DE102018100598A1 - Verfahren zum steuern eines stromes einer leuchtdiode - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Stromes einer Leuchtdiode, um einen gewünschten Lichtstrom abzugeben, wobei der Strom in Abhängigkeit von einer Zeit, während der die Leuchtdiode bestromt wurde, bestimmt wird, um den gewünschten Lichtstrom der Leuchtdiode zu erzeugen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Stromes einer Leuchtdiode und eine Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens.
• Im Stand der Technik ist es bekannt, Leuchtdioden abhängig von dem gewünschten Lichtstrom mit unterschiedlichen Stromstärken beziehungsweise Stromsignalen anzusteuern.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem auch über einen längeren Zeitraum hinweg ein gewünschter Lichtstrom mithilfe der Leuchtdiode erzeugt werden kann.
• Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
• Ein Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass der gewünschte Lichtstrom auch mit zunehmendem Alter der Leuchtdiode erzeugt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der Strom zur Ansteuerung der Leuchtdiode in Abhängigkeit von einer Zeit, während der die Leuchtdiode bestromt wurde, ermittelt wird. Die Leuchtdiode wird dann mit dem ermittelten Strom angesteuert. Auf diese Weise ist es möglich, eine Alterung der Leuchtdiode, die von der Zeitdauer der Bestromung abhängt, durch eine entsprechend veränderte Vorgabe des Stromes auszugleichen. Dadurch kann der gewünschte Lichtstrom unabhängig vom Alter und von dem erfolgten Betrieb der Leuchtdiode erzeugt werden.
• In einer Ausführung wird der Strom zur Ansteuerung der Leuchtdiode zusätzlich in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter während der Bestromung bestimmt. Auf diese Weise ist es möglich, eine Alterung der Leuchtdiode genauer auszugleichen. Dadurch kann der gewünschte Lichtstrom präziser unabhängig vom Alter und von dem erfolgten Betrieb der Leuchtdiode erzeugt werden.
• In einer weiteren Ausführungsform stellt der Betriebsparameter eine Temperatur der Leuchtdiode dar. Die Temperatur der Leuchtdiode während der Bestromung ist ein Parameter, der das Alterungsverhalten der Leuchtdiode beeinflusst. Je höher die Temperatur, umso schneller altert die Leuchtdiode.
• In einer Ausführungsform wird der Strom abhängig von der Zeit der Bestromung und vorzugsweise abhängig von dem Betriebsparameter während der Bestromung mithilfe wenigstens einer Formel und/oder mithilfe wenigstens einer Tabelle und/oder mithilfe wenigstens eines theoretischen Modells ermittelt. Somit können abhängig von der gewählten Ausführungsform einfache Mittel wie eine Tabelle, genauere Mittel wie eine Formel oder sehr präzise Mittel wie ein Modell zur Ermittlung des Stromes eingesetzt werden.
• In einer Ausführungsform stellt der Betriebsparameter eine Stromstärke und/oder eine Frequenz des Stromes dar. Sowohl die Stromstärke als auch die Frequenz des Stromes stellen technische Parameter dar, die die Alterung der Leuchtdiode beeinflussen. Bei einer großen Stromstärke und einer hohen Frequenz des Stromes altert die Leuchtdiode schneller als bei einer niedrigeren Stromstärke und einer niedrigeren Frequenz. Zudem kann das Stromsignal als pulsweitenmoduliertes Stromsignal ausgebildet sein, wobei der Betriebsparameter ein Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Stromsignales darstellt.
• In einer weiteren Ausführungsform stellt der Betriebsparameter eine Luftfeuchtigkeit an der Leuchtdiode dar. Auch die Luftfeuchtigkeit ist ein wesentlicher Parameter, der die Alterung der Diode beeinflusst. Die Leuchtdiode altert bei einer höheren Luftfeuchtigkeit schneller als bei einer geringeren Luftfeuchtigkeit.
• Weiterhin kann abhängig von der gewählten Ausführungsform als Betriebsparameter ein Vorhandensein eines vorgegebenen Gases, insbesondere eine Konzentration eines Gases an der Leuchtdiode berücksichtigt werden. Das vorgegebene Gas ist z.B. ein Schadgas dar, das eine Alterung der Leuchtdiode beschleunigt.
• In einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens zwei Leuchtdioden vorgesehen, wobei die Leuchtdioden elektromagnetische Strahlungen mit verschiedenen Wellenlängenbereichen erzeugen, wobei für die zwei Leuchtdioden jeweils ein eigener Stromwert ermittelt wird, und wobei die zwei Leuchtdioden jeweils mit dem ermittelten Stromwert versorgt werden. Auf diese Weise können unterschiedliche Leuchtdioden mit individuellen Stromwerten angesteuert werden. Zudem kann abhängig von der Art der Leuchtdioden auch das Alterungsverhalten der Leuchtdioden unterschiedlich sein.
• In einer weiteren Ausführungsform wird der Strom zur Ansteuerung der Leuchtdiode nach vorgebbaren oder vorgegebenen Zeitdauern ermittelt. Anschließend wird die Leuchtdiode mit dem neu ermittelten Strom angesteuert. Abhängig von der gewählten Ausführungsform wird der Strom für die Ansteuerung der Leuchtdiode regelmäßig, insbesondere in zeitdiskreten Abständen, wiederholt.
• In einer Ausführung wird als Strom zum Ansteuern der Leuchtdiode ein pulsweitenmoduliertes Stromsignal verwendet, wobei das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Stromsignales abhängig von der Temperatur der Leuchtdiode erhöht wird. Dabei kann die aktuelle Temperatur oder eine gemittelte Temperatur während einer letzten Zeitdauer verwendet werden.
• In einer weiteren Ausführung wird der Strom zur Ansteuerung der Leuchtdiode, insbesondere ein Tastverhältnis eines pulsweitenmodulierten Stromsignales abhängig von einer zeitlichen Änderung der Lichtstromdegradation der Leuchtdiode erhöht wird. Dabei wird die aktuell vorliegende Lichtstromdegradation verwendet. Die zeitliche Änderung der Lichtstromdegradation kann mithilfe von Tabellen, Formeln und/oder Kennlinien ermittelt werden.
• Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen
• 1 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit und einer Leuchtdiode,
• 2 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit, die zwei Leuchtdioden ansteuert, und
• 3 einen schematischen Programmablauf zum Steuern des Stromes einer Leuchtdiode.
• 1 zeigt eine Steuereinheit 1, die über elektrische Leitungen 4, 5 mit elektrischen Anschlüssen einer Leuchtdiode 2 verbunden ist. Die Leuchtdiode 2 ist ausgebildet, um bei einer entsprechenden Ansteuerung mit Strom über die elektrischen Leitungen 4, 5 einen Lichtstrom 3 zu erzeugen. Zudem kann an der Leuchtdiode 2 wenigstens ein Sensor 6 vorgesehen sein, der über eine Sensorleitung 7 mit der Steuereinheit verbunden ist. Abhängig von der gewählten Ausführung können verschiedene Sensoren 6 an der Leuchtdiode 2 vorgesehen sein.
• Die Steuereinheit 1 kann über einen Zeitgeber 8 verfügen, mit dem die Steuereinheit 1 einen Ablauf der Zeit messen kann. Zudem kann die Steuereinheit 1 über einen Speicher 9 verfügen. Im Speicher 9 sind Verfahren und/oder Programme und/oder Tabellen und/oder Formeln abgelegt, die angeben, mit welchem Strom die Leuchtdiode 2 angesteuert werden muss, um einen gewünschten Lichtstrom 3 zu erzeugen. Diese Daten entsprechen den Eigenschaften einer neuen Leuchtdiode 2, die noch keine Wesentliche Alterung aufweist. Beispielsweise werden die Stromwerte für die gewünschten Lichtströme nach der Herstellung der Leuchtdiode 2 gemessen und in den Speicher 9 eingeschrieben. Weiterhin können im Speicher 9 eine Formel und/oder eine Tabelle und/oder eine Kennlinie und/oder ein theoretisches Modell abgelegt sein, mit dem eine Alterung der Leuchtdiode für die Ermittlung des Stromes für einen gewünschten Lichtstrom berücksichtigt ist.
• Die Formeln, Tabellen, Kennlinien und/oder Modelle sind ausgebildet, um in Abhängigkeit von einer Zeit, während der die Leuchtdiode bestromt wurde, in Abhängigkeit vom Strom und insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter während der Bestromung den Strom zu ermitteln, der für einen gewünschten Lichtstrom notwendig ist. Abhängig von den verschiedenen gewünschten Lichtströmen werden unterschiedliche Ströme berechnet.
• Die Steuereinheit 1 ist ausgebildet, um einen Strom zu ermitteln, mit dem die Leuchtdiode zur Abgabe eines bestimmten Lichtstromes angesteuert werden muss. Dazu kann die Steuereinheit 1 eine Zeit während der Bestromung mithilfe des Zeitgebers 8 erfassen. Weiterhin ist der Steuereinheit 1 die Stromhöhe und die Stromfrequenz bekannt, da die Steuereinheit 1 die Leuchtdiode 2 mit dem Strom versorgt. Zudem kann die Steuereinheit 1 über den wenigstens einen Sensor 6 wenigstens einen Betriebsparameter der Leuchtdiode erfassen. Beispielsweise kann als Betriebsparameter eine Temperatur der Leuchtdiode und/oder eine Luftfeuchtigkeit im Bereich der Leuchtdiode und/oder ein Vorhandensein beziehungsweise eine Konzentration eines vorgegebenen Gases an der Leuchtdiode erfasst werden. Das vorgegebene Gas kann ein Schadgas wie zum Beispiel NO_x oder H₂S sein.
• 2 zeigt die Anordnung gemäß 1, wobei eine zweite Leuchtdiode 10 vorgesehen ist, deren elektrische Anschlüsse mit elektrischen Leitungen 4, 5 der Steuereinheit 1 in Verbindung stehen. Zudem ist an der zweiten Leuchtdiode 10 wenigstens ein Sensor 6 vorgesehen, um wenigstens einen Betriebsparameter der zweiten Leuchtdiode 10 zu erfassen und an die Steuereinheit 1 zu übermitteln. Die zwei Leuchtdioden 2, 10 erzeugen beispielsweise elektromagnetische Strahlungen mit verschiedenen Wellenlängenbereichen. Die Steuereinheit 1 ist ausgebildet, um für jede Leuchtdiode 2, 10 einen individuellen Stromwert zu ermitteln, bei dem die Alterung der Leuchtdioden berücksichtigt wird und die gewünschten Lichtströme von den zwei Leuchtdioden erzeugt werden.
• Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die zwei Leuchtdioden unterschiedlich aufgebaut sein und insbesondere unterschiedliche Materialien, insbesondere unterschiedliche Halbleitermaterialien, aufweisen. Dadurch können die zwei Leuchtdioden 2, 10 auch ein unterschiedliches Alterungsverhalten aufweisen. Somit ist bei dieser Ausführungsform beispielsweise für jede Leuchtdiode 2, 10 eine entsprechende Formel und/oder Tabelle und/oder Kennlinie und/oder ein theoretisches Modell im Speicher 9 abgelegt, mit dem das Alterungsverhalten der Leuchtdiode für die Ermittlung des Stromes zum Erzeugen eines gewünschten Lichtstromes berücksichtigt wird.
• 3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Programmablauf, mit dem eine Ansteuerung der Leuchtdioden durchgeführt wird, wobei eine Alterung der Leuchtdiode ausgeglichen wird. Bei Programmpunkt 100 sind im Speicher 9 der Steuereinheit 1 Stromwerte für die Leuchtdioden abgelegt, mit denen gewünschte Lichtströme erzeugt werden. Zudem sind im Speicher 9 eine Formel, Kennlinie, Tabelle und/oder ein theoretisches Modell abgelegt, mit denen ein Alterungsverhalten der Leuchtdioden bei der Ermittlung des Stromes berücksichtigt wird.
• Bei Programmpunkt 110 versorgt die Steuereinheit 1 die Leuchtdioden 2, 10 für die Abgabe eines gewünschten Lichtstromes mit den ursprünglichen Stromwerten. Gleichzeitig mit der Bestromung bei Programmpunkt 110 wird der Zeitgeber 8 gestartet.
• Gleichzeitig erfasst die Steuereinheit 1 bei Programmpunkt 120 die Zeit während der Bestromung, die Stromstärke und/oder die Stromfrequenz, mit der die Leuchtdioden bestromt werden. Zudem kann die Steuereinheit 1 bei Programmpunkt 120 einen weiteren Betriebsparameter während der Bestromung erfassen. Dazu werden beispielsweise mit Sensoren 6 die Temperatur der Leuchtdioden, die Luftfeuchtigkeit im Bereich der Leuchtdioden und/oder das Vorhandensein eines vorgegebenen Gases, insbesondere das Vorhandensein einer Konzentration eines vorgegebenen Gases an der Leuchtdiode, erfasst. Das vorgegebene Gas stellt ein Schadgas dar, das eine Alterung der Leuchtdiode beschleunigt.
• Bei Programmpunkt 130 überprüft die Steuereinheit 1, ob eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise eine Sekunde, vergangen ist. Ist dies nicht der Fall, so wird Programmpunkt 130 erneut durchlaufen und die Leuchtdioden werden weiterhin mit dem aktuellen Stromwert versorgt.
• Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 130 jedoch, dass die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, so wird von der Steuereinheit 1 bei Programmpunkt 140 ein neuer Stromwert für die Bestromung der Leuchtdioden für den gleichen gewünschten Lichtstrom ermittelt. Dazu werden die im Speicher 9 abgelegten Formeln, Tabellen, Kennlinien und/oder theoretische Modelle verwendet. Abhängig von der gewählten Ausführungsformen können für die zwei Leuchtdioden 2, 10 unterschiedliche Formeln, Tabellen, Kennlinien und/oder theoretische Modelle vorgesehen sein. Zudem können die Formeln, Kennlinien, Tabellen und/oder theoretischen Modelle wenigstens den Strom während der Bestromung und/oder die Zeitdauer während der Bestromung und/oder einen weiteren Betriebsparameter, wie zum Beispiel die Temperatur der Leuchtdioden, die Luftfeuchtigkeit der Leuchtdioden und/oder das Vorhandensein eines Schadgases berücksichtigen.
• Anschließend werden die Leuchtdioden bei Programmpunkt 150 von der Steuereinheit 1 mit den neu berechneten Stromwerten angesteuert. Zudem wird der Zeitgeber 8 wieder gestartet, um die Zeitdauer der Bestromung mit dem neuen Stromwert zu messen. Daraufhin wird zu Programmpunkt 130 zurückverzweigt und das Verfahren erneut durchlaufen.
• Die Formeln, Kennlinien, Tabellen und/oder theoretischen Modelle können wenigstens eine der folgenden Formeln berücksichtigen: Dabei kann ein Alterungsmodell verwendet werden, das eine Lichtstromdegradation mit der Betriebslebenszeit der Leuchtdiode nach folgender Formel 1 beschreibt: $$\text{L}\left(\text{t}\right)=\frac{\mathrm{\Phi }\left(t\right)}{{\mathrm{\Phi }}_0\left(t_0\right)}=\frac{{\mathrm{\Phi }}_0-{\mathrm{\Phi }}_E}{{\mathrm{\Phi }}_0}\ast e^{-\alpha t}+\frac{{\mathrm{\Phi }}_E}{{\mathrm{\Phi }}_0}$$

  
• Mit Φ_E ist der Lichtstrom für die Zeit t → ∞ bezeichnet. Mit Φ₀(t₀) ist der „initiale Lichtstrom zum Zeitpunkt t₀ bezeichnet. Mit α ist eine Konstante bezeichnet.
• Mit L(t₀) ist ein Degradationsfaktor für den Lichtstrom bezeichnet, der zum Zeitpunkt t₀ gleich 1 ist. Mit t ist die Zeitdauer des Betriebes der Leuchtdiode, d.h. die Zeitdauer der Bestromung bezeichnet.
• Formel 1 kann in folgende Formel 2 umgewandelt werden: $$\text{t}=-\frac{1}{2}\cdot \text{ln}\left(\frac{{\mathrm{\Phi }}_0\text{L}\left(\text{t}\right)-{\mathrm{\Phi }}_{\text{E}}}{{\mathrm{\Phi }}_0-{\mathrm{\Phi }}_{\text{E}}}\right)$$

  
• Zudem kann die Temperatur der Leuchtdiode mit einem Temperatur-Beschleunigungsmodell gemäß Formel 3 berücksichtigt werden, wobei tau einen Beschleunigungskoeffizienten bezeichnet: $$\text{tau}={\text{tau}}_0\cdot \text{exp}\left(\frac{{\text{E}}_{\text{a}}}{\text{k}}\left(\frac{1}{\text{T}}-\frac{1}{{\text{T}}_0}\right)\right)$$

  

  mit T₀ als Referenztemperatur, mit T als gemessene Temperatur, mit E_a als Aktivierungsenergie für die Alterung und mit k als Boltzmann-Konstante.
• Das Modell gibt einen Zusammenhang zwischen der Degradation bei Referenztemperatur T₀ und der tatsächlichen Temperatur T der Leuchtdiode an. Z.B. ist der halbe Lichtstrom L(t1) = 0,5 ∗ L(t=0) bei T₀ nach einer Zeit t1 erreicht. Findet die Degradation bei einer höheren Temperatur T als T₀ statt, ist der halbe Lichtstrom bereits nach t2= t1*tau(T,T₀) erreicht.
• Es besteht ein quantitativer Zusammenhang zwischen T_j und V_FLED nach folgender Formel 4: $${\text{V}}_{\text{FLED}}={\text{V}}_{\text{FLED}}\left(25°\text{C}\right)+T_{CV}\left({\text{T}}_{\text{j}}-25°\text{C}\right)$$

  

  V_FLED (25 °C) : fester Spannungswert bei der Referenztemperatur von 25°C, z.B. gemessen beim Test in der Packageproduktion.
• Tcv: thermischer Koeffizient der Durchlassspannung, der für jede Leuchtdiode spezifisch ist.
  T_j : T_junction : Temperatur der aktiven Zone (pn Übergang) der Leuchtdiode.
• Zudem kann folgende Formel 5 verwendet werden: $$\Rightarrow {\text{T}}_{\text{j}}=\frac{{\text{V}}_{\text{FLED}}-{\text{V}}_{\text{FLED}}\left(25°\text{C}\right)}{{\text{T}}_{\text{CV}}}+25°\text{C}$$

  

  V_FLED: Messwert für die erfasste Betriebsspannung, der z.B. von der Steuereinheit (ASIC) zum aktuellen Zeitpunkt erfasst wird.
• Mit Hilfe von Gleichung 5 lässt sich aus der von der Steuereinheit erfassten Betriebsspannung der Leuchtdiode die Temperatur T_j am pn- Übergang der Leuchtdiode ermitteln.
• Zudem kann bei der Berechnung ein Zusammenhang zwischen T_j ↔ T_s ↔ Pel = U • J berücksichtigt werden.
• Es besteht folgender Zusammenhang der Gleichung 6 zwischen T_j der Leuchtdiode, der von der Steuereinheit direkt erfassten Temperatur T_s und der elektrischen Leistung der Leuchtdiode: $${\text{P}}_{\text{el}}=\text{U}\cdot \text{I}\leftrightarrow \text{eigentlich }\overline{\text{I}}={\text{I}}_{\text{max}}\cdot \text{c }\left(\text{PWM}-\text{dimming}\right)$$

  

  Pe₁: elektrische Leistung
  c: Tastverhältnis der PWM-Ansteuerung der LED
• Der Lichtstrom der Leuchtdiode hängt von der Temperatur Tj des pn-Übergangs der Leuchtdiode ab, wie mit der folgenden Gleichung 7 beschrieben werden kann. $${\text{P}}_{\text{opt}}={\text{P}}_{{\text{opt}}_{\text{0}}}\left(25°\text{C}\right)(1+{\text{T}}_{\text{ci}}\left({\text{T}}_{\text{cj}}-25°\text{C}\right)$$

  

  Popt: Lichtstrom der LED (=Φ)
  T_ci: Temperaturkoeffizient des Lichtstroms der Leuchtdiode
  P_opt0: Lichtstrom zum Zeitpunkt t₀ bei Referenztemperatur, der aus Testdaten bestimmt wurde und in der Steuereinheit abgelegt ist.
  T_s: Sensortemperatur, die von einem Temperatursensor erfasst wird, der sich beispielsweise in der Steuereinheit (ASIC) befindet.
• RTH ist der thermische Widerstand zwischen dem Temperatursensor, der vorzugsweise in der Steuereinheit integriert ist, und dem pn-Übergang der LED. Somit kann folgende Formel 8 aufgestellt werden: $${\text{T}}_{\text{j}}={\text{R}}_{\text{TH}}\left({\text{P}}_{\text{el}}-{\text{P}}_{\text{opt}}\right)+{\text{T}}_{\text{S}}$$

  
• Wird Formel 7 in Formel 8 eingesetzt, so sieht man, dass die optische Leistung über die Betriebslebenszeit der LED abnimmt. Die Abnahme der optischen Leistung wird durch die Einführung des Degradationsfaktors L(t) berücksichtigt, so dass die Alterung des Lichtstromes der LED abhängig von der Lebenszeit gemäß der folgenden Geichung 9 beschrieben werden kann. $${\text{T}}_{\text{j}}={\text{R}}_{\text{TH}}\cdot \left[{\text{V}}_{\text{FLED}}\cdot \text{I}-\text{L}\left(\text{t}\right){\text{P}}_{\text{opt}}\left(25°\text{C}\right)(1+{\text{T}}_{\text{ci}}\left({\text{T}}_{\text{j}}-25°\text{C}\right)+{\text{T}}_{\text{S}}\right]$$

  
• Gleichung 9 kann nach L aufgelöst werden und ergibt folgende Gleichung 10: $$\Rightarrow L\left(t\right)=-\frac{{\text{T}}_{\text{j}}-{\text{T}}_{\text{S}}-{\text{R}}_{\text{TH}}\left({\text{V}}_{\text{FLED}}\cdot \text{I}\right)}{{\text{R}}_{\text{TH}}\cdot {\text{P}}_{\text{opt}}\left(25°\text{C}\right)(1+\left({\text{T}}_{\text{ci}}-25°\text{C}\right)}$$

  
• Der Degradationsfaktor L(t) kann aus T_j, wobei T_j aus der gemessenen Betriebsspannung V_FLED ermittelt wird, der vom Sensor erfassten Temperatur T_s und dem vorgegebenen Strom I zu jedem Zeitpunkt berechnet werden, ohne eine Vorgeschichte der Alterung oder des Betriebszustandes der LED zu kennen.
• Der Strom zur Ansteuerung der Leuchtdiode kann z.B. mit folgendem Verfahren ermittelt werden, wobei folgende Eingangsgrößen verwendet werden können:
• I_el = I_max ▪ c: Strom wird von der Steuereinheit vorgegeben und ist somit bekannt.
• V_F=V_FLED: Durchlassspannung, die von der Steuereinheit erfasst wird.
• T_s : Sensortemperatur wird von der Steuereinheit erfasst.
• Φ₀ : initialer Lichtstrom wird bei der Montage der Leuchtdiode mit der Steuereinheit in einer Anordnung in der Steuereinheit gespeichert.
• Die folgende Berechnung wird von der Steuereinheit einmal für jede vorgegebene Zeitdauer, d.h. für jede Zeitscheibe durchgeführt. Eine Zeitdauer kann z.B. 1 Sekunde oder länger betragen:
• Schritt 1 Ermittlung der Temperatur T_j aus der erfassten Betriebsspannung der LED nach Gleichung 5. $${\text{T}}_{\text{j}}\left({\text{V}}_{\text{F}}\right)=\frac{{\text{V}}_{\text{F}}-{\text{V}}_{\text{F}}\left(25°\text{C}\right)}{{\text{T}}_{\text{CV}}}+25°\text{C}$$
  
• Schritt 2 Ermittlung der Lichtstromdegradation zum aktuellen Zeitpunkt t1 nach Gleichung 10. $${\text{L}}_{\text{t1}}={\text{L}}_{\text{t1}}\left({\text{V}}_{\text{F}}{\text{,T}}_{\text{S}}{\text{,I}}_{\text{LED}}{\text{,T}}_{\text{j}}\left({\text{V}}_{\text{F}}\right)\right)$$
  
• Schritt 3 Bestimmung der unter Referenzbedingung verstrichenen Zeit nach Gleichung 2. $${\text{t}}_{25°\text{C}}=-\frac{1}{2}\text{ln}\left(\frac{\text{L}\left(\text{t}\right){\mathrm{\varphi }}_{\text{o}}-{\mathrm{\varphi }}_{\text{E}}}{{\mathrm{\varphi }}_{\text{o}}-{\mathrm{\varphi }}_{\text{E}}}\right)$$
  
• Schritt 4 Umrechnung der verstrichenen Betriebszeit (Zeitdauer) unter Referenzbedingungen (t_25°C) auf die für die Alterung entsprechende Betriebszeit t_Tj bei der aktuell ermittelten Temperatur T_j der LED: $${\text{t}}_{25°\text{C}}\stackrel{\begin{array}{c}\text{Temperatur}\\ \text{Beschleunigungsmodell}\end{array}}{\to }{\text{t}}_{{\text{T}}_{\text{j}}}$$
  
• Schritt 5 Berechnung der Ableitung der zeitl. Lichtstromänderung zum Zeitpunkt t_Tj. L' (t_{T j} ) : zeitliche Ableitung von Gleichung (1) (Steigung der Degradationskurve) zum Zeitpunkt t_{T j} , d.h. Bestimmung der ersten Ableitung der Alterungsfunktion zum Zeitpunkt t_{T j} . Abhängig von der gewählten Ausführung kann der zeitliche Verlauf der Degradationskurve für die Leuchtdiode experimentell bestimmt werden und im Datenspeicher der Steuereinheit abgelegt sein. Zudem kann die Degradationskurve mithilfe der beschriebenen Formeln numerisch berechnet werden.
• Schritt 6 Die Steuereinheit verändert das PWM-Stromsignals zur Kompensation der Lichtstromabnahme für die nächste Zeitscheibe, indem das Tastverhältnis des PWM-Stromsignales mit einem Faktor multipliziert wird, der der zeitlichen Ableitung des Lichtstromes bei der Temperatur der Leuchtdiode entspricht. Ein Zeitschritt kann z.B. im Bereich von Minuten oder Stunden liegen. Dabei kann die zeitliche Änderung des Tastverhältnisses d_c (t₁ + Δt) des PWM-Stromsignals nach folgender Formel bestimmt werden:
• Allgemein: $${\text{d}}_{\text{C}}\left({\text{t}}_1+\Delta \text{t}\right)=\text{f}\left({\text{T}}_{\text{s}},{\text{V}}_{\text{F}},{\text{I}}_{\text{LED}},{\text{T}}_{\text{j}}\left({\text{V}}_{\text{F}}\right),{\mathrm{\Phi }}_0\right)\Delta \text{t}+{\text{d}}_{\text{C}}\left({\text{t}}_{\text{1}}\right)$$

  
• Speziell für unsere Anwendung: $$\text{f}\left({\text{T}}_{\text{s}},{\text{V}}_{\text{F}},{\text{I}}_{\text{LED}},{\text{T}}_{\text{j}}\left({\text{V}}_{\text{F}}\right),{\mathrm{\Phi }}_0\right)\approx -\text{L'}\left({\text{t}}_{{\text{T}}_{\text{j}}}\right)$$

  
• Die Änderung des Tastverhältnisses erfolgt somit proportional zur negativen Änderung des Lichtstromes: ~ - L' (t_{T j} ) . Die Degradationskurve für den Lichtstrom und deren zeitliche Ableitung kann analytisch oder numerisch bestimmt werden.
• Mit Zunahme der Betriebsdauer der Leuchtdiode wird das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Stromsignales bei jedem Zeitschritt um einen Faktor erhöht, wobei der Faktor durch die zeitliche Ableitung der aktuellen Lichtstromänderung, d.h. durch die zeitliche Ableitung der Lichtstromdegradation L' (t_{T j} ) bei der Temperatur der Leuchtdiode bestimmt wird. Da sich die Lichtstromdegradation mit der Betriebszeit der Leuchtdiode ändert, wird durch die Verwendung der aktuellen Lichtstromdegradation die Betriebszeit der Leuchtdiode berücksichtigt. Beispielsweise kann der Strom, insbesondere ein Tastverhältnis eines pulsweitmodulierten Stromsignales prozentual um den Wert der zeitlichen Ableitung der Lichtstromdegradation erhöht werden. Sinkt beispielsweise die Lichtstromdegradation um 10%, dann wird der Strom, insbesondere ein Tastverhältnis eines PWM-Stromsignals um 10% erhöht. Somit wird mit Zunahme der Betriebsdauer der Leuchtdiode die Zeit, in der Strom an die Leuchtdiode angelegt wird, erhöht.
• Mit dem beschriebenen Verfahren kann der Speicherbedarf und die Speicherzeit für die Abspeicherung von Betriebsparametern vorhergehender Zeitdauern eingespart werden. Zudem kann die Änderung des PWM-Stromsignales zum Ausgleich der Alterung der LED schnell und einfach berechnet werden. Die zeitliche Änderung des Lichtstromes, d.h. die zeitliche Ableitung der Lichtstromdegradation kann einfach berechnet oder abgeschätzt werden und reicht aus, um die Alterung der Leuchtdiode bei der Ermittlung des Stromes zur Ansteuerung der Leuchtdiode zur Erzeugung eines gewünschten Lichtstromes zu berücksichtigen.
• Wird ein anderes Stromsignal als ein PWM-Stromsignal zur Ansteuerung der Leuchtdiode verwendet, dann wird das Stromsignal analog erhöht, um die Alterung der Leuchtdiode auszugleichen. Beispielsweise kann in einem einfachen Fall die Stromstärke des Stromsignals erhöht werden.
• Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

1

Steuereinheit

2

Leuchtdiode

3

Lichtstrom

4

elektrische Leitung

5

zweite elektrische Leitung

6

Sensor

7

Sensorleitung

8

Zeitgeber

9

Speicher

10

zweite Leuchtdiode

Claims (14)

1. Verfahren zum Steuern eines Stromes einer Leuchtdiode, um einen gewünschten Lichtstrom abzugeben, wobei der Strom in Abhängigkeit von einer Zeit, während der die Leuchtdiode bestromt wurde, bestimmt wird, wobei die Leuchtdiode mit dem bestimmten Strom angesteuert wird, um den gewünschten Lichtstrom zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strom in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter der Leuchtdiode bestimmt wird, der während der Bestromung der Leuchtdiode vorlag.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Betriebsparameter eine Temperatur der Leuchtdiode während der Bestromung, insbesondere eine Temperatur einer aktiven Zone der Leuchtdiode darstellt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei abhängig von der Zeit der Bestromung und abhängig von dem Betriebsparameter während der Bestromung mithilfe wenigstens einer Formel und/oder mithilfe wenigstens einer Tabelle und/oder Kennlinien und/oder mithilfe wenigstens eines theoretischen Modells ein Wert für den Strom ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Betriebsparameter eine Stromstärke, eine Spannung, eine Frequenz des Stromes und/oder ein Tastverhältnis eines pulsweitenmodulierten Stromsignales darstellt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Betriebsparameter eine Luftfeuchtigkeit an der Leuchtdiode darstellt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Betriebsparameter ein Vorhandensein eines vorgegebenen Gases, insbesondere eine Konzentration des vorgegebenen Gases an der Leuchtdiode darstellt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine zweite Leuchtdiode vorgesehen ist, wobei die Leuchtdioden elektromagnetische Strahlungen mit verschiedenen Wellenlängenbereichen erzeugen, wobei für die zwei Leuchtdioden jeweils ein Stromwert ermittelt wird, und wobei die zwei Leuchtdioden jeweils mit dem ermittelten Stromwert versorgt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach einer vorgegebenen Zeitdauer der Strom zur Ansteuerung der Leuchtdiode ermittelt wird und anschließend die Leuchtdiode mit dem ermittelten Strom angesteuert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Strom zum Ansteuern der Leuchtdiode ein pulsweitenmoduliertes Stromsignal verwendet wird und ein Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Stromsignales abhängig von der Temperatur der Leuchtdiode erhöht wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strom zur Ansteuerung der Leuchtdiode abhängig von einer zeitlichen Änderung der Lichtstromdegradation der Leuchtdiode erhöht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Lichtstromdegradation der Leuchtdiode abhängig von der Temperatur der Leuchtdiode ermittelt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Lichtstromdegradation der Leuchtdiode abhängig von der Zeit der Bestromung der Leuchtdiode ermittelt wird.
14. Steuereinheit, die ausgebildet ist, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.

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