DE102012101255B9 - Beleuchtungsanordnung und Verfahren zum Treiben mindestens einer Leuchtdiode - Google Patents
Beleuchtungsanordnung und Verfahren zum Treiben mindestens einer Leuchtdiode Download PDFInfo
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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.
- 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 - Aus den Dokumenten
US 2006/0164377 A1 WO 2008/104228 A1 DE 10013207 A1 ,DE 10013215 A1 undUS 2007/0108846 A1 - Im Dokument
US 2010/0265064 A1 - 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 bis1C beispielhafte Ausführungsformen von Details einer Beleuchtungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip sowie eine erfindungsgemäße Ausführungsform, und -
2A und2B beispielhafte Ausführungsformen von Details einer Beleuchtungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. -
1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Beleuchtungsanordnung10 umfasst eine Spannungsversorgungsschaltung11 , eine LED12 , einen Lichtsensor13 und eine Steuerungsschaltung14 . Die Spannungsversorgungsschaltung11 weist einen Versorgungsausgang15 auf. Der Versorgungsausgang15 ist über die LED12 mit einem Bezugspotentialanschluss16 gekoppelt. Dabei ist ein Anschluss der LED12 direkt und unmittelbar an den Versorgungsausgang15 angeschlossen. Ein weiterer Anschluss der LED12 ist direkt und unmittelbar an den Bezugspotentialanschluss16 angeschlossen. Die Verbindung der LED12 zum Versorgungsanschluss15 und die Verbindung der LED12 zum Bezugspotentialanschluss16 sind permanent. Der Lichtsensor13 ist ausgangsseitig an die Steuerungsschaltung14 angeschlossen. Der Lichtsensor13 kann als Umgebungslichtsensor, englisch ambient light sensor, implementiert sein. Der Versorgungsausgang15 ist über einen Ausgleichskondensator17 mit dem Bezugspotentialanschluss16 verbunden. Weiter ist die Steuerungsschaltung14 mit einer Steuerlogik18 der Beleuchtungsanordnung10 gekoppelt. - Ausgangsseitig ist die Steuerungsschaltung
14 mit einem Steuereingang28 der Spannungsversorgungsschaltung11 gekoppelt. Die Spannungsversorgungsschaltung11 weist einen Versorgungseingang19 auf. Der Versorgungseingang19 ist über einen Eingangskondensator20 mit dem Bezugspotentialanschluss16 gekoppelt. Weiter ist der Versorgungseingang19 über eine Batterie21 mit dem Bezugspotentialanschluss16 verbunden. Die Beleuchtungsanordnung10 weist einen ersten und einen zweiten Busanschluss22 ,23 auf, der mit der Steuerlogik18 gekoppelt ist. Der erste und der zweite Busanschluss22 ,23 sind als I2C-Anschlüsse realisiert. Die Steuerlogik18 ist als I2C-Slave-Interface implementiert. I2C ist die Abkürzung für Inter-Integrated Circuit. Die Steuerlogik18 ist als Zustandsmaschine, englisch state machine, realisiert. Die Beleuchtungsanordnung10 ist als I2C-Baustein oder Baugruppe ausgebildet. - Die Spannungsversorgungsschaltung
11 ist als Spannungswandler realisiert. Die Spannungsversorgungsschaltung11 ist als induktiver DC-/DC-Spannungswandler ausgebildet. Die Spannungsversorgungsschaltung11 ist als Aufwärtswandler, auch Boost-Wandler genannt, implementiert. Die Spannungsversorgungsschaltung11 umfasst einen ersten und einen zweiten Schalter24 ,25 sowie eine Induktivität27 . Der Versorgungseingang19 ist über die Induktivität27 und den ersten Schalter24 mit dem Bezugspotenzialanschluss16 verbunden. Ein Knoten zwischen der Induktivität27 und dem ersten Schalter24 ist über den zweiten Schalter25 mit dem Versorgungsausgang15 gekoppelt. Ein Anschluss des zweiten Schalters25 ist direkt, unmittelbar und permanent an den Versorgungsanschluss15 angeschlossen. Der erste und der zweite Schalter24 ,25 sind als Feldeffekttransistoren realisiert. Die beiden Schalter24 ,25 sind als Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistoren ausgebildet. Dabei ist der erste Schalter24 als n-Kanal-Feldeffekttransistor und der zweite Schalter25 als p-Kanal-Feldeffekttransistor implementiert. Die Steuerungsschaltung14 ist über den Steuereingang28 mit einer Spannungswandlersteuerung26 der Spannungsversorgungsschaltung11 gekoppelt. Die Spannungswandlersteuerung26 ist ausgangsseitig mit den Steueranschlüssen des ersten und des zweiten Schalters24 ,25 gekoppelt. Die Spannungswandlersteuerung26 ist als Zustandsmaschine, englisch state machine, implementiert. - Die Spannungsquelle
21 gibt eine EingangsspannungVIN ab, die dem Versorgungseingang19 der Spannungsversorgungsschaltung11 zugeleitet wird. Die Spannungsversorgungsschaltung11 wandelt die EingangsspannungVIN in eine VersorgungsspannungVOUT um, die am Versorgungsausgang15 anliegt. Die VersorgungsspannungVOUT fällt zwischen dem Versorgungsausgang15 und dem Bezugspotentialanschluss16 ab. Die VersorgungsspannungVOUT fällt somit genau über der LED12 ab. Durch die Leuchtdiode12 fließt ein LeuchtdiodenstromIL . Der Lichtsensor13 erzeugt ein SensorsignalSM , das der Steuerungsschaltung14 zugeleitet wird. Die Steuerschaltung14 generiert in Abhängigkeit vom SensorsignalSM ein SteuersignalST , das der Spannungsversorgungsschaltung11 zugeführt wird. Das SteuersignalST wird der Spannungswandlersteuerung26 zugeleitet. Die VersorgungsspannungVOUT ist somit eine Funktion des SteuersignalsST beziehungsweise eines vorgegebenen Werts des SensorsignalsSM . Im eingeregelten Zustand entspricht das SensorsignalSM dem vorgegebenen Wert. Die Spannungswandlersteuerung25 stellt ein erstes und ein zweites SchaltersteuersignalS1 ,S2 für den ersten und den zweiten Schalter24 ,25 bereit. Das erste und das zweite SchaltersteuersignalS1 ,S2 stellen somit die VersorgungsspannungVOUT ein. Die Steuerungsschaltung14 und die Spannungswandlersteuerung26 generieren somit die Taktfrequenz und das Tastverhältnis, mit dem der erste und der zweite Schalter24 ,25 betrieben werden. - Am ersten und am zweiten Busanschluss
22 ,23 sind ein erstes und ein zweites BussignalSDA ,SCL abgreifbar, die als I2C-Bussignale realisiert sind. Das erste und das zweite BussignalSDA ,SCL werden der Steuerlogik18 zugeleitet. Das erste BussignalSDA ist ein serial data input/output signal und das zweite BussignalSCL ist ein serial clock input signal entsprechend einem I2C-Protokoll. Mittels des ersten und des zweiten BussignalsSDA ,SCL wird der Steuerlogik18 eine Information über den Zeitpunktion und die Dauer eines Blitzlichts zugeführt. Entsprechend diesen Informationen triggert die Steuerlogik18 die Spannungswandlersteuerung26 . Aufgrund der Triggerung wird die Spannungsversorgungsschaltung11 in einen aktiven Betriebszustand versetzt und generiert somit die VersorgungsspannungVOUT . Dazu wird durch Schließen des ersten Schalters24 eine von der Batterie21 bereitgestellte Energie in der Induktivität27 gespeichert. Nach Öffnen des ersten Schalters24 und Schließen des zweiten Schalters25 wird die in der Induktivität27 gespeicherte Energie am Versorgungsausgang15 abgegeben und im Ausgleichskondensator17 gespeichert. - Mit Vorteil wird die Versorgungsspannung
VOUT ausschließlich dem Ausgleichskondensator17 und der LED12 zugeleitet. Da der Ausgleichskondensator17 nahezu keine Energie verbraucht, bewirkt ausschließlich die LED12 den Verbrauch der über den Versorgungsausgang15 mittels der VersorgungsspannungVOUT 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 LED12 angeordnet sein. Mindestens ein weiterer Ausgleichswiderstand kann seriell zur der mindestens einen weiteren LED angeordnet sein. Am Versorgungsausgang15 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 in1A gezeigten Ausführungsform ist. Gemäß1B sind der Lichtsensor13 und die LED12 in einem Modul30 angeordnet. Das Modul30 umfasst somit den Lichtsensor13 und die LED12 . Weiter umfasst das Modul30 einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss31 ,32 ,33 . Der erste Anschluss31 ist mit einer Anode der LED12 verbunden. Der zweite Anschluss32 ist mit einer Kathode der LED12 verbunden. Weiter ist der dritte Anschluss33 an einen Signalausgang des Lichtsensors13 angeschlossen. Der erste Anschluss31 ist an den Versorgungsanschluss15 angeschlossen. Der zweite Anschluss32 an den Bezugspotentialanschluss16 angeschlossen. Der dritte Anschluss33 ist mit dem Eingang der Steuerungsschaltung14 gekoppelt. - Durch das Modul
30 ist die Lage der LED12 zum Lichtsensor13 genau eingestellt. Der Anteil eines Lichts, der von der LED12 emittiert und anschließend vom Lichtsensor13 detektiert wird, ist somit vorgegeben. Somit kann das Modul30 vorteilhafterweise ohne Kalibrierung verwendet werden. Die Abhängigkeit des SensorsignalsSM von der Helligkeit der LED12 und damit vom LeuchtdiodenstromIL beziehungsweise der VersorgungsspannungVOUT ist somit gut definiert. -
1C zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in den1A und1B gezeigten Ausführungsformen ist. Eine weitere LED40 ist seriell zur LED12 angeordnet. Die LED12 und die weitere LED40 bilden eine Serienschaltung. Dabei ist eine Kathode einer der LEDs12 ,40 der Serienschaltung direkt an den Bezugspotentialanschluss16 angeschlossen. Weiter ist eine Anode einer der LEDs12 ,40 der Serienschaltung direkt an den Versorgungsanschluss15 angeschlossen. Die Serienschaltung koppelt ohne Zwischenschaltung von einem Stromsensor oder einem sonstigen ohmschen Verbraucher den Versorgungsanschluss15 mit dem Bezugspotentialanschluss16 . Der Lichtsensor13 ist als Photodiode41 realisiert. Ein Anschluss des Lichtsensors13 ist mit dem Bezugspotentialanschluss16 verbunden. Dabei ist eine Kathode der Photodiode41 mit dem Bezugspotentialanschluss16 und eine Anode der Photodiode41 mit der Steuerungsschaltung14 verbunden. - Die Steuerungsschaltung
14 weist eine Signalaufbereitungsschaltung42 auf, die eingangsseitig mit dem Lichtsensor13 gekoppelt ist. Ausgangsseitig ist die Signalaufbereitungsschaltung42 mit der Spannungsversorgungsschaltung11 gekoppelt. Die Signalaufbereitungsschaltung42 weist einen Signaltiefpass43 auf. Der Signaltiefpass43 ist als RC-Tiefpass realisiert. Der Signaltiefpass43 weist einen Tiefpasswiderstand44 und einen Tiefpasskondensator45 auf. Darüber hinaus umfasst die Signalaufbereitungsschaltung42 einen Signalverstärker46 , der eingangsseitig mit dem Signaltiefpass43 verbunden ist. Der Signalverstärker46 ist als Puffer oder nicht-invertierender Verstärker realisiert. Ein Verstärkungsfaktor des Signalverstärkers46 ist 1. Alternativ kann der Verstärkungsfaktor größer 1 sein. Der Tiefpasswiderstand44 ist zwischen einem Eingang des Signalverstärkers46 und dem Bezugspotentialanschluss16 angeordnet. Der Tiefpasskondensator45 koppelt den Eingang des Signalverstärkers46 mit dem Bezugspotentialanschluss16 . Der Tiefpasskondensator45 und der Tiefpasswiderstand44 sind parallel geschaltet. - Darüber hinaus umfasst die Steuerungsschaltung
14 eine Vergleicherschaltung47 , die eingangsseitig mit der Signalaufbereitungsschaltung42 gekoppelt ist. Ausgangsseitig ist die Vergleicherschaltung47 mit der Spannungsversorgungsschaltung11 gekoppelt. Die Vergleicherschaltung47 weist einen Verstärker48 auf. Ein erster Eingang des Verstärkers48 ist mit einem Ausgang der Signalaufbereitungsschaltung42 verbunden. Ein zweiter Eingang des Verstärkers48 ist über eine Referenzspannungsquelle49 mit dem Bezugspotentialanschluss16 verbunden. Darüber hinaus umfasst die Vergleicherschaltung47 einen Vergleichertiefpass50 , der einem Ausgang des Verstärkers48 nachgeschaltet ist. Der Verstärker48 ist als Transkonduktanzverstärker implementiert. Der Vergleichertiefpass50 weist einen ersten Kondensator51 auf, der den Ausgang des Verstärkers48 mit dem Bezugspotentialanschluss16 verbindet. Weiter weist der Vergleichertiefpass50 einen zweiten Kondensator52 und einen Widerstand53 auf, die seriell zueinander angeordnet sind und den Ausgang des Verstärkers48 mit dem Bezugspotentialanschluss16 koppeln. - Zusätzlich umfasst die Steuerungsschaltung
14 einen Pulsweitenmodulator54 , der an einem Eingang mit der Vergleicherschaltung47 gekoppelt ist. Ausgangsseitig ist der Pulsweitenmodulator54 mit der Spannungswandlerschaltung11 gekoppelt. Der Pulsweitenmodulator54 weist einen Pulsweitenkomparator55 auf, der an einem Eingang mit einem Ausgang der Vergleicherschaltung47 und damit mit dem Ausgang des Verstärkers48 verbunden ist. Darüber hinaus umfasst der Pulsweitenmodulator54 einen Sägezahngenerator56 , der mit einem zweiten Eingang des Pulsweitenkomparators55 gekoppelt ist. Der Sägezahngenerator56 kann auch als Rampengenerator bezeichnet sein. Die Spannungswandlerschaltung11 weist einen Stromsensor57 auf, der den durch den ersten Schalter24 fließenden Strom misst. Ein Ausgang des Stromsensors57 ist mit einem Eingang eines Addierers58 des Pulsweitenmodulators54 verbunden. Ein weiterer Eingang des Addierers58 ist an den Ausgang des Sägezahngenerators56 angeschlossen. Ein Ausgang des Addierers58 ist an den zweiten Eingang des Pulsweitenkomparators55 angeschlossen. Der Addierer58 ist somit zwischen dem Sägezahngenerator56 und dem Pulsweitenkomparator55 angeordnet. Ein Ausgang des Pulsweitenmodulators54 ist mit dem Steuereingang28 der Spannungsversorgungsschaltung11 und damit der Spannungswandlersteuerung26 verbunden. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung10 einen Taktgenerator59 . Der Taktgenerator59 ist über einen Frequenzteiler60 mit einem Takteingang des Sägezahngenerators56 gekoppelt. - Ein erster und ein zweiter Ausgang der Spannungswandlersteuerung
26 über einen ersten beziehungsweise zweiten Treiber61 ,62 mit einem Steueranschluss des ersten beziehungsweise des zweiten Schalters24 ,25 gekoppelt. Der erste Treiber61 ist zusätzlich an den Versorgungseingang19 angeschlossen. Der zweite Treiber62 ist an den Versorgungsausgang15 angeschlossen. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung10 einen Überspannungskomparator63 , der an einem ersten Eingang mit dem Versorgungsausgang15 gekoppelt ist. Ein Ausgang des Überspannungskomparators63 ist mit einem Steuereingang der Spannungswandlersteuerung26 verbunden. Eine weitere Referenzspannungsquelle64 ist zwischen einem zweiten Eingang des Überspannungskomparators63 und dem Bezugspotentialanschluss16 angeordnet. Ferner umfasst die Beleuchtungsanordnung10 einen Null-Stromkomparator65 , dessen erster Eingang mit einem ersten Anschluss des zweiten Schalters25 und dessen zweiter Eingang mit einem zweiten Anschluss des zweiten Schalters25 gekoppelt ist. Somit ist der erste Eingang des Null-Stromkomparators65 mit der Induktivität27 verbunden. Der zweite Eingang des Null-Stromkomparators65 ist folglich mit dem Versorgungsausgang15 verbunden. Ausgangsseitig ist der Null-Stromkomparator65 an einen weiteren Steuereingang der Spannungswandlersteuerung26 angeschlossen. - Darüber hinaus weist die Beleuchtungsanordnung
10 eine Referenzgenerator66 zur Erzeugung einer Referenzspannung und eines Referenzstroms auf, der eingangsseitig an die Steuerlogik18 angeschlossen ist. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung10 eine Rücksetzschaltung67 , welche eingangsseitig an den Versorgungseingang19 angeschlossen ist. Ausgangsseitig ist die Rücksetzschaltung67 , englisch power on reset circuit, an die Steuerlogik18 angeschlossen. Ein erster und ein zweiter Schaltungsanschluss68 ,69 sind mit der Steuerlogik18 und über jeweils einen Widerstand70 ,71 mit dem Bezugspotentialanschluss16 verbunden. - Weiter umfasst die Beleuchtungsanordnung
10 einen Überstromkomparator75 , der an einem ersten Eingang mit dem Ausgang des Stromsensors57 und an einem Ausgang mit der Spannungswandlersteuerung26 gekoppelt ist. Die Beleuchtungsanordnung10 umfasst darüber hinaus eine Referenzquelle76 , die mit einem zweiten Eingang des Überstromkomparators75 gekoppelt ist. Ein weiterer Addierer77 der Beleuchtungsanordnung10 ist an einem Eingang mit der Referenzquelle76 verbunden. Ein weiterer Eingang des weiteren Addierers77 ist mit dem Ausgang des Sägezahngenerators56 gekoppelt. Der zweite Eingang ist als invertierender Eingang realisiert. Ein Ausgang des weiteren Addierers77 ist an den zweiten Eingang des Überstromkomparators75 angeschlossen. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung10 eine Übertemperaturdetektionsschaltung79 , die ausgangsseitig mit der Spannungswandlersteuerung26 verbunden ist. - Ein Halbleiterkörper
78 umfasst die Steuerungsschaltung14 , die Spannungsversorgungsschaltung11 und die Steuerlogik18 . Die LEDs12 ,40 , der Lichtsensors13 und die Induktivität27 sind außerhalb des Halbleiterkörpers78 angeordnet. Die Übertemperaturdetektionsschaltung79 umfasst einen Temperatursensor, der die Temperatur des Halbleiterkörpers78 misst. - Die Photodiode
41 ist derart gepolt, dass die Photodiode41 bei Lichteinfall einen Strom generiert. Das SensorsignalSM hat somit die Form eines Stroms. Das SensorsignalSM wird mittels der Signalaufbereitungsschaltung42 gefiltert und verstärkt. Die Signalaufbereitungsschaltung42 ist als Filter und als Verstärker realisiert. Die Signalaufbereitungsschaltung42 wandelt den von der Photodiode41 bereitgestellten Strom, welcher das SensorsignalSM darstellt, in eine Spannung um, welche als verarbeitetes SensorsignalSM' bezeichnet ist. Die Signalaufbereitungsschaltung42 realisiert somit einen Transimpedanz-Verstärker. Das mittels der Signalaufbereitungsschaltung42 verarbeitete SensorsignalSM' wird der Vergleicherschaltung47 und damit dem ersten Eingang des Verstärkers48 zugeleitet. Die Referenzspannungsquelle49 stellt eine ReferenzspannungVR bereit, die dem zweiten Eingang des Verstärkers48 zugeführt wird. Das vom Verstärker48 bereitgestellte VergleichersignalSV wird mittels des Vergleichertiefpasses50 gefiltert. Dabei bilden der erste Kondensator51 und der Widerstand53 einen Tiefpass. Hingegen formen der zweite Kondensator52 und der Widerstand53 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 Verstärker48 einen Strom als VergleichersignalSV bereitstellt, wird dieser Strom mittels der Kondensatoren51 ,52 aufintegriert. - Das Vergleichersignal
SV wird dem ersten Eingang des Pulsweitenkomparators55 zugeleitet. Der Taktgenerator59 generiert ein TaktsignalCLK . Das TaktsignalCLK wird über den Frequenzteiler60 dem Sägezahngenerator56 zugeführt. Eine Frequenz des TaktsignalsCLK ist konstant. Die Frequenz des TaktsignalsCLK beträgt beispielsweise 4 MHz. Die Frequenz wird beispielsweise um den Faktor16 heruntergeteilt, sodass am Ausgang des Frequenzteilers60 ein Signal mit 250 kHz bereitsteht. Der Sägezahngenerator56 erzeugt ein sägezahnförmiges SignalSR in Abhängigkeit vom heruntergeteilten TaktsignalCLK . Das sägezahnförmige SignalSR wird dem zweiten Eingang des Pulsweitenkomparators55 zugeleitet. Der Stromsensor57 gibt ein StrommesssignalSIM ab, das dem Addierer58 zugeführt wird. Der Addierer58 addiert das StrommesssignalSIM und das sägezahnförmige SignalSR und stellt einen AddierersignalSD bereit, das dem zweiten Eingang des Pulsweitenkomparators55 zugeführt wird. Der Pulsweitenkomparator55 generiert das SteuersignalST , welches der Spannungswandlersteuerung26 zugeführt wird. Das SteuersignalST ist pulsweitenmoduliert. Das Tastverhältnis des SteuersignalsST hängt vom SensorsignalSM ab. - Das Strommesssignal
SIM des Stromsensors75 wird dem ersten Eingang des Überstromkomparators75 zugeleitet. Die Referenzquelle76 stellt ein StromreferenzsignalSIL bereit. Der weitere Addierer77 generiert ein weiteres AddierersignalSDB in Abhängigkeit von einer Subtraktion des StromgrenzsignalsSIL und des sägezahnförmigen SignalsSR . Das weitere AddierersignalSDB wird dem zweiten Eingang des Überstromkomparators75 zugeführt. - Die Versorgungsspannung
VOUT wird dem Überspannungskomparator63 zugeleitet. Weiter wird ein von der weiteren Referenzspannungsquelle64 generierte ÜberspannungsschwellwertVM dem zweiten Eingang des Überspannungskomparators63 zugeleitet. Der Überspannungskomparator63 generiert ein ÜberspannungssignalSUE , das der Spannungswandlersteuerung26 zugeführt wird, in Abhängigkeit eines Vergleichs der VersorgungsspannungVOUT mit dem ÜberspannungsschwellwertVM . Der Null-Stromkomparator65 generiert ein Null-StromsignalSN , das der Spannungswandlersteuerung26 zugeleitet wird. Das Null-StromsignalSN wird in Abhängigkeit eines Vergleichs der Spannungen am ersten beziehungsweise am zweiten Anschluss des zweiten Schalters25 gebildet. Die Spannungswandlersteuerung26 verarbeitet das SteuersignalST , das Null-StromsignalSN , das ÜberspannungssignalSUE und das ÜberstromsignalSIE und generiert aus diesen Werten ein erstes und ein zweites SchaltersteuersignalS1 ,S2 , das über den ersten beziehungsweise zweiten Treiber61 ,62 dem ersten beziehungsweise zweiten Schalter24 ,25 zugeleitet wird. Sollte keine der Sicherheitseinrichtungen ansprechen, so entspricht das erste SchaltersteuersignalS1 dem SteuersignalST und das zweite SchaltersteuersignalS2 einem Signal, das invertiert zum SteuersignalST gebildet ist. Die Sicherheitseinrichtungen umfassen einen Schutz gegen Überspannung am Versorgungsausgang15 , gegen Übertemperatur, gegen zu niedrige EingangsspannungVIN am Versorgungseingang19 und gegen einen zu hohen SpulenstromILS . Detektiert die Rücksetzschaltung67 einen zu niedrigen Wert der EingangsspannungVIN , so wird keine Spannungswandlung durchgeführt. - Generiert der Lichtsensor
13 das SensorsignalSM mit einem Wert, der nach Verarbeitung mit der Signalaufbereitungsschaltung42 kleiner als die ReferenzspannungVR ist, so sinkt das VergleichersignalSV . Somit steigt die Zeitdauer, während dessen das SteuersignalST den Wert1 annimmt. Das Tastverhältnis, englisch duty cycle, steigt somit. Folglich steigt das Tastverhältnis des ersten SchaltersteuersignalsS1 . Der erste Schalter24 wird somit länger leitend geschaltet. Dies führt zu einem größeren Anstieg eines SpulenstromsILS und damit zu einem höheren Wert für die VersorgungsspannungVOUT . Folglich steigt der Strom durch die LED12 und die weitere LED40 , was zu einem Anstieg des von der LED und der weiteren LED12 ,40 emittierten Lichts führt. Demzufolge empfängt der Lichtsensor13 einen höheren Wert der Lichtgröße, sodass das SensorsignalSM ansteigt. Somit kann das SensorsignalSM und damit die von der LED12 und der weiteren LED40 abgegebene Lichtgröße auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Der vorgegebene Wert wird durch die ReferenzspannungVR eingestellt. Die ReferenzspannungVR ist von der Steuerlogik18 einstellbar. Mit den BussignalenSCL ,SDA wird der Wert der ReferenzspannungVR über die Steuerlogik18 eingestellt. - Generiert der Lichtsensor
13 das SensorsignalSM hingegen mit einem zu hohen Wert, so wird entsprechend der Rückkopplung die VersorgungsspannungVOUT reduziert. - Die Regelschleife der Spannungsversorgungsschaltung
11 ist auf den optischen Signalbereich ausgedehnt. Ein Teil der Regelungskette der Beleuchtungsanordnung10 ist in optischer Art und Weise implementiert. Die Regelungsschleife umfasst die mindestens eine LED12 ,40 , den Lichtsensor13 , die Steuerungsschaltung14 und die Spannungsversorgungsschaltung11 . Die Spannungsversorgungsschaltung11 wird pulsweitenmoduliert betrieben. Dabei können ein spannungskontrollierte Betriebsweise und/oder eine stromkontrollierte Betriebsweise vorgesehnen werden. In der stromkontrollierten Betriebsweise wird mittels des Stromsensors57 und des Überstromkomparators75 ein zu hoher SpulenstromILS durch die Induktivität27 vermieden. In der spannungskontrollierten Betriebsweise werden mittels des Überspannungskomparators63 ein Anstieg der VersorgungsspannungVOUT auf zu hohe Werte vermieden. Das ÜberspannungssignalSUE bewirkt ein Auslassen von Pulsen im ersten SchaltersteuersignalS1 , mit denen Energie der Induktivität27 zugeleitet wird, englisch pulse skip. Solange das ÜberspannungssignalSUE anzeigt, dass die VersorgungsspannungVOUT größer als der ÜberspannungsschwellwertVM ist, ist die Spannungswandlung durch die Spannungsversorgungsschaltung11 gestoppt. Bei einem Defekt einer der LEDs12 ,40 kann beispielsweise das SensorsignalSM näherungsweise den Wert0 aufweisen. Mittels des Überspannungskomparators63 wird vermieden, dass die VersorgungsspannungVOUT zu sehr ansteigt. Die Spannungswandlung wird auch unterbrochen, wenn die Übertemperaturdetektionsschaltung79 eine Temperatur detektiert, die größer als ein vorgegebener Schwellwert ist. Eine Periodendauer des TaktsignalsCLK ist sehr viel kleiner als eine Blitzdauer der mindestens einen LED12 ,40 während eines Blitzes. Der Anfangszeitpunkt und der Endzeitpunkt der Blitzdauer werden durch ein AuslösesignalSTR am Steueranschluss68 getriggert. Solange das AuslösesignalSTR 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 AuslösesignalSTR am Anfang der Blitzdauer getriggert. - Die LEDs
12 ,40 können direkt an den Versorgungsausgang15 angeschlossen sein und vom Versorgungsausgang15 versorgt sein. Verluste innerhalb einer Stromquelle oder Stromsenke werden vermieden. Darüber hinaus wird durch die Verringerung der Verluste auch ein Temperaturanstieg in der Beleuchtungsanordnung10 reduziert. Die thermischen Charakteristiken der Beleuchtungsanordnung10 sind verbessert. Ein weiterer Anschluss des Halbleiterkörpers78 , der mit der LED12 gekoppelt ist, kann entfallen. Mit Vorteil ist aufgrund der wegfallenden Stromsenke/Stromquelle ein Flächenbedarf des Halbleiterkörpers78 gering. Da keine Verluste in einer Stromsenke oder Stromquelle innerhalb des Halbleiterkörpers78 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 Beleuchtungsanordnung10 realisiert somit eine lichtbasierte Regelungsschleife im Betrieb der LEDs12 ,40 . Mit der Regelung kann ein konstanter Wert für die Stärke eines durch die mindestens eine LED12 ,40 emittierten Lichts erzielt werden. Alternativ kann ein konstanter Wert für ein von einem Gegenstand reflektierten Licht, das ursprünglich von der mindestens einen LED12 ,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 LEDs12 ,40 angeordnet sein. -
2A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Substratsteuerung80 , die in eine Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung10 gemäß den1A bis1C eingesetzt werden kann. Die Substratsteuerung80 verbindet den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss des zweiten Schalters25 mit einem Substrat des Feldeffekttransistors des zweiten Schalters25 . Die Substratsteuerung81 weist zwei Dioden81 ,82 auf, die den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Schalters25 mit dem Substrat verbinden. Die beiden Dioden81 ,82 können als Schottky-Dioden realisiert sein. Zusätzlich weist die Substratsteuerung80 einen ersten und einen zweiten Substratschalter83 ,84 auf, die ebenfalls den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Schalters25 mit dem Substratanschluss verbinden. Die Spannungswandlersteuerung26 ist ausgangsseitig mit den Steueranschlüssen des ersten und des zweiten Substratschalters83 ,84 verbunden. Die Substratsteuerung80 ist derart realisiert, dass eine Substratspannung am Substrat auf den höheren der beiden Werte, nämlich der VersorgungsspannungVOUT und einer Spannung am Knoten zwischen der Induktivität27 und dem ersten Schalter24 eingestellt ist. -
2B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Moduls30 , das in eine der Beleuchtungsanordnungen10 gemäß den1A bis1C eingesetzt werden kann. Das Modul30 ist von der Vorder- und der Rückseite sowie im Querschnitt gezeigt. Das Modul30 umfasst einen Träger90 , auf dem die LED12 und der Lichtsensor13 angeordnet sind. Die LED12 ist als Chip oder Die realisiert. Ebenso ist der Lichtsensors13 als weiterer Chip oder Die realisiert. Der Träger90 weist eine erste Leiterbahn91 auf, auf der eine Kathode der LED12 angeordnet ist. Ein Versorgungsanschluss des Lichtsensors13 ist ebenfalls auf der ersten Leiterbahn91 angeordnet. Eine elektrisch leitende Klebeschicht verbindet die erste Leiterbahn91 mit der Kathode der LED12 und dem Versorgungsanschluss des Lichtsensors13 . Eine zweite Leiterbahn92 ist über einen ersten Bonddraht94 mit einer Anode der LED12 verbunden. Eine dritte Leiterbahn93 ist über einen zweiten Bonddraht95 mit einem Signalausgang des Lichtsensors13 gekoppelt. Der Träger90 weist drei Durchkontaktierungen96 ,97 ,98 auf, welche die drei Leiterbahnen91 ,92 ,93 auf der Vorderseite des Trägers90 mit drei Anschlussflächen99 ,100 ,101 auf der Rückseite des Trägers90 verbinden. - Der erste Anschluss
31 des Moduls43 ist somit über eine zweite Anschlussfläche100 und den ersten Bonddraht94 mit der Anode der LED12 verbunden. Eine Kathode der LED12 ist über die Klebeschicht und eine erste Anschlussfläche99 mit dem zweiten Anschluss32 des Moduls30 verbunden. Der Versorgungsanschluss des Lichtsensors13 ist ebenfalls mit dem zweiten Anschluss32 verbunden. Der Signalausgang des Lichtsensors13 ist über den zweiten Bonddraht95 und eine dritte Anschlussfläche101 mit dem dritten Anschluss33 des Moduls30 verbunden. Über dem Träger90 ist eine Abdeckung102 angeordnet, die auf dem Träger90 aufgeklebt ist. Die Abdeckung102 ist als Kunststofflinse ausgebildet. Der Träger90 und die Abdeckung102 bilden das gemeinsame Gehäuse der LED12 und des Lichtsensors13 . Das Modul30 ist als oberflächenmontiertes Bauelement, englisch surface mounted device, abgekürzt SMD, realisiert. Mit Vorteil sind die LED12 und der Lichtsensor13 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 (10)
- 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 oder2 , 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 bis3 , 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 bis5 , 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 bis7 , die Signalaufbereitungsschaltung (42) umfassend einen Signaltiefpass (43) und einen Signalverstärker (46), der dem Signaltiefpass (43) nachgeschaltet ist. - Beleuchtungsanordnung nach einem der
Ansprüche 1 bis8 , 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.
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