DE102016202323A1 - Driver circuit and method for driving an LED track - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Treiberschaltungen zum Ansteuern einer LED-Strecke (3), bestehend aus wenigstens einer LED, aufweisend einen getakteten Konverter (1), der eingangsseitig mit einer Spannung (Uin) versorgt ist und der ausgangsseitig einen elektrischen Parameter (ILED, Uout) der LED-Strecke (3) regelt, eine Steuereinheit (2), die dazu ausgebildet ist, die Taktung des Konverters (1) zu verändern, um den elektrischen Parameter (ILED, Uout) der LED-Strecke (3) mittels einer Rückführgröße (7) auf einen Minimalwert (Imin, Umin) zu regeln; und die Steuereinheit (2) weiter dazu ausgebildet ist, unterhalb des Minimalwerts (Imin, Umin) des elektrischen Parameters (ILED, Uout) die Taktung des Konverters (1) und/oder die Taktung eines weiteren Schaltelements (S1) der Treiberschaltung mittels Vorwärtssteuerung graduell zu verändern, sodass nach Empfang eines Schalt-Befehls (6) der elektrische Parameter (ILED, Uout) der LED-Strecke (3) zunächst mittels Rückführgröße (7) auf den Minimalwert (Imin, Umin) geregelt ist und anschließend ohne Rückführgröße (7) in einem Bereich unterhalb des Minimalwerts (Imin, Umin) graduell geregelt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben von Leuchtmitteln, ein Computerprogrammprodukt, eine integrierte Schaltung sowie eine Leuchte.The invention relates to driver circuits for driving an LED track (3), comprising at least one LED, comprising a clocked converter (1), which is supplied on the input side with a voltage (Uin) and the output side, an electrical parameter (ILED, Uout) of LED track (3) controls a control unit (2) which is adapted to change the timing of the converter (1) to the electrical parameter (ILED, Uout) of the LED track (3) by means of a feedback quantity (7 ) to a minimum value (Imin, Umin); and the control unit (2) is further configured to gradually below the minimum value (Imin, Umin) of the electrical parameter (ILED, Uout), the clocking of the converter (1) and / or the clocking of a further switching element (S1) of the driver circuit to change, so that after receiving a switching command (6), the electrical parameter (ILED, Uout) of the LED route (3) is initially regulated by means of feedback variable (7) to the minimum value (Imin, Umin) and then without feedback variable (7 ) is gradually regulated in a range below the minimum value (Imin, Umin). The invention further relates to a method for operating lamps, a computer program product, an integrated circuit and a lamp.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Ansteuerung eines Leuchtmittels, insbesondere einer LED-Strecke mit zumindest einer LED, unter Zuhilfenahme eines getakteten Konverters. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Treiberschaltung für den Betrieb wenigstens eines Leuchtmittels, z. B. mittels eines getakteten Konverters für den Betrieb wenigstens einer LED. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben von Leuchtmitteln, eine integrierte Schaltung sowie eine Leuchte.The invention relates to the control of a light source, in particular an LED track with at least one LED, with the aid of a clocked converter. The present invention relates in particular to a driver circuit for the operation of at least one light source, for. Example by means of a clocked converter for the operation of at least one LED. The present invention further relates to a method for operating lamps, an integrated circuit and a lamp.
Aus dem Stand der Technik sind Treiberschaltungen zum Betreiben von LEDs grundsätzlich bekannt. Eine solche Treiberschaltung wird von einer elektronischen Versorgungsquelle versorgt und umfasst einen Konverter, der dafür zuständig ist, einen elektrischen Parameter, insbesondere einen Strom oder eine Spannung, der LED-Strecke zu regeln.Driver circuits for operating LEDs are generally known from the prior art. Such a driver circuit is powered by an electronic supply source and includes a converter which is responsible for controlling an electrical parameter, in particular a current or a voltage, of the LED route.
Aus der
Ein getakteter Konverter für eine Treiberschaltung kann somit als Konstantstromquelle betrieben werden. Dabei wird die Taktung des Konverters derart verändert, dass der elektrische Parameter der LED-Strecke geregelt wird. Der Strom durch die LED-Strecke oder der Spannungsabfall über der LED-Strecke wird als ein Ist-Wert erfasst und mit einem Soll-Wert in einer Steuereinheit verglichen. Der Soll-Wert ist beispielsweise eine Dimmwert-Vorgabe.A clocked converter for a driver circuit can thus be operated as a constant current source. In this case, the timing of the converter is changed so that the electrical parameter of the LED route is controlled. The current through the LED path or the voltage drop across the LED path is detected as an actual value and compared with a desired value in a control unit. The target value is, for example, a dimming value specification.
Bei heutigen Konvertern ist die Änderung der Taktung des Konverters zum Regeln des elektrischen Parameters unter Verwendung einer Rückführgröße auf einen Minimalwert des elektrischen Parameters beschränkt. Der Konverter ist somit nicht in der Lage, den elektrischen Parameter über dessen gesamten Wertebereich zu regeln.In today's converters, changing the timing of the converter to regulate the electrical parameter using a feedback quantity is limited to a minimum value of the electrical parameter. The converter is therefore unable to control the electrical parameter over its entire range of values.
Soll die LED-Strecke nach Erhalt eines externen oder internen Ausschaltbefehls vollständig stromlos geschaltet werden – also der elektrische Parameter auf tatsächlich null herunter geregelt sein – so wird heutzutage auf den Minimalwert des elektrischen Parameters geregelt und anschließend die Versorgungsspannung abgeschaltet. Dieses abrupte Schalten verursacht Sprünge in der Lichtleistungsänderung, beispielsweise in Form von Flacker- und/oder Blitz-Effekten. Dies wird vom Benutzer als störend empfunden. Dies gilt sowohl für das Abschalten als auch für das Anschalten der LED-Strecke. Diese abrupten Lichtleistungsänderungen sind unerwünscht und sollten daher vermieden werden.If the LED track is to be completely de-energized after receiving an external or internal switch-off command - that is, the electrical parameter is actually down to zero - nowadays the minimum value of the electrical parameter is regulated and then the supply voltage is switched off. This abrupt switching causes jumps in the light power change, for example in the form of flicker and / or lightning effects. This is perceived by the user as disturbing. This applies both for switching off and for switching on the LED track. These abrupt changes in light output are undesirable and should therefore be avoided.
Um das sprunghafte Verschwinden oder Auftauchen des Lichts zu verhindern, könnte versucht werden, den Minimalwert weiter zu reduzieren. Für diese Fälle kann aber aufgrund technischer Randbedingungen keine verwertbare Rückführgröße erfasst werden. Darüber hinaus wäre die Ansteuerung der Konverter mit sehr kleinen nicht realisierbaren Pulsbreiten nötig, welche sofort wieder als Flicker wahrgenommen würden.In order to prevent the sudden disappearance or emergence of the light, one could try to further reduce the minimum value. However, due to technical constraints, no recoverable value can be recorded for these cases. In addition, the control of the converter with very small non-realizable pulse widths would be necessary, which would immediately be perceived as a flicker.
Es ist somit Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Treiberschaltung für die Ansteuerung einer LED-Strecke bereitzustellen, bei welchem keine abrupten Lichtleistungs-Änderungen beim An- oder Abschalten der LED-Strecke auftreten.It is therefore an object of the present invention to provide a driver circuit for driving an LED track, in which no abrupt changes in light power occur when turning on or off the LED track.
Diese Aufgabe wird mit der in dem unabhängigen Patentanspruch 1 und 2 beschriebenen Treiberschaltung gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved with the drive circuit described in the
Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine getaktete LED-Treiberschaltung folgendes auf:
- – Ausgangsanschlüsse zum Versorgen einer LED-Strecke,
- – einen mittels wenigstens einem Schalter getakteten Konverter,
- – eine Steuerschaltung,
- Output terminals for supplying an LED track,
- A converter clocked by means of at least one switch,
- A control circuit,
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerschaltung dazu ausgelegt sein, bei Erhalt eines Einschaltbefehls die Taktung des Konverters über einen vorgebebenen Zeitbereich grösser Null stetig ohne Verwendung eines Rückführsignals derart zu verändern, dass die Lichtleistung graduell erhöht wird und am Ende des genannten Zeitbereichs einen vorgegeben Minimalwert aufweist, oberhalb dessen eine gedimmter Betrieb oder eine ungedimmter Betrieb mit Rückführ-Regelung erfolgen kann.Alternatively or additionally, the control circuit can be designed, upon receipt of a switch-on command, to continuously change the clocking of the converter over a predetermined time range greater than zero without the use of a feedback signal such that the light output is gradually increased and has a predetermined minimum value at the end of the mentioned time range, above which a dimmed operation or an undimmed operation with feedback control can take place.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Treiberschaltung zum Ansteuern einer LED-Strecke bestehend aus wenigstens einer LED, bereitgestellt. Die Treiberschaltung weist einen getakteten Konverter auf, der eingangsseitig mit einer Spannung versorgt ist und der ausgangsseitig einen elektrischen Parameter der LED-Strecke regelt. Eine Steuereinheit ist dazu ausgebildet, die Taktung des Konverters zu verändern, um den elektrischen Parameter der LED-Strecke mittels einer Rückführgröße auf einen Minimalwert zu regeln. Die Steuereinheit ist weiter dazu ausgebildet, unterhalb des Minimalwerts des elektrischen Parameters die Taktung des Konverters und/oder die Taktung eines weiteren Schaltelements der Treiberschaltung mittels Vorwärtssteuerung graduell zu verändern, sodass nach Empfang eines Ausschalt-Befehls der elektrische Parameter der LED-Strecke zunächst mittels Rückführgröße auf den Minimalwert geregelt ist und anschließend ohne Rückführgröße in einem Bereich unterhalb des Minimalwerts bis auf Null gesteuert ist ist.According to a further aspect of the invention, a driver circuit for driving an LED track consisting of at least one LED is provided. The driver circuit has a clocked converter, which is supplied on the input side with a voltage and the output side regulates an electrical parameter of the LED route. A control unit is designed to change the timing of the converter in order to regulate the electrical parameter of the LED path by means of a feedback variable to a minimum value. The control unit is further configured to gradually change below the minimum value of the electrical parameter, the timing of the converter and / or the timing of another switching element of the driver circuit by forward control, so that after receiving a switch-off command, the electrical parameter of the LED route first by means of feedback is controlled to the minimum value and is then controlled without feedback variable in a range below the minimum value to zero.
Die Treiberschaltung weist also eine Steuereinheit auf, die den elektrischen Parameter in einem ersten Wertebereich unter Verwendung einer Rückführgröße regelt und in einem zweiten Wertebereich ohne Verwendung einer Rückführgröße, bevorzugt dieser Rückführgröße, regelt. Der erste Wertebereich des elektrischen Parameters erstreckt sich bevorzugt von einem Maximalwert zu einem Minimalwert. Der zweite Wertebereich des elektrischen Parameters erstreckt sich von einem Minimalwert zu einem Nullwert des elektrischen Parameters. Der Minimalwert ist aufgrund der Ausgestaltung des getakteten Konverters ein Wert ungleich null, beispielsweise 10 Prozent des elektrischen Parameters, bevorzugt 5 Prozent des elektrischen Parameters, mehr bevorzugt 1 Prozent des elektrischen Parameters.The driver circuit thus has a control unit which regulates the electrical parameter in a first value range using a feedback variable and regulates it in a second value range without using a feedback variable, preferably this feedback variable. The first value range of the electrical parameter preferably extends from a maximum value to a minimum value. The second value range of the electrical parameter extends from a minimum value to a zero value of the electrical parameter. Due to the configuration of the clocked converter, the minimum value is a value not equal to zero, for example 10 percent of the electrical parameter, preferably 5 percent of the electrical parameter, more preferably 1 percent of the electrical parameter.
Der elektrische Parameter ist beispielsweise der Strom durch die LED-Strecke oder die Spannung über der LED-Strecke oder die elektrische Leistung, die der LED-Strecke zur Verfügung gestellt wird.The electrical parameter is, for example, the current through the LED track or the voltage across the LED track or the electrical power provided to the LED track.
Die Regelrückführgröße ist bevorzugt eine elektrische Größe, mit deren Hilfe auf den Ist-Wert des elektrischen Parameters der LED-Strecke geschlossen werden kann. In einem Anwendungsfall ist die Regelrückführgröße der erfasste Strom durch die LED-Strecke. Alternativ oder zusätzlich ist die Regelrückführgröße die erfasste Spannung über einer der LED bzw. der LED-Strecke. Die Regelrückführgröße kann dabei durch direktes Messen direkt oder indirekt – beispielsweise mittels elektrischer Sonden oder einer elektrischen Kopplung – erfasst werden. Die Regelrückführgröße kann auch aus der abgegebenen Lichtleistung – beispielsweise unter Verwendung eines Lichtleistungssensors – ermittelt werden.The Regelrückführgröße is preferably an electrical variable, by means of which the actual value of the electrical parameter of the LED route can be closed. In one application, the control feedback is the sensed current through the LED link. Alternatively or additionally, the control feedback variable is the detected voltage across one of the LED or the LED path. The Regelrückführgröße can thereby by direct measuring directly or indirectly - for example by means of electrical probes or electrical coupling - are detected. The Regelrückführgröße can also be determined from the emitted light power - for example, using a light power sensor.
Der getaktete Konverter ist eine Schaltung zur Spannungs- und/oder Stromwandlung als Basis für die Energieversorgung der LED-Strecke mithilfe eines periodisch arbeitenden elektronischen Schalters und mindestens eines Energiespeichers, beispielsweise einer Spule. Der getaktete Konverter ist beispielsweise ein Abwärtswandler oder Tiefsetzsteller, englisch buck converter, welcher am Ausgang eine niedrigere Gleichspannung als am Eingang erzeugen. Der getaktete Konverter ist beispielsweise ein Aufwärtswandler oder Hochsetzsteller, englisch boost converter, welcher am Ausgang eine höhere Gleichspannung als am Eingang erzeugen. Der getaktete Konverter ist beispielsweise ein Inverswandler, englisch Buck-Boost, welcher am Ausgang eine höhere oder eine tiefere Gleichspannung als am Eingang erzeugen kann, allerdings ist diese invertiert.The clocked converter is a circuit for voltage and / or current conversion as the basis for the power supply of the LED track using a periodically operating electronic switch and at least one energy storage, such as a coil. The clocked converter is, for example, a buck converter or buck converter, which produces a lower DC voltage at the output than at the input. The clocked converter, for example, a boost converter or boost converter, English boost converter, which produce a higher DC voltage at the output than at the input. The clocked converter is, for example, an inverse converter, English Buck Boost, which can produce a higher or a lower DC voltage at the output than at the input, but this is inverted.
Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Taktung des Konverters zu ändern. Unter Taktung ist insbesondere die Schaltfrequenz – auch als Arbeitsfrequenz bezeichnet –, die Einschaltzeit und/oder die Ausschaltzeit des Konverters zu verstehen. Die Schaltfrequenz gibt die Anzahl von Ein- und Ausschaltvorgängen eines Schaltelements des Konverters pro Sekunde an.The control unit is set up to change the timing of the converter. Under clocking in particular the switching frequency - also referred to as the operating frequency - to understand the on time and / or the off time of the converter. The switching frequency indicates the number of on and off operations of a switching element of the converter per second.
Die Treiberschaltung empfängt einen Schaltbefehl. Dies erfolgt beispielsweise über eine Schnittstelle, insbesondere über eine DALI-Schnittstelle der Steuereinheit von einer zentralen Steuerung des Beleuchtungssystems oder über einen Netz-Schalter. Mit diesem Schaltbefehl soll die LED-Strecke entweder angeschaltet oder ausgeschaltet werden. Um nun einen Sprung in der Lichtleistung zur Überbrückung des zweiten Wertebereichs zu verhindern, erfolgt eine graduelle Vorwärtssteuerung unterhalb des Minimalwerts des elektrischen Parameters. Dabei wird die Regelrückführgröße ignoriert und der elektrische Parameter durch Verändern der Taktung des Konverters oder durch Verändern der Taktung eines weiteren Schaltelements in der Treiberschaltung geregelt.The driver circuit receives a switching command. This is done for example via an interface, in particular via a DALI interface of the control unit of a central control of the lighting system or via a network switch. With this switching command, the LED track should either be switched on or off. In order to prevent a jump in the light power for bridging the second value range, a gradual feedforward control takes place below the minimum value of the electrical parameter. In this case, the control feedback variable is ignored and the electrical parameter is regulated by changing the timing of the converter or by changing the timing of a further switching element in the driver circuit.
Die Vorwärtssteuerung, englisch „forward-control”, erfolgt graduell, was bedeutet dass der elektrische Parameter schrittweise durch Verändern der Taktung geregelt wird, um eine abrupte Lichtleistungsänderung zu verhindern. Somit erfolgt kein abruptes Ein- oder Ausschalten, sondern ein sanftes Regeln des elektrischen Parameters im zweiten Wertebereich, was auch als ein ”fade-in” bzw. ”fade-out” bezeichnet werden kann. Die graduelle Regelung erfolgt insbesondere über einen fest definierten Zeitbereich und bevorzugt ohne menschliche Wahrnehmung der einzelnen Stufen der graduellen Regelung.Forward control is gradual, which means that the electrical parameter is adjusted stepwise by changing the timing to prevent an abrupt change in light output. Thus, there is no abrupt turn on or off, but a gentle regulation of the electrical parameter in the second value range, which can also be referred to as a "fade-in" or "fade-out". The gradual regulation takes place in particular via a defined Time domain and preferably without human perception of the individual stages of gradual regulation.
Die graduelle Veränderung ist sodann eine graduelle Minimierung oder eine graduelle Vergrößerung einer Stellgröße, beispielsweise der Taktung des Konverters oder der Taktung des weiteren Schaltelements.The gradual change is then a gradual minimization or a gradual increase in a manipulated variable, for example the clocking of the converter or the timing of the further switching element.
Wenn nunmehr die LED-Strecke ausgeschaltet werden soll, erfolgt erfindungsgemäß zunächst eine Regelung des elektrischen Parameters im ersten Wertebereich unter Verwendung der Regelrückführgröße auf einen Minimalwert des elektrischen Parameters und im direkten Anschluss eine Regelung des elektrischen Parameters im zweiten Wertebereich ohne Verwendung der Regelrückführgröße auf einen Wert von null Prozent des elektrischen Parameters.If the LED path is now to be switched off, according to the invention first of all a control of the electrical parameter in the first value range using the control feedback variable to a minimum value of the electrical parameter and directly control of the electrical parameter in the second value range without using the Regelrückführgröße to a value of zero percent of the electrical parameter.
Wenn nunmehr die LED-Strecke eingeschaltet werden soll, erfolgt erfindungsgemäß zunächst eine Regelung des elektrischen Parameters im zweiten Wertebereich ohne Verwendung der Regelrückführgröße von null Prozent des elektrischen Parameters auf den Minimalwert und anschließend eine Regelung des elektrischen Parameters im ersten Wertebereich unter Verwendung der Regelrückführgröße.If now the LED track is to be switched on, according to the invention first of all a control of the electrical parameter in the second value range without using the Regelrückführgröße of zero percent of the electrical parameter to the minimum value and then a control of the electrical parameter in the first range of values using the Regelrückführgröße.
Das Erfassen der Regelrückführgröße bei niedrigen Werten des elektrischen Parameters im zweiten Wertebereich ist bislang zu schwierig und zu fehleranfällig, sodass eine Regelung in diesem Bereich in herkömmlichen Treiberschaltungen schlichtweg nicht erfolgt. Erfindungsgemäß wird für den zweiten Wertebereich des elektrischen Parameters eine Vorwärtssteuerung angewendet, um eine abrupten Lichtleistungs-Änderung zu verhindern.Detecting the control feedback variable at low values of the electrical parameter in the second value range has hitherto been too difficult and prone to error, so that regulation in this range simply does not take place in conventional driver circuits. According to the invention, a forward control is applied for the second value range of the electrical parameter in order to prevent an abrupt change in the light output.
Das weitere Schaltelement ist insbesondere kein Schaltelement des Konverters, sondern zusätzlich in die Treiberschaltung eingebracht. Das weitere Schaltelement ist beispielsweise ein Feldeffekttransistor, der von der Steuereinheit mittels eines Schaltsignals betrieben wird. Die Taktung des weiteren Schaltsignals wird mittels der Steuereinheit verändert, um den elektrischen Parameter im zweiten Wertebereich, also unterhalb des Minimalwerts des elektrischen Parameters in Vorwärtssteuerung zu regeln.The further switching element is in particular no switching element of the converter, but additionally introduced into the driver circuit. The further switching element is, for example, a field-effect transistor, which is operated by the control unit by means of a switching signal. The timing of the further switching signal is changed by means of the control unit in order to regulate the electrical parameter in the second value range, ie below the minimum value of the electrical parameter in feedforward control.
Das Regeln unterhalb des Minimalwerts ist kein möglicher Dauerzustand der LED-Strecke, der für eine beliebige Zeitdauer aufrecht erhalten bleiben müsste, sondern ein transienter Vorgang, der als Vorwärtssteuerung abgehandelt werden kann.The regulation below the minimum value is not a possible steady state of the LED link that would have to be maintained for any length of time, but a transient process that can be handled as forward control.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das weitere Schaltelement parallel zur LED-Strecke angeordnet, bevorzugt weist dazu das weitere Schaltelement eine in Reihe geschaltete weitere Spule, beispielsweise in Form einer Speicherdrossel, auf, welche aufgrund der Taktung des weiteren Schalters entsprechend groß ausgestaltet sein muss oder mittels hoher Schaltfrequenzen ansteuerbar sein muss. Auf diese Weise wird ein Kurzschlussschalter in die Treiberschaltung eingebracht. Bei Erreichen des Null-Werts des elektrischen Parameters kann ein echtes Ausschalten der LED-Strecke bewirkt werden, indem der Schalter dauerhaft geschlossen wird.In a preferred embodiment, the further switching element is arranged parallel to the LED path, preferably, the further switching element has a further coil connected in series, for example in the form of a storage inductor, which must be made correspondingly large due to the timing of the further switch or by means high switching frequencies must be controllable. In this way, a short-circuit switch is introduced into the driver circuit. Upon reaching the zero value of the electrical parameter, a true turn off the LED track can be effected by the switch is permanently closed.
In einer alternativen Ausgestaltung ist das weitere Schaltelement in Serie zur LED-Strecke angeordnet. Dieses Serien-Schaltelement unterbricht die Zufuhr des elektrischen Parameters zur LED-Strecke und bewirkt so das Ein- bzw. Ausschalten. Prinzipiell wird bei einem Konverter der neueren Generation ein LLC-Resonanzkreis verwendet. Der LLC-Resonanzkreis ist vom Prinzip her eine Spannungsquelle mit einer Ausgangskapazität im Nanofarradbereich. Bei Parallelschalten eines Schalters führt dies zu unerwünschten Spannungsänderungen in der LED-Strecke, die wiederum als abrupte Lichtleistungsänderungen wahrnehmbar sind. Daher wird bevorzugt ein Schaltelement in Serie zur LED-Strecke verwendet, dem Prinzip nach ein Anti-Glimm-Feldeffekttransistor.In an alternative embodiment, the further switching element is arranged in series with the LED path. This series switching element interrupts the supply of the electrical parameter to the LED track and thus causes the on or off. In principle, an LLC resonant circuit is used in a newer generation converter. The LLC resonant circuit is in principle a voltage source with an output capacitance in the nanofarrad range. When a switch is connected in parallel, this leads to undesirable voltage changes in the LED path, which in turn are perceptible as abrupt changes in the light output. Therefore, a switching element is preferably used in series with the LED track, in principle, an anti-glow field effect transistor.
Bevorzugt regelt die Steuereinheit mittels Verändern der Taktung des Konverters und mittels der Rückführgröße den elektrischen Parameter auf 10 Prozent, bevorzugt 5 Prozent, mehr bevorzugt 1 Prozent, des maximalen elektrischen Parameters als Minimalwert. Der Minimalwert ist beispielsweise der minimale Dimmwert, der unter Auswertung der Rückführgrößen ausgeregelt werden kann. Unterhalb dieses Minimalwerts wird sodann die Vorwärtssteuerung angewendet.The control unit preferably regulates the electrical parameter by changing the timing of the converter and by means of the feedback variable to 10 percent, preferably 5 percent, more preferably 1 percent, of the maximum electrical parameter as the minimum value. The minimum value is, for example, the minimum dimming value which can be corrected by evaluating the feedback variables. Below this minimum value then the feedforward control is applied.
Bevorzugt ist in der Steuereinheit eine Ansteuer-Kennlinie abgelegt, mit der unterhalb des Minimalwerts des elektrischen Parameters die Taktung des Konverter und/oder die Taktung des weiteren Schaltelements der Treiberschaltung mittels Vorwärtssteuerung graduell verändert wird. Die Ansteuer-Kennlinie legt beispielsweise die Anzahl der Schritte der graduellen Vorwärtssteuerung fest. Die Ansteuer-Kennlinie legt beispielsweise die Zeitdauer der graduellen Vorwärtssteuerung fest. Die Ansteuer-Kennlinie legt beispielsweise die Schrittweite der graduellen Vorwärtssteuerung fest. Auf diese Weise können verschiedene Kennlinien in der Steuereinheit realisiert werden, wodurch das Ein- und Ausschalten individualisiert werden kann.Preferably, a drive characteristic is stored in the control unit, with which the clocking of the converter and / or the timing of the further switching element of the driver circuit is changed gradually by means of feed forward control below the minimum value of the electrical parameter. For example, the drive characteristic determines the number of steps of the gradual feedforward control. For example, the drive characteristic determines the period of the gradual feedforward control. The drive characteristic defines, for example, the step size of the gradual feedforward control. In this way, different characteristics can be realized in the control unit, whereby the switching on and off can be customized.
Bevorzugt ist die Ansteuer-Kennlinie linear. Somit wird die Taktung des Konverters oder des weiteren Schaltelements derart geändert, dass eine lineare Lichtleistungsänderung im zweiten Wertebereich erhalten wird, sodass keine abrupten Lichtleistungsänderungen auftreten können. Die lineare Ansteuerkennlinie kann beispielsweise durch geeignete Ansteuerung mittels PWM-Schaltsignal erhalten werden, indem die Pulsweite des PWM-Signals linear verkürzt wird, bis der Nullpunkt des elektrischen Parameters erreicht ist.Preferably, the drive characteristic is linear. Thus, the timing of the converter or the other switching element is changed so that a linear light power change in the second value range is obtained, so that no abrupt Changes in light output can occur. The linear control characteristic can be obtained, for example, by suitable control by means of a PWM switching signal by linearly shortening the pulse width of the PWM signal until the zero point of the electrical parameter is reached.
Alternativ ist die Ansteuer-Kennlinie nicht-linear, beispielsweise logarithmisch. Somit wird die Taktung des Konverters oder des weiteren Schaltelements derart geändert, dass eine nicht-lineare Lichtleistungsänderung im zweiten Wertebereich erhalten wird. Die nicht-lineare Ansteuerkennlinie kann beispielsweise dem menschlichen Augenverhalten angepasst werden, sodass insbesondere die niedrigeren Werte im zweiten Wertebereich langsamer eingestellt werden, da das menschliche Auge die Lichtänderung bei dunkler werdender LED-Strecke besser auflösen kann. Die Regelung ist somit so ausgeführt, dass die Lichtleistungs Änderung für das Auge harmonisch verläuft.Alternatively, the drive characteristic is non-linear, for example logarithmic. Thus, the timing of the converter or the other switching element is changed so that a non-linear light power change in the second value range is obtained. The non-linear control characteristic can be adapted, for example, to human eye behavior, so that in particular the lower values in the second range of values are set more slowly since the human eye is better able to resolve the light change as the LED track becomes darker. The control is thus designed so that the light power change for the eye is harmonious.
Das Vorwärtsregeln unterhalb des Minimalwerts ist auf eine Zeitdauer von 0,5 bis 3 Sekunden nach Erhalt des Schaltbefehls oder nach Erreichen des Minimalwerts beschränkt. Somit ist dieses graduelle Vorwärtssteuerung der LED-Strecke derart ausgestaltet, dass es durch das menschliche Auge als Erlöschen der LED-Strecke oder als langsames Erhellen der LED-Strecke wahrgenommen werden kann.Forward control below the minimum value is limited to a period of 0.5 to 3 seconds after receiving the switching command or after reaching the minimum value. Thus, this gradual feed-forward control of the LED track is designed to be perceived by the human eye as the extinction of the LED track or as a slow brightening of the LED track.
Bevorzugt ist das Schaltsignal für das Schaltelement des Konverters und/oder das weitere Schaltelement ein PWM-Signal. Die Taktung kann nun derart geändert werden, dass die Schaltfrequenz verändert wird und/oder die Anschaltzeit und/oder die Ausschaltzeit. Somit wird die Taktung der Schaltelemente moduliert, wobei kein Unterschied zwischen den verschiedenen Modulationsarten besteht.Preferably, the switching signal for the switching element of the converter and / or the further switching element is a PWM signal. The timing can now be changed in such a way that the switching frequency is changed and / or the turn-on time and / or the turn-off time. Thus, the timing of the switching elements is modulated with no difference between the different types of modulation.
Bevorzugt, sollte die Taktung des weiteren Schaltelements oder die Taktung des Konverters eine Schaltfrequenz größer als 100 Hertz aufweisen, da eine Taktung unterhalb 100 Hz als ein Lichtflackern wahrgenommen würde. Darüber hinaus ist aus topologischer Sicht die minimale Pulsbreite auf 1 Mikrosekunde beschränkt. Es ist somit möglich, durch Verändern der Pulsanzahl selbst oder dem Abstand der Pulse zueinander den elektrischen Parameter graduell zu regeln. Am Ende der Vorwärtssteuerung ist beispielsweise ein Schaltsignal mit einem Puls mit einer Pulsdauer von einer Mikrosekunde bei einer Schaltdauer (Anschaltzeit + Ausschaltzeit) von 10 Millisekunden als Taktung des Konverters oder als Taktung des weiteren Schaltelements verwendet. Dies entspricht 10.000 Schritten in der Vorwärtssteuerung.Preferably, the clocking of the further switching element or the clocking of the converter should have a switching frequency greater than 100 hertz, since a clocking below 100 Hz would be perceived as a flicker of light. In addition, from a topological point of view, the minimum pulse width is limited to 1 microsecond. It is thus possible to gradually control the electrical parameter by varying the number of pulses themselves or the distance of the pulses from each other. At the end of the feedforward control, for example, a switching signal with a pulse having a pulse duration of one microsecond at a switching time (on-time + off-time) of 10 milliseconds is used as the clocking of the converter or as the clocking of the further switching element. This corresponds to 10,000 steps in the feedforward control.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Konverter ein LLC-Konverter. Die Steuereinheit verändert die Taktung einer Halbbrückenschaltung nach Erhalt des Schalt-Befehls graduell mittels Vorwärtssteuerung, um den elektrischen Parameter der LED-Strecke zu verändern. Bei Verwendung eines LLC-Konverters muss die ausgangsseitig bereitgestellte Spannung über der LED-Strecke verändert werden. Eine Veränderung der Amplitude der Spannung verändert allerdings den Arbeitspunkt des LLC-Konverters. Dieser Arbeitspunkt-Veränderung wird entgegengesteuert, indem die Taktung des LLC-Konverters graduell verändert wird. Auf diese Weise wird die Arbeitspunktfrequenz beim Ausschalten graduell erhöht und beim Einschalten graduell verringert.In a preferred embodiment, the converter is an LLC converter. The control unit gradually changes the timing of a half-bridge circuit upon receipt of the switching command by means of feedforward control to change the electric parameter of the LED route. When using an LLC converter, the voltage provided on the output side must be changed over the LED path. However, changing the amplitude of the voltage changes the operating point of the LLC converter. This operating point change is counteracted by gradually changing the timing of the LLC converter. In this way, the operating point frequency is gradually increased when switching off and gradually reduced when switching.
Bevorzugt wird eine Endfrequenz von beispielsweise 200 kHz festgelegt, sodass die Vorwärtssteuerung beendet ist (bzw. beginnt), wenn die Schaltfrequenz graduell auf diesen Wert geändert wurde. Beispielsweise kann die mittels Rückführregelung beim Minimalwert erhaltene Schaltfrequenz 100 kHz betragen. Die Schaltfrequenz wird dann graduell auf die Endschaltfrequenz von 200 kHz verändert, um die LED-Strecke auszuschalten. Umgekehrt wird auch bei einem Einschalten der Leuchtmittel zuerst die Endschaltfrequenz von 200 kHz angeschaltet, die graduell verringert wird, bis der Minimalwert erhalten ist. Die Ansteuerungsänderung in der Steuereinheit der Treiberschaltung kann durch Softwareänderung ermöglicht werden. Die Software-Änderung betrifft dann die veränderte Reaktion auf einen Schaltbefehl, beispielsweise einem DALI-ON/OFF-Befehl. Dabei wird die Schaltfrequenz derart gesteuert, dass sie zum Maximum hin einstellbar ist.Preferably, a final frequency of, for example, 200 kHz is set so that the feedforward control is completed (or begins) when the switching frequency has been gradually changed to this value. For example, the switching frequency obtained by means of feedback control at the minimum value can be 100 kHz. The switching frequency is then gradually changed to the limit switching frequency of 200 kHz to turn off the LED path. Conversely, even when the lamps are switched on, the limit switching frequency of 200 kHz is first switched on, which is gradually reduced until the minimum value is obtained. The drive change in the control unit of the driver circuit can be enabled by software modification. The software change then affects the changed response to a switching command, such as a DALI ON / OFF command. The switching frequency is controlled so that it is adjustable to the maximum.
Durch die Softwareanpassung ist es nunmehr auch möglich, den schwierig zu erhaltenden Minimalwert weiter nach oben zu korrigieren. So kann beispielsweise ein Konverter, der prinzipiell zum Ausregeln auf 1% des elektrischen Parameters ausgerichtet ist, nunmehr auf einen Minimalwert von 10% mittels Rückführgrößen geregelt werden. Unterhalb von 10% bis 0% des elektrischen Parameters erfolgt dann die graduelle Vorwärtssteuerung.Due to the software adaptation, it is now also possible to further correct the difficult-to-obtain minimum value. Thus, for example, a converter, which is in principle aligned for balancing to 1% of the electrical parameter, can now be regulated to a minimum value of 10% by means of feedback variables. Below 10% to 0% of the electrical parameter then the gradual feedforward control takes place.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben von Leuchtmitteln, insbesondere LEDs, vorgeschlagen. Dabei erfolgt zunächst ein eingangsseitiges Versorgen eines Konverters mit einer Spannung, um ausgangsseitig einen elektrischen Parameter der LED-Strecke zu regeln. Anschließend erfolgt ein Verändern einer Taktung des Konverters mittels einer Steuereinheit, um der elektrischen Parameter der LED-Strecke mittels einer Rückführgröße auf einen Minimalwert zu regeln. Schließlich erfolgt ein Verändern der Taktung des Konverters und/oder der Taktung eines weiteren Schaltelements der Treiberschaltung graduell mittels Vorwärtssteuerung durch die Steuereinheit, sodass nach Empfang eines Schalt-Befehls der elektrische Parameter der LED-Strecke zunächst mittels Rückführgröße auf den Minimalwert geregelt wird und anschließend ohne Rückführgröße in einem Bereich unterhalb des Minimalwerts graduell geregelt wird.In a further aspect of the invention, a method for operating light sources, in particular LEDs, is proposed. In this case, an input-side supply of a converter with a voltage first takes place in order to regulate an electrical parameter of the LED path on the output side. Subsequently, changing a clocking of the converter by means of a control unit to regulate the electrical parameter of the LED track by means of a feedback variable to a minimum value. Finally, changing the timing of the converter and / or the timing of another switching element of the driver circuit is done gradually by forward control by the control unit, so after receiving a switching command, the electrical parameter of the LED path is first controlled by means of feedback to the minimum value and is then controlled gradually without feedback in a range below the minimum value.
In einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches ein Verfahren gemäß der vorhergehenden Art implementiert, wenn es in einer Recheneinrichtung läuft.In a further aspect, a computer program product is proposed which implements a method according to the previous type when running in a computing device.
In einem weiteren Aspekt ist eine integrierte Schaltung, insbesondere ASIC oder Mikrocontroller oder eine Hybridversion davon vorgeschlagen, die zur Implementierung eines Verfahrens gemäß der vorhergehenden Art ausgebildet ist.In a further aspect, an integrated circuit, in particular ASIC or microcontroller or a hybrid version thereof, which is designed to implement a method according to the preceding type is proposed.
In einem weiteren Aspekt ist eine Leuchte, aufweisend eine LED-Strecke und eine Treiberschaltung gemäß der vorhergehend beschriebenen Art zur Ansteuerung der LED-Strecke mit einem veränderbaren elektrischen Parameter vorgesehen.In a further aspect, a luminaire, comprising an LED track and a driver circuit according to the previously described manner for driving the LED track with a variable electrical parameter is provided.
Nachfolgend wird anhand von Figuren die Erfindung bzw. weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung näher erläutert, wobei die Figuren lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben. Gleiche Bestandteile in den Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind nicht als maßstabsgetreu anzusehen, es können einzelne Elemente der Figuren übertrieben groß bzw. übertrieben vereinfacht dargestellt sein. Es zeigenThe invention or further embodiments and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to figures, the figures only describe embodiments of the invention. Identical components in the figures are given the same reference numerals. The figures are not to be considered as true to scale, it can be exaggerated large or exaggerated simplified individual elements of the figures. Show it
Dabei ist ein Konverter
Die LED-Strecke
Die Steuereinheit
Der Konverter
Unterhalb des Minimalwerts Imin, Umin wird der elektrische Parameter mittels gradueller Vorwärtssteuerung, d. h. ohne Verwendung der Rückführgröße
Auf diese Weise wird die Lichtleistung der LED-Strecke aufgrund eines Schaltbefehls sich nicht abrupt ändern. Durch die graduelle Veränderung des elektrischen Parameters bis zum tatsächlichen Nullpunkt des elektrischen Parameters erfolgt ein Ausschalten der LED-Strecke
In
In
In einem zweiten Wertebereich
Erfindungsgemäß erfolgt in dem zweiten Wertebereich
Sobald ein Ausschaltkommando über die Schnittstelle
Diese Ansteuerung
In
Unterhalb des Minimalwerts Imin wird nun die Regelung des Stroms ILED durch Variieren der Taktung des weiteren Schaltelements S1 erfolgen. Der Konverter
Die Situation ist bei Buck-Konvertern, die im sog. kontinuierlichen („continuous”) Modus arbeiten, sehr einfach zu realisieren. Hier lässt sich problemlos ein Kurzschlussschalter S1 einfügen. Diese Einfachheit ist zu relativieren: Der Schalter SK des Buck-Konverters
In
In
In jedem Fall der Modulation darf die minimal auftretende Frequenz nicht unter 100 Hz fallen, da dieses sonst als Flackern wahrgenommen würde. Andererseits kann auch eine minimale Pulsbreite tON von einer Mikrosekunde aus treibertechnischer Sicht nicht unterschritten werden.In any case of modulation, the minimum occurring frequency must not fall below 100 Hz, otherwise it would be perceived as flickering. On the other hand, a minimum pulse width t ON of one microsecond from a driver's point of view can not be undershot.
Somit kann entweder die Anzahl der Pulse tON reduziert werden oder der Abstand T1, T2, T3 zwischen den einzelnen Pulsen verändert werden. Auf diese Weise wird der Strom ILED durch die LED-Strecke
Da die Steuereinheit
Somit kann in 4.096 Schritten von 1% Minimalwert IMIN auf 0% des elektrischen Parameters gedimmt werden. Dies erfolgt so in einer sanften Art und Weise, dass es nicht als abrupte Lichtleistungs-Änderung wahrgenommen wird. Für praktische Anwendungszwecke sind 100 Schritte, oder maximal 1.000 Schritte ausreichend, da das menschliche Auge einen feineren Lichtunterschied nicht auflösen kann.Thus, in 4.096 steps, from 1% minimum value I MIN to 0% of the electrical parameter can be dimmed. This is done in a gentle manner so that it is not perceived as an abrupt change in light output. For practical purposes, 100 steps, or a maximum of 1,000 steps, is sufficient because the human eye can not resolve a finer difference in light.
In
Gemäß
Somit wird durch eine Änderung der Schaltfrequenz der Halbbrücke die Spannung Uout über der LED-Strecke
Bei LLC-Konvertern
Ein nicht dargestellter Lösungsansatz wäre das Verwenden einer Hilfswicklung am Übertrager T. Es wäre denkbar, eine Hilfswicklung inklusive Gleichrichter periodisch kurzzuschließen, und so den Strom ILED vom LLC-Konverterausgang wegzunehmen. Irgendwann ist die Spannung Uout sekundärseitig zu klein, um durch die LED-Strecke
Aus Sicherheitsgründen (Selv) müsste ggf. die Hilfswicklung auf der Primärseite des Übertrages T angebracht werden. Diese hat dann aber eine bessere Kopplung, als die Sekundärwicklung und verkleinert damit möglicherweise die wirksame Streuinduktivität Lr. Würde man der Hauptwicklung sekundär einen zusätzlichen Gleichrichter zuordnen und diesen periodisch kurzschließen, wäre keine Hilfswicklung nötig, das Problem mit der Kopplungsveränderung und den Ausgangskondensatoren würde einfach gelöst werden, aber es ist wieder eine Ansteuerung über die Selv-Strecke nötig.For safety reasons (Selv) if necessary, the auxiliary winding would have to be attached to the primary side of the transfer T. This then has a better coupling than the secondary winding and thus possibly reduces the effective leakage inductance L r . If one were to associate the secondary winding with an additional rectifier and short it periodically, no auxiliary winding would be necessary, the problem with the coupling change and the output capacitors would be easily solved, but again a control over the Selv path is necessary.
Ein LLC-Konverter
Sobald die LED-Spannung mindestens 1/6 über dem Minimum liegt, rund 60 V bei Minimalwert Umin von 50 V, kann der Strom ILED auf null eingestellt werden.As soon as the LED voltage is at least 1/6 above the minimum, around 60 V at minimum value U min of 50 V, the current I LED can be set to zero.
In
In Anwendung der erfindungsgemäßen Ansteuerung wird nun die Arbeitsfrequenz f der Halbbrückenschaltung des LLC-Konverters
Alle gezeigten, dargestellten und beschriebenen Merkmale können beliebig miteinander kombiniert werden.All shown, illustrated and described features can be combined with each other.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Getakteter KonverterClocked converter
- 22
- Steuereinheitcontrol unit
- 33
- LED-Strecke, LEDLED track, LED
- 44
- Traditionelle AnsteuerungTraditional control
- 55
- Erfindungsgemäße AnsteuerungInventive control
- 66
- Schaltbefehl, DALI-SchnittstelleSwitching command, DALI interface
- 77
- RückführgrößeFeedback variable
- 88th
- Erster WertebereichFirst value range
- 99
- Zweiter WertebereichSecond value range
- Sk S k
- Schaltelement des KonvertersSwitching element of the converter
- S1 S 1
- Weiteres SchaltelementAnother switching element
- DD
- Konverterdiodeconverter diode
- LL
- Konverterspuleconverter coil
- LS L S
- Schalterspuleswitch coil
- TT
- Übertrager des LLC-KonvertersTransformers of the LLC converter
- ILED I LED
- Strom durch die LED-StreckeElectricity through the LED track
- Imax I max
- Maximalwert des Stroms durch die LED-StreckeMaximum value of the current through the LED track
- Imin I min
- Regelbarer Minimalwert des Stroms durch die LED-StreckeAdjustable minimum value of the current through the LED track
- f1 f 1
- Arbeitsfrequenz des Konverters bei MinimalwertOperating frequency of the converter at minimum value
- f2 f 2
- Arbeitsfrequenz des Konverters bei Grenzfrequenz der LEDOperating frequency of the converter at cut-off frequency of the LED
- Uout U out
- Spannung über der LED-StreckeVoltage across the LED range
- Umax U max
- Maximalwert der Spannung über der LED-StreckeMaximum value of the voltage across the LED track
- Umin U min
- Regelbarer Minimalwert der Spannung über der LED-Strecke Umin Adjustable minimum value of the voltage across the LED track U min
- Ucut-off U cut-off
- Ausschaltspannung der LED-StreckeSwitch-off voltage of the LED track
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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