DE102012101255B9

DE102012101255B9 - Beleuchtungsanordnung und Verfahren zum Treiben mindestens einer Leuchtdiode

Info

Publication number: DE102012101255B9
Application number: DE102012101255.5A
Authority: DE
Inventors: Karl Georg Waser
Original assignee: Austriamicrosystems AG
Current assignee: Ams Osram AG
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: DE102012101255A1; DE102012101255B4

Abstract

Beleuchtungsanordnung, umfassend
- eine Spannungsversorgungsschaltung (11) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung (VOUT),
- mindestens eine Leuchtdiode (12), die von der Spannungsversorgungsschaltung (11) versorgt wird,
- einen Lichtsensor (13) zur Abgabe eines Sensorsignals (SM) und
- eine Steuerungsschaltung (14), die ausgelegt ist, die Versorgungsspannung (VOUT) in Abhängigkeit von dem Sensorsignal (SM) derart einzustellen, dass das Sensorsignal (SM) einen vorgegebenen Verlauf aufweist, und dass die mindestens eine Leuchtdiode (12) ein Blitzlicht mit einem während der Dauer des Blitzlichts konstanten Wert einer Lichtgröße abgibt, wobei die Steuerungsschaltung (14)
- eine Signalaufbereitungsschaltung (42), die eingangsseitig mit dem Lichtsensor (13) gekoppelt ist, und
- eine Vergleicherschaltung (47) umfasst, wobei die Vergleicherschaltung (47) einen Verstärker (48) umfasst mit
- einem ersten Eingang, der mit einem Ausgang der Signalaufbereitungsschaltung (42) gekoppelt ist,
- einem zweiten Eingang, dem eine Referenzspannung (VR) zugeleitet wird, und
- einem Ausgang,
wobei die Vergleicherschaltung (47) einen Vergleichertiefpass (50) umfasst, der zwischen dem Ausgang des Verstärkers (48), der als Transkonduktanzverstärker realisiert ist, und einem Steuereingang (28) der Spannungsversorgungsschaltung (11) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung und ein Verfahren zum Treiben mindestens einer Leuchtdiode.
Moderne Beleuchtungsanordnungen weisen häufig eine Leuchtdiode, abgekürzt LED, auf. Die LED stellt eine Lichtgröße, wie etwa einen Lichtstrom oder eine Beleuchtungsstärke, bereit. Die Lichtgröße hängt nicht nur von einer der LED zugeführten Energie, sondern auch von einer Temperatur der LED ab. Dabei sinkt die Lichtgröße mit zunehmender Temperatur.
Dokument US 2010/0194961 A1 beschreibt eine Bildaufnahmevorrichtung, die eine Anzeige, eine Rückseitenbeleuchtung und einen Umgebungslichtsensor aufweist.
Aus den Dokumenten US 2006/0164377 A1 , WO 2008/104228 A1 , DE 10013207 A1 , DE 10013215 A1 und US 2007/0108846 A1 sind verschiedene Beleuchtungsanordnungen bekannt, die eine Steuerung für die Versorgung von Leuchtdioden auf der Basis eines Lichtsensorsignals ausführen.
Im Dokument US 2010/0265064 A1 ist eine Beleuchtungsanordnung mit einer konstanten Beleuchtungsausgabe beschrieben, die ebenfalls auf der Basis eines Lichtsensorsignals funktioniert. Dabei wird ein Mikrocontroller eingesetzt, der eine dynamische Ansteuerung bzw. Fernbedienung einer gewünschten Helligkeit ermöglicht. Die beschriebene Anordnung wird für lang andauernde Beleuchtungsszenarien im Bereich von Minuten bzw. Stunden verwendet.
Dokument US 7 829 831 B2 beschreibt eine Steuerung einer Ausgangsspannung, die an eine Blitzeinrichtung abgegeben wird. Dabei umfasst ein Bauteil einen DC/DC Wandler, eine Blitzeinrichtung, die an den DC/DC Wandler angeschlossen ist, einen optischen Sensor, der ein Lichtintensitätssignal abgibt, einen Operationsverstärker, einen Summationsverstärker und eine Steuerung. Ein Ausgang des optischen Sensors ist über den Operationsverstärker, den Summationsverstärker und die Steuerung mit einem Eingang des DC/DC Wandlers gekoppelt. Der DC/DC Wandler empfängt ein Fehlersignal und gibt eine Ausgangsspannung an die Blitzeinrichtung ab. Die von der Blitzeinrichtung abgegebene Lichtintensität kann auf einen konstanten, vorbestimmten Wert gehalten werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsanordnung und ein Verfahren zum Treiben mindestens einer Leuchtdiode bereitzustellen, mit denen eine Lichtgröße mit hoher Genauigkeit bereitgestellt wird.
Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einer Ausführungsform umfasst eine Beleuchtungsanordnung eine Spannungsversorgungsschaltung, mindestens eine Leuchtdiode, einen Lichtsensor sowie eine Steuerungsschaltung. Die Spannungsversorgungsschaltung ist zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung ausgelegt. Die mindestens eine Leuchtdiode wird von der Spannungsversorgungsschaltung versorgt. Der Lichtsensor dient zur Abgabe eines Sensorsignals. Die Steuerungsschaltung ist eingangsseitig mit dem Lichtsensor und ausgangsseitig mit einem Steuereingang der Spannungsversorgungsschaltung gekoppelt. Die Steuerungsschaltung ist ausgelegt, die Versorgungsspannung in Abhängigkeit von dem Sensorsignal derart einzustellen, dass das Sensorsignal einen vorgegebenen Verlauf aufweist.
Die Steuerungsschaltung ist dabei zudem ausgelegt, die Versorgungsspannung derart einzustellen, dass die mindestens eine Leuchtdiode ein Blitzlicht mit einer während der Dauer des Blitzlichts konstanten Lichtgröße abgibt. Damit kann eine vorhersagbare und hohe Bildqualität erzielt werden.
Mit Vorteil wird eine Temperaturdrift der LED durch eine Veränderung der Versorgungsspannung ausgeglichen, da die Regelung auf dem Sensorsignal basiert. Die Versorgungsspannung versorgt die mindestens eine LED. Mit Vorteil folgt der Wert einer von der mindestens einen LED emittierten Lichtgröße genau dem vorgegebenen Verlauf.
In einer Ausführungsform ist die Steuerungsschaltung ausgelegt, die Versorgungsspannung in Abhängigkeit vom Sensorsignal ohne Bestimmung der Höhe eines durch die mindestens eine Leuchtdiode fließenden Leuchtdiodenstroms derart einzustellen, dass das Sensorsignal einen vorgegebenen Verlauf aufweist. Mit Vorteil wird die Versorgungsspannung in Abhängigkeit vom Sensorsignal und unabhängig von der Höhe des Leuchtdiodenstroms eingestellt. Mit Vorteil ist die Versorgungsspannung unabhängig von einer Messung des durch die mindestens eine LED fließenden Leuchtdiodenstroms. Somit ist kein Stromsensor, der seriell zur LED geschaltet ist, erforderlich. Damit ist ein Spannungsabfall über einem derartigen Stromsensor vermieden. Folglich ist eine hohe Effizienz erzielt.
In einer Ausführungsform ist die Beleuchtungsanordnung stromreglerfrei.
In einer Ausführungsform erfolgt die Regelung der Versorgungsspannung allein durch die Spannungsversorgungsschaltung und ohne Stromregler. Dabei fällt die Versorgungsspannung über der mindestens einen LED ab.
In einer Ausführungsform ist die Steuerungsschaltung ausgelegt, die Versorgungsspannung derart einzustellen, dass das Sensorsignal einen konstanten Wert aufweist. Gemäß dem vorgegebenen Verlauf des Sensorsignals ist somit das Sensorsignal konstant. Das Sensorsignal ist proportional zu einer gemessenen Lichtgröße der mindestens einen LED. Daher ist bei einem konstanten Wert des Sensorsignals eine konstante Beleuchtung eines Objekts ermöglicht. Der konstante Wert kann beispielsweise ein vorgegebener Wert für das Sensorsignal sein. Die Steuerungsschaltung ist dabei ausgelegt, die Versorgungsspannung so lange zu verändern, bis das Sensorsignal den vorgegebenen Wert aufweist. Die Regelung auf einen konstanten Sensorwert erfolgt selbsttätig.
In einer alternativen Ausführungsform ist der vorgegebene Verlauf des Sensorsignals rampenförmig ansteigend und abfallend. Alternativ kann der vorgegebene Verlauf des Sensorsignals sinusförmig um einen vorgegebenen Mittelwert sein. Dabei ist die Amplitude der Sinusschwingung maximal gleich dem vorgegebenen Mittelwert. Der Wert der Lichtgröße entspricht dem vorgegebenen Verlauf des Sensorsignals.
Alternativ kann beispielsweise die Steuerungsschaltung ausgelegt sein, einen Anfangswert des Sensorsignals, der unmittelbar nach dem Einschalten der mindestens einen LED auftritt, zu bestimmen und die Versorgungsspannung derart zu steuern, dass das Sensorsignal weiter den Anfangswert aufweist. Mit Vorteil wird durch die Steuerung vermieden, dass eine Eigenerwärmung oder eine Fremderwärmung der mindestens einen LED zu einer veränderten Lichtgröße führt.
In einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsanordnung ein Modul, welches die mindestens eine LED und den Lichtsensor aufweist. Das Modul umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss. Eine Anode der mindestens einen LED ist mit dem ersten Anschluss gekoppelt. Eine Kathode der mindestens einen LED ist an den zweiten Anschluss angeschlossen. Ein Signalausgang des Lichtsensors ist an den dritten Anschluss angeschlossen. Beispielsweise kann die Anzahl der Anschlüsse des Moduls genau drei betragen. Ein Versorgungseingang des Lichtsensors kann mit dem ersten oder dem zweiten Anschluss gekoppelt sein. Das Modul weist genau ein Gehäuse auf.
In einer Ausführungsform sind die mindestens eine LED und der Lichtsensor derart angeordnet, dass das Sensorsignal von einem von der mindestens einen LED emittierten Licht abhängt.
In einer Ausführungsform sind die mindestens eine LED und der Lichtsensor derart angeordnet, dass das Sensorsignal ausschließlich von einem Licht abhängt, das von einem Gegenstand reflektiert wird, welcher von der mindestens einen LED beschienen wird. Der Lichtsensor befindet sich somit nicht im Lichtkegel der mindestens einen LED. Der Lichtsensor wird somit nicht direkt von der mindestens einen LED beschienen. Der Gegenstand kann beispielsweise außerhalb der Beleuchtungsanordnung sein. Der Gegenstand ist beispielsweise nicht permanent mit der Beleuchtungsanordnung verbunden.
In einer alternativen Ausführungsform sind die mindestens eine LED und der Lichtsensor derart angeordnet, dass sich der Lichtsensor im Lichtkegel der mindestens einen LED befindet. Das Sensorsignal hängt somit direkt von dem von der mindestens einen LED emittierten Licht ab.
Alternativ hängt das Sensorsignal sowohl von einem Licht, das von der mindestens einen LED emittiert und von einem Gegenstand reflektiert ist, wie auch von einem direkten Lichteinfall des von der mindestens einen LED emittierten Lichts ab.
In einer Ausführungsform ist die Spannungsversorgungsschaltung als eine Versorgungsschaltung aus einer Gruppe, umfassend einen Spannungswandler, einen Spannungsregler, eine Ladungspumpe und einen Trafowandler, implementiert. Die Versorgungsschaltung ist in Abhängigkeit vom Sensorsignal gesteuert. Die Versorgungsschaltung stellt an einem Versorgungsausgang die Versorgungsspannung bereit. Der Spannungswandler kann als Gleichspannungs-/Gleichspannungswandler realisiert sein. Die Spannungsversorgungsschaltung kann pulsweitenmoduliert oder pulsfrequenz-moduliert betrieben sein. Das Sensorsignal kann beispielsweise ein Tastverhältnis einstellen, mit dem die Spannungsversorgungsschaltung betrieben wird. Der Spannungsregler kann als low-dropout regulator realisiert sein.
In einer Weiterbildung ist die mindestens eine LED direkt an den Versorgungsausgang der Versorgungsschaltung und direkt an einen Bezugspotentialanschluss angeschlossen. Mit Vorteil ist ein weiteres Schaltungsteil im Pfad zwischen dem Versorgungsausgang und dem Bezugspotentialanschluss vermieden, sodass die Effizienz hoch ist.
Die Steuerungsschaltung ist ausgelegt, die Versorgungsspannung derart einzustellen, dass die mindestens eine LED ein Blitzlicht mit einer während der Dauer des Blitzlichts konstanten Lichtgröße abgibt. Damit wird eine vorhersagbare und hohe Bildqualität erzielt.
Die Beleuchtungsanordnung kann beispielsweise für Taschenlampen, Videoaufnahmegeräte, Blitzlichterzeugungseinrichtungen und zu Unterstützungszwecken eingesetzt werden. Ein Gerät der Mobilfunkkommunikation, ein persönlicher digitaler Assistent und eine Kamera für Bild- oder Videoaufnahmen können eine Belichtungsanordnung umfassen. Aufgrund des Wegfalls einer Stromquelle oder Stromsenke, die seriell zur mindestens einen LED geschaltet ist, ist die Beleuchtungsanordnung auch als Blitzlichttreiberanordnung für höhere Ströme geeignet.
In einer Ausführungsform umfasst ein Halbleiterkörper die Spannungsversorgungsschaltung und die Steuerungsschaltung. Die Spannungsversorgungsschaltung und die Steuerungsschaltung sind auf einer ersten Hauptfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Die Spannungsversorgungsschaltung und die Steuerungsschaltung sind auf genau einem Halbleiterkörper realisiert. Der Halbleiterkörper ist mit der LED und dem Lichtsensor, die beide außerhalb des Halbleiterkörpers angeordnet sind, gekoppelt. Bei einer Realisierung der Spannungsversorgungsschaltung als induktiver Spannungswandler ist eine Induktivität ebenfalls mit dem Halbleiterkörper gekoppelt und außerhalb des Halbleiterkörpers angeordnet.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Treiben mindestens einer LED das Bereitstellen einer Versorgungsspannung und das Zuführen der Versorgungsspannung an die mindestens eine LED. Die Versorgungsspannung fällt über der mindestens einen LED ab. Ein Sensorsignal wird durch einen Lichtsensor generiert. Die Versorgungsspannung wird in Abhängigkeit vom Sensorsignal derart eingestellt, dass das Sensorsignal einen vorgegebenen Verlauf aufweist.
Mit Vorteil folgt ein Wert einer Lichtgröße, die die mindestens eine LED emittiert, genau dem vorgegebenen Verlauf unabhängig von einer Temperaturdrift der mindestens einen LED.
In einer Ausführungsform wird die Versorgungsspannung in Abhängigkeit vom Sensorsignal ohne Bestimmung eines durch die mindestens eine LED fließenden Leuchtdiodenstroms eingestellt. Mit Vorteil wird keine Messung des Leuchtdiodenstroms durchgeführt, sodass ein Stromsensor nicht seriell zur mindestens einen LED zu schalten ist. Anstelle einer Rückkopplungsschleife, welche eine über einer Stromquelle oder Stromsenke abfallende Spannung verwendet, um die Spannungsversorgungsschaltung einzustellen, wird das Sensorsignal des Lichtsensors zur Regelung und Einstellung der Spannungsversorgungsschaltung verwendet. Dadurch wird eine hohe Effizienz erreicht. Die höhere zur Verfügung stehende Energie kann zu einer Erhöhung der Lichtmenge oder zur Erhöhung einer Blitzlichtzeit eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform realisiert die Beleuchtungsanordnung somit eine lichtbasierte Regelungsschleife. Ein Teil der Regelungsschleife liegt in der optischen Domäne. Das Sensorsignal des Lichtsensors ist Bestandteil der Regelungsschleife. Mit der Regelung kann ein konstanter Wert für die Stärke eines durch eine LED emittierten Lichts erzielt werden. Alternativ kann ein konstanter Wert für die Stärke eines von einem Gegenstand reflektierten Lichts, das ursprünglich von der mindestens einen LED ausgesandt ist, erzielt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Komponenten oder Funktionseinheiten tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Komponenten oder Funktionseinheiten in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt. Es zeigen:

1A bis 1C beispielhafte Ausführungsformen von Details einer Beleuchtungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip sowie eine erfindungsgemäße Ausführungsform, und
2A und 2B beispielhafte Ausführungsformen von Details einer Beleuchtungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.

1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung 10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Beleuchtungsanordnung 10 umfasst eine Spannungsversorgungsschaltung 11, eine LED 12, einen Lichtsensor 13 und eine Steuerungsschaltung 14. Die Spannungsversorgungsschaltung 11 weist einen Versorgungsausgang 15 auf. Der Versorgungsausgang 15 ist über die LED 12 mit einem Bezugspotentialanschluss 16 gekoppelt. Dabei ist ein Anschluss der LED 12 direkt und unmittelbar an den Versorgungsausgang 15 angeschlossen. Ein weiterer Anschluss der LED 12 ist direkt und unmittelbar an den Bezugspotentialanschluss 16 angeschlossen. Die Verbindung der LED 12 zum Versorgungsanschluss 15 und die Verbindung der LED 12 zum Bezugspotentialanschluss 16 sind permanent. Der Lichtsensor 13 ist ausgangsseitig an die Steuerungsschaltung 14 angeschlossen. Der Lichtsensor 13 kann als Umgebungslichtsensor, englisch ambient light sensor, implementiert sein. Der Versorgungsausgang 15 ist über einen Ausgleichskondensator 17 mit dem Bezugspotentialanschluss 16 verbunden. Weiter ist die Steuerungsschaltung 14 mit einer Steuerlogik 18 der Beleuchtungsanordnung 10 gekoppelt.
Ausgangsseitig ist die Steuerungsschaltung 14 mit einem Steuereingang 28 der Spannungsversorgungsschaltung 11 gekoppelt. Die Spannungsversorgungsschaltung 11 weist einen Versorgungseingang 19 auf. Der Versorgungseingang 19 ist über einen Eingangskondensator 20 mit dem Bezugspotentialanschluss 16 gekoppelt. Weiter ist der Versorgungseingang 19 über eine Batterie 21 mit dem Bezugspotentialanschluss 16 verbunden. Die Beleuchtungsanordnung 10 weist einen ersten und einen zweiten Busanschluss 22, 23 auf, der mit der Steuerlogik 18 gekoppelt ist. Der erste und der zweite Busanschluss 22, 23 sind als I²C-Anschlüsse realisiert. Die Steuerlogik 18 ist als I²C-Slave-Interface implementiert. I²C ist die Abkürzung für Inter-Integrated Circuit. Die Steuerlogik 18 ist als Zustandsmaschine, englisch state machine, realisiert. Die Beleuchtungsanordnung 10 ist als I²C-Baustein oder Baugruppe ausgebildet.
Die Spannungsversorgungsschaltung 11 ist als Spannungswandler realisiert. Die Spannungsversorgungsschaltung 11 ist als induktiver DC-/DC-Spannungswandler ausgebildet. Die Spannungsversorgungsschaltung 11 ist als Aufwärtswandler, auch Boost-Wandler genannt, implementiert. Die Spannungsversorgungsschaltung 11 umfasst einen ersten und einen zweiten Schalter 24, 25 sowie eine Induktivität 27. Der Versorgungseingang 19 ist über die Induktivität 27 und den ersten Schalter 24 mit dem Bezugspotenzialanschluss 16 verbunden. Ein Knoten zwischen der Induktivität 27 und dem ersten Schalter 24 ist über den zweiten Schalter 25 mit dem Versorgungsausgang 15 gekoppelt. Ein Anschluss des zweiten Schalters 25 ist direkt, unmittelbar und permanent an den Versorgungsanschluss 15 angeschlossen. Der erste und der zweite Schalter 24, 25 sind als Feldeffekttransistoren realisiert. Die beiden Schalter 24, 25 sind als Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistoren ausgebildet. Dabei ist der erste Schalter 24 als n-Kanal-Feldeffekttransistor und der zweite Schalter 25 als p-Kanal-Feldeffekttransistor implementiert. Die Steuerungsschaltung 14 ist über den Steuereingang 28 mit einer Spannungswandlersteuerung 26 der Spannungsversorgungsschaltung 11 gekoppelt. Die Spannungswandlersteuerung 26 ist ausgangsseitig mit den Steueranschlüssen des ersten und des zweiten Schalters 24, 25 gekoppelt. Die Spannungswandlersteuerung 26 ist als Zustandsmaschine, englisch state machine, implementiert.
Die Spannungsquelle 21 gibt eine Eingangsspannung VIN ab, die dem Versorgungseingang 19 der Spannungsversorgungsschaltung 11 zugeleitet wird. Die Spannungsversorgungsschaltung 11 wandelt die Eingangsspannung VIN in eine Versorgungsspannung VOUT um, die am Versorgungsausgang 15 anliegt. Die Versorgungsspannung VOUT fällt zwischen dem Versorgungsausgang 15 und dem Bezugspotentialanschluss 16 ab. Die Versorgungsspannung VOUT fällt somit genau über der LED 12 ab. Durch die Leuchtdiode 12 fließt ein Leuchtdiodenstrom IL. Der Lichtsensor 13 erzeugt ein Sensorsignal SM, das der Steuerungsschaltung 14 zugeleitet wird. Die Steuerschaltung 14 generiert in Abhängigkeit vom Sensorsignal SM ein Steuersignal ST, das der Spannungsversorgungsschaltung 11 zugeführt wird. Das Steuersignal ST wird der Spannungswandlersteuerung 26 zugeleitet. Die Versorgungsspannung VOUT ist somit eine Funktion des Steuersignals ST beziehungsweise eines vorgegebenen Werts des Sensorsignals SM. Im eingeregelten Zustand entspricht das Sensorsignal SM dem vorgegebenen Wert. Die Spannungswandlersteuerung 25 stellt ein erstes und ein zweites Schaltersteuersignal S1, S2 für den ersten und den zweiten Schalter 24, 25 bereit. Das erste und das zweite Schaltersteuersignal S1, S2 stellen somit die Versorgungsspannung VOUT ein. Die Steuerungsschaltung 14 und die Spannungswandlersteuerung 26 generieren somit die Taktfrequenz und das Tastverhältnis, mit dem der erste und der zweite Schalter 24, 25 betrieben werden.
Am ersten und am zweiten Busanschluss 22, 23 sind ein erstes und ein zweites Bussignal SDA, SCL abgreifbar, die als I²C-Bussignale realisiert sind. Das erste und das zweite Bussignal SDA, SCL werden der Steuerlogik 18 zugeleitet. Das erste Bussignal SDA ist ein serial data input/output signal und das zweite Bussignal SCL ist ein serial clock input signal entsprechend einem I²C-Protokoll. Mittels des ersten und des zweiten Bussignals SDA, SCL wird der Steuerlogik 18 eine Information über den Zeitpunktion und die Dauer eines Blitzlichts zugeführt. Entsprechend diesen Informationen triggert die Steuerlogik 18 die Spannungswandlersteuerung 26. Aufgrund der Triggerung wird die Spannungsversorgungsschaltung 11 in einen aktiven Betriebszustand versetzt und generiert somit die Versorgungsspannung VOUT. Dazu wird durch Schließen des ersten Schalters 24 eine von der Batterie 21 bereitgestellte Energie in der Induktivität 27 gespeichert. Nach Öffnen des ersten Schalters 24 und Schließen des zweiten Schalters 25 wird die in der Induktivität 27 gespeicherte Energie am Versorgungsausgang 15 abgegeben und im Ausgleichskondensator 17 gespeichert.
Mit Vorteil wird die Versorgungsspannung VOUT ausschließlich dem Ausgleichskondensator 17 und der LED 12 zugeleitet. Da der Ausgleichskondensator 17 nahezu keine Energie verbraucht, bewirkt ausschließlich die LED 12 den Verbrauch der über den Versorgungsausgang 15 mittels der Versorgungsspannung VOUT bereitgestellten Energie. Mit Vorteil wird somit eine hohe Effizienz erreicht.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform sind eine LED oder mehrere LEDs seriell zur LED 12 angeordnet.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist mindestens eine weitere LED parallel zur LED 12 angeordnet. Dabei kann ein erster Ausgleichswiderstand seriell zur LED 12 angeordnet sein. Mindestens ein weiterer Ausgleichswiderstand kann seriell zur der mindestens einen weiteren LED angeordnet sein. Am Versorgungsausgang 15 können somit mehrere Zweige, die jeweils eine LED und einen Ausgleichswiderstand umfassen, angeordnet sein. Die Ausgleichswiderstände dienen zur Stromaufteilung.
In einer nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform ist die Spannungsversorgungsschaltung 11 als Abwärtswandler, auch Buck-Wandler genannt, oder Aufwärts-Abwärtswandler, Buck-Boost-Wandler genannt, realisiert.
1B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in 1A gezeigten Ausführungsform ist. Gemäß 1B sind der Lichtsensor 13 und die LED 12 in einem Modul 30 angeordnet. Das Modul 30 umfasst somit den Lichtsensor 13 und die LED 12. Weiter umfasst das Modul 30 einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss 31, 32, 33. Der erste Anschluss 31 ist mit einer Anode der LED 12 verbunden. Der zweite Anschluss 32 ist mit einer Kathode der LED 12 verbunden. Weiter ist der dritte Anschluss 33 an einen Signalausgang des Lichtsensors 13 angeschlossen. Der erste Anschluss 31 ist an den Versorgungsanschluss 15 angeschlossen. Der zweite Anschluss 32 an den Bezugspotentialanschluss 16 angeschlossen. Der dritte Anschluss 33 ist mit dem Eingang der Steuerungsschaltung 14 gekoppelt.
Durch das Modul 30 ist die Lage der LED 12 zum Lichtsensor 13 genau eingestellt. Der Anteil eines Lichts, der von der LED 12 emittiert und anschließend vom Lichtsensor 13 detektiert wird, ist somit vorgegeben. Somit kann das Modul 30 vorteilhafterweise ohne Kalibrierung verwendet werden. Die Abhängigkeit des Sensorsignals SM von der Helligkeit der LED 12 und damit vom Leuchtdiodenstrom IL beziehungsweise der Versorgungsspannung VOUT ist somit gut definiert.
1C zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung 10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in den 1A und 1B gezeigten Ausführungsformen ist. Eine weitere LED 40 ist seriell zur LED 12 angeordnet. Die LED 12 und die weitere LED 40 bilden eine Serienschaltung. Dabei ist eine Kathode einer der LEDs 12, 40 der Serienschaltung direkt an den Bezugspotentialanschluss 16 angeschlossen. Weiter ist eine Anode einer der LEDs 12, 40 der Serienschaltung direkt an den Versorgungsanschluss 15 angeschlossen. Die Serienschaltung koppelt ohne Zwischenschaltung von einem Stromsensor oder einem sonstigen ohmschen Verbraucher den Versorgungsanschluss 15 mit dem Bezugspotentialanschluss 16. Der Lichtsensor 13 ist als Photodiode 41 realisiert. Ein Anschluss des Lichtsensors 13 ist mit dem Bezugspotentialanschluss 16 verbunden. Dabei ist eine Kathode der Photodiode 41 mit dem Bezugspotentialanschluss 16 und eine Anode der Photodiode 41 mit der Steuerungsschaltung 14 verbunden.
Die Steuerungsschaltung 14 weist eine Signalaufbereitungsschaltung 42 auf, die eingangsseitig mit dem Lichtsensor 13 gekoppelt ist. Ausgangsseitig ist die Signalaufbereitungsschaltung 42 mit der Spannungsversorgungsschaltung 11 gekoppelt. Die Signalaufbereitungsschaltung 42 weist einen Signaltiefpass 43 auf. Der Signaltiefpass 43 ist als RC-Tiefpass realisiert. Der Signaltiefpass 43 weist einen Tiefpasswiderstand 44 und einen Tiefpasskondensator 45 auf. Darüber hinaus umfasst die Signalaufbereitungsschaltung 42 einen Signalverstärker 46, der eingangsseitig mit dem Signaltiefpass 43 verbunden ist. Der Signalverstärker 46 ist als Puffer oder nicht-invertierender Verstärker realisiert. Ein Verstärkungsfaktor des Signalverstärkers 46 ist 1. Alternativ kann der Verstärkungsfaktor größer 1 sein. Der Tiefpasswiderstand 44 ist zwischen einem Eingang des Signalverstärkers 46 und dem Bezugspotentialanschluss 16 angeordnet. Der Tiefpasskondensator 45 koppelt den Eingang des Signalverstärkers 46 mit dem Bezugspotentialanschluss 16. Der Tiefpasskondensator 45 und der Tiefpasswiderstand 44 sind parallel geschaltet.
Darüber hinaus umfasst die Steuerungsschaltung 14 eine Vergleicherschaltung 47, die eingangsseitig mit der Signalaufbereitungsschaltung 42 gekoppelt ist. Ausgangsseitig ist die Vergleicherschaltung 47 mit der Spannungsversorgungsschaltung 11 gekoppelt. Die Vergleicherschaltung 47 weist einen Verstärker 48 auf. Ein erster Eingang des Verstärkers 48 ist mit einem Ausgang der Signalaufbereitungsschaltung 42 verbunden. Ein zweiter Eingang des Verstärkers 48 ist über eine Referenzspannungsquelle 49 mit dem Bezugspotentialanschluss 16 verbunden. Darüber hinaus umfasst die Vergleicherschaltung 47 einen Vergleichertiefpass 50, der einem Ausgang des Verstärkers 48 nachgeschaltet ist. Der Verstärker 48 ist als Transkonduktanzverstärker implementiert. Der Vergleichertiefpass 50 weist einen ersten Kondensator 51 auf, der den Ausgang des Verstärkers 48 mit dem Bezugspotentialanschluss 16 verbindet. Weiter weist der Vergleichertiefpass 50 einen zweiten Kondensator 52 und einen Widerstand 53 auf, die seriell zueinander angeordnet sind und den Ausgang des Verstärkers 48 mit dem Bezugspotentialanschluss 16 koppeln.
Zusätzlich umfasst die Steuerungsschaltung 14 einen Pulsweitenmodulator 54, der an einem Eingang mit der Vergleicherschaltung 47 gekoppelt ist. Ausgangsseitig ist der Pulsweitenmodulator 54 mit der Spannungswandlerschaltung 11 gekoppelt. Der Pulsweitenmodulator 54 weist einen Pulsweitenkomparator 55 auf, der an einem Eingang mit einem Ausgang der Vergleicherschaltung 47 und damit mit dem Ausgang des Verstärkers 48 verbunden ist. Darüber hinaus umfasst der Pulsweitenmodulator 54 einen Sägezahngenerator 56, der mit einem zweiten Eingang des Pulsweitenkomparators 55 gekoppelt ist. Der Sägezahngenerator 56 kann auch als Rampengenerator bezeichnet sein. Die Spannungswandlerschaltung 11 weist einen Stromsensor 57 auf, der den durch den ersten Schalter 24 fließenden Strom misst. Ein Ausgang des Stromsensors 57 ist mit einem Eingang eines Addierers 58 des Pulsweitenmodulators 54 verbunden. Ein weiterer Eingang des Addierers 58 ist an den Ausgang des Sägezahngenerators 56 angeschlossen. Ein Ausgang des Addierers 58 ist an den zweiten Eingang des Pulsweitenkomparators 55 angeschlossen. Der Addierer 58 ist somit zwischen dem Sägezahngenerator 56 und dem Pulsweitenkomparator 55 angeordnet. Ein Ausgang des Pulsweitenmodulators 54 ist mit dem Steuereingang 28 der Spannungsversorgungsschaltung 11 und damit der Spannungswandlersteuerung 26 verbunden. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung 10 einen Taktgenerator 59. Der Taktgenerator 59 ist über einen Frequenzteiler 60 mit einem Takteingang des Sägezahngenerators 56 gekoppelt.
Ein erster und ein zweiter Ausgang der Spannungswandlersteuerung 26 über einen ersten beziehungsweise zweiten Treiber 61, 62 mit einem Steueranschluss des ersten beziehungsweise des zweiten Schalters 24, 25 gekoppelt. Der erste Treiber 61 ist zusätzlich an den Versorgungseingang 19 angeschlossen. Der zweite Treiber 62 ist an den Versorgungsausgang 15 angeschlossen. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung 10 einen Überspannungskomparator 63, der an einem ersten Eingang mit dem Versorgungsausgang 15 gekoppelt ist. Ein Ausgang des Überspannungskomparators 63 ist mit einem Steuereingang der Spannungswandlersteuerung 26 verbunden. Eine weitere Referenzspannungsquelle 64 ist zwischen einem zweiten Eingang des Überspannungskomparators 63 und dem Bezugspotentialanschluss 16 angeordnet. Ferner umfasst die Beleuchtungsanordnung 10 einen Null-Stromkomparator 65, dessen erster Eingang mit einem ersten Anschluss des zweiten Schalters 25 und dessen zweiter Eingang mit einem zweiten Anschluss des zweiten Schalters 25 gekoppelt ist. Somit ist der erste Eingang des Null-Stromkomparators 65 mit der Induktivität 27 verbunden. Der zweite Eingang des Null-Stromkomparators 65 ist folglich mit dem Versorgungsausgang 15 verbunden. Ausgangsseitig ist der Null-Stromkomparator 65 an einen weiteren Steuereingang der Spannungswandlersteuerung 26 angeschlossen.
Darüber hinaus weist die Beleuchtungsanordnung 10 eine Referenzgenerator 66 zur Erzeugung einer Referenzspannung und eines Referenzstroms auf, der eingangsseitig an die Steuerlogik 18 angeschlossen ist. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung 10 eine Rücksetzschaltung 67, welche eingangsseitig an den Versorgungseingang 19 angeschlossen ist. Ausgangsseitig ist die Rücksetzschaltung 67, englisch power on reset circuit, an die Steuerlogik 18 angeschlossen. Ein erster und ein zweiter Schaltungsanschluss 68, 69 sind mit der Steuerlogik 18 und über jeweils einen Widerstand 70, 71 mit dem Bezugspotentialanschluss 16 verbunden.
Weiter umfasst die Beleuchtungsanordnung 10 einen Überstromkomparator 75, der an einem ersten Eingang mit dem Ausgang des Stromsensors 57 und an einem Ausgang mit der Spannungswandlersteuerung 26 gekoppelt ist. Die Beleuchtungsanordnung 10 umfasst darüber hinaus eine Referenzquelle 76, die mit einem zweiten Eingang des Überstromkomparators 75 gekoppelt ist. Ein weiterer Addierer 77 der Beleuchtungsanordnung 10 ist an einem Eingang mit der Referenzquelle 76 verbunden. Ein weiterer Eingang des weiteren Addierers 77 ist mit dem Ausgang des Sägezahngenerators 56 gekoppelt. Der zweite Eingang ist als invertierender Eingang realisiert. Ein Ausgang des weiteren Addierers 77 ist an den zweiten Eingang des Überstromkomparators 75 angeschlossen. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung 10 eine Übertemperaturdetektionsschaltung 79, die ausgangsseitig mit der Spannungswandlersteuerung 26 verbunden ist.
Ein Halbleiterkörper 78 umfasst die Steuerungsschaltung 14, die Spannungsversorgungsschaltung 11 und die Steuerlogik 18. Die LEDs 12, 40, der Lichtsensors 13 und die Induktivität 27 sind außerhalb des Halbleiterkörpers 78 angeordnet. Die Übertemperaturdetektionsschaltung 79 umfasst einen Temperatursensor, der die Temperatur des Halbleiterkörpers 78 misst.
Die Photodiode 41 ist derart gepolt, dass die Photodiode 41 bei Lichteinfall einen Strom generiert. Das Sensorsignal SM hat somit die Form eines Stroms. Das Sensorsignal SM wird mittels der Signalaufbereitungsschaltung 42 gefiltert und verstärkt. Die Signalaufbereitungsschaltung 42 ist als Filter und als Verstärker realisiert. Die Signalaufbereitungsschaltung 42 wandelt den von der Photodiode 41 bereitgestellten Strom, welcher das Sensorsignal SM darstellt, in eine Spannung um, welche als verarbeitetes Sensorsignal SM' bezeichnet ist. Die Signalaufbereitungsschaltung 42 realisiert somit einen Transimpedanz-Verstärker. Das mittels der Signalaufbereitungsschaltung 42 verarbeitete Sensorsignal SM' wird der Vergleicherschaltung 47 und damit dem ersten Eingang des Verstärkers 48 zugeleitet. Die Referenzspannungsquelle 49 stellt eine Referenzspannung VR bereit, die dem zweiten Eingang des Verstärkers 48 zugeführt wird. Das vom Verstärker 48 bereitgestellte Vergleichersignal SV wird mittels des Vergleichertiefpasses 50 gefiltert. Dabei bilden der erste Kondensator 51 und der Widerstand 53 einen Tiefpass. Hingegen formen der zweite Kondensator 52 und der Widerstand 53 einen Hochpass. Eine Grenzfrequenz des Tiefpasses ist höher als eine Grenzfrequenz des Hochpasses. Der Tief- und der Hochpass dienen der Kompensation der Gesamtregelung. Da der Verstärker 48 einen Strom als Vergleichersignal SV bereitstellt, wird dieser Strom mittels der Kondensatoren 51, 52 aufintegriert.
Das Vergleichersignal SV wird dem ersten Eingang des Pulsweitenkomparators 55 zugeleitet. Der Taktgenerator 59 generiert ein Taktsignal CLK. Das Taktsignal CLK wird über den Frequenzteiler 60 dem Sägezahngenerator 56 zugeführt. Eine Frequenz des Taktsignals CLK ist konstant. Die Frequenz des Taktsignals CLK beträgt beispielsweise 4 MHz. Die Frequenz wird beispielsweise um den Faktor 16 heruntergeteilt, sodass am Ausgang des Frequenzteilers 60 ein Signal mit 250 kHz bereitsteht. Der Sägezahngenerator 56 erzeugt ein sägezahnförmiges Signal SR in Abhängigkeit vom heruntergeteilten Taktsignal CLK. Das sägezahnförmige Signal SR wird dem zweiten Eingang des Pulsweitenkomparators 55 zugeleitet. Der Stromsensor 57 gibt ein Strommesssignal SIM ab, das dem Addierer 58 zugeführt wird. Der Addierer 58 addiert das Strommesssignal SIM und das sägezahnförmige Signal SR und stellt einen Addierersignal SD bereit, das dem zweiten Eingang des Pulsweitenkomparators 55 zugeführt wird. Der Pulsweitenkomparator 55 generiert das Steuersignal ST, welches der Spannungswandlersteuerung 26 zugeführt wird. Das Steuersignal ST ist pulsweitenmoduliert. Das Tastverhältnis des Steuersignals ST hängt vom Sensorsignal SM ab.
Das Strommesssignal SIM des Stromsensors 75 wird dem ersten Eingang des Überstromkomparators 75 zugeleitet. Die Referenzquelle 76 stellt ein Stromreferenzsignal SIL bereit. Der weitere Addierer 77 generiert ein weiteres Addierersignal SDB in Abhängigkeit von einer Subtraktion des Stromgrenzsignals SIL und des sägezahnförmigen Signals SR. Das weitere Addierersignal SDB wird dem zweiten Eingang des Überstromkomparators 75 zugeführt.
Die Versorgungsspannung VOUT wird dem Überspannungskomparator 63 zugeleitet. Weiter wird ein von der weiteren Referenzspannungsquelle 64 generierte Überspannungsschwellwert VM dem zweiten Eingang des Überspannungskomparators 63 zugeleitet. Der Überspannungskomparator 63 generiert ein Überspannungssignal SUE, das der Spannungswandlersteuerung 26 zugeführt wird, in Abhängigkeit eines Vergleichs der Versorgungsspannung VOUT mit dem Überspannungsschwellwert VM. Der Null-Stromkomparator 65 generiert ein Null-Stromsignal SN, das der Spannungswandlersteuerung 26 zugeleitet wird. Das Null-Stromsignal SN wird in Abhängigkeit eines Vergleichs der Spannungen am ersten beziehungsweise am zweiten Anschluss des zweiten Schalters 25 gebildet. Die Spannungswandlersteuerung 26 verarbeitet das Steuersignal ST, das Null-Stromsignal SN, das Überspannungssignal SUE und das Überstromsignal SIE und generiert aus diesen Werten ein erstes und ein zweites Schaltersteuersignal S1, S2, das über den ersten beziehungsweise zweiten Treiber 61, 62 dem ersten beziehungsweise zweiten Schalter 24, 25 zugeleitet wird. Sollte keine der Sicherheitseinrichtungen ansprechen, so entspricht das erste Schaltersteuersignal S1 dem Steuersignal ST und das zweite Schaltersteuersignal S2 einem Signal, das invertiert zum Steuersignal ST gebildet ist. Die Sicherheitseinrichtungen umfassen einen Schutz gegen Überspannung am Versorgungsausgang 15, gegen Übertemperatur, gegen zu niedrige Eingangsspannung VIN am Versorgungseingang 19 und gegen einen zu hohen Spulenstrom ILS. Detektiert die Rücksetzschaltung 67 einen zu niedrigen Wert der Eingangsspannung VIN, so wird keine Spannungswandlung durchgeführt.
Generiert der Lichtsensor 13 das Sensorsignal SM mit einem Wert, der nach Verarbeitung mit der Signalaufbereitungsschaltung 42 kleiner als die Referenzspannung VR ist, so sinkt das Vergleichersignal SV. Somit steigt die Zeitdauer, während dessen das Steuersignal ST den Wert 1 annimmt. Das Tastverhältnis, englisch duty cycle, steigt somit. Folglich steigt das Tastverhältnis des ersten Schaltersteuersignals S1. Der erste Schalter 24 wird somit länger leitend geschaltet. Dies führt zu einem größeren Anstieg eines Spulenstroms ILS und damit zu einem höheren Wert für die Versorgungsspannung VOUT. Folglich steigt der Strom durch die LED 12 und die weitere LED 40, was zu einem Anstieg des von der LED und der weiteren LED 12, 40 emittierten Lichts führt. Demzufolge empfängt der Lichtsensor 13 einen höheren Wert der Lichtgröße, sodass das Sensorsignal SM ansteigt. Somit kann das Sensorsignal SM und damit die von der LED 12 und der weiteren LED 40 abgegebene Lichtgröße auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Der vorgegebene Wert wird durch die Referenzspannung VR eingestellt. Die Referenzspannung VR ist von der Steuerlogik 18 einstellbar. Mit den Bussignalen SCL, SDA wird der Wert der Referenzspannung VR über die Steuerlogik 18 eingestellt.
Generiert der Lichtsensor 13 das Sensorsignal SM hingegen mit einem zu hohen Wert, so wird entsprechend der Rückkopplung die Versorgungsspannung VOUT reduziert.
Die Regelschleife der Spannungsversorgungsschaltung 11 ist auf den optischen Signalbereich ausgedehnt. Ein Teil der Regelungskette der Beleuchtungsanordnung 10 ist in optischer Art und Weise implementiert. Die Regelungsschleife umfasst die mindestens eine LED 12, 40, den Lichtsensor 13, die Steuerungsschaltung 14 und die Spannungsversorgungsschaltung 11. Die Spannungsversorgungsschaltung 11 wird pulsweitenmoduliert betrieben. Dabei können ein spannungskontrollierte Betriebsweise und/oder eine stromkontrollierte Betriebsweise vorgesehnen werden. In der stromkontrollierten Betriebsweise wird mittels des Stromsensors 57 und des Überstromkomparators 75 ein zu hoher Spulenstrom ILS durch die Induktivität 27 vermieden. In der spannungskontrollierten Betriebsweise werden mittels des Überspannungskomparators 63 ein Anstieg der Versorgungsspannung VOUT auf zu hohe Werte vermieden. Das Überspannungssignal SUE bewirkt ein Auslassen von Pulsen im ersten Schaltersteuersignal S1, mit denen Energie der Induktivität 27 zugeleitet wird, englisch pulse skip. Solange das Überspannungssignal SUE anzeigt, dass die Versorgungsspannung VOUT größer als der Überspannungsschwellwert VM ist, ist die Spannungswandlung durch die Spannungsversorgungsschaltung 11 gestoppt. Bei einem Defekt einer der LEDs 12, 40 kann beispielsweise das Sensorsignal SM näherungsweise den Wert 0 aufweisen. Mittels des Überspannungskomparators 63 wird vermieden, dass die Versorgungsspannung VOUT zu sehr ansteigt. Die Spannungswandlung wird auch unterbrochen, wenn die Übertemperaturdetektionsschaltung 79 eine Temperatur detektiert, die größer als ein vorgegebener Schwellwert ist. Eine Periodendauer des Taktsignals CLK ist sehr viel kleiner als eine Blitzdauer der mindestens einen LED 12, 40 während eines Blitzes. Der Anfangszeitpunkt und der Endzeitpunkt der Blitzdauer werden durch ein Auslösesignal STR am Steueranschluss 68 getriggert. Solange das Auslösesignal STR einen vorgegebenen Wert aufweist, dauert der Blitz an. Der Blitz kann level- oder flankensensitiv ausgeführt werden. Alternativ ist die Blitzdauer vorgegeben und der Blitz wird durch das Auslösesignal STR am Anfang der Blitzdauer getriggert.
Die LEDs 12, 40 können direkt an den Versorgungsausgang 15 angeschlossen sein und vom Versorgungsausgang 15 versorgt sein. Verluste innerhalb einer Stromquelle oder Stromsenke werden vermieden. Darüber hinaus wird durch die Verringerung der Verluste auch ein Temperaturanstieg in der Beleuchtungsanordnung 10 reduziert. Die thermischen Charakteristiken der Beleuchtungsanordnung 10 sind verbessert. Ein weiterer Anschluss des Halbleiterkörpers 78, der mit der LED 12 gekoppelt ist, kann entfallen. Mit Vorteil ist aufgrund der wegfallenden Stromsenke/Stromquelle ein Flächenbedarf des Halbleiterkörpers 78 gering. Da keine Verluste in einer Stromsenke oder Stromquelle innerhalb des Halbleiterkörpers 78 auftreten, ist die Effizienz erhöht. Die höhere zur Verfügung stehende Energie kann zu einer Erhöhung der Lichtgröße oder zur Erhöhung einer Blitzdauer eingesetzt werden. Die Regelung auf einem konstanten Sensorwert erfolgt selbsttätig. Die Beleuchtungsanordnung 10 realisiert somit eine lichtbasierte Regelungsschleife im Betrieb der LEDs 12, 40. Mit der Regelung kann ein konstanter Wert für die Stärke eines durch die mindestens eine LED 12, 40 emittierten Lichts erzielt werden. Alternativ kann ein konstanter Wert für ein von einem Gegenstand reflektierten Licht, das ursprünglich von der mindestens einen LED 12, 40 ausgesandt ist, erzielt werden.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist die weitere LED 40 weggelassen. Alternativ kann mindestens eine weitere LED seriell zu den LEDs 12, 40 angeordnet sein.
2A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Substratsteuerung 80, die in eine Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung 10 gemäß den 1A bis 1C eingesetzt werden kann. Die Substratsteuerung 80 verbindet den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss des zweiten Schalters 25 mit einem Substrat des Feldeffekttransistors des zweiten Schalters 25. Die Substratsteuerung 81 weist zwei Dioden 81, 82 auf, die den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Schalters 25 mit dem Substrat verbinden. Die beiden Dioden 81, 82 können als Schottky-Dioden realisiert sein. Zusätzlich weist die Substratsteuerung 80 einen ersten und einen zweiten Substratschalter 83, 84 auf, die ebenfalls den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Schalters 25 mit dem Substratanschluss verbinden. Die Spannungswandlersteuerung 26 ist ausgangsseitig mit den Steueranschlüssen des ersten und des zweiten Substratschalters 83, 84 verbunden. Die Substratsteuerung 80 ist derart realisiert, dass eine Substratspannung am Substrat auf den höheren der beiden Werte, nämlich der Versorgungsspannung VOUT und einer Spannung am Knoten zwischen der Induktivität 27 und dem ersten Schalter 24 eingestellt ist.
2B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Moduls 30, das in eine der Beleuchtungsanordnungen 10 gemäß den 1A bis 1C eingesetzt werden kann. Das Modul 30 ist von der Vorder- und der Rückseite sowie im Querschnitt gezeigt. Das Modul 30 umfasst einen Träger 90, auf dem die LED 12 und der Lichtsensor 13 angeordnet sind. Die LED 12 ist als Chip oder Die realisiert. Ebenso ist der Lichtsensors 13 als weiterer Chip oder Die realisiert. Der Träger 90 weist eine erste Leiterbahn 91 auf, auf der eine Kathode der LED 12 angeordnet ist. Ein Versorgungsanschluss des Lichtsensors 13 ist ebenfalls auf der ersten Leiterbahn 91 angeordnet. Eine elektrisch leitende Klebeschicht verbindet die erste Leiterbahn 91 mit der Kathode der LED 12 und dem Versorgungsanschluss des Lichtsensors 13. Eine zweite Leiterbahn 92 ist über einen ersten Bonddraht 94 mit einer Anode der LED 12 verbunden. Eine dritte Leiterbahn 93 ist über einen zweiten Bonddraht 95 mit einem Signalausgang des Lichtsensors 13 gekoppelt. Der Träger 90 weist drei Durchkontaktierungen 96, 97, 98 auf, welche die drei Leiterbahnen 91, 92, 93 auf der Vorderseite des Trägers 90 mit drei Anschlussflächen 99, 100, 101 auf der Rückseite des Trägers 90 verbinden.
Der erste Anschluss 31 des Moduls 43 ist somit über eine zweite Anschlussfläche 100 und den ersten Bonddraht 94 mit der Anode der LED 12 verbunden. Eine Kathode der LED 12 ist über die Klebeschicht und eine erste Anschlussfläche 99 mit dem zweiten Anschluss 32 des Moduls 30 verbunden. Der Versorgungsanschluss des Lichtsensors 13 ist ebenfalls mit dem zweiten Anschluss 32 verbunden. Der Signalausgang des Lichtsensors 13 ist über den zweiten Bonddraht 95 und eine dritte Anschlussfläche 101 mit dem dritten Anschluss 33 des Moduls 30 verbunden. Über dem Träger 90 ist eine Abdeckung 102 angeordnet, die auf dem Träger 90 aufgeklebt ist. Die Abdeckung 102 ist als Kunststofflinse ausgebildet. Der Träger 90 und die Abdeckung 102 bilden das gemeinsame Gehäuse der LED 12 und des Lichtsensors 13. Das Modul 30 ist als oberflächenmontiertes Bauelement, englisch surface mounted device, abgekürzt SMD, realisiert. Mit Vorteil sind die LED 12 und der Lichtsensor 13 kompakt gehäust.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform kann das Modul 30 mindestens eine weitere LED umfassen.
Bezugszeichenliste

10: Beleuchtungsanordnung
11: Spannungsversorgungsschaltung
12: Leuchtdiode
13: Lichtsensor
14: Steuerungsschaltung
15: Versorgungsausgang
16: Bezugspotentialanschluss
17: Ausgleichskondensator
18: Steuerlogik
19: Versorgungseingang
20: Eingangskondensator
21: Batterie
22, 23: Busanschluss
24: erster Schalter
25: zweiter Schalter
26: Spannungswandlersteuerung
27: Induktivität
28: Steuereingang
30: Modul
31: erster Anschluss
32: zweiter Anschluss
33: dritter Anschluss
40: weitere Leuchtdiode
41: Photodiode
42: Signalaufbereitungsschaltung
43: Signaltiefpass
44: Tiefpasswiderstand
45: Tiefpasskondensator
46: Signalverstärker
47: Vergleicherschaltung
48: Verstärker
49: Referenzspannungsquelle
50: Vergleichertiefpass
51: erster Kondensator
52: zweiter Kondensator
53: Widerstand
54: Pulsweitenmodulator
55: Pulsweitenkomparator
56: Sägezahngenerator
57: Stromsensor
58: Addierer
59: Taktgenerator
60: Frequenzteiler
61, 62: Treiber
63: Überspannungskomparator
64: weitere Referenzspannungsquelle
65: Null-Stromkomparator
66: Referenzgenerator
67: Rücksetzschaltung
68, 69: Schaltungsanschluss
70, 71: Widerstand
75: Überstromkomparator
76: Referenzquelle
77: weiterer Addierer
78: Halbleiterchip
79: Übertemperaturdetektionsschaltung
80: Substratsteuerung
81, 82: Diode
83, 84: Substratschalter
90: Träger
91, 92, 93: Leiterbahn
94, 95: Bonddraht
96, 97, 98: Durchkontaktierung
99, 100, 101: Anschlussfläche
102: Abdeckung
CLK: Taktsignal
IL: Leuchtdiodenstrom
ILS: Spulenstrom
SD: Addierersignal
SDA, SCL: Bussignal
SDB: weiteres Addierersignal
SIE: Überstromsignal
SIL: Stromreferenzsignal
SIM: Strommesssignal
SM: Sensorsignal
SM': verarbeitetes Sensorsignal
SN: Null-Stromsignal
SR: sägezahnförmiges Signal
SUE: Überspannungssignal
SV: Vergleichersignal
ST: Steuersignal
STR: Auslösesignal
S1, S2: Schaltersteuersignal
VIN: Eingangsspannung
VOUT: Versorgungsspannung
VR: Referenzspannung
VM: Überspannungsschwellwert

Claims

Beleuchtungsanordnung, umfassend - eine Spannungsversorgungsschaltung (11) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung (VOUT), - mindestens eine Leuchtdiode (12), die von der Spannungsversorgungsschaltung (11) versorgt wird, - einen Lichtsensor (13) zur Abgabe eines Sensorsignals (SM) und - eine Steuerungsschaltung (14), die ausgelegt ist, die Versorgungsspannung (VOUT) in Abhängigkeit von dem Sensorsignal (SM) derart einzustellen, dass das Sensorsignal (SM) einen vorgegebenen Verlauf aufweist, und dass die mindestens eine Leuchtdiode (12) ein Blitzlicht mit einem während der Dauer des Blitzlichts konstanten Wert einer Lichtgröße abgibt, wobei die Steuerungsschaltung (14) - eine Signalaufbereitungsschaltung (42), die eingangsseitig mit dem Lichtsensor (13) gekoppelt ist, und - eine Vergleicherschaltung (47) umfasst, wobei die Vergleicherschaltung (47) einen Verstärker (48) umfasst mit - einem ersten Eingang, der mit einem Ausgang der Signalaufbereitungsschaltung (42) gekoppelt ist, - einem zweiten Eingang, dem eine Referenzspannung (VR) zugeleitet wird, und - einem Ausgang, wobei die Vergleicherschaltung (47) einen Vergleichertiefpass (50) umfasst, der zwischen dem Ausgang des Verstärkers (48), der als Transkonduktanzverstärker realisiert ist, und einem Steuereingang (28) der Spannungsversorgungsschaltung (11) angeordnet ist.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Steuerungsschaltung (14) ausgelegt ist, die Versorgungsspannung (VOUT) ohne Bestimmung der Höhe eines durch die mindestens eine Leuchtdiode (12) fließenden Leuchtdiodenstroms (IL) einzustellen.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuerungsschaltung (14) ausgelegt ist, die Versorgungsspannung (VOUT) derart einzustellen, dass das Sensorsignal (SM) einen konstanten Wert aufweist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend ein Modul (30), in dem die mindestens eine Leuchtdiode (12) und der Lichtsensor (13) angeordnet sind.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 4, das Modul (30) umfassend - einen ersten Anschluss (31), der mit einer Anode der mindestens einen Leuchtdiode (12) verbunden ist, - einen zweiten Anschluss (32), der mit einer Kathode der mindestens einen Leuchtdiode (12) verbunden ist, und - einen dritten Anschluss (33), der mit einem Signalausgang des Lichtsensors (13) verbunden ist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Spannungsversorgungsschaltung (12) eine Versorgungsschaltung aus einer Gruppe, umfassend einen Spannungswandler, einen Spannungsregler, eine Ladungspumpe und einen Trafowandler, aufweist und die Versorgungsschaltung ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem Sensorsignal (SM) gesteuert zu werden und an einem Versorgungsausgang (15) die Versorgungsspannung (VOUT) bereitzustellen.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 6, bei der die mindestens eine Leuchtdiode (12) direkt an den Versorgungsausgang (15) der Versorgungsschaltung und direkt an einen Bezugspotentialanschluss (16) angeschlossen ist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die Signalaufbereitungsschaltung (42) umfassend einen Signaltiefpass (43) und einen Signalverstärker (46), der dem Signaltiefpass (43) nachgeschaltet ist.
Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die Steuerungsschaltung (14) umfassend einen Pulsweitenmodulator (54) mit einem Pulsweitenkomparator (55), der - einen ersten Eingang, der mit der Vergleicherschaltung (47) verbunden ist, - einen zweiten Eingang, dem ein sägezahnförmiges Signal (SR) zuleitbar ist, und - einen Ausgang, der mit der Spannungsversorgungsschaltung (11) gekoppelt ist, umfasst.
Verfahren zum Treiben mindestens einer Leuchtdiode, umfassend: - Bereitstellen einer Versorgungsspannung (VOUT) durch eine Spannungsversorgungsschaltung (11), - Zuführen der Versorgungsspannung (VOUT) an die mindestens eine Leuchtdiode (12), wobei die Versorgungsspannung (VOUT) über der mindestens einen Leuchtdiode (12) abfällt, - Generieren eines Sensorsignals (SM) durch einen Lichtsensor (13) und - Einstellen der Versorgungsspannung (VOUT) in Abhängigkeit von dem Sensorsignal (SM) ohne Bestimmung eines durch die mindestens eine Leuchtdiode (12) fließenden Leuchtdiodenstroms (IL) derart, dass das Sensorsignal (SM) einen vorgegebenen Verlauf aufweist, und dass die mindestens eine Leuchtdiode (12) ein Blitzlicht mit einem während der Dauer des Blitzlichts konstanten Wert einer Lichtgröße abgibt, wobei eine Steuerungsschaltung (14) - eine Signalaufbereitungsschaltung (42), die eingangsseitig mit dem Lichtsensor (13) gekoppelt ist, und - eine Vergleicherschaltung (47) umfasst, wobei die Vergleicherschaltung (47) einen Verstärker (48) umfasst mit - einem ersten Eingang, der mit einem Ausgang der Signalaufbereitungsschaltung (42) gekoppelt ist, - einem zweiten Eingang, dem eine Referenzspannung (VR) zugeleitet wird, und - einem Ausgang, wobei die Vergleicherschaltung (47) einen Vergleichertiefpass (50) umfasst, der zwischen dem Ausgang des Verstärkers (48), der als Transkonduktanzverstärker realisiert ist, und einem Steuereingang (28) der Spannungsversorgungsschaltung (11) angeordnet ist.