchtdiodenfeld.
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Außerdem ist bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ein erfindungsgemäßes Steuer- und/oder Regelungsmittel C vorgesehen. Das Steuer- und/oder Regelungsmittel C hat mehrere Eingänge und mehrere Ausgänge. Über diese Ein- und Ausgänge ist das Steuer- und/oder Regelungsmittel C mit der steuerbaren Stromquelle I, den steuerbaren Schaltelementen S1, S2, S3 des Leuchtdiodenfeldes, den steuerbaren Schaltelementen S4, S5 der Parallelschaltung der Messwiderstände, dem Spannungssensor V1 und dem Stromsensor V2 verbunden.
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Im Einzelnen sind die Verbindungen zwischen den Bauelementen beziehungsweise Komponenten und den Ein- beziehungsweise Ausgängen des Steuer- und/oder Regelungsmittels folgendermaßen hergestellt:
Ein erster Eingang des Steuer- und/oder Regelungsmittels C ist mit dem Stromsensor V2 verbunden. Über den ersten Eingang E1 kann dem Steuer- und/oder Regelungsmittel C die vom Stromsensor V2 erfasste Stromstärke beziehungsweise eine dazu äquivalente Spannung zugeführt werden.
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Ein zweiter Eingang E2 des Steuer- und/oder Regelungsmittels ist mit dem Spannungssensor V1 verbunden. Über diesen Eingang E2 kann dem Steuer- und/oder Regelungsmittel ein Signal zugeführt werden, welches die Spannung zwischen dem anodenseitigen Knoten und dem Massepotential anzeigt.
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Erste Ausgänge A11, A12, A13 des Steuer- und/oder Regelungsmittels sind mit Steueranschlüssen der steuerbaren Schaltelemente S1, S2, S3 der Reihenschaltungen 1, 2, 3 des Leuchtdiodenfeldes verbunden. Über diese ersten Ausgänge A11, A12, A13 können Steuerimpulse an die Schaltelemente gegeben werden, um diese zu schließen.
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Ein zweiter Ausgang A2 ist mit der steuerbaren Stromquelle I verbunden. Über diesen zweiten Ausgang A2 kann von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel ein Signal an die steuerbare Stromquelle I gegeben werden, um den von der Stromquelle I gelieferten Strom einzustellen.
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Das Steuer- und/oder Regelungsmittel, bei dem es sich um einen Mikrocontroller oder um einen Asic handeln kann, ist so eingerichtet, dass die Leuchtdioden D1, D2, D3 eine gewünschte Helligkeit haben. Dazu sind aufgrund von Toleranzen der Kenngrößen der Leuchtdioden insbesondere unterschiedlicher Flussspannungen der Leuchtdioden unterschiedliche Ströme in den Reihenschaltungen 1, 2, 3 notwendig. Die Stromquelle wird von dem Steuer- und/oder Regelungsmittel C so eingestellt, dass sie einen Strom bereitstellt, der ausreichend groß ist, um die Reihenschaltung mit Strom zu versorgen, deren Leuchtdiode die höchste Flussspannung hat. Dieses ist beispielsweise die Leuchtdiode D3 in der dritten Reihenschaltung 3. Die erste Reihenschaltung 1 soll dagegen die Leuchtdiode D1 mit der geringsten Flussspannung und die zweite Reihenschaltung 2 eine Leuchtdiode D2 mit einer mittleren Flussspannung haben.
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Der von der steuerbaren Stromquelle I gelieferte Strom teilt sich am anodenseitigen Knoten in die jeweiligen Ströme auf, die durch die Reihenschaltungen 1, 2, 3 fließen. Die Stromaufteilung hängt dabei von den Bauelementen der Reihenschaltungen 1, 2, 3 ab. Unter diesen Bauelementen sind auch die Leuchtdioden D1, D2, D3 mit ihren unterschiedlichen Flussspannungen. Die Ströme teilen sich so auf, dass die Reihenschaltung mit der Leuchtdiode mit der geringsten Flussspannung, also die erste Reihenschaltung den größten Strom führt, während die Reihenschaltung mit der Leuchtdiode D3 mit der größten Flussspannung, nämlich die dritte Reihenschaltung 3 den geringsten Strom führt.
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Damit die dritte Leuchtdiode D3 mit der höchsten Flussspannung die gewünschte Helligkeit liefert, muss der Strom der steuerbaren Stromquelle I so eingestellt sein, dass der für die Bereitstellung der gewünschten Helligkeit notwendige Strom durch die dritte Reihenschaltung 3 und somit durch die dritte Leuchtdiode D3 fließt.
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Das führt allerdings zu Strömen in den anderen beiden Reihenschaltungen 1, 2, die größer sind, als die Ströme, die zur Lieferung der gewünschten Helligkeit durch die Leuchtdioden D1 und D2 erforderlich sind. Die Leuchtdioden D1 und D2 beziehungsweise die Reihenschaltungen 1 und 2 werden daher ein- und ausgeschaltet. Dadurch ergibt sich ein Strom durch die erste und die zweite Reihenschaltung 1, 2 der im Mittel dem Strom entspricht, der zum Herstellen der gewünschten Helligkeit notwendig ist.
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Das Ein- und Ausschalten erfolgt mit einer so hohen Frequenz, dass es für das menschliche Auge nicht erkennbar ist.
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Im Beispiel der 2 ist eine Taktperiode T dargestellt. Innerhalb der Taktperiode T wird das steuerbare Schaltelement S3 in der dritten Reihenschaltung 3 für eine Impulsdauer T3 eingeschaltet. Analog werden die steuerbaren Schalter S1, S2 der ersten und der zweiten Reihenschaltung 1, 2 für Impulsdauern T1, T2 eingeschaltet, wobei die Impulsdauer T2 kleiner ist als die Impulsdauer T3 und die Impulsdauer T1 kleiner ist als die Impulsdauer T2. Die Impulsdauern T1, T2, T3 sind so gewählt, dass im Mittel der Taktperiode T ein Strom durch die Reihenschaltung 1, 2, 3 fließt, der im Mittel die gewünschte Helligkeit der Leuchtdioden liefert. Die steuerbare Stromquelle I wird dabei so gesteuert, dass zum Ende der jeweiligen Impulsdauern T1, T2, T3 die Stromlieferung Iges der steuerbaren Stromquelle I um die Stromaufnahme der am Ende der Impulsdauer T1, T2, T3 abgeschalteten Reihenschaltung reduziert wird. Damit liefert die steuerbare Stromquelle I genau den Strom Iges, der zur Versorgung der eingeschalteten Reihenschaltungen notwendig ist.
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Bezugszeichenliste
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- I
- steuerbare Stromquelle
- V1
- Spannungssensor
- V2
- Stromsensor
- D1
- Leuchtdiode der ersten Reihenschaltung
- R1
- Widerstand der ersten Reihenschaltung
- S1
- steuerbarer Schalter der ersten Reihenschaltung
- D2
- Leuchtdiode der zweiten Reihenschaltung
- R2
- Widerstand der zweiten Reihenschaltung
- S2
- steuerbarer Schalter der zweiten Reihenschaltung
- D3
- Leuchtdiode der dritten Reihenschaltung
- R3
- Widerstand der dritten Reihenschaltung
- S3
- steuerbarer Schalter der dritten Reihenschaltung
- C
- Steuer- und/oder Regelungsmittel
- S4
- steuerbarer Schalter im ersten Zweig der Parallelschaltung von Messwiderständen
- R4
- Widerstand im zweiten Zweig der Parallelschaltung von Messwiderständen
- S5
- steuerbarer Schalter im drittem Zweig der Parallelschaltung von Messwiderständen
- R5
- Widerstand im dritten Zweig der Parallelschaltung von Messwiderständen
- T
- Taktperiode
- T1
- Impulsdauer
- T2
- Impulsdauer
- T3
- Impulsdauer
- I1
- Strom durch Reihenschaltung 1
- I2
- Strom durch Reihenschaltung 2
- I3
- Strom durch Reihenschaltung 3
- Iges
- Gesamtstrom durch das Leuchtdiodenfeld
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006005521 B3 [0002, 0004, 0005]
