DE102015003000B4

DE102015003000B4 - Fernsteuerbare Zweipol-Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015003000B4
Application number: DE102015003000.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Maiwald; Maik Hofmann; Thorsten Bluhm
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-03-07
Filing date: 2015-03-07
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2035-03-08
Also published as: DE102015003000A1

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung (5), die als Zweipol-Schaltung mit zwei elektrischen Anschlusskontakten (9, 10) zum Durchleiten eines stromstärke-geregelten Versorgungsstroms (I) ausgestaltet ist, aufweisend:- eine zwischen die Anschlusskontakte (9, 10) geschaltete Leuchtelementanordnung (11) mit zumindest einem Leuchtelement (12) zum jeweiligen Erzeugen von Licht mittels des Versorgungsstroms (I);- eine zumindest einen Schalter (24) aufweisende Schalteranordnung (22), die einen Dunkel-Schaltzustand, in welchem der Versorgungsstrom (I) an der Leuchtelementanordnung (11) vorbeigeführt ist, und wenigstens einen Leucht-Schaltzustand, in welchem jeweils zumindest ein Teil des Versorgungsstroms (I) über die Leuchtelementanordnung (11) geführt ist, aufweist;- eine zwischen die Anschlusskontakte (9, 10) geschaltete Steuerschaltung (13), welche dazu ausgelegt ist, ausschließlich über die Anschlusskontakte (9, 10) elektrisch versorgt zu werden und in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf (27) einer Stromstärke des Versorgungsstroms (I) aus dem Dunkel-Schaltzustand und dem zumindest einen Leucht-Schaltzustand einen Schaltzustand auszuwählen und den ausgewählten Schaltzustand bei der Schalteranordnung (22) einzustellen, wobei die Steuerschaltung (13) eine Energiespeichereinrichtung (25) zum Versorgen der Steuerschaltung (13) mit elektrischer Energie im Dunkel-Schaltzustand aufweist, dadurch gekennzeichnet, dassdie Steuerschaltung (13) dazu ausgelegt ist, in zumindest einer der Ein-Phasen (28) die Energiespeichereinrichtung (25) mittels der Schalteranordnung (22) nachzuladen, während die Schalteranordnung (22) in den Dunkel-Schaltzustand geschaltet ist, wobei hierzu ein Schaltungsteil (32) der Steuerschaltung (13) ausgebildet ist, die Schalteranordnung (22) anzusteuern und hierdurch einen Durchgangswiderstand der Schalteranordnung (22) zu vergrößern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, die als Zweipol-Schaltung ausgestaltet ist, also beispielsweise als Leuchtdiode mit zwei Anschlusselektroden, damit die Beleuchtungsvorrichtung über eine zwei Zweidraht-Versorgungsleitung betrieben werden kann. Von der Beleuchtungsvorrichtung können mehrere in Serie nacheinander geschaltet sein. Eine entsprechende Vorrichtung ergibt dann beispielsweise eine Lichterkette und ist ebenfalls Bestandteil der Erfindung. Schließlich gehört zu der Erfindung noch ein Verfahren zum Betreiben der Beleuchtungsvorrichtung.
Eine Beleuchtungsvorrichtung der genannten Art ist beispielsweise aus der DE 10 2009 007 498 A1 bekannt. Demnach weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Vielzahl von matrixartig angeordneten Leuchtdioden auf, die über eine Stromanschlussbuchse mit einer Spannungsquelle elektrisch verbunden werden können. Die Leuchtdioden lassen sich in ihrer Leuchthelligkeit variieren, wozu die Beleuchtungsvorrichtung eine zusätzliche Datenanschlussbuchse aufweist, über welche eine Datenleitung an die Beleuchtungsvorrichtung angeschlossen werden kann. Über die Datenleitung können Helligkeitswerte an die Beleuchtungsvorrichtung übertragen werden.
Um eine Lichterkette zu bilden oder einen Bildschirm mit einer Anzeigefläche aus Leuchtdioden, kann es nötig sein, eine Vielzahl der beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen bereitzustellen. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungsvorrichtung ist es dann nötig, nicht nur elektrische Versorgungsleitungen zum Bereitstellen der elektrischen Versorgungsspannung, sondern auch eine Datenleitung zum Steuern der einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen bereitzustellen. Dies führt zu einem unerwünscht hohen Verkabelungsaufwand.
Aus der US 2007/0139316 A1 ist ein Leuchtdioden-Modul bekannt, welches auf einem einzelnen Waver ausgebildet ist und eine Steuereinheit zum Einstellen einer Leuchtfarbe des Leuchtdioden-Moduls umfasst. Zum Steuern der Leuchtfarbe weist das Leuchtdioden-Modul zusätzlich zu einem Versorgungsanschluss noch Bus-Pins auf, über welche das Leuchtdioden-Modul adressiert und gesteuert werden kann.
Auch bei dem Leuchtdioden-Modul ist zusätzlich zu der Versorgungsleitung noch eine Verkabelung für die Bus-Kommunikation nötig.
Aus der US 2011/0210670 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bekannt.
Aus der DE 10 2013 001 194 A1 ist eine LED-Vorschaltvorrichtung bekannt, die Daten über eine Versorgungsspannung empfangen kann, die hierzu geschaltet oder reduziert wird. Die Dauer eines jeden Bits ist gleich, der Wert des Bits ergibt sich durch den Wert der Versorgungsspannung.
Aus der DE 10 2010 030 520 A1 ist bekannt, in einer Initialisierungsphase für einen Betrieb eines Leuchtmittels eines Fahrzeugs über die Art der Modulation oder deren Tastverhältnis einem Leuchtfunktionsblock des Leuchtmittels mitzuteilen, welcher Betriebsmodus in der Arbeitsleuchte geschaltet werden soll.
Aus der DE 10 2009 034 918 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Diese weist eine Vielzahl Leuchten mit einem gemeinsamen Eingang zum Empfangen eines pulsweiten-modulierten Signals auf. Zum Ein- und Ausschalten der Leuchten ist zudem eine Dekodierungseinrichtung zum Dekodieren des pulsweiten-modulierten Signals vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Verkabelungsaufwand eine Vielzahl von Leuchtelementen, z.B. Leuchtdioden, individuell steuern zu können.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäß wird eine Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, die als Zweipol-Schaltung ausgestaltet ist, das heißt zwei elektrische Anschlusskontakte aufweist. Über die beiden Anschlusskontakte kann ein stromstärke-geregelter Versorgungsstrom durchgeleitet werden. Mit anderen Worten besteht dauerhaft oder zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlusskontakten, so dass der stromstärke-geregelte Versorgungsstrom stets durch die Beleuchtungsvorrichtung hindurch geleitet wird. Außer den beiden Anschlusskontakten benötigt die Beleuchtungsvorrichtung keine weiteren Anschlusskontakte.
Zwischen die Anschlusskontakte ist eine Leuchtelementanordnung mit zumindest einem Leuchtelement zum jeweiligen Erzeugen von Licht mittels des Versorgungsstroms geschaltet. Jedes Leuchtelement kann jeweils z.B. eine Leuchtdiode (LED - Licht Emitting Diode) oder eine OLED (Organic LED) oder eine Laserdiode oder eine Glühlampe oder eine Gasentladungslampe sein. Im weiteren Text kann beispielhaft zur besseren Verständlichkeit angenommen werden, dass jedes Leuchtelement eine Leuchtdiode ist. Die Leuchtelementanordnung kann also beispielsweise eine Leuchtdiode oder beispielsweise drei Leuchtdioden mit unterschiedlichen Leuchtfarben, beispielsweise rot, grün, blau, oder vier Leuchtdioden mit unterschiedlichen Leuchtfarben, beispielsweise rot, grün, blau, weiß, aufweisen.
Des Weiteren ist eine Schalteranordnung bereitgestellt. Die Schalteranordnung weist zumindest einen Schalter auf. Jeder Schalter ist insbesondere jeweils ein Transistor, bevorzugt ein MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Jeder Schalter kann einen elektrisch leitfähigen und einen elektrisch sperrenden Zustand aufweisen. Insgesamt ergibt sich durch den zumindest einen Schalter bei der Schalteranordnung ein Dunkel-Schaltzustand, in welchem der Versorgungsstrom an der Leuchtelementanordnung vorbeigeführt ist, und wenigstens ein Leucht-Schaltzustand, in welchem jeweils zumindest ein Teil des Versorgungsstroms über die Leuchtelementanordnung geführt ist, so dass zumindest ein Leuchtelement der Leuchtelementanordnung leuchtet oder in Betrieb ist. Mehrere Leucht-Schaltzustände ergeben sich, indem in jedem Leucht-Schaltzustand eine andere Kombination der Leuchtelemente der Leuchtelementanordnung leuchtet.
Um zwischen den möglichen Schaltzuständen der Schalteranordnung umzuschalten oder zu wechseln, ist eine zwischen die Anschlusskontakte geschaltete Steuerschaltung bereitgestellt. Mit anderen Worten ist die Steuerschaltung ausschließlich über die Anschlusskontakte elektrisch versorgt. Außerdem kommuniziert die Steuerschaltung ausschließlich über die Anschlusskontakte. Die Steuerschaltung ist hierzu dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf einer Stromstärke des Versorgungsstroms aus dem Dunkel-Schaltzustand und dem zumindest einen Leucht-Schaltzustand einen dieser Zustände als Schaltzustand auszuwählen und den ausgewählten Schaltzustand bei der Schalteranordnung einzustellen. Mit anderen Worten kann durch Variieren der Stromstärke des stromstärke-geregelten Versorgungsstroms in der Beleuchtungsvorrichtung ein Umschaltvorgang ausgelöst werden. Mit anderen Worten reagiert die Steuerschaltung auf ein Umschaltsignal, das in Form einer zeitlichen Veränderung der Stromstärke des Versorgungsstroms an die Beleuchtungsvorrichtung übertragen werden kann.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Zweipol-Schaltung als Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt ist, welche über nur zwei Versorgungsleitungen, nämlich eine Hinleitung oder Plusleitung und eine Rückleitung oder Masseleitung, versorgt werden kann. Es genügt also eine Zweidraht-Versorgungsleitung. Indem die Beleuchtungsvorrichtung zum Durchleiten eines stromstärke-geregelten Versorgungsstroms ausgestaltet ist, ergibt sich zudem der Vorteil, dass mehrere Beleuchtungsvorrichtungen in Reihe oder Serie geschaltet werden können und bei jeder Beleuchtungsvorrichtung durch Einstellen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des Versorgungsstroms der Schaltzustand ausgewählt oder eingestellt werden kann. Die Beleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise als integriertes Bauteil mit zwei elektrischen Kontakten ausgestaltet sein, also beispielsweise als Leuchtdiodenbauteil mit einem einzelnen Leuchtfeld oder mehreren Leuchtfeldern unterschiedlicher Leuchtfarbe.
Die Zweipol-Schaltung ist für einen Betrieb in einer Serienschaltung ausgestaltet, indem der über den Anschlusskontakt empfangene Versorgungsstrom zu dem anderen Anschlusskontakt durchgeleitet wird. Zum Abschalten oder Ausschalten oder Dunkel-Schalten der Beleuchtungsvorrichtung, so dass diese kein Licht erzeugt, wird der Versorgungsstrom durch die Beleuchtungsvorrichtung hindurchgeleitete. Dabei wird der Versorgungsstrom an der Leuchtelementanordnung vorbeigeleitet. Es fließt also durch die Beleuchtungsvorrichtung unabhängig vom Schaltzustand der Schalteranordnung der von außen vorgegebene stromstärkegeregelte Versorgungsstrom.
Des Weiteren weist die Steuerschaltung eine Energiespeichereinrichtung zum Versorgen der Steuerschaltung mit elektrischer Energie im Dunkel-Schaltzustand auf. Beispielsweise kann ein Kondensator bereitgestellt sein, welcher über eine Diode mit den Anschlusskontakten verschaltet sein kann. Die Energiespeichereinrichtung weist den Vorteil auf, dass die Anschlusskontakte im Dunkel-Schaltzustand kurzgeschlossen werden können und dennoch in der Steuerschaltung ein Schaltzustand oder Konfigurationszustand gespeichert werden kann. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Beleuchtungsvorrichtung im Betrieb umkonfiguriert werden.
Die Erfindung sieht hierzu zudem vor, dass die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, in zumindest einer der Ein-Phasen die Energiespeichereinrichtung mittels der Schalteranordnung nachzuladen, während die Schalteranordnung in den Dunkel-Zustand geschaltet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Energiespeichereinrichtung unabhängig von einer Dauer des Dunkel-Schaltzustands stets ausreichend Energie für den Betrieb der Steuerschaltung bereitstellen kann.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist Weiterbildungen auf, durch welche sich zusätzliche Vorteile ergeben.
In einer Weiterbildung sind im Dunkel-Schaltzustand, wenn bei der Leuchtelementanordnung kein Leuchtelement leuchtet, die Anschlusskontakte über die Schalteranordnung kurz geschlossen. Mit anderen Worten wird der Versorgungsstrom zwischen den Anschlusskontakten mittels der Schalteranordnung direkt durchgeleitet, beispielsweise zu einer nachgeschalteten Beleuchtungsvorrichtung. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass im Dunkel-Schaltzustand die Beleuchtungsvorrichtung besonders wenig Verlustleistung umsetzt. Bei der Schalteranordnung ist hierbei bevorzugt der Widerstand des zumindest einen Schalters im elektrisch leitfähigen Zustand derart gering, dass ein durch den Versorgungsstrom verursachter Spannungsabfall über dem zumindest einen Schalter kleiner ist als eine Glimmspannung des zumindest einen Leuchtelement der Leuchtelementanordnung ist.
In einer Weiterbildung ist die Leuchtelementanordnung dazu ausgelegt, mittels eines pulsweitenmodulierten Versorgungsstroms betrieben zu werden. Die Pulsweitenmodulation weist hierbei in an sich bekannter Weise einander abwechselnde Ein-Phasen und Aus-Phasen auf, das heißt mittels des Versorgungsstroms wird nur in der jeweiligen Ein-Phase elektrische Energie zu der Beleuchtungsvorrichtung hin übertragen. Die Steuerschaltung ist hierbei dazu ausgelegt, bei dem pulsweitenmodulierten Versorgungsstrom eine jeweilige zeitliche Dauer der Ein-Phasen zu ermitteln. Mit anderen Worten wird ermittelt, wie lange der jeweilige Einschalt-Puls dauert. Durch die Steuerschaltung wird in Abhängigkeit von einer jeweiligen ermittelten Dauer der jeweiligen Ein-Phase jeweils zumindest ein Teil einer Nachricht dekodiert, die mittels des Versorgungsstroms übertragen wird. Von der Nachricht wird jeweils ein Bit oder werden mehrere Bits dekodiert oder ermittelt oder entschlüsselt. Bevorzugt ist die Steuerschaltung hierzu als analoge Schaltung und/oder als Schaltung aus Logikbausteinen, beispielsweise Transistoren und/oder Flipflops, ausgestaltet. Insbesondere ist die Steuerschaltung ohne Mikrocontroller ausgelegt und insbesondere ohne Analog-Digital-Wandler. Die Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass mittels einer Bit-basierten Nachricht oder digitalen Nachricht die Beleuchtungsvorrichtung beispielsweise adressiert werden kann und hierdurch über den Versorgungsstrom Nachrichten für unterschiedliche Beleuchtungsvorrichtungen, die als Serienschaltung mit demselben Versorgungsstrom betrieben werden, angesprochen oder unabhängig voneinander gesteuert werden können. Der Verzicht auf einen Mikrocontroller weist den Vorteil auf, dass die Steuerschaltung sehr schnell arbeitet, d.h. Unterschiede in der zeitlichen Dauer der Ein-Phase sehr gering sein können, um zwischen unterschiedlichen Bits oder Bitgruppen zu unterscheiden.
Zum Messen der jeweiligen Dauer der Ein-Phase weist die Steuerschaltung bevorzugt einen periodisch getakteten Zähler auf, der beispielsweise mittels einer Oszillatorschaltung, beispielsweise einem astabilen Multivibrator, getaktet sein kann. Der Zähler wird also beispielsweise durch eine Oszillatoreinrichtung oder Oszilliereinrichtung, insbesondere auf Silicium-Basis oder Transistor-Basis, in vorgegebenen Zeitabständen hochgezählt oder inkrementiert. Der Zählerwert korreliert dann mit der Dauer der Ein-Phase. Indem der Zähler am Ende der jeweiligen Ein-Phase durch einen Schrittdauerwert geteilt wird, kann er zusätzlich ermitteln, das Wievielfache einer Schrittdauer die Ein-Phase gedauert hat. So kann unabhängig von einer Genauigkeit der Oszillatoreinrichtung des getakteten Zählers ermittelt werden, welches Bit oder welche Bitkombination für die Nachricht in der Ein-Phase übertragen worden ist. Ein periodisch getakteter Zähler mit Oszillatorschaltung weist den Vorteil auf, dass er quarzfrei ist und daher eine besonders geringe Drift aufweist, da eben auf einen Schwingquarz verzichtet werden kann.
In einer Weiterbildung weist die Leuchtelementanordnung mehrere Leuchtelemente auf, von denen jedes eine andere Leuchtfarbe aufweist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels der Beleuchtungsvorrichtung Licht mit einer Mischfarbe aus den Leuchtfarben der Leuchtelemente erzeugt werden kann. Insbesondere weist die Beleuchtungsvorrichtung bei dieser Ausführungsform drei Leuchtelemente oder vier Leuchtelemente auf. Mittels dreier Leuchtelemente kann eine RGB-Mischfarbe (RGB - rot, grün, blau) erzeugt werden. Mittels vierer Leuchtelemente kann eine RGBW-Mischfarbe (RGBW - rot, grün, blau, weiß) erzeugt werden. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass die Mischfarbe bei der Beleuchtungsvorrichtung über den zeitlichen Verlauf der Stromstärke des Versorgungsstroms ausgewählt oder eingestellt werden kann. Es ist somit keine zusätzliche Steuerleitung zum Auswählen der Mischfarbe nötig.
In einer Weiterbildung ist in jedem Leucht-Schaltzustand jeweils nur ein Leuchtelement aktiv. Mit anderen Worten ist auch für den Fall, dass mehrere Leuchtelemente in der Leuchtelementanordnung bereitgestellt sind, jeweils nur eine davon aktiv oder Licht-erzeugend. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine besonders große Anzahl an Beleuchtungsvorrichtungen in Serie geschaltet werden können, ohne dass hierdurch der Spannungsabfall über dieser Serienschaltung größer als ein vorbestimmter Höchstspannungswert wird, da sichergestellt ist, dass über jeder Beleuchtungsvorrichtung nur die Betriebs-spannung für ein einzelnes Leuchtelement abfällt.
In der beschriebenen Weise gehört zu der Erfindung somit auch eine Vorrichtung zum Erzeugen von Licht, die mehrere Beleuchtungsvorrichtungen der beschriebenen Art aufweist, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen zu einer Serienschaltung verschaltet sind und ein Anschlusskontakt der ersten Beleuchtungsvorrichtung und ein Anschlusskontakt der letzten Beleuchtungsvorrichtung in der Serienschaltung zum Empfangen eines Versorgungsstroms mit einer Stromquelleneinrichtungen elektrisch verbunden sind. Die Stromquellenanordnung ist zum Erzeugen des stromstärke-geregelten Versorgungsstroms ausgelegt. Die Stromquelleneinrichtung kann hierzu in an sich aus dem Stand der Technik bekannter Weise ausgestaltet sein. Zu der Stromquelleneinrichtung gehört zusätzlich eine Lichtsteuerschaltung oder Lichtsteuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einzustellenden Schaltzuständen, die für jede der Beleuchtungsvorrichtungen vorgegeben sind, jeweils einen zeitlichen Verlauf der Stromstärke des Versorgungsstroms bei der Stromquelleneinrichtung einzustellen. Mit anderen Worten wird der zeitliche Verlauf der Stromstärke durch die Lichtsteuereinrichtung derart eingestellt, dass nacheinander gezielt bei den einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen der für sie vorgegebene Schaltzustand eingestellt wird. Beispielsweise kann zum Erzeugen eines Lauflichts durch die Lichtsteuereinrichtung ausgehend von einem Dunkel-Schaltzustand bei jeder Beleuchtungsvorrichtung zunächst die erste der Beleuchtungsvorrichtungen in der Serienschaltung in einen Leucht-Schaltzustand gesteuert werden und hierzu entsprechend der zeitliche Verlauf der Stromstärke des Versorgungsstroms variiert werden. Danach kann die zweite Beleuchtungsvorrichtung in der Serienschaltung in einen Leucht-Schaltzustand gesteuert werden. Die Lichtsteuereinrichtung kann beispielsweise einen Mikrocontroller umfassen. Wie der Stromstärkeverlauf eingestellt werden muss, hängt dann jeweils von der Bauweise der Beleuchtungsvorrichtung ab.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise als Lichterkette ausgestaltet sein oder als Lauflicht oder als Pixelmatrix, wobei jedes Pixel jeweils durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren Leuchtelemente gebildet sein kann. Die Vorrichtung kann auch beispielsweise als sogenannter Matrix-Beam-Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug ausgestaltet sein. Ein solcher Scheinwerfer weist eine Reihe oder eine Matrix aus Beleuchtungsvorrichtungen auf, deren Leuchtelementanordnung durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs gesteuert wird, um einen Leuchtkegel oder Lichtkegel des Scheinwerfers einzustellen. Durch das Steuergerät können die Stromquelleneinrichtung und die Lichtsteuereinrichtung bereitgestellt sein. Die Vorrichtung kann auch als Blinker oder Fahrtrichtungsanzeiger für ein Kraftfahrzeug ausgestaltet sein, welcher eine Reihe oder Zeile aus den mehreren Beleuchtungsvorrichtungen aufweist, die als Lauflicht oder Lichtband periodisch eingeschaltet und wieder ausgeschaltet wird. Die Vorrichtung kann auch als Innenraumbeleuchtung oder Ambientebeleuchtung für einen Fahrzeuginnenraum ausgestaltet sein. Beispielsweise können Leuchtbänder einzelne Geräte oder Fahrzeugkomponenten umgeben. Ein solches Leuchtband kann aus einer Serienschaltung von Beleuchtungsvorrichtungen bereitgestellt sein. Bei der Serienschaltung können dann die einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen gezielt gemäß den vorgegebenen Schaltzuständen geschaltet werden. Die Vorrichtung kann auch als Hausbeleuchtung oder Leuchtwerbung oder Laufschrift ausgestaltet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierbei den Vorteil auf, dass lediglich eine Zweidraht-Versorgungsleitung oder zweiadrige Versorgungsleitung, also nur zwei Versorgungsleitungen, für den Betrieb der gesamten Serienschaltung aus Beleuchtungsvorrichtungen nötig ist und damit der Verschaltungsaufwand besonders gering ist. Die Stromquelleneinrichtung und die Lichtsteuereinrichtung einerseits und die Serienschaltung andererseits sind insbesondere ausschließlich über eine Zweidraht-Verbindungsleitung elektrisch miteinander verbunden.
Zu der Erfindung gehört schließlich auch ein Verfahren zum Betreiben der beschriebenen Vorrichtung, welche die Serienschaltung aus Beleuchtungsvorrichtungen aufweist. Für jede der Beleuchtungsvorrichtungen wird jeweils ein Schaltzustand der Schalteranordnung vorgegeben. Es erfolgt das Einstellen eines zeitlichen Verlaufs einer Stromstärke des Versorgungsstroms der Stromquelleneinrichtung der Vorrichtung durch die Lichtsteuereinrichtung. Durch jede der Beleuchtungsvorrichtungen werden jeweils folgende Verfahrenschritte durchgeführt. Jede Beleuchtungsvorrichtung leitet permanent oder dauerhaft den Versorgungsstrom zwischen ihren Anschlusskontakten durch, so dass es zu keiner Unterbrechung des Versorgungsstromes kommt, unabhängig davon, welchen Schaltzustand die Schalteranordnung der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung aufweist. Jede Beleuchtungsvorrichtung überprüft dabei mittels ihrer Steuerschaltung, ob durch den zeitlichen Verlauf der Stromstärke des Versorgungsstroms ein Schaltzustand für ihre eigene Schalteranordnung vorgegeben wird. Falls der Schaltzustand für die Schalteranordnung vorgegeben wird, wird bei der Schalteranordnung der vorgegebene Schaltzustand eingestellt. Mit anderen Worten wird mittels der Stromquelleneinrichtung der Versorgungsstrom in die Versorgungsleitungen eingeprägt und hierbei durch die einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen der Serienschaltung überwacht, ob für sie jeweils eine Nachricht vorliegt, das heißt ein Schaltzustand vorgegeben wird. Das Übertragen der Nachricht erfolgt in der beschriebenen Weise durch Einstellen des zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des Versorgungsstroms, beispielsweise durch Variieren der Dauer der Ein-Phasen eines pulsweitenmodulierten Versorgungsstroms. Jede Beleuchtungsvorrichtung reagiert dann auf die für sie übertragene Nachricht, indem sie den entsprechenden Schaltzustand bei ihrer Schalteranordnung einstellt. So kann mit nur zwei Versorgungsleitungen, nämlich einer Hinleitung und einer Rückleitung für den Versorgungsstrom, eine Serienschaltung aus mehreren Beleuchtungsvorrichtungen betrieben und bei jeder Beleuchtungsvorrichtung ein Schaltzustand eingestellt werden.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Serienschaltung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren Beleuchtungsvorrichtungen,
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, wie sie in der Vorrichtung gemäß 1 bereitgestellt sein kann,
3 eine schematische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung von 2 mit mehr Details,
4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Anzeigen eines Bargraphen oder zum Erzeugen eines Lauflichtes,
7 eine schematische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung von 2 mit den zum Betreiben der Beleuchtungsvorrichtung nötigen Komponenten,
8 eine schematische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung von 2, wobei die Komponenten zum Steuern der Beleuchtungsvorrichtung veranschaulicht sind,
9 ein Diagramm mit einem schematisierten zeitlichen Verlauf einer Stromstärke eines Versorgungsstroms,
10 eine schematische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung von 2, wobei Komponenten zum Versorgen der Beleuchtungsvorrichtung in einem Dunkel-Schaltzustand dargestellt sind,
11 ein Diagramm mit einem schematisierten Verlauf einer internen Versorgungsspannung der Beleuchtungsvorrichtung von 2,
12 ein Diagramm mit schematisierten Verläufen von Signalen in der Beleuchtungsvorrichtung von 2,
13 eine schematische Darstellung eines getakteten Zählers der Beleuchtungsvorrichtung von 2,
14 ein Diagramm mit einem schematisierten Verlauf einer Synchronisations-Ein-Phase der Stromstärke des Versorgungsstroms,
15 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die beispielsweise zum Bereitstellen eines Farbbildschirms ausgestaltet sein kann,
16 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Kommunikationsprotokolls zum Steuern mehrerer Beleuchtungsvorrichtungen einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
17 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Erzeugung einer Mischfarbe bei einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung, die eine Leuchtdiodenanordnung mit drei Leuchtdioden unterschiedlicher Leuchtfarbe aufweist.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Vorrichtung 1, die an eine elektrische Energiequelle 2 angeschlossen sein kann. Die Vorrichtung 1 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Personenkraftwagen, eingebaut sein. Die Energiequelle 2 kann dann ein elektrisches Bordnetz oder eine Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs sein. Die Vorrichtung 1 kann ein Steuergerät 3 und eine Serienschaltung 4 aus mehreren Beleuchtungsvorrichtungen 5 aufweisen. Das Steuergerät 3 und die Serienschaltung 4 können über eine Zweidraht-Versorgungsleitung 6 miteinander elektrisch verbunden sein. Die Zweidraht-Versorgungsleitung 6 kann eine Hinleitung 7 und eine Rückleitung 8 umfassen. Für den Betrieb der Vorrichtung 1 ist es nicht nötig, das Steuergerät 3 und die Serienschaltung 4 mit weiteren Leitungen oder Drähten zu verbinden. Jede Beleuchtungsvorrichtung 5 kann als Zweipol-Schaltung mit einem ersten Anschlusskontakt 9 und einem zweiten Anschlusskontakt 10 ausgestaltet sein. Über die Anschlusskontakte 9, 10 können die Beleuchtungsvorrichtungen 5 zu der Serienschaltung 4 verschaltet sein.
Jede Beleuchtungsvorrichtung 5 kann eine Leuchtelementanordnung aufweisen, die in dem Bespiel als Leuchtdiodenanordnung 11 mit einer Leuchtdiode 12 oder mehreren Leuchtdioden als jeweiliges Leuchtelement beispielhaft ausgestaltet ist. Als jeweiliges Leuchtelement kann aber auch eine der bereits beschriebenen Leuchtmitteltechnologien (z.B. Glühlampe) bereitgestellt sein. Des Weiteren kann jede Beleuchtungsvorrichtung 5 eine Laststeuerschaltung 13 aufweisen, welche beispielsweise bezüglich der Anschlusskontakte 9, 10 parallel zur Leuchtdiodenanordnung 11 geschaltet sein kann, wie dies in 1 veranschaulicht ist.
Mittels der Leuchtdiodenanordnungen 11 der Beleuchtungsvorrichtungen 5 kann beispielsweise eine Leuchtdioden-Matrix für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs realisiert sein. Die Leuchtdiodenanordnungen 11 können auch beispielsweise in einer Reihe angeordnet sein und als Fahrtrichtungsanzeiger ausgestaltet sein. Hierbei kann beispielsweise ein Lauflicht zur Veranschaulichung der geplanten Fahrtrichtung oder ein sich periodisch verlängerndes und dann erlöschendes Lichtfeld als animierter Fahrtrichtungsanzeiger oder Blinker ausgestaltet sein. Die Leuchtdiodenanordnungen 11 können auch beispielsweise für eine Ambientebeleuchtung in einem Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt sein. Beispielsweise können sie einen leuchtenden Rand oder Rahmen für beispielsweise ein Schiebedach oder eine Fahrzeugtür oder ein Handschuhfach oder einzelne Armaturen eines Armaturenbretts bilden. Die Leuchtdiodenanordnungen 11 können auch beispielsweise für eine Hausbeleuchtung oder eine Werbebeleuchtung oder einen Farbbildschirm oder eine Laufschrift bereitgestellt sein. Beispielsweise kann jede Leuchtdiodenanordnung 11 in einem Farb-Bildschirm ein Pixel des Bildschirms bilden.
Das Steuergerät 3 kann eine Stromquelleneinrichtung 14 und eine Lichtsteuereinrichtung oder Lichtsteuerschaltung 15 aufweisen. Die Stromquelleneinrichtung 14 kann in die Versorgungsleitung 6 einen Versorgungsstrom I einprägen. Die Stromquelleneinrichtung 14 kann hierbei eine Stromstärke des Versorgungsstroms I in Abhängigkeit von einem Modulationssignal M regeln. Es kann eine Stromquelleneinrichtung aus dem Stand der Technik bereitgestellt sein. Die Darstellung der Stromquelleneinrichtungen 14 in 1 ist nur symbolisch.
Das Modulationssignal M kann durch die Lichtsteuerschaltung 15 erzeugt werden. Die Lichtsteuerschaltung 15 kann mittels des Modulationssignals M beispielsweise für die Stromstärke des Versorgungsstroms I eine Pulsweitenmodulation erzeugen. Hierzu kann die Lichtsteuerschaltung 15 einen Modulator 16 (MOD) und eine Endstufe 17 in an sich bekannter Weise aufweisen. Mittels des Modulationssignals M kann die Lichtsteuerschaltung 15 beispielsweise einen Halbleiter-Leistungsschalter 18 der Stromquelleneinrichtung 15 steuern und hierdurch einem Strom einer steuerbaren Konstantstromquelle 19 der Stromquelleneinrichtung 14 gemäß dem Modulationssignal M ein Modulationsmuster oder einem zeitlichen Verlauf einer Modulation, beispielsweise einer Pulsweitenmodulation, aufprägen oder einprägen oder ihn damit beaufschlagen. Die Lichtsteuerschaltung 15 kann des Weiteren eine Prozessoreinrichtung 20 aufweisen. Die Prozessoreinrichtung 20 kann programmgesteuert sein, beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers; oder fest verdrahtet, z.B. als ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder als Schaltung; oder in Form einer programmierbaren Logik.
Durch die Prozessoreinrichtung 20 können im Folgenden erläuterte Verfahrensschritte oder Steuerschritte ausgeführt oder realisiert werden. Des Weiteren kann die Lichtsteuerschaltung 15 eine Spannungsüberwachungseinrichtung 21 aufweisen, welche beispielsweise auf der Grundlage eines Analog-Digital-Wandlers (A/D) realisiert sein kann. Mittels der Spannungsüberwachungseinrichtung 21 kann beispielsweise durch die Prozessoreinrichtung 20 eine zwischen den Leitungen 7, 8 anliegende elektrische Spannung U erfasst werden. Hierdurch kann eine Reaktion der Serienschaltung 4 auf ein durch das Modulationssignal M erzeugtes Modulationsmuster oder auf einen zeitlichen Verlauf der Stromstärke des Versorgungsstroms I durch die Lichtsteuerschaltung 15 erfasst oder überwacht werden.
Das Steuergerät 3 kann an der Serienschaltung 4 angebaut sein oder von dieser beabstandet angeordnet sein. Durch das Steuergerät 3 kann beispielsweise mittels der Prozessoreinrichtung 20 ein moduliertes PWM-Signal (PWM - Pulsweitenmodulation), das heißt das Modulationssignal M, erzeugt werden, welches einen Konstantstrom auf die Serienschaltung 4 taktet. Beispielsweise kann eine Pulsweitenmodulation mit einer Zyklusfrequenz von 500 Hertz vorgesehen sein. Über einen schnellen A/D-Wandler kann die Reaktion der Serienschaltung zu Diagnosezwecken zurückgemessen werden. Die Verbindung besteht nur aus der zweipoligen Zuleitung. Auch die einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen 5 sind nur zweipolig in Reihe geschaltet.
Bei der Vorrichtung 1 ist es ermöglicht, sämtliche Beleuchtungsvorrichtungen 11 über die Zweidraht-Versorgungsleitung 6 ohne weitere Steuerleitung und ohne eine Versorgungsspannung für die Laststeuerschaltungen 13 zu betreiben. Zugleich ist es ermöglicht, mittels der Lichtsteuerschaltung 15 jede der Beleuchtungsvorrichtungen 5 individuell zu steuern. Jede Beleuchtungsvorrichtung 5 ist also ein Bauelement in der Form und im Grundprinzip eines Zweipol-Bauelements oder einer Zweipol-Schaltung, aber mit vollständiger Steuerbarkeit. Eine Leuchtdiodenanordnung 11 mit mehreren Leuchtdioden kann beispielsweise drei Leuchtdioden mit den Leuchtfarben rot, grün, blau für eine optische Lichtmischung genutzt werden, wobei nur weiterhin die Zweipol-Schaltung der Beleuchtungsvorrichtung 5 nötig ist, um das gesamte sichtbare Farbspektrum darstellen zu können. Mehrere dieser Vollfarb-Beleuchtungsvorrichtungen können wiederum als Serienschaltung 4 in Reihe geschaltet sein und jeweils alle Eigenschaften und Vorteile der einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen 5 aufweisen.
Im Folgenden ist beschrieben, wie die Beleuchtungsvorrichtung 5 als Zweipol-Schaltung realisiert werden kann und eine Steuerung über den zeitlichen Verlauf der Stromstärke des Versorgungsstroms I ermöglicht ist. Hierzu wird im Folgenden auf 2 und 3 verwiesen.
2 und 3 zeigen jeweils eine einzelne Beleuchtungsvorrichtung 5. Parallel zur Leuchtdiodenanordnung 11 kann die Laststeuerschaltung 13 geschaltet sein. Die Laststeuerschaltung 13 kann auf demselben Träger wie die Leuchtdiodenanordnung 11 bereitgestellt sein, also auf demselben Substrat. Die Laststeuerschaltung 13 kann auch auf einer separaten Platine bereitgestellt sein. Sie kann in einem gemeinsamen Gehäuse mit der Leuchtdiodenanordnung 11 oder außerhalb des Gehäuses für die Leuchtdiodenanordnung 11 bereitgestellt sein.
In 3 ist veranschaulicht, wie die Beleuchtungsvorrichtung 5 für einen Betrieb mittels des stromstärke-geregelten Versorgungsstroms I realisiert werden kann. Für den Fall, dass die Leuchtdiodenanordnung 11 aktiv sein soll oder betrieben werden soll, kann der Versorgungsstrom I zumindest teilweise über die Leuchtdiodenanordnung 11 geführt sein. Für den Fall, dass die Leuchtdiodenanordnung 11 dunkel sein soll oder inaktiv oder außer Betrieb, darf der Versorgungsstrom I nicht unterbrochen werden, da dies in der Serienschaltung 4 dazu führen würde, dass sämtliche Beleuchtungsvorrichtungen 5 nicht mehr mit dem Versorgungsstrom I versorgt sind. Des Weiteren würde die Stromstärkeregelung der Stromquelleneinrichtung 14 die elektrische Spannung U auf einem unerwünscht großen Wert regeln.
Die Beleuchtungsvorrichtung 5 kann hierzu beispielsweise in der Laststeuerschaltung eine Schalteranordnung 22 und eine Steuerschaltung 23 aufweisen. Die Schalteranordnung 22 kann beispielsweise einen Schalter 24 aufweisen, der beispielsweise als Transistor, bevorzugt als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOS-Feldeffekttransistor (MOS - metal-oxide-semiconductor) ausgestaltet sein kann. Indem die Schalteranordnung 22 in einem elektrisch leitenden Zustand geschaltet wird oder geschlossen wird, können die Anschlusskontakte 9, 10 kurzgeschlossen werden und hierdurch der Versorgungsstrom I an der Leuchtdiodenanordnung 11 vorbeigeführt werden. In diesem Dunkel-Schaltzustand kann die Steuerschaltung 23 durch eine Energiespeichereinrichtung 25, beispielsweise einen Kondensator, mit elektrischer Energie versorgt werden. Mittels einer Rückflusssperre 26, beispielsweise einer Diode, kann eine Entladung der Energiespeichereinrichtung 25 über die durchleitende oder elektrisch leitfähige Schalteranordnung 22 vermieden werden. Indem bei der Schalteranordnung 22 der Schalter 24, welcher die Anschlusskontakte 9, 10 verbindet, in einen sperrenden oder elektrisch isolierenden Zustand oder geöffneten Zustand geschaltet wird, wird ein Leucht-Schaltzustand bei der Schalteranordnung 22 eingestellt. Im Leucht-Schaltzustand erzeugt die Leuchtdiodenanordnung 11 Licht.
Bei der Beleuchtungsvorrichtung 5 kann zwischen dem Dunkel-Schaltzustand und dem Leucht-Schaltzustand oder den mehreren Leucht-Schaltzuständen durch die Lichtsteuerschaltung 15 umgeschaltet werden. Hierzu steuert die Lichtsteuerschaltung 15 mit dem Modulationssignal M den zeitlichen Verlauf der Stromstärke des Versorgungsstroms I. Zur Veranschaulichung ist in 3 über der Zeit t ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf 27 der Stromstärke | l | des Versorgungsstroms I dargestellt. Mittels des Modulationssignals M kann durch die Lichtsteuerschaltung 15 zwischen einer Ein-Phase 28, in welcher die Stromstärke eine Versorgungsstromstärke I0 aufweisen kann und aus einer Aus-Phase 29, in welcher der Versorgungsstrom I abgeschaltet ist, abwechselnd umschalten oder wechseln. Durch die Steuerschaltung 23 kann beispielsweise die zeitliche Dauer T einer Ein-Phase 28 ermittelt werden. In Abhängigkeit von der ermittelten Dauer T kann durch die Steuerschaltung 23 der Dunkel-Schaltzustand oder der Leucht-Schaltzustand ausgewählt werden und der ausgewählte Schaltzustand bei der Schalteranordnung 22 eingestellt werden. Somit kann die Lichtsteuerschaltung 15 durch Einstellen der Dauer T die Steuerschaltung 23 steuern.
In 4 und 5 ist jeweils eine Beleuchtungsvorrichtung 5 dargestellt, bei welcher die Leuchtdiodenanordnung 11 mehrere Leuchtdioden 12, beispielsweise drei Leuchtdioden mit unterschiedlichen Leuchtfarben oder vier Leuchtdioden mit unterschiedlichen Leuchtfarben, aufweisen kann. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Leuchtdioden 12 in der Leuchtdiodenanordnung 11 bezüglich der Anschlusskontakte 9, 10 in Reihe geschaltet sind. Jede Leuchtdiode 12 kann individuell über einen Schalter 24 der Schalteranordnung 22 überbrückt werden und mittels des Versorgungsstroms I versorgt werden. In 4 ist die Versorgung der Steuerschaltung 13 nicht dargestellt.
In 5 ist eine Ausführungsform veranschaulicht, bei welcher in der Leuchtdiodenanordnung 11 die Leuchtdioden 12 parallel bezüglich der Anschlusskontakte 9, 10 verschaltet sind. Die Schalteranordnung 22 kann hierbei zur Überbrückung der Leuchtdiodenanordnung 11 einen Überbrückungsschalter 24' aufweisen.
Bei den Beleuchtungsvorrichtungen 5 gemäß 4 und 5 kann vorgesehen sein, dass jeweils nur eine Leuchtdiode 12 zur Zeit betrieben wird oder leuchtet, wenn ein Leucht-Schaltzustand der Schalteranordnung 22 eingenommen ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass zwischen den Anschlusskontakten 9, 10 ein Betrag der elektrischen Spannung kleiner als ein vorbestimmter Höchstwert ist.
In 6 ist veranschaulicht, wie mittels einer Serienschaltung 4 aus fünf Beleuchtungsvorrichtungen 5 ein leuchtanimierter Leuchtbalken oder Lichtbalken 30 erzeugt werden kann, indem nacheinander gemäß der in 6 veranschaulichten Reihenfolge 1, 2, 3, 4, 5 die einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen 5 von einem Dunkel-Schaltzustand in einen Leucht-Schaltzustand geschaltet werden. Hierbei kann für jede Beleuchtungsvorrichtung 5 der Serienschaltung 4 ein individueller oder spezifischer Schaltbefehl durch die Lichtsteuerschaltung 15 generiert oder ausgesendet werden. Dies ist im Zusammenhang mit 16 genauer beschrieben. In 6 ist von den Beleuchtungsvorrichtungen 5 jeweils nur die Leuchtdiode der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung gezeigt.
7 zeigt eine Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung 5, die besonders verbrauchsarm ausgestaltet ist. Die Steuerschaltung 13 kann hierzu in einen permanent oder dauernd betriebenen Schaltungsteil 31 und einen nur während der Ein-Phasen 28 des pulsweitenmodulierten Versorgungsstroms I betriebenen Schaltungsteil 32 aufgeteilt sein. Eine Stromaufnahme des Schaltungsteils 31 kann kleiner als 0,1 Mikroampere sein. Die Stromaufnahme des Schaltungsteils 32 kann kleiner als 10 Mikroampere sein.
Hierzu kann der Schaltungsteil 31 zum Einstellen des Schaltzustands der Schalteranordnung 22 eine Steuerlogik 33 aufweisen, die beispielsweise auf der Grundlage eines Flipflops FF realisiert sein kann. Die Beleuchtungsvorrichtung 5 kann dazu ausgelegt sein, eine für einen menschlichen Betrachter wahrnehmbare Leuchthelligkeit der Leuchtdiodenanordnung 11 beispielsweise in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf 27 der Stromstärke des Versorgungsstroms I einzustellen. Zum Speichern eines aktuellen Helligkeitswerts kann beispielsweise ein Speicherelement 34 bereitgestellt sein, das beispielsweise auf einem flüchtigen Speicher basieren kann, beispielsweise einem RAM (RAM - random access memory). Ein Schalter 24 der Schalteranordnung 22 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Sense-FET (FET - Feldeffekttransistor) mit einem sogenannten Sense-Widerstand realisiert sein. Hierdurch kann eine erste Detektorschaltung 35 zum Detektieren eines Beginns einer Ein-Phase 28 des Versorgungsstroms I bereitgestellt sein. Die Detektorschaltung 35 kann beispielsweise auf einem Transistor basieren.
Mittels der Detektorschaltung 35 kann ein Aufwecksignal WAKE generiert werden, durch welches ein Trennschalter 36, beispielsweise ein Transistor, während der Ein-Phasen 28 in einen elektrisch leitfähigen Zustand geschaltet sein kann, so dass der Schaltungsteil 32 aktiviert oder eingeschaltet ist. Während der Aus-Phasen 29 kann der Trennschalter 36 in einem elektrisch sperrenden Zustand oder geöffnet sein. Eine zweite Detektorschaltung 37, mittels welcher ebenfalls das Aufwecksignal WAKE erzeugt werden kann, kann beispielsweise auf der Grundlage der Rückflusssperre 26 ebenfalls dazu ausgelegt sein, mittels des Aufwecksignals WAKE die Ein-Phasen 28 zu signalisieren.
In 7 sind des Weiteren zur besseren Verständlichkeit die unterschiedlichen elektrischen Spannungen veranschaulicht. Zwischen den Anschlusskontakten 9, 10 fällt die Kontaktspannung Va ab. Durch die Energiespeichereinrichtung 25 kann die Versorgungsspannung Vdd bereitgestellt sein. Im Schaltungsteil 32 kann die Spannung Vs vorliegen.
Im Schaltungsteil 32 kann beispielsweise ein nicht-flüchtiger Speicher 38, beispielsweise ein Flash-Speicher, bereitgestellt sein. In dem Speicher 38 kann beispielsweise ein Kalibrierwert Rcal für eine Helligkeit der Leuchtdiodenanordnung 11 oder einzelner Leuchtdioden 12 der Leuchtdiodenanordnung 11 gespeichert sein. Des Weiteren kann eine Logikschaltung 39 bereitgestellt sein, durch welche die Dauer T der Ein-Phasen 28 ermittelt werden kann. Zum Ermitteln der Dauer T der Ein-Phasen 28 kann ein Zeitnehmer oder Timer 40 bereitgestellt sein, der beispielsweise einen Zähler aufweisen kann, wie noch genauer erläutert wird. Des Weiteren kann ein Vergleicher oder Komparator 41 bereitgestellt sein, mittels welchem die Leuchtstärke oder Leuchthelligkeit der Leuchtdiodenanordnung 11 gesteuert werden kann, wie im Zusammenhang mit 13 genauer beschrieben wird.
In der beschriebenen Ausführungsform kann als Energiespeichereinrichtung 25 beispielsweise ein Kondensator mit einer Kapazität kleiner als 1 Nanofarad, beispielsweise 100 Pikofarad, aufweisen. Ein solcher Kondensator kann insbesondere als integrierter Halbleiterkondensator bereitgestellt sein.
Des Weiteren kann die Beleuchtungsvorrichtung 5 einen Temperatursensor S aufweisen, welcher ein Temperatursignal Temp erzeugt, welches mit einer Temperatur der Leuchtdiodenanordnung 11 oder einzelner Leuchtdioden 12 der Leuchtdiodenanordnung 11 korreliert.
8 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung 5, bei welcher durch die Rückflusssperre 26 nur die Energiespeichereinrichtung 25, nicht aber der Schaltungsteil 31 von den Anschlusskontakten 9, 10 strommäßig entkoppelt wird.
Hierzu kann eine zusätzliche Versorgungsleitung oder Versorgungsverbindung 42 bereitgestellt sein, um die Versorgungsspannung Vdd in den Schaltungsteil 31 bereitzustellen.
9 veranschaulicht, wie innerhalb einer einzelnen Ein-Phase 28 mehr als 1 Bit, insbesondere 4 Bit, als Teil einer Nachricht von der Lichtsteuerschaltung 15 zu einer Beleuchtungsvorrichtung 5 übertragen werden kann. 9 zeigt hierzu noch einmal den zeitlichen Verlauf 27 der Stromstärke des Versorgungsstroms I. Durch die Pulsweitenmodulation kann sich eine Zyklusdauer 43 ergeben, die beispielsweise in einem Bereich von 1500 bis 3000 Mikrosekunden liegen kann, beispielsweise 2500 Mikrosekunden betragen kann. Die Dauer T einer Ein-Phase 28 kann beispielsweise mindestens 1600 Mikrosekunden betragen. In diesem Fall kann bei einer Zyklusdauer von 2000 Mikrosekunden eine Aus-Zeit 44 dann 400 Mikrosekunden betragen.
Durch die Lichtsteuerschaltung 15 kann die Dauer T der Ein-Phase 28 beispielsweise in Zeitschritten mit einer Schrittdauer 45 ausgewählt oder eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Schrittdauer 45 eine Dauer von 20 Mikrosekunden aufweisen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, 16 unterschiedliche Werte für die Dauer T vorzusehen. Der größte Wert für die Dauer T würde dann beispielsweise 1900 Mikrosekunden betragen, so dass die Aus-Zeit 44 und damit die Aus-Phase 29 weiter vorhanden oder existent wäre. Mit 16 unterschiedlichen Werten für die Dauer T können dann 4 Bit Information mit einer einzigen Ein-Phase 28 übertragen werden.
In 10 und 11 ist veranschaulicht, wie während einer Ein-Phase 28 die Energiespeichereinrichtung 25 nachgeladen werden kann, ohne dass hierdurch der Dunkel-Schaltzustand der Schalteranordnung 22 unterbrochen wird, das heißt ohne dass die Leuchtdiodenanordnung 11 zu glimmen oder zu leuchten beginnt. In 10 ist hierzu noch einmal eine Beleuchtungsvorrichtung 5 in vereinfachter Darstellung gezeigt. In 11 ist ein Diagramm mit einem zeitlichen Verlauf 46 der Kontaktspannung Va zwischen den Anschlusskontakten 9, 10 sowie ein zeitlicher Verlauf 47 der Versorgungsspannung Vdd der Energiespeichereinrichtung 25 über der Zeit t gezeigt.
Während jeder Ein-Phase 28 kann der Trennschalter 36 in der beschriebenen Weise geschlossen sein, so dass durch den Schaltungsteil 32 ermittelt werden kann, ob durch die Energiespeichereinrichtung 25 noch eine Versorgungsspannung Vdd bereitgestellt wird, die größer als ein Mindestwert Vmin ist, wobei der Mindestwert Vmin z.B. 0,9 Volt betragen kann. Die Versorgungsspannung Vdd kann kleiner als der Mindestwert Vmin werden, wenn während der Ein-Phase 28 die Schalteranordnung 22 im Dunkel-Schaltzustand ist. In diesem Fall kann die Klemmenspannung Va einen Wert Vrds (RDS - Widerstand Drain-Source beim Feldeffekttransistor) aufweisen, welcher sich ergibt, indem der Versorgungsstrom I über die Schalteranordnung 22 von der Anschlussklemme 9 zur Anschlussklemme fließt. Beispielsweise kann der Wert Vrds 0,1 Volt betragen.
Falls die Versorgungsspannung Vdd unterhalb die Mindestspannung Vmin fällt, kann durch den Schaltungsteil 32 beispielsweise über eine Steuerleitung 48 die Schalteranordnung 22, beispielsweise ein Schalter 24, beispielsweise ein Transistor, angesteuert werden und hierdurch ein Durchgangswiderstand der Schalteranordnung 22 vergrößert werden, so dass die Klemmenspannung Va steigt. Beispielsweise kann bei einem Transistor ein linearer Bereich angesteuert werden und hierdurch eine über der Schalteranordnung 22 abfallende, elektrische Spannung auf einen Höchstwert V0 eingestellt werden. Der Höchstwert V0 ist bevorzugt kleiner als die Glimmspannung der Leuchtdiodenanordnung 11 oder einer einzelnen Leuchtdiode. Hierdurch bleibt die Leuchtdiodenanordnung 11 dunkel. Indem die Klemmenspannung Va auf dem Spannungsfeld V0 steigt, kann ein Teil des Versorgungsstroms I über die Rückflusssperre 26 in die Energiespeichereinrichtung 25 umgeleitet werden. Hierdurch steigt die Versorgungsspannung Vdd über den Mindestwert Vmin. Nach einer Aufladezeit 49 kann der Durchgangswiderstand der Schalteranordnung 22 wieder verringert werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Verlustleistung, die in der Schalteranordnung 22 umgesetzt wird, minimiert werden kann.
In 12 sind noch einmal die Diagramme für die zeitlichen Verläufe der Stromstärke des Versorgungsstroms I (Verlauf 27), der Klemmenspannung Va (Verlauf 46) und der Versorgungsspannung Vdd (Verlauf 47) für mehrere Ein-Phasen 28 und Aus-Phasen 29 veranschaulicht. Der Versorgungsstrom I wird durch die Lichtsteuerschaltung 15 moduliert und kann durch die Pulsweitenmodulation zwischen 0 Milliampere und der Duty-Stromstärke oder Versorgungsstromstärke I0 wechseln, die beispielsweise in einem Bereich von 40 Milliampere bis 60 Milliampere liegen kann, z.B. 50 Milliampere betragen kann.
Die Klemmenspannung Va kann im Leucht-Schaltzustand der Schalteranordnung 22 entsprechend eine Duty-Spannung oder Betriebs-Spannung V0 aufweisen, die beispielsweise in einem Bereich 1,4 Volt bis 1,8 Volt liegen kann, beispielsweise 1,6 Volt betragen kann. Dies ergibt eine Leucht-Betriebsphase 50. Während einer Ein-Phase 28 kann die Schalteranordnung 22 wieder in den Aus-Schaltzustand geschaltet werden, so dass die Leuchtdiodenanordnung 11 kein Licht mehr erzeugt. In dieser Dunkel-Betriebsphase 51 kann, wie im Zusammenhang mit 10 und 11 beschrieben, die Energiespeichereinrichtung 25 durch Nachladepulse 52 nachgeladen werden. Eine Stromaufnahme der Schaltungsteile 31 und 32 insgesamt kann hierbei beispielsweise in einem Bereich von 8 Mikroampere bis 15 Mikroampere liegen, beispielsweise 10 Mikroampere, betragen. Während der Aus-Phasen 29 ist der Schaltungsteil 32 von der Energiespeichereinrichtung 25 abgekoppelt. Eine Stromaufnahme des Schaltungsteils 31 kann während einer Aus-Phase 29 beispielsweise in einem Bereich von 0,08 bis 0,15 Mikroampere liegen, beispielsweise 0,1 Mikroampere betragen. Beispielsweise kann der Speicher 34 in einem Haltezustand (RAM hold) gehalten werden, damit gespeicherte Informationen nicht verloren gehen. Die Energiespeichereinrichtung 25 weist somit den Vorteil auf, dass die Anschlusskontakte 9, 10 im Dunkel-Schaltzustand kurzgeschlossen werden können und dennoch in der Steuerschaltung ein Schaltzustand oder Konfigurationszustand gespeichert werden kann.
In 12 ist zusätzlich veranschaulicht, wie durch den Zähler 40 die Dauer T einer Ein-Phase 28 ermittelt werden kann. Der Zähler kann zu Beginn einer Ein-Phase auf Null zurückgesetzt werden (Reset) und dann periodisch einen Zählerwert erhöhen, der dann am Ende der Ein-Phase 28 in ein Speicherregister (Latch) gespeichert werden kann. In einer nächsten Ein-Phase 28 kann dann in einer Berechnungsphase 53 beispielsweise ein Schrittdauerwert für die Schrittdauer 45 berechnet werden. Beispielsweise kann so auch durch einen Dimmwert R Dauer der Betriebsphase 50 (LEDon) eingestellt werden. Wenn der Zählerwert gleich dem Dimmwert R ist oder größer als der Dimmwert R, wird die Schalteranordnung 22 in den Dunkel-Schaltzustand geschaltet.
In 13 ist die Funktionsweise des Timers 40 noch einmal genauer beschrieben. Der Timer 40 kann Oszillatoreinrichtung 54, einen Zähler 55 (Counter), einen Dimmwertspeicher 56 und einen Komparator oder Vergleicher 57 aufweisen. Der Vergleicher 57 kann z.B. durch den Vergleicher 41 bereitgestellt sein. In der beschriebenen Weise kann der Zähler 55 zu Beginn einer Ein-Phase 28 durch einen Reset auf Null gestellt werden und dann durch die Oszillatoreinrichtung 54 mit einer vorbestimmten Zählfrequenz oder Oszillatorfrequenz getaktet werden. Beispielsweise kann die Oszillatoreinrichtung 54 mit einer Frequenz zwischen 500 Kilohertz oder 1,5 Megahertz takten. Die Oszillatoreinrichtung 54 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Multivibrators ausgestaltet sein, was den Vorteil aufweist, dass eine Drift der Oszillatoreinrichtung im Vergleich zu einem Schwingquarz gering ist. Die Oszillatoreinrichtung 54 kann ein Startsignal oder ein Stoppsignal beispielsweise in Abhängigkeit von einem Schaltzustand des Entkoppelschalters 36 empfangen. Der Zählerwert des Zählers 55 kann durch den Komparator 57 mit dem Dimmwert R der aus der Dimmspeichereinrichtung 56 verglichen werden. Solange der Zählerwert kleiner als der Dimmwert R ist, kann die Schalteranordnung 22 im Leucht-Schaltzustand gehalten sein. Falls der Zählerwert 55 größer als der Dimmwert R ist, kann die Schalteranordnung 22 in den Aus-Schaltzustand geschaltet sein. Hierzu kann eine Vergleichssignal des Komparators 57 als ON/OFF-Signal oder EIN/AUS-Signal an die Steuerlogik 33 übertragen werden.
In 14 ist veranschaulicht, wie mittels einer Ein-Phase 28, die eine vorbestimmte Zeitdauer aufweist und deshalb hier als Synchronisations-Ein-Phase 28' bezeichnet ist, ermittelt werden kann, wie viele Zählerwerte oder ZählerTicks durch den Zähler 55 einer Beleuchtungsvorrichtung 5 während einer einzelnen Schrittdauer 45 erzeugt werden. Aus der Dauer T der Synchronisations-Ein-Phase 28' und der Zyklusdauer 23 kann auch die Dauer 58 der Aus-Phase 29 desselben Zyklus ermittelt werden. Die Dauer 58 kann dann beispielsweise durch die Anzahl der möglichen unterschiedlichen Schrittlängen, beispielsweise 16 bei einer Übertragung von 4 Bit pro Zykluszeit 43 einer Pulsweitenmodulation, ermittelt werden. Beispielsweise kann sich hierbei ergeben, dass ein Zähler einer ersten Beleuchtungsvorrichtung 5 einen Wert 320 aufweist, so dass die Dauer des Schritts 20 also 320/16 beträgt, wobei die Division als Rechts-Shift-Registeroperation besonders effizient durchgeführt werden kann. Das Ergebnis stellt dann die Anzahl der Zählerticks dar, die der Schrittdauer 45 entspricht.
Der Dimmwert R kann aus mehreren Bestandteilen gebildet sein. Beispielsweise kann der schon beschriebene Kalibrierwert Rcal bei einer Herstellung einer Beleuchtungsvorrichtung 5 ermittelt werden. Hierdurch können für die Herstellung der Beleuchtungsvorrichtung 5 Leuchtdioden 12 verwendet werden, die zwar eine Mindesthelligkeit aufweisen, aber nur geringen Toleranzanforderungen entsprechen müssen. Durch den Dimmwert Rcal kann eine vom Auge eines menschlichen Betrachters wahrnehmbare Leuchthelligkeit auf einen Sollwert reduziert werden.
Des Weiteren kann der Dimmwert R in Abhängigkeit von einem Leucht-Dimmwert Ron gebildet sein, der die Dauer der Betriebsphase 50 festlegt. Der Leucht-Dimmwert Ron kann beispielsweise durch die Leuchtsteuerschaltung 15 vorgegeben sein. Hierzu kann in der beschriebenen Weise die Dauer T einer Ein-Phase vorgegeben sein, welche als Vorgabe für den Leucht-Dimmwert Ron durch die Beleuchtungsvorrichtung 5 umgewandelt werden kann. Hierzu können beispielsweise in der im Folgenden beschriebenen Weise für mehrere Ein-Phasen 28 jeweils mehrere Bits übertragen werden, die dann als der Leucht-Dimmwert Ron gespeichert werden können.
Des Weiteren kann der Dimmwert R in Abhängigkeit von einem Temperatur-Dimmwert Rtemp gebildet sein, wobei der Temperatur-Dimmwert Rtemp in Abhängigkeit von dem Temperatursignal Temp gebildet sein kann.
Beispielsweise kann der Dimmwert R als Produkt R = Rcal * Ron * Rtemp gebildet sein, wobei * die Multiplikation ist. Beispielsweise kann jeder der Werte in einem Bereich von 0 Prozent bis 100 Prozent liegen.
15 veranschaulicht eine Vorrichtung 1, die beispielsweise Bestandteil eines Leuchtdioden-basierten Bildschirms oder einer sogenannten LED-Wand sein kann. Eine Serienschaltung 4 aus Beleuchtungsvorrichtungen 5 kann beispielsweise bis zu 12 Beleuchtungsvorrichtungen 5 umfassen, wobei jede Beleuchtungsvorrichtung 5 als Leuchtdiodenanordnung 11 eine Serienschaltung aus bis zu vier Leuchtdioden 12 umfassen kann, die beispielsweise in der in 4 veranschaulichten Weise verschaltet sein können. Von der Beleuchtungsvorrichtung 5 ist in 15 der Anschaulichkeit halber nur die Leuchtdiodenanordnung 11 dargestellt. Zum Betreiben oder Versorgen der Serienschaltung 4 kann die Stromquelleneinrichtung 14 eines Steuergeräts 3 über eine Umschalteinrichtung SEL abwechselnd mit unterschiedlichen Spannungsquellen 15 Volt, 20 Volt, 25 Volt, 30 Volt gekoppelt werden. Die Stromquelleneinrichtung 14 kann hierbei die Umschalteinrichtung SEL steuern. Die Umschalteinrichtung SEL kann beispielsweise durch Transistoren gebildet sein. In Abhängigkeit davon, wie viele der Beleuchtungsvorrichtungen 5 in einem Leucht-Schaltzustand betrieben werden sollen, kann dann eine ausreichende Versorgungsspannung bereitgestellt werden. Das Steuergerät 13 wiederum kann an sich über einen Bus gesteuert werden. Beispielsweise kann das Steuergerät 3 in Abhängigkeit von Bilddaten eines mittels der Leuchtdiodenwand darzustellenden Farbbildes gesteuert werden. Die Leuchtdioden 12 können hierzu unterschiedliche Leuchtfarben aufweisen, so dass mittels jeder Beleuchtungsvorrichtung 5 eine Mischfarbe erzeugt werden kann.
In 16 sind mehrere Kommunikationsprotokolle oder kurz Protokolle P1, P2, P3, P4 veranschaulicht, durch welche eine Bit-Übertragung von Bits von beispielsweise der Lichtsteuerschaltung 15 zu den Beleuchtungsvorrichtungen 5 einer Serienschaltung 4 vorgegeben oder festgelegt oder definiert sein kann. Dabei kann ein einzelnes Bit oder auch eine Gruppe von Bits, beispielsweise 4 Bits, jeweils mittels einer Ein-Phase 28 übertragen werden, indem entsprechend die Dauer T der Ein-Phase 28 mittels des Modulationssignals M durch die Lichtsteuerschaltung 15 eingestellt wird.
Das Protokoll P1 kann als allgemeines Protokoll verwendet werden und beispielsweise ein Kommandofeld 59 aufweisen, welches beispielsweise ein in den Beleuchtungsvorrichtungen 5 gespeichertes Programm für einen zeitlichen Verlauf der Helligkeit, beispielsweise ein Pulsieren mit einer Pulsierfrequenz in einem Bereich von 0,5 Hertz bis 10 Hertz, oder einen zeitlichen Farbverlauf aktivieren kann. Es kann ein Adressfeld 60 bereitgestellt sein, durch welches eine einzelne Beleuchtungsvorrichtung oder eine Gruppe von Beleuchtungsvorrichtungen als Empfänger für das Kommando oder einen anderen Wert identifiziert oder aktiviert oder angesprochen werden kann. Es kann ein Helligkeitswertfeld 61 bereitgestellt sein, welches eine Leuchthelligkeit oder einen Leucht-Dimmwert Ron vorgeben kann. Insgesamt kann das Protokoll P1 somit 13 Bit pro Nachricht 62 umfassen. Es kann vorgesehen sein, dass nach dem Übertragen einer Nachricht 62 eine Stopp-Phase folgt, die beispielsweise durch eine Synchronisations-Ein-Phase 28' gebildet sein kann.
Gemäß dem Protokoll P2 kann eine Nachricht 62 15 Bit umfassen und beispielsweise eine einzelne Leuchtdiode oder eine Beleuchtungsvorrichtung identifizieren durch ein Adressfeld 60. Die Beleuchtungsvorrichtung kann dabei beispielsweise drei Leuchtdioden 12 in der Leuchtdiodenanordnung 11 umfassen und es kann durch das Protokoll P2 für eine rote Leuchtdiode R, eine grüne Leuchtdiode G und eine blaue Leuchtdiode B jeweils ein Dimmwert in einem Dimmwertfeld 61 übertragen werden. Beispielhaft ist hier eine Mischung aus R=6, G=3 und B=2 veranschaulicht. Insgesamt kann durch das Protokoll P2 für eine einzelne Beleuchtungsvorrichtung oder eine Gruppe von Beleuchtungsvorrichtungen eine Mischleuchtfarbe mit 4096 Farbwerten je Beleuchtungsvorrichtung erzielt werden. Es kann wieder die beschriebene Stopp-Phase nach der Nachricht 62 folgen.
Gemäß dem Protokoll P3 kann für eine Gruppe, die durch ein Adressfeld 60 identifiziert werden kann, beispielsweise ein animierter Aufleucht- oder Ableuchtvorgang eingestellt werden, indem in einem Startwertfeld 63 ein Startwert, in einem Rampenfeld 64 die Dauer der Animation und in einem Endwertfeld 65 der Endwert, der am Ende der Animation, beispielsweise beim Aufleuchten, erreicht werden soll, angegeben sein kann. Die Nachricht 62 kann beispielsweise 15 Bit umfassen und wieder von einer Stopp-Phase gefolgt sein.
Gemäß dem veranschaulichten Protokoll P4 kann beispielsweise ein Adressfeld 60 eine Gruppe von Beleuchtungsvorrichtungen identifizieren oder ansprechen und mittels eines Bit-Felds 66 für jede Beleuchtungsvorrichtung 5 einzeln angeben, ob in einen Leucht-Schaltzustand oder einen Dunkel-Schaltzustand (0) geschaltet werden soll.
In 17 ist veranschaulicht, wie bei einer Beleuchtungsvorrichtung 5 die Leuchtdioden 12 einer Leuchtdiodenanordnung 11 stets abwechselnd betrieben werden können, so dass in jedem Leucht-Schaltzustand der Schalteranordnung 22 nur eine Leuchtdiode 12 zur Zeit leuchtet. Hierdurch kann ein maximaler Spannungsabfall, das heißt ein Maximalwert der Klemmenspannung Va zwischen den Anschlussklemmen 9, 10 auf einen Höchstwert begrenzt werden. Hierdurch kann es beispielsweise ermöglicht sein, eine Serienschaltung 4 aus Beleuchtungsvorrichtungen mit einer Gesamtspannung U zu betreiben, die kleiner 60 Volt ist. Dies ist besonders berührsicher. Um eine Mischfarbe mit einer Leuchtdiodenanordnung 11 zu erzeugen, kann entweder für einzelne Ein-Phasen 28 jeweils eine Leuchtdiode 12 gemäß ihrem Farb-Dimmwert betrieben werden, wie er beispielsweise gemäß dem Protokoll P2 (16) übertragen worden sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, innerhalb einer Ein-Phase 28 nacheinander die drei Leuchtdioden R, G, B jeweils gemäß ihrem Farb-Dimmwert zu betreiben (Variante B).
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie ein zweipoliges elektronisches Bauelement (die Laststeuerschaltung 13) zur Laststeuerung eines parallel geschalteten Verbrauchers, nämlich der Leuchtdiodenanordnung 11, genutzt werden kann. Insbesondere ist es zur Integration in eine Leuchtdiode geeignet. Mehrere dieser intelligenten Leuchtdioden (iLED), das heißt Beleuchtungsvorrichtungen, werden in Reihe an ein Steuergerät (SG) angeschlossen, wodurch folgende Funktionen ermöglicht werden. Dimmen oder Ausschalten einzelner iLED oder Gruppe von iLED. Diagnose und Überbrückung von Fehlerfällen mit Rückmeldung an das Steuergerät durch Überwachung der Spannung U. Bei Kurzschluss ergibt sich keine Aktion, falls eine Leuchtdiodenanordnung 11 offen ist, also dauerhaft Strom sperrt, kann überbrückt werden. Bei Übertemperatur ist eine Dimmung und Temperaturregelung mittels des Temperatur-Dimmwerts Rtemp möglich. In allen Fällen erkennt das Steuergerät die Fehlerart und die Adresse der iLED durch zeitliche Zusammenhänge, indem die Reaktion der einzelnen Beleuchtungsvorrichtungen 5 mittels der Spannung U gemessen werden kann.
Gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich die folgenden wesentlichen Möglichkeiten und Vorteile. Einsparung von Verdrahtungsaufwand und Platinen und Bauelementen an den iLED. Einsparung von Versorgungsspannung und Kommunikationsschnittstelle im Steuergerät (das heißt Verdrahtung, Bauelemente und Bauraum), Einsparung von Versorgungsstrom des Gesamtsystems und Verlustwärme. Einsparung von Bauraum an dem iLED und im Steuergerät und damit Kosten. Möglichkeit, das Bauelement parallel zu einer Standard-LED auf einer Platine oder einem Träger zu löten. Möglichkeit, das Bauelement in das Leuchtdiodengehäuse parallel zu bonden oder als Funktion auf dem Halbleitermaterial der LED zu realisieren. Die Erfassung und Begrenzung der LED-Temperatur ist möglich. Auch die Kalibrierung der Helligkeitsgruppe durch den Kalibrier-Dimmwert Rcal ist ermöglicht und damit eine Einsparung von Kosten beim Selektieren von Leuchtdioden während der Herstellung. Die Beleuchtungsvorrichtung 5 ist aufwärts kompatibel zu einer Standardleuchtdiode.
In der Fertigung müssen in die Beleuchtungsvorrichtung bestimmte Parameter in einen nicht flüchtigen Speicher (Flash) geschrieben werden. Dies kann sein:

die Adresse und Position in der Serienschaltung oder Lichterkette (zum Beispiel LED Nummer 3), eine Gruppenadresse und eine Funktion, zum Beispiel Abblendlicht, eine Farbe, maximale Chiptemperaturgruppe, Helligkeitswert, Reduktionsfaktor beispielsweise 90 Prozent, das heißt der Kalibrier-Dimmwert Rcal, Automatikfunktionen, zum Beispiel Blinken oder Blitzen oder Lauflicht.

Diese Werte können zum Beispiel über einen Nadeladapter auf einzelne Beleuchtungsvorrichtungen geschrieben werden. Dazu wird ein gesichertes Langzeitprotokoll verwendet, beispielsweise ein 32-Bit Codewort, 8x8-Bit Speicherwerte oder 16-Bit CRC (cyclic redundancy check). Zur Beschleunigung des Flashvorganges kann die PWM-Frequenz erhöht werden.
In der Schalteranordnung schaltet bevorzugt ein Überbrückungs-MOSFET den gesamten Leistungspfad kurz, das heißt die beiden Anschlusskontakte 9, 10. Der sich ergebende Widerstand RDS-on wird nach der zu erwartenden Verlustwärme gewählt. Beispielsweise kann die Verlustwärme Pv=50max0,2V=10mW betragen. Dann kann entsprechend ein Transistor mit RDS-on=0,2V/50mA=4Ohm gewählt werden. In jedem Falle jedoch ist die Restspannung so klein, dass die Leuchtdioden dunkel bleiben. Der Sense-Anschluss eines Sense-MOSFETs als Überbrückungs-MOSFET dient der eindeutigen und schnellen Erkennung einer PWM-Low-Flanke (Aus-Phasen-Beginn) bei eingeschaltetem FET.
Der Oszillator dient gleichzeitig der Messung der PWM-High-Zeit, das heißt der Dauer T, und Ausgabe des Reduktionssignales zum Wechseln in den Dunkel-Schaltzustand während einer Ein-Phase 28. Die Genauigkeit ist von geringer Bedeutung, da alle Algorithmen relativ zur aktuellen PWM-High-Zeit arbeiten und sich Frequenzfehler kompensieren. Dies wird über die Synchronisations-Ein-Phase 28' erreicht. Frequenz und Auflösung richten sich nach der PWM-Frequenz. Beispielsweise: f=1000*500Hz=500kHz. Länge = 12 Bit, das heißt 4096 Werte, was 4 Pulse ergibt.
Das Reduktionsregister 56 und der digitale Vergleicher 57 arbeiten wie folgt. Der Reduktionswert, beispielsweise in Prozent, wird mit dem aktuellen PWM-High-Zeit-Wert multipliziert und in das Reduktionsregister als Dimmwert R geschrieben. Sobald dieser Wert erreicht ist, schaltet die Schalteranordnung 22 in den Dunkel-Schaltzustand und reduziert damit die Einschaltdauer der Leuchtdiodenanordnung. Zur Kompensation der Helligkeitsklasse ist im Flash ein weiterer Reduktionsfaktor Rcal gespeichert. Somit ergibt sich: $R = T * Rcal * Ron * Rtemp .$
Die Helligkeit einer Leuchtdiode ist weitgehend proportional zum arithmetischen Strommittelwert.
Die gesamte Schaltung der Beleuchtungsvorrichtung 5 kann in CMOS-Technik ausgestaltet sein (CMOS - complementary metal-oxide-semiconductor), welche volle Funktion bei Spannungen gewährleistet, wo die Leuchtdioden noch dunkel sind. Bei roten Leuchtdioden sind die Spannungen unter 1,0 Volt. Eine einfache Lösungsmöglichkeit wäre, den Überbrückungs-MOSFET auf diese Spannung zu regeln. Dies ist aus folgenden Gründen nicht empfehlenswert, der analog geregelte FET würde sich stark erwärmen. Des Weiteren wäre damit eine erhöhte Leistungsaufnahme verbunden. Deshalb werden einzelne Nachladeimpulse erzeugt.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine zweipolige Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt werden kann, von denen mehrere in Serie geschaltet werden können und über eine einfache Zweidraht-Versorgungsleitung versorgt werden können und dennoch einzeln gesteuert werden können.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (5), die als Zweipol-Schaltung mit zwei elektrischen Anschlusskontakten (9, 10) zum Durchleiten eines stromstärke-geregelten Versorgungsstroms (I) ausgestaltet ist, aufweisend: - eine zwischen die Anschlusskontakte (9, 10) geschaltete Leuchtelementanordnung (11) mit zumindest einem Leuchtelement (12) zum jeweiligen Erzeugen von Licht mittels des Versorgungsstroms (I); - eine zumindest einen Schalter (24) aufweisende Schalteranordnung (22), die einen Dunkel-Schaltzustand, in welchem der Versorgungsstrom (I) an der Leuchtelementanordnung (11) vorbeigeführt ist, und wenigstens einen Leucht-Schaltzustand, in welchem jeweils zumindest ein Teil des Versorgungsstroms (I) über die Leuchtelementanordnung (11) geführt ist, aufweist; - eine zwischen die Anschlusskontakte (9, 10) geschaltete Steuerschaltung (13), welche dazu ausgelegt ist, ausschließlich über die Anschlusskontakte (9, 10) elektrisch versorgt zu werden und in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf (27) einer Stromstärke des Versorgungsstroms (I) aus dem Dunkel-Schaltzustand und dem zumindest einen Leucht-Schaltzustand einen Schaltzustand auszuwählen und den ausgewählten Schaltzustand bei der Schalteranordnung (22) einzustellen, wobei die Steuerschaltung (13) eine Energiespeichereinrichtung (25) zum Versorgen der Steuerschaltung (13) mit elektrischer Energie im Dunkel-Schaltzustand aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (13) dazu ausgelegt ist, in zumindest einer der Ein-Phasen (28) die Energiespeichereinrichtung (25) mittels der Schalteranordnung (22) nachzuladen, während die Schalteranordnung (22) in den Dunkel-Schaltzustand geschaltet ist, wobei hierzu ein Schaltungsteil (32) der Steuerschaltung (13) ausgebildet ist, die Schalteranordnung (22) anzusteuern und hierdurch einen Durchgangswiderstand der Schalteranordnung (22) zu vergrößern.
Beleuchtungsvorrichtung (5) nach Anspruch 1, wobei im Dunkel-Schaltzustand die Anschlusskontakte (9, 10) über die Schalteranordnung (22) kurzgeschlossen sind.
Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtelementanordnung (11)für einen Betrieb mittels eines einander abwechselnde Ein-Phasen (28) und Aus-Phasen (29) aufweisenden, pulsweitenmodulierten Versorgungsstroms (I) ausgelegt ist und die Steuerschaltung (13) dazu ausgelegt ist, bei dem pulsweitenmodulierten Versorgungsstrom (I) eine jeweilige zeitliche Dauer (T) der Ein-Phasen (28) zu ermitteln und in Abhängigkeit von einer jeweiligen ermittelten Dauer (T) jeweils ein Bit oder mehrere Bits einer mittels des Versorgungsstroms (I) übertragenen Nachricht (62) zu dekodieren.
Beleuchtungsvorrichtung (5) nach Anspruch 3, wobei die Steuerschaltung (13) einen periodisch getakteten Zähler (55) zum Messen der jeweiligen Dauer (T) der Ein-Phasen (28) aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtelementanordnung (11) mehrere Leuchtelemente (11), von denen jede eine andere Leuchtfarbe (R, G, B) aufweist, aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in jedem Leucht-Schaltzustand nur jeweils ein Leuchtelement (12) aktiv ist.
Vorrichtung (1) zum Erzeugen von Licht, aufweisend: - eine Stromquelleneinrichtung (14) zum Erzeugen eines stromstärke-geregelten Versorgungsstroms (I), - mehrere Beleuchtungsvorrichtungen (5) nach jeweils einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen (5) zu einer Serienschaltung (4) verschaltet sind und ein Anschlusskontakt (9) einer ersten der Beleuchtungsvorrichtungen (5) und ein Anschlusskontakt (10) einer letzten der Beleuchtungsvorrichtungen (5) der Serienschaltung (4) zum Empfangen des Versorgungsstroms (I) mit der Stromquelleneinrichtung (14) elektrisch verbunden sind, - eine Lichtsteuereinrichtung (15), die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem für jede der Beleuchtungsvorrichtungen (5) jeweils vorgegebenen Schaltzustand einen zeitlichen Verlauf (27) einer Stromstärke des Versorgungsstroms (I) bei der Stromquelleneinrichtung (14) einzustellen.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Schritte: - für jede der Beleuchtungsvorrichtungen (5) der Vorrichtung (1) jeweils vorgeben eines Schaltzustands der jeweiligen Schalteranordnung (22), - Einstellen eines zeitlichen Verlaufs (27) einer Stromstärke des Versorgungsstroms (I) der Stromquelleneinrichtung (14) der Vorrichtung (1) durch die Lichtsteuereinrichtung (15), - durch jede der Beleuchtungsvorrichtungen (5) jeweils: permanent Durchleiten des Versorgungsstromes (I) zwischen den Anschlusskontakten (9, 10) und hierbei überprüfen, ob durch den zeitlichen Verlauf (27) der Stromstärke des Versorgungsstroms (I) ein Schaltzustand für die eigene Schalteranordnung (22) vorgegeben wird und, falls der Schaltzustand vorgegeben wird, Einstellen des Schaltzustands bei der Schalteranordnung (22).