DE102012206044A1

DE102012206044A1 - Method for operating LED e.g. organic LED (OLED), involves accounting delay between threshold value and actual switchover value of switch by LED current, for acquiring desired time mean value of LED current

Info

Publication number: DE102012206044A1
Application number: DE201210206044
Authority: DE
Inventors: Eduardo Pereira; Ueli Keller
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-17

Abstract

The method involves constructing energy in an energy store (L1) and discharging the energy over LED (2,3) by switching a switch (S1) on and/or off. A switchover of the switch is caused for time duration by a control unit (6), if the LED current (IL) reaches a threshold value. A delay between the threshold value and actual switchover value of the switch is accounted by the LED current, for acquiring a desired time mean value of the LED current. Independent claims are included for the following: (1) integrated circuit for implementation of method for operating LED; and (2) operation apparatus of LED.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und eine Schaltung zum Betrieb von Leuchtdioden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf den Betrieb von Leuchtdioden mittels eines Schaltreglers zur Regelung des Leuchtdioden-Stroms. The present invention relates to methods and a circuit for operating light emitting diodes. In particular, the invention relates to the operation of light-emitting diodes by means of a switching regulator for controlling the light-emitting diode current.

Unter Leuchtdioden (LEDs) sind im übrigen durchgehend auch OLEDs zu verstehen. Incidentally, light-emitting diodes (LEDs) are also understood to mean OLEDs throughout.

Die Benutzung von Schaltreglern zur Ansteuerung von Leuchtdioden ist grundsätzlich bekannt. Dabei steuert eine Steuereinheit einen getakteten Halbleiter-Leistungsschalter an, mittels dem in dessen eingeschalteten Zustand eine Induktivität energetisiert wird, wobei sich die Energie der Induktivität im ausgeschalteten Zustand des Schalters dann über die Leuchtdiodenstrecke entlädt. The use of switching regulators for driving light-emitting diodes is basically known. In this case, a control unit controls a clocked semiconductor power switch, by means of which an inductance is energized in its on state, wherein the energy of the inductor in the off state of the switch then discharges via the light emitting diode path.

Es kommt somit durch die Leuchtdioden zu einem zickzackförmigen Stromverlauf um einen konstanten Mittelwert herum, wobei sich im eingeschalteten Zustand des Schalters jeweils eine ansteigende Flanke und im ausgeschalteten Zustand des Schalters eine abfallende Flanke des Leuchtdiodenstroms ergibt. It thus comes through the light emitting diodes to a zigzag current course around a constant mean around, resulting in the on state of the switch in each case a rising edge and in the off state of the switch, a falling edge of the light emitting diode current.

Bekannt ist übrigens, dass die Zeitdauer zwischen einem Einschalten und einem unmittelbar darauffolgenden Ausschalten des Schalters dadurch bestimmt wird, dass nach einem Einschalten des Schalters der Schalterstrom anhand eines Messwiderstands überwacht wird. Das Ende der Einschaltzeitdauer ist dann dadurch festgelegt, dass der erfasste Schalterstrom einen oberen Schwellwert erreicht bzw. überschreitet. Incidentally, it is known that the period of time between switching on and immediately switching off the switch is determined by monitoring the switch current based on a measuring resistor after switching on the switch. The end of the switch-on period is then determined by the fact that the detected switch current reaches or exceeds an upper threshold value.

Problematisch bei dieser Vorgehensweise ist, dass in Realität die Ansteuerung des Schalters eine gewisse Zeitverzögerung beinhaltet. Die Überwachung des durch die Leuchtdioden fließenden Stroms im geschlossenen Zustand des Schalters und insbesondere die Öffnung des Schalters bei Erkennen des oberen Schwellwerts verursacht eine Zeitverzögerung. The problem with this procedure is that, in reality, the activation of the switch involves a certain time delay. The monitoring of the current flowing through the LEDs in the closed state of the switch and in particular the opening of the switch upon detection of the upper threshold causes a time delay.

Bis das Überschreiten des oberen Schwellwerts erkannt wird und das entsprechende Signal zum Öffnen des Schalters generiert wird und dieser letztendlich tatsächlich öffnet, vergeht eine gewisse Zeit, so dass das eigentliche Öffnen des Schalters mit einer gewissen Verzögerung erfolgt. D.h., der durch die Leuchtdioden fließende Strom erreicht tatsächlich einen höheren Endwert, als dies durch die Schwellwert-Überwachung eigentlich vorgesehen ist. Until the exceeding of the upper threshold is detected and the corresponding signal for opening the switch is generated and this actually opens, a certain amount of time passes, so that the actual opening of the switch takes place with a certain delay. That is, the current flowing through the LEDs actually reaches a higher final value than that actually provided by the threshold monitoring.

Dieses Problem wird nunmehr durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung vorteilhaft weiter. This problem is now solved by the combination of the features of the independent claims. The dependent claims further advantageously form the central idea of the invention.

Grundgedanke der Erfindung ist es, einer Verschiebung des mittleren Leuchtdiodenstroms durch Hardware- oder Software-Verzögerungen entgegenzuwirken. The basic idea of the invention is to counteract a shift in the average light-emitting diode current through hardware or software delays.

In einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen ein Verfahren zum Betrieb wenigstens einer Leuchtdiode mittels einer Schaltreglerschaltung, der eine Eingangsspannung zugeführt wird und die zur Versorgung der wenigstens einen Leuchtdiode mit einem (näherungsweise) zickzackförmigen Strom einen Energiespeicher und einen durch eine Steuereinheit getakteten Schalter umfasst, wobei durch Ein- bzw. Ausschalten des Schalters sich eine Energie im Energiespeicher aufbaut und über die wenigstens eine Leuchtdiode wieder entlädt. Die Steuereinheit führt ein erstes Umschalten des Schalters herbei, sobald der Leuchtdiodenstrom einen Schwellwert erreicht. Die Steuereinheit führt ein folgendes, dem ersten Umschalten entgegengesetztes Umschalten des Schalters nach einer Zeitdauer herbei. In a first aspect of the invention, a method is provided for operating at least one light-emitting diode by means of a switching regulator circuit, which is supplied with an input voltage and which comprises an energy store and a switch clocked by a control unit for supplying the at least one light-emitting diode with an (approximately) zigzag current. wherein by switching on and off of the switch, an energy is built up in the energy storage and discharged via the at least one light emitting diode again. The control unit brings about a first switching of the switch as soon as the light-emitting diode current reaches a threshold value. The control unit performs a subsequent switchover of the switch opposite to the first switching after a period of time.

Zum Erzielen eines gewünschten zeitlichen Mittelwerts des Leuchtdiodenstroms wird eine erste Verzögerung zwischen dem Erreichen des Schwellwerts durch den Leuchtdiodenstrom einerseits und dem tatsächlichen ersten Umschalten des Schalters andererseits bei der Bestimmung der Zeitdauer berücksichtigt. To achieve a desired time average of the light-emitting diode current, a first delay between the reaching of the threshold value by the light-emitting diode current on the one hand and the actual first switching over of the switch on the other hand is taken into account in determining the time duration.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Erzielen eines gewünschten zeitlichen Mittelwerts des Leuchtdiodenstroms ein Über- bzw. Unterschreiten des Schwellwerts nach Erreichen des Schwellwerts durch eine Anpassung der Zeitdauer kompensiert wird. In a further aspect of the invention it is provided that in order to achieve a desired time average of the light-emitting diode current, an exceeding or falling below of the threshold value after reaching the threshold value is compensated by an adaptation of the time duration.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein entsprechendes Betriebsgerät vorgesehen. In a further aspect of the invention, a corresponding operating device is provided.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine integrierte Schaltung vorgesehen, insbesondere ASIC oder Microcontroller oder eine Hybridversion davon, die zur Implementierung eines derartigen Verfahrens ausgebildet ist. In a further aspect of the invention, an integrated circuit is provided, in particular ASIC or microcontroller or a hybrid version thereof, which is designed to implement such a method.

Es ist vorgesehen, die erste Verzögerung beim Erfassen des Erreichens des Schwellwerts und/oder beim Ansteuern des Schalters z.B. durch eine PWM-Einheit oder eine Gate-Treiberschaltung zu kompensieren. Die Kompensation kann also bspw. durch Veränderung des Tastverhältnisses einer PWM-Modulation des Stromverlaufs erzielt werden, deren Frequenz wesentlich niedriger ist als die Schaltzyklen des Schalters. It is provided that the first delay in detecting the reaching of the threshold and / or in driving the switch e.g. by a PWM unit or a gate driver circuit. The compensation can thus be achieved, for example, by changing the duty cycle of a PWM modulation of the current profile whose frequency is substantially lower than the switching cycles of the switch.

Zum Erzielen des gewünschten gemittelten Leuchtdiodenstroms kann auch eine z.B. von einer Gate-Treiberschaltung verursachte zweite Verzögerung beim Schließen des Schalters berücksichtigt werden. To achieve the desired averaged light-emitting diode current, an e.g. be considered by a gate driver circuit second delay in closing the switch.

Die erste Verzögerung und/oder die zweite Verzögerung kann gemessen oder geschätzt werden, und vorzugsweise dauerhaft in der Steuereinheit gespeichert werden. The first delay and / or the second delay may be measured or estimated, and preferably stored permanently in the control unit.

Die erste Verzögerung und/oder die zweite Verzögerung kann derart bei der Bestimmung der Zeitdauer berücksichtigt werden, dass einer Verschiebung des mittleren Leuchtdiodenstroms entgegengewirkt wird. The first delay and / or the second delay can be taken into account in determining the time duration such that a shift in the average light-emitting diode current is counteracted.

Das erste Umschalten kann ein Ausschalten sein und das zweite Umschalten ein Einschalten des Schalters. Alternativ kann das erste Umschalten ein Einschalten sein und das zweite Umschalten ein Ausschalten des Schalters. The first switch may be off, and the second switch may be switch on. Alternatively, the first switch may be on and the second switch may be switch off.

Das erste Umschalten des Schalters kann herbeigeführt werden, sobald der ansteigende Leuchtdiodenstrom einen oberen Schwellwert erreicht, oder sobald der abfallende Leuchtdiodenstrom einen unteren Schwellwert erreicht. The first switching of the switch can be brought about as soon as the rising light-emitting diode current reaches an upper threshold value, or as soon as the falling-down LED current reaches a lower threshold value.

Ein Über- bzw. Unterschreiten des Schwellwerts nach Erreichen des Schwellwerts kann durch Anpassung der Zeitdauer kompensiert werden. An overrun or undershoot of the threshold value after reaching the threshold value can be compensated by adjusting the time duration.

Die der Schaltreglerschaltung zugeführte Eingangsspannung kann in einem geschlossenen Zustand des Schalters einen Strom durch die wenigstens eine Leuchtdiode verursachen und gleichzeitig den Energiespeicher aufladen. In einem geöffnetem Zustand des Schalters kann die im Energiespeicher gespeicherte Energie sich als Strom durch die wenigstens eine Leuchtdiode wieder entladen. The input voltage supplied to the switching regulator circuit can, in a closed state of the switch, cause a current through the at least one light emitting diode and at the same time charge the energy store. In an open state of the switch, the stored energy in the energy storage can be discharged as a current through the at least one light emitting diode again.

Die Schaltreglerschaltung kann als Abwärtswandler oder Aufwärtswandler ausgestaltet sein. The switching regulator circuit may be configured as a down-converter or up-converter.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Ansteuerung zum Betreiben von LEDs mithilfe eines Schaltreglers, insbesondere eines Buck-Konverters. In einem geschlossenen Zustand eines Schalters ein Strom durch die LED fließt und gleichzeitig eine Induktivität aufgeladen wird. Wird der Schalter geöffnet, erfolgt ein Entladen der Induktivität wiederum über die LEDs, so dass dauerhaft Strom durch diese fließt. Durch hochfrequentes Öffnen und Schließen des Schalters wird dabei ein dauerhaft ansteigender und wiederum abfallender LED-Strom erzielt, der um einen vorgegebenen, gewünschten Mittelwert schwankt. The invention particularly relates to the control for operating LEDs by means of a switching regulator, in particular a buck converter. In a closed state of a switch, a current flows through the LED and at the same time an inductance is charged. When the switch is opened, the inductance is again discharged via the LEDs, so that current flows through them permanently. By high-frequency opening and closing the switch while a permanently increasing and again decreasing LED current is achieved, which varies by a predetermined, desired average.

Da sich durch Verzögerungen z.B. beim Öffnen des Schalters eine Verschiebung des mittleren Leuchtdiodenstroms ergeben kann, wird vorgeschlagen, die Ausschaltdauer des Schalters derart zu modifizieren, dass trotz Verzögerungen der gewünschte Mittelwert gehalten wird. Since delays, e.g. When opening the switch may result in a shift of the average light-emitting diode current, it is proposed to modify the switch-off duration of the switch such that, despite delays, the desired mean value is maintained.

Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr anhand der Figuren der begleitenden Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert werden. Further features, advantages and features of the present invention will now be explained with reference to the figures of the accompanying drawings and the detailed description of exemplary embodiments.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betriebsschaltung für Leuchtdioden gemäß einer Buck-Topologie, 1 shows a first embodiment of an operating circuit according to the invention for light-emitting diodes according to a buck topology,

2 zeigt eine hysteretische Stromregelung, 2 shows a hysteretic current control,

3 zeigt eine hysteretische Stromregelung gemäß der vorliegenden Erfindung, 3 shows a hysteretic current control according to the present invention,

4 zeigt eine hysteretische Stromregelung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem PWM-Betrieb, und 4 shows a hysteretic current control according to the present invention in a PWM mode, and

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betriebsschaltung für Leuchtdioden gemäß einer Boost-Topologie. 5 shows a further embodiment of an operating circuit according to the invention for light-emitting diodes according to a boost topology.

1 zeigt schematisch ein Betriebsgerät 1 zum geregelten Betrieb von Leuchtdioden oder LEDs 2, 3. In der dargestellten Ausführungsform sind zwei Leuchtdioden 2, 3 in Serie zwischen den Anschlusspunkten 4, 5 geschaltet. Die Leuchtdioden bilden eine Leuchtdiodenstrecke. Weiterhin können auch mehr oder weniger LEDs eingesetzt werden. Zwischen den Anschlusspunkten 4, 5 können auch Leuchtdioden in parallel geschaltet sein. Alternativ können zwischen diesen Anschlusspunkten 4, 5 auch mehrere Leuchtdioden-Reihenschaltungen in parallel vorgesehen sein. 1 schematically shows a control gear 1 for the controlled operation of light emitting diodes or LEDs 2 . 3 , In the illustrated embodiment, two light emitting diodes 2 . 3 in series between the connection points 4 . 5 connected. The light-emitting diodes form a light-emitting diode path. Furthermore, more or fewer LEDs can be used. Between the connection points 4 . 5 also LEDs can be connected in parallel. Alternatively, between these connection points 4 . 5 Also, several light-emitting diode series circuits may be provided in parallel.

Dem Betriebsgerät 1 wird eine Eingangsspannung Vin zugeführt, vorzugsweise in Form einer konstanten Gleichspannung. Alternativ kann diese Eingangsspannung Vin auch eine gleichgerichtete Wechselspannung sein. The operating device 1 An input voltage Vin is supplied, preferably in the form of a constant DC voltage. Alternatively, this input voltage Vin may also be a rectified AC voltage.

In Serie zu der Leuchtdiodenstrecke ist eine Spule L1 zur Energie-Speicherung vorgesehen. Eine Freilaufdiode D1 ist parallel zu den Leuchtdioden 2, 3 und der Spule L1 verschaltet. Die Kathode der Freilaufdiode D1 ist mit der Eingangsspannung Vin verbunden. Ein Schalter S1 ist wiederum mit der Anode der Freilaufdiode D1 verbunden. Der Schalter S1 ist vorzugsweise ein Halbleiterleistungsschalter z.B. in Form eines MOSFETs oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors. In series with the light-emitting diode path, a coil L1 is provided for energy storage. A freewheeling diode D1 is parallel to the LEDs 2 . 3 and the coil L1 connected. The cathode of the freewheeling diode D1 is connected to the input voltage Vin. A switch S1 is in turn connected to the anode of the freewheeling diode D1. The switch S1 is preferably a semiconductor power switch, for example in the form of a MOSFET or metal oxide semiconductor field effect transistor.

Die Spule L1, die Freilaufdiode D1 und der Schalter S1 bilden zusammen einen Schaltregler, der in 1 als Abwärtswandler, auch Buck-Konverter genannt, ausgestaltet ist. The coil L1, the freewheeling diode D1 and the switch S1 together form a switching regulator, which in 1 as a down converter, also called Buck converter configured.

Die Serienschaltung zwischen dem Schalter S1 und der Freilaufdiode D1 energetisiert in eingeschaltetem Zustand des Schalters S1 eine Induktivität L1 mittels des durch den Schalter S1 fließenden Stroms. Im ausgeschalteten Zustand des Schalter S1 entlädt sich die in der Spule L1 gespeicherte Energie in Form eines Stroms durch die Leuchtdiodenstrecke. The series connection between the switch S1 and the freewheeling diode D1 energizes in the switched-on state of the switch S1 an inductance L1 by means of the current flowing through the switch S1. In the switched-off state of the switch S1, the energy stored in the coil L1 discharges in the form of a current through the light-emitting diode path.

Mittels eines zwischen dem Schalter S1 und Masse geschalteten Messwiderstands RM wird im eingeschalteten Zustand des Schalter S1 der Strom durch den Schalter S1 erfasst. Dieser erfasste Strom entspricht auch dem Strom durch die Spule L1 und dem Strom durch die Leuchtdioden 2, 3. By means of a measuring resistor RM connected between the switch S1 and ground, the current through the switch S1 is detected in the switched-on state of the switch S1. This detected current also corresponds to the current through the coil L1 and the current through the LEDs 2 . 3 ,

Die den Strom durch den Schalter S1 wiedergebende Messspannung VRM wird einer Steuereinheit 6 zugeführt, die abhängig von dieser Rückkopplung den Schalter S1 ansteuert. The measuring voltage VRM reproducing the current through the switch S1 becomes a control unit 6 fed, which controls the switch S1 depending on this feedback.

Über einen Spannungsteiler R1, R2 kann die Steuereinheit 6 das Potential auf der potentialniedrigeren Seite der Leuchtdiodenstrecke erfassen. Ein weiterer Spannungsteiler R3, R4 ermöglicht die Erfassung der Eingangsspannung Vin. Die Leuchtdiodenspannung VF, d.h. die Spannung zwischen den Anschlusspunkten 4 und 5, kann die Steuereinheit 6 anhand der Differenz zwischen der über den Spannungsteiler R3, R4 erfassten Eingangsspannung Vin und der mittels des Spannungsteilers R1, R2 erfassten Spannung an der potentialniedrigeren Seite der Leuchtdiodenstrecke ermitteln. The control unit can be connected via a voltage divider R1, R2 6 detect the potential on the lower potential side of the light-emitting diode path. Another voltage divider R3, R4 allows the detection of the input voltage Vin. The LED voltage VF, ie the voltage between the connection points 4 and 5 , the control unit can 6 determine the difference between the input voltage Vin detected via the voltage divider R3, R4 and the voltage detected by means of the voltage divider R1, R2 at the lower-potential side of the light-emitting diode path.

In der Steuereinheit 6 ist ein Komparator oder Differenzverstärker K1 vorgesehen. Der Komparator K1 vergleicht die Messspannung VRM mit einem Referenzwert Vref1. Der Ausgang des Komparators K1 ist mit einer PWM(Impulsbreitenmodulation)-Einheit 7 verbunden. Der Gate-Anschluss des Schalters S1 ist mit dem Ausgang einer Gate-Treiberschaltung 8 verbunden. Über diese Gate-Treiberschaltung 8 bestimmt die Steuereinheit 6 bzw. die PWM-Einheit 7 das Schaltverhalten des Schalters S1. In the control unit 6 a comparator or differential amplifier K1 is provided. The comparator K1 compares the measurement voltage VRM with a reference value Vref1. The output of comparator K1 is a PWM (Pulse Width Modulation) unit 7 connected. The gate terminal of the switch S1 is connected to the output of a gate driver circuit 8th connected. About this gate driver circuit 8th determines the control unit 6 or the PWM unit 7 the switching behavior of the switch S1.

Die Steuereinheit 6 gibt als Stellgröße der Regelung des Leuchtdiodenstroms die Taktung des Schalter S1 beispielsweise in Form von hochfrequenten modulierten Signalen vor. Die Frequenz, mit der der Schalter S1 des Schaltreglers angesteuert wird, kann im Bereich von 10 kHZ bis zu einigen MHz liegen. The control unit 6 is as a control variable of the control of the LED current, the timing of the switch S1, for example in the form of high-frequency modulated signals. The frequency with which the switch S1 of the switching regulator is controlled, can be in the range of 10 kHZ up to a few MHz.

Zusätzlich dazu kann mit der PWM-Einheit 7 dieser höheren Frequenz eine niedrige Frequenz überlagert werden, die der Frequenz eines PWM-Pulses. In diesem Fall können die Leuchtdioden 2, 3 mit einem PWM-Puls mit niedrigerer Frequenz angesteuert werden. In addition, with the PWM unit 7 This higher frequency is superimposed on a lower frequency, that of the frequency of a PWM pulse. In this case, the light-emitting diodes 2 . 3 be driven with a lower frequency PWM pulse.

Wie in 2 gezeigt, kann die Steuereinheit 6 beispielsweise eine hysteretische Stromregelung anwenden. 2 zeigt einen Verlauf des Stroms IL durch die Spule L und durch die Leuchtdioden 2, 3 gemäß einer hysteretischen oder kontinuierlichen Stromregelung. Dieser Regelungsmodus ergibt einen zickzackförmigen Stromverlauf mit einer Welligkeit Itarget_ripple um einen zeitlichen Mittelwert Iavg. Zur Einstellung eines gewünschten zeitlichen Mittelwerts Iavg ist die Bestimmung der Zeitpunkte, zu denen der Schalter S1 geschlossen und wieder geöffnet wird, entscheidend. As in 2 shown, the control unit 6 For example, apply a hysteretic current control. 2 shows a course of the current IL through the coil L and through the LEDs 2 . 3 according to a hysteretic or continuous current regulation. This control mode results in a zigzag current waveform with a ripple Itarget_ripple around a time average Iavg. To adjustment of a desired time average Iavg, the determination of the times at which the switch S1 is closed and reopened is decisive.

Eine Ausführung der Erfindung geht von einer Steurung des Schalter S1 aus, bei der zunächst der Schalter S1 geschlossen und bei Überschreiten der oberen Schwelle wieder geöffnet wird. Der ansteigende Strom, der durch die LED fließt, wird über den Messwiderstand RM erfasst und bei Erreichen einer vorgegebenen Schwelle Itarget_max wird der Schalter S1 geöffnet. An embodiment of the invention is based on a control of the switch S1, in which initially the switch S1 is closed and opened again when the upper threshold is exceeded. The rising current flowing through the LED is detected via the measuring resistor RM and when a predetermined threshold Itarget_max is reached, the switch S1 is opened.

Die Dauer, über welche der Schalter S1 geöffnet bleiben soll, um einen gewünschten Mittelwert Iavg zu erzielen, liegt vorzugsweise nicht von vorneherein fest, sondern wird auf Basis der durch die Leuchtdioden fließenden Spannung VF ermittelt: The duration over which the switch S1 should remain open in order to achieve a desired mean value Iavg is preferably not fixed a priori, but is determined on the basis of the voltage VF flowing through the light emitting diodes:

Die Ausschaltzeitdauer toff_target hängt vom Induktanzwert L der Spule L1, von der gewünschten Welligkeit Itarget_ripple und somit vom gewünschten Mittelwert Iavg, und letztlich von der Leuchtdiodenspannung VF ab. Die Leuchtdiodenspannung VF kann, wie oben beschrieben, anhand der Spannungsteiler R1, R2 und R3, R4 ermittelt werden. The switch-off duration toff_target depends on the inductance value L of the coil L1, on the desired ripple Itarget_ripple and thus on the desired mean value Iavg, and ultimately on the light-emitting diode voltage VF. The light-emitting diode voltage VF can, as described above, be determined on the basis of the voltage divider R1, R2 and R3, R4.

Die 3 zeigt den zickzackförmigen Verlauf des Leuchtdiodenstroms. Zum Zeitpunkt des Erreichens der oberen Schwelle Itarget_max sollte der Schalter S1 ausgeschaltet werden, so dass durch Einhaltung der Ausschaltzeitdauer toff_target den gewünschten Mittelwert Iavg erreicht werden kann. The 3 shows the zigzag course of the LED current. At the time of reaching the upper threshold Itarget_max, the switch S1 should be switched off so that the desired mean value Iavg can be achieved by observing the switch-off time duration toff_target.

Zwischen dem Erreichen der oberen Schwelle Itarget_max und dem tatsächlichen Öffnen des Schalters S1 vergeht aber die in 3 gezeigte Zeit td_comp. Da sich hierdurch eine Verschiebung des mittleren Leuchtdiodenstroms Iavg ergeben würde, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Ausschaltdauer bzw. Öffnungsdauer toff_target des Schalters entsprechend zu modifizieren, um der nicht zu vermeidenden Verzögerung beim Öffnen des Schalters Rechnung zu tragen. Between the reaching of the upper threshold Itarget_max and the actual opening of the switch S1 but passes in 3 time shown td_comp. Since this would result in a shift of the average light-emitting diode current Iavg, it is proposed according to the invention to correspondingly modify the switch-off duration or opening duration toff_target of the switch, in order to take account of the unavoidable delay in opening the switch.

Das Grundprinzip besteht dabei darin, dass ausgehend von der theoretischen Ausschaltzeitdauer toff_target, bei der zum Erreichen des gewünschten zeitlichen Mittelwerts Iavg der Schalter S1 normalerweise zu öffnen wäre, das Öffnen wiederum mit einer gewissen Verzögerung erfolgt. Dementsprechend wird das beim Öffnen vorliegende Überschreiten der oberen Schwelle Ierror_off durch ein Unterschreiten der unteren Schwelle Ierror_on ausgeglichen. Es sollen beide tatsächlich erhaltenen Stromwerte zum Zeitpunkt des tatsächlichen Öffnen bzw. Schließen des Schalters derart sein, dass der sich ergebene Mittelwert dem gewünschten, vorgegebenen Sollstrom entspricht. The basic principle is that starting from the theoretical switch-off time toff_target, in which the switch S1 would normally be open in order to achieve the desired time average value Iavg, the opening takes place again with a certain delay. Accordingly, the exceeding of the upper threshold Ierror_off existing when opening is compensated by falling below the lower threshold Ierror_on. Both actually obtained current values at the time of the actual opening or closing of the switch should be such that the resulting average value corresponds to the desired preset nominal current.

Bei der Ansteuerung des Schalters S1 wird die Ausschaltzeitdauer toff_target dahingehend korrigiert, dass Verzögerungen in der Steuereinheit berücksichtigt werden, insbesondere Verzögerungen, die sich bei der Ermittelung des Erreichens der oberen Schwelle und bei der Ansteuerung des Schalters ergeben. When the switch S1 is actuated, the switch-off time toff_target is corrected in such a way that delays in the control unit are taken into account, in particular delays which result in the determination of the reaching of the upper threshold and in the triggering of the switch.

Zur berechneten theoretischen Ausschaltzeitdauer toff_target soll folgendes Korrektiv toff_correction addiert werden:

The following corrective toff_correction is to be added to the calculated theoretical switch-off time toff_target:

Der Wert td_comp ist dabei die Zeitdauer zwischen Erreichen der oberen Schwelle Itarget_max und tatsächlichem Öffnen des Schalters, td_on die Zeitdauer zwischen Erreichen der unteren Schwelle Itarget_min und tatsächlichem Schließen des Schalters, wobei Itarget_min = Itarget_max – Itarget_ripple. The value td_comp is the time between reaching the upper threshold Itarget_max and actually opening the switch, td_on the time duration between reaching the lower threshold Itarget_min and actually closing the switch, where Itarget_min = Itarget_max - Itarget_ripple.

Für die korrigierte Ausschaltzeitdauer ergibt sich dann folgenden Wert: For the corrected switch-off time then the following value results:

Durch diese Korrektur wird berücksichtigt, dass die Gate-Treiberschaltung 8, die die Ansteuerung des Schalters S1 vornimmt, auch mit einer gewissen Verzögerung td_on behaftet ist. This correction takes into account that the gate driver circuit 8th , which performs the control of the switch S1, is also td_on afflicted with a certain delay.

Es wird auch berücksichtigt, dass beim Öffnen des Schalters S1 am oberen Schwellwert das gesamte Regelungssystem bestehend aus dem Komparator K1, der PWM-Einheit 7 und der Gate-Treiberschaltung 8 zu einer gewissen Verzögerung führt. It is also considered that when opening the switch S1 at the upper threshold, the entire control system consisting of the comparator K1, the PWM unit 7 and the gate driver circuit 8th leads to a certain delay.

Beim Schließen des Schalters hingegen verursacht der Komparator K1 keine Verzögerung. Es liegt beim Schließen lediglich die Verzögerung durch die Gate-Treiberschaltung 8 vor. When closing the switch, however, the comparator K1 causes no delay. When closing, only the delay through the gate driver circuit is present 8th in front.

Nicht nur Hardware-Verzögerungen sondern auch Verzögerungen, die durch die Software insbesondere der Steuereinheit 6 verursacht werden, können kompensiert werden. Not only hardware delays but also delays caused by the software in particular the control unit 6 can be compensated.

Die Zeitdauer toff_target ist ein Faktor, der auf Basis einer Berechnung beruht, um den gewünschten Mittelwert Iavg zu erzielen. The time toff_target is a factor based on a calculation to achieve the desired mean Iavg.

Die Erfindung ist bezüglich des ersten Faktors nicht auf eine derartige berechnete und variable Ausschaltzeit beschränkt, sondern könnte auch dann zum Einsatz kommen, wenn grundsätzlich eine feste Ausschaltzeit toff_target vorgesehen ist. Die Dauer der gewünschten Öffnungszeit ist in solch einer Ausführungsform vorgegeben. Nach Ablauf dieser Öffnungszeit wird der Schalter S1 wieder geschlossen und es wird wieder erfasst, wann der ansteigende Strom die Schwelle Itarget_max erreicht. Ein gewünschter Mittelwert Iavg kann entsprechend durch Anpassung des oberen Schwellwerts Itarget_max eingestellt werden. Auch in diesem Fall ist der Korrekturfaktor toff_correction sinnvoll, um die Verzögerungen zu kompensieren. The invention is not limited to such a calculated and variable turn-off time with respect to the first factor, but could also be used when a fixed turn-off time toff_target is basically provided. The duration of the desired opening time is predetermined in such an embodiment. After expiration of this opening time, the switch S1 is closed again and it is again detected when the rising current reaches the threshold Itarget_max. A desired mean value Iavg can be adjusted accordingly by adjusting the upper threshold value Itarget_max. Also in this case the correction factor toff_correction makes sense to compensate for the delays.

Der Korrekturfaktor toff_correction, welcher die Verzögerungen berücksichtigen, und insbesondere die Verzögerungen td_comp und td_on können z.B. auf Messungen unmittelbar nach Herstellung des Betriebsgeräts beruhen, oder auf Basis früherer Erkenntnisse geschätzt werden, oder auch ausgehend von Kalibrierungsdaten ermittelt werden. The correction factor toff_correction, which takes into account the delays, and in particular the delays td_comp and td_on may be e.g. be based on measurements immediately after manufacture of the control gear, or are estimated on the basis of previous findings, or be determined on the basis of calibration data.

Der im Korrekturfaktor toff_correction verwendete Wert der Leuchtdiodenspannung VF kann gemessen werden, z.B. mit Hilfe der Spannungsteiler. Die Leuchtdiodenspannung VF kann auch mittels einer Sekundärwicklung an Drossel L1 gemessen werden, beispielsweise mittels einer Messung der Spannung über der Sekundärwicklung während des Ausschaltphase des Schalters S1. Der Wert der Eingangsspannung Vin kann ebenfalls gemessen werden. Falls der Wert der Eingangsspannung Vin nicht veränderbar sein soll, kann er auch z.B. in der Steuereinheit 6 gespeichert werden. The value of the light-emitting diode voltage VF used in the correction factor toff_correction can be measured, for example with the aid of the voltage divider. The light-emitting diode voltage VF can also be measured by means of a secondary winding to choke L1, for example by means of a measurement of the voltage across the secondary winding during the switch-off phase of the switch S1. The value of the input voltage Vin can also be measured. If the value of the input voltage Vin should not be changeable, it can also be used, for example, in the control unit 6 get saved.

Dieser hysteretischen Regelung kann natürlich bspw. eine PWM-Ansteuerung überlagert sein, so dass sich der zickzackförmige, vorzugsweise nicht auf Null abfallende Stromverlauf nur in den Einschaltzeitdauern der Impulse einstellt, und sonst der Strom Null ist. This hysteretic control can, of course, be superimposed, for example, by a PWM control, so that the zigzag-shaped, preferably non-zero, current curve is set only in the switch-on periods of the pulses, and otherwise the current is zero.

Es kann auch möglich sein, dass der Stromverlauf kurzzeitig auf Null abfällt, beispielsweise bei einem Betrieb mit geringer Last oder Helligkeit. It may also be possible for the current profile to drop to zero for a short time, for example during operation with low load or brightness.

4 zeigt schematisch den Verlauf des Stroms durch die Leuchtdioden bei solch einer PWM-Ansteuerung. In der Figur sind zwei PWM-Pulse 41, 42 gezeigt. Diese PWM-Pulse weisen eine im Vergleich zur Ein- und Ausschaltfrequenz des Schalters S1 niedrigere Frequenz auf. 4 shows schematically the course of the current through the LEDs in such a PWM drive. In the figure are two PWM pulses 41 . 42 shown. These PWM pulses have a lower frequency compared to the on and off frequency of the switch S1.

In der Zeitdauer eines PWM-Impulses findet die zuvor erläuterte Verzögerungs-Kompensation statt. Dies ist dadurch in 4 insofern sichtbar, dass auf das durch die Verzögerungen verursachte Überschreiten der oberen Schwelle Itarget_max ein derartiges Unterschreiten der unteren Schwelle Itarget_max – Itarget_ripple folgt, dass während des PWM-Impulses 41 der mittlere Wert des Leuchtdiodenstroms tatsächlich einem gewünschten Wert entspricht. In the period of a PWM pulse, the previously explained delay compensation takes place. This is characterized in 4 in that it follows that the exceeding of the upper threshold Itarget_max caused by the delays is followed by such a falling below the lower threshold Itarget_max - Itarget_ripple that during the PWM pulse 41 the average value of the LED current actually corresponds to a desired value.

In der Zeitdauer 43 zwischen den Impulsen 41, 42 sinkt der Leuchtdiodenstrom aufgrund der PWM-Ansteuerung auf Null. In dieser Zeitdauer kann vorzugsweise auf die Kompensierung der Verzögerungen verzichtet werden. In the period 43 between the pulses 41 . 42 the LED current drops to zero due to the PWM control. In this period of time can be preferably dispensed with the compensation of the delays.

Ferner ist zu berücksichtigen, dass das erfindungsgemäße Konzept nicht ausschließlich auf Buck-Konverter beschränkt ist, sondern auf alle Schaltregler mit anderen Topologien angewandt werden könnte, bei denen das Überschreiten einer oberen Schwelle erfasst und daraufhin das Ausschalten des Schalters vorgesehen ist. Furthermore, it should be noted that the inventive concept is not limited exclusively to Buck converter, but could be applied to all switching regulators with other topologies, in which detects the exceeding of an upper threshold and then switching off the switch is provided.

Das Betriebsgerät wird in Ausführungsbeispiel der 1 durch einen Buck-Konverter gebildet, kann aber auch beispielsweise durch einen Boost-Konverter, Buck-Boost-Konverter oder anderen Schaltregler gebildet werden. The operating device is in the embodiment of 1 formed by a buck converter, but can also be formed for example by a boost converter, buck-boost converter or other switching regulator.

5 zeigt eine Modifikation der Schaltung von 1 dahingehend, dass die Anordnung der Drossel L1, der Freilaufdiode D1 sowie der Orientierung der Leuchtdiodenstrecke modifiziert ist. Der Schaltregler weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Aufwärtswandler- oder Boost-Topologie auf. 5 shows a modification of the circuit of 1 in that the arrangement of the inductor L1, the freewheeling diode D1 and the orientation of the light-emitting diode path is modified. The switching regulator has an up-converter or boost topology in this embodiment.

Durch alternierendes Ansteuern des Schalters S1 durch die Steuereinheit 6 wird auf diese Weise der Leuchtdioden ein Strom zur Verfügung gestellt, über welchen diese betrieben werden. Die Zeitdauer des Ein- und Ausschaltens des Schalter S1 durch die Steuereinheit 6 kann ebenfalls variiert werden, um die Höhe des der Leuchtdioden zugeführten Stroms und damit die Leistung, bei welcher die Leuchtdioden betrieben werden, einzustellen. By alternately driving the switch S1 by the control unit 6 In this way, the LEDs are provided with a current over which they are operated. The time duration of the switching on and off of the switch S1 by the control unit 6 can also be varied to adjust the height of the light supplied to the LEDs and thus the power at which the light emitting diodes are operated.

Bei geschlossenem Schalter S1 wird die Spule L1 aufmagnetisiert und die magnetische Energie wird sich bei wiedergeöffnetem Schalter S1 über den Strompfad entladen, der in Serie die Freilaufdiode D1, die Leuchtdioden sowie einen Widerstand RM‘ aufweist. Ein Kondensator C1 ist optional parallel zu den Leuchtdioden geschaltet. When the switch S1 is closed, the coil L1 is magnetized and the magnetic energy is discharged at the reopened switch S1 via the current path, which has in series the freewheeling diode D1, the light-emitting diodes and a resistor RM '. A capacitor C1 is optionally connected in parallel with the light-emitting diodes.

Der Widerstand RM‘ ist zur Erfassung des Leuchtdiodenstroms in Serie zu den Leuchtdioden geschaltet. Hierzu kann die Steuereinheit 6 die Spannung über den Widerstand RM‘ insbesondere mit Hilfe des Spannungsteilers R3, R4 einerseits und mit Hilfe einer Messung der Eingangsspannung Vin andererseits, ermitteln. The resistor RM 'is connected to detect the LED current in series with the LEDs. For this purpose, the control unit 6 the voltage across the resistor RM 'in particular with the aid of the voltage divider R3, R4 on the one hand and by means of a measurement of the input voltage Vin on the other hand, determine.

Sobald der Leuchtdiodenstrom einen gegebenen Schwellwert erreicht, wird ähnlich wie im Ausführungsbeispiel der 1 der Schalter S1 umgeschaltet. Um den gewünschten Mittelwert des Leuchtdiodenstroms zu erzielen, wird ähnlich wie im obigen Ausführungsbeispiel eine Zeitdauer bestimmt, nach Ablauf derer der Schalter wieder umzuschalten ist. Diese gewünschte Zeitdauer ebenso durch den Korrekturfaktor geändert werden, um Verzögerungen zu kompensieren. As soon as the light-emitting diode current reaches a given threshold value, similar to the exemplary embodiment of FIG 1 switch S1 is switched. In order to achieve the desired average value of the light-emitting diode current, a time period is determined similar to the above embodiment, after which the switch is to switch again. This desired period of time can also be changed by the correction factor to compensate for delays.

Die obigen Ausführungsbeispiele basieren darauf, dass bei Überschreiten einer oberen Schwelle der Schalter für eine bestimmte theoretische Zeitdauer auszuschalten ist, bevor er wieder eingeschaltet werden kann. Die Erfindung lässt sich auch auf Fälle anwenden, bei denen umgekehrt das Erreichen bzw. Unterschreiten einer unteren Schwelle insbesondere des Leuchtdiodenstroms erfasst wird und daraufhin das Einschalten des Schalters für eine bestimmte theoretische Zeitdauer vorgesehen ist. Auch diese theoretische Zeitdauer wird erfindungsgemäß derart korrigiert, dass das Auftreten von Hardware- und Software-Verzögerungen kompensiert wird. The above embodiments are based on the fact that when an upper threshold is exceeded, the switch has to be switched off for a certain theoretical period of time before it can be switched on again. The invention can also be applied to cases in which, conversely, the reaching or falling below of a lower threshold, in particular of the light-emitting diode current, is detected and then the switch-on of the switch is provided for a certain theoretical period of time. Also, this theoretical period of time is corrected according to the invention so that the occurrence of hardware and software delays is compensated.

Claims

Method for operating at least one light-emitting diode ( 2 . 3 ) by means of a switching regulator circuit, to which an input voltage (Vin) is supplied and which is used to supply the at least one light-emitting diode ( 2 . 3 ) with an at least approximately zigzag-shaped, preferably not falling to zero current (IL) an energy store (L1) and a by a control unit ( 6 ) clocked switch (S1), wherein by switching on and off of the switch (S1), an energy in the energy store (L1) builds up and on the at least one light emitting diode ( 2 . 3 ), whereby the control unit ( 6 ) - a first switching of the switch (S1) causes as soon as the light-emitting diode current (IL) reaches a threshold value (Itarget_max), and - a subsequent, the first switching opposite switching of the switch (S1) after a period (toff) causes wherein, in order to obtain a desired time average (Iavg) of the light-emitting diode current, a first delay (td_comp) between the reaching of the threshold value (Itarget_max) by the light-emitting diode current (IL) on the one hand and the actual first switching of the switch (S1) on the other hand in determining the time duration ( Toff) is taken into account.

Method according to claim 1, wherein the first delay (td_comp) when detecting the reaching of the threshold value (Itarget_max) and / or during the activation of the switch (S1), for example by a PWM unit ( 7 ) or a gate driver circuit ( 8th ) is compensated.

Method according to Claim 1 or 2, in which, for the purpose of achieving the desired averaged light-emitting diode current (Iavg), it is also possible, for example, for a gate drive circuit ( 8th ) is taken into account when closing the switch (S1) caused second delay (td_on).

Method according to one of the preceding claims, wherein the first delay (td_comp) and / or the second delay (td_on) is measured or estimated, and preferably permanently in the control unit ( 6 ) is stored.

Method according to one of the preceding claims, wherein the first delay (td_comp) and / or the second delay (td_on) is taken into account in determining the time duration (toff) such that a shift of the average light-emitting diode current (Iavg) is counteracted.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the first switching is off and the second switching is turning on the switch (S1), or the first switching is turning on and the second switching is turning off the switch (S1).

Method according to one of the preceding claims, wherein the first switching of the switch (S1) is brought about as soon as the rising light-emitting diode current (IL) reaches an upper threshold value (Itarget_max), or as soon as the descending light-emitting diode current (IL) reaches a lower threshold value.

Method according to one of the preceding claims, wherein an exceeding or falling below the threshold value after reaching the threshold value is compensated by adjusting the time duration.

Method according to one of the preceding claims, wherein the input voltage (Vin) supplied to the switching regulator circuit in a closed state of the switch (S1) feeds a current through the at least one light-emitting diode ( 2 . 3 ) and at the same time charging the energy store (L1), and in an open state of the switch (S1), the energy stored in the energy store (L1) as current through the at least one light emitting diode ( 2 . 3 ) again.

Method for operating at least one light-emitting diode ( 2 . 3 ) by means of a switching regulator circuit, to which an input voltage (Vin) is supplied and which is used to supply the at least one light-emitting diode ( 2 . 3 ) with an at least approximately, preferably not falling to zero zigzag current (IL) an energy store (L1) and a by a control unit ( 6 ) clocked switch (S1), wherein by switching on and off of the switch (S1), an energy in the energy store (L1) builds up and on the at least one light emitting diode ( 2 . 3 ), whereby the control unit ( 6 ) - a first switching of the switch (S1) causes as soon as the light-emitting diode current (IL) reaches a threshold (Itarget_max), and - a following, the first switching opposite switching of the switch (S1) after a period (toff) causes, wherein the Achieving a desired time average (Iavg) of the light-emitting diode current is exceeded or fallen below the threshold value after reaching the threshold value (Itarget_max) by adjusting the time duration (toff) is compensated.

Integrated circuit, in particular ASIC or microcontroller or a hybrid version thereof, which is designed to implement a method according to one of the preceding claims.

Operating device for at least one light-emitting diode ( 2 . 3 ) comprising a switching regulator circuit to which an input voltage (Vin) is supplied and which is used to supply the at least one light-emitting diode ( 2 . 3 ) with a zigzag current (IL) an energy store (L1) and a by a control unit ( 6 ) Switched switch (S1), wherein by switching on and off of the switch (S1), an energy in the energy store (L1) builds up and on the at least one light emitting diode ( 2 . 3 ), whereby the control unit ( 6 ) - a first switching of the switch (S1) causes as soon as the light-emitting diode current (IL) reaches a threshold (Itarget_max), and - a subsequent, the first switching opposite switching of the switch (S1) after a period (toff) causes the Control unit ( 6 ) is configured to achieve a desired time average (Iavg) of the LED current, a first delay (td_comp) between the reaching of the threshold (Itarget_max) by the light emitting diode current (IL) on the one hand and the actual first switching of the switch (S1) on the other Determination of the duration (toff) to take into account.

Operating device for at least one light-emitting diode ( 2 . 3 ) comprising a switching regulator circuit to which an input voltage (Vin) is supplied and which is used to supply the at least one light-emitting diode ( 2 . 3 ) with a zigzag current (IL) an energy store (L1) and a by a control unit ( 6 ) clocked switch (S1), wherein by switching on and off of the switch (S1), an energy in the energy store (L1) builds up and on the at least one light emitting diode ( 2 . 3 ), whereby the control unit ( 6 ) - a first switching of the switch (S1) causes as soon as the light-emitting diode current (IL) reaches a threshold (Itarget_max), and - a subsequent, the first switching opposite switching of the switch (S1) after a period (toff) causes the Control unit ( 6 In order to achieve a desired time average (Iavg) of the light-emitting diode current, an overshoot or undershoot of the threshold value after reaching the threshold value (Itarget_max) must be compensated for by adjusting the time duration (toff).

Operating device according to claim 12 or 13, wherein the switching regulator circuit is designed as a down converter or up-converter.