DE102011004452A1 - Method for controlling dimming of e.g. LED of lighting module in lighting system, involves converting dimming specified values to obtain intermediate values between steps of duty factor, and selecting sub group from group of pulses - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Verbrauchers, vorzugsweise zum Dimmen eines Leuchtmittels, indem dem Verbraucher eine Folge von Impulsen zugeführt wird, deren Impulsbreite in diskreten Schritten veränderbar ist.The invention relates to a method for controlling an electrical load, preferably for dimming a light source, by supplying the consumer with a train of pulses whose pulse width is variable in discrete steps.
In der Beleuchtungstechnik hat sich die Steuerung der Leuchtmittel von einer Zentrale über einen Bus weitgehend durchgesetzt, wobei die Zentrale mit den Betriebsgeräten für die Leuchtmittel mittels digitaler Signale korrespondiert, die in der Regel dem DALI-Standard (DALI = Digital Adressable Lighting Interface) entsprechen. Zur Steuerung der Helligkeit (Dimmen) des von den Leuchtmitteln abzugebenden Lichtes werden von der Zentrale digitale Steuersignale ausgesendet, die empfangsseitig in diskrete analoge Dimmwerte umgewandelt und dann in PWM-Impulse werden, deren Impulse dann entsprechend den diskreten analogen Dimmwerten pulsbreitenmoduliert sind.In lighting technology, the control of the lighting means has largely prevailed from a central office via a bus, the central office corresponding to the operating devices for the lighting means by means of digital signals, which generally correspond to the DALI standard (DALI = Digital Addressable Lighting Interface). To control the brightness (dimming) of the light to be emitted by the lamps, digital control signals are transmitted by the control unit, which are converted on the receiver side into discrete analogue dimming values and then into PWM pulses whose pulses are then pulse width modulated in accordance with the discrete analogue dimming values.
Für die Umwandlung der digitalen Steuersignale zunächst in diskrete analoge Dimmwerte und dann in PWM-Impulse werden Mikroprozessoren verwendet, die aus Preisgründen in der Regel nur mit einer Rate von 10 bis 12 Bit arbeiten. Das hat zur Folge, dass die die Abhängigkeit des Tastverhältnisses der PWM-Impulse von den analogen Dimmwerten darstellende Funktion eine Treppenfunktion ist, deren Treppensprünge jedenfalls im unteren Helligkeitsbereich so groß sind, dass das menschliche Auge Veränderungen des Dimmwerts als Helligkeitssprünge wahrnimmt.For the conversion of the digital control signals first into discrete analogue dimming values and then into PWM pulses, microprocessors are used which, for reasons of price, usually work only at a rate of 10 to 12 bits. The consequence of this is that the function representing the dependence of the duty cycle of the PWM pulses on the analog dimming values is a staircase function whose staircase jumps are so great, at least in the lower brightness range, that the human eye perceives changes in the dimming value as brightness jumps.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine statische oder dynamische Dimmwertvorgabe in ein in diskreten Schritten hinsichtlich seines Tastverhältnisses veränderbares PWM-Signal mit verbesserter Auflösung, d. h. in mehrere Zwischenwerte umzusetzen.It is the object of the invention to provide a static or dynamic dimming value specification in a PWM signal with improved resolution, which can be changed in discrete steps with respect to its duty cycle. H. into several intermediate values.
Erfindungsgemäss wird dies erreicht, indem das zeitliche Mittel in Zwischenschritte zwischen zwei diskreten Tastverhältnis-Schritten gelegt werde kann.According to the invention this is achieved by the temporal mean can be placed in intermediate steps between two discrete duty cycle steps.
Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung wird daher ein Verfahren zur Dimmsteuerung eines elektrischen Verbrauchers, vorzugsweise eines Leuchtmittels, wie bspw. LED oder OLED, vorgeschlagen. Dabei wird zum Dimmen ein analoger oder digitaler Dimmvorgabewert in ein PWM-Signal mit in diskreten Schritten einstellbarem Tastverhältnis umgesetzt. Zur Erzielung von Zwischenwerten für das zeitlich mittlere Tastverhältnis zwischen zwei Schritten des diskret veränderbaren Tastverhältnis wird ein konstanter Dimmvorgabewert dadurch umgesetzt, dass aus einer Gruppe vom PWM-Impulsen eine Untergruppe ausgewählt wird, die wenigstens einen PWM-Impuls aufweist, und deren Tastverhältnis von dem der übrigen PWM-Impulse vorzugsweise um einen diskreten Schritt nach oben oder unten abweicht.According to a first aspect of the invention, therefore, a method for dimming control of an electrical load, preferably a light source, such as LED or OLED proposed. In this case, an analogue or digital dimming preset value is converted into a PWM signal with a duty cycle that can be set in discrete steps for dimming. To obtain intermediate values for the time average duty cycle between two steps of the discretely variable duty cycle, a constant dimming setpoint is implemented by selecting from a group of PWM pulses a subgroup having at least one PWM pulse and whose duty cycle is equal to that of the PWM pulse remaining PWM pulses preferably deviates by a discrete step up or down.
Zum dynamischen Dimmen, also einem zeitlich sich verändernden Dimmvorgabewert, kann die Anzahl der PWM-Impulse der Untergruppe mit abweichendem Tastverhältnis sukzessive erhöht werden, bspw. bis alle PWM-Impulse das abweichende Tastverhältnis aufweisen.For dynamic dimming, ie a time-varying dimming setpoint, the number of PWM pulses of the subgroup with different duty cycle can be successively increased, for example until all PWM pulses have the deviating duty cycle.
Dabei kann bei diesem dynamischen Dimmen, d. h. einer Veränderung der Dimmwertvorgabe, die sukzessive Veränderung der Anzahl der PWM-Impulse der Untergruppe mit abweichendem Tastverhältnis, bei entsprechender Änderung der Dimmwertvorgabe auch über mehrere diskrete Schritte des PWM-Tastverhältnis hinweg über einen vorgegeben Dimmzeitraum, innerhalb dessen ein von einem ersten Wert abweichender Dimmwert anzusteuern ist, gleichmässig verteilt werden. Somit kann auch über einen langen vorgegebenen Dimmzeitraum hinweg bei verhältnismässig geringer Änderung der Dimmwertvorgabe eine für das menschliche Auge stufenlose Änderung der Lichtleistung erzielt werden.In this case, in this dynamic dimming, d. H. a change in the Dimmwertvorgabe, the successive change in the number of PWM pulses of the subgroup with different duty cycle, with a corresponding change in Dimmwertvorgabe also over several discrete steps of the PWM duty cycle over a predetermined dimming period, within which to control a deviating from a first value dimming is to be distributed evenly. Thus, even for a long predetermined dimming period with a relatively small change in the Dimmwertvorgabe a continuous change of the light output for the human eye can be achieved.
Die Position der PWM-Impulse innerhalb der Gruppe kann periodisch oder quasi-zufällig verändert werden, bspw. um Resonanzen zu verringern.The position of the PWM pulses within the group can be changed periodically or quasi-randomly, for example, to reduce resonances.
Der Dimmvorgabewert kann dabei digital vorliegen und über einen Dimmbereich in eine höhere Anzahl an Schritten aufgelöst sein als die Anzahl der Schritte, die für die Veränderung des Tastverhältnisses bereitgestellt sind.The dimming preset value can be present digitally and resolved over a dimming range into a higher number of steps than the number of steps provided for the change of the duty cycle.
Die Frequenz der PWM-Impulse kann so hoch gewählt werden, dass ein durch die Erzeugung der Zwischenwerte entstehendes Flackern der Helligkeit des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichtes durch die Trägheit des menschlichen Auges nicht mehr wahrgenommen wird.The frequency of the PWM pulses can be selected so high that a flickering of the brightness of the light emitted by the luminous means due to the generation of the intermediate values is no longer perceived by the inertia of the human eye.
Die Frequenz der PWM-Impulse kann bspw. höher als 200 Hz gewählt werden.The frequency of the PWM pulses can be selected, for example, higher than 200 Hz.
Die Erfindung betriff auch eine Integrierte Schaltung insbesondere ASIC, Mikroprozessor oder Hybrid davon, welche Schaltung zur Durchführung eines Verfahrens der oben genannten Art ausgebildet ist.The invention also relates to an integrated circuit, in particular ASIC, microprocessor or hybrid thereof, which circuit is designed to carry out a method of the abovementioned type.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein dimmbares Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere LEDS oder OLEDs, aufweisend eine derartige Integrierte Schaltung.A further aspect relates to a dimmable operating device for lighting means, in particular LEDS or OLEDs, comprising such an integrated circuit.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Beleuchtungsmodul, aufweisend Leuchtmittel, insbesondere LEDs oder OLEDs, sowie ein Betriebsgerät. The invention also relates to a lighting module, comprising lighting means, in particular LEDs or OLEDs, and a control gear.
Schliesslich schlägt die Erfindung auch ein Beleuchtungssystem vor, aufweisend wenigstens ein Beleuchtungsmodul, das über eine Signalleitung mit einer Zentraleinheit verbunden ist, die zur Aussendung von Dimmvorgaben ausgelegt ist, insbesondere gemäss dem DALI-Standard.Finally, the invention also proposes a lighting system, comprising at least one lighting module which is connected via a signal line with a central unit, which is designed for the transmission of dimming specifications, in particular according to the DALI standard.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat auch den Vorteil, dass ein Hoch- oder Herunterdimmen relativ langsam und kontinuierlich erfolgen kann. Bei dem herkömmlichen Verfahren erfolgt das Umschalten dagegen von einer diskreten Pulsweite auf die nächste immer für alle Pulspakete gleichzeitig und damit schlagartig.The method according to the invention also has the advantage that up- or down-dimming can take place relatively slowly and continuously. In the conventional method, however, switching from one discrete pulse width to the next always occurs simultaneously for all pulse packets and thus abruptly.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.Embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Nicht dargestellte Grundlage von
In
Die als durchgehende Linie dargestellte Kurve zeigt insbesondere im unteren Helligkeitsbereich zwischen aufeinanderfolgenden diskreten Dimmwerten relativ starke Abstufungen der Impulsbreite bzw. des Tastverhältnisses der PWM-Impulse, die das menschliche Auge als unerwünschte Helligkeitssprünge wahrnimmt.The curve shown as a solid line shows, especially in the lower brightness range between successive discrete dimming values, relatively strong gradations of the pulse width or of the pulse duty factor of the PWM pulses, which the human eye perceives as unwanted brightness jumps.
Abhilfe bringen könnte die Verwendung eines Mikroprozessors, der mit einer höheren Rate als der im Bereich der Beleuchtungstechnik üblichen Rate von 10 Bit arbeitet. Solche Mikroprozessoren sind jedoch entsprechend teurer. Aus diesem Grunde wurde hier ein anderer Weg gewählt, um die unerwünschten Helligkeitssprünge zu vermeiden, der nachfolgend erläutert wird.This could be remedied by using a microprocessor which operates at a higher rate than the usual 10-bit rate in the field of lighting technology. However, such microprocessors are correspondingly more expensive. For this reason, another way has been chosen here in order to avoid the unwanted brightness jumps, which will be explained below.
In
Entsprechende Ausschnitte aus Abfolgen von PWM-Impulsen zeigen auch
In
In
In
In
Durch die drei Zwischenwerte wird die als durchgezogene Linie dargestellte Kurve in
Im Bereich einer Impulsfolgefrequenz von etwa 400 Hz kann es zu unerwünschten akustischen Resonanzen kommen. Um dem entgegenzuwirken, sollte die Erzeugung der Zwischenwerte unregelmäßig erfolgen. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass man in
Die Variation der Impulsbreite muss im übrigen nicht immer in Richtung zu größeren Werten erfolgen, sondern kann ebenso in die andere Richtung erfolgen. In einer Gruppe vom PWM-Impulsen können auch mehr als zwei unterschiedliche Tastverhältnissen vorliegen, um bei Betrachtung im zeitlichen Mittel Zwischenwerte zu erzeugen.Incidentally, the variation of the pulse width does not always have to be in the direction of larger values, but can also be done in the other direction. In a group of PWM pulses, there may also be more than two different duty cycles to produce intermediate values when viewed on average over time.
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