DE102019133366A1 - Betriebsschaltung und Verfahren zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung (10) oder ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung (15). Der Leuchtmittelanordnung (15) wird mittels einer Wandlereinrichtung (11) eine Ausgangsgleichspannung (UA) bereitgestellt. Ein Leuchtmittelstrom (I) wird gesteuert oder geregelt. Dazu weist die Betriebsschaltung (10) eine Steuereinrichtung (27) sowie ein in Reihe zur Leuchtmittelanordnung (15) geschaltetes ansteuerbares Stellglied (20) auf. Die Steuereinrichtung (27) erzeugt ein pulsbreitenmoduliertes Steuersignal (S), um den Zustand des ansteuerbaren Stellglied (20) zu verändern und insbesondere das ansteuerbare Stellglied (20) zwischen einem leitenden und einem sperrenden Zustand umzuschalten. Die Steuereinrichtung (27) gibt das Tastverhältnis (G) des Steuersignals (S) entsprechend der einzustellenden Helligkeit der Leuchtmittelanordnung (15) vor, basierend auf einem vorgegebenen Helligkeitswert (B). Unabhängig von dem gewählten Tastverhältnis (G) wird eine Periodendauer (T) des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) variiert, wobei der Periodendauer (Ti) jeweils ein Datenwert (Di9) zugeordnet ist. Über das Verändern der Periodendauer (Ti) können somit unterschiedliche Datenwerte (Di) übertragen werden, insbesondere in Form eines Lichtsignals.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung. Die Leuchtmittelanordnung weist wenigstens ein Leuchtmittel auf. Sind mehrere Leuchtmittel vorhanden, können die Leuchtmittel in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sein. Bei den Leuchtmitteln handelt es sich insbesondere um Halbleiterleuchtmittel, beispielsweise Leuchtdioden.
• Mittels der Betriebsschaltung kann durch eine Modulation des Lichtsignals eine Information übertragen werden. Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, eine Leuchtmittelanordnung pulsbreitenmoduliert anzusteuern und dabei die Einschaltzeitdauer und die Ausschaltzeitdauer zu variieren, so dass durch Variieren des Tastverhältnisses eine Information übertragen werden kann.
• EP 2 547 173 B1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung, bei dem durch pulsbreitenmoduliertes Ansteuern und Verschieben der Einschaltzeitdauer innerhalb einer vorgegebenen Periode eine Information kodiert übertragen werden kann. Ein ähnliches Verfahren ist auch aus EP 2 547 174 B1 bekannt, wobei zusätzlich noch eine Amplitudenmodulation durchgeführt wird.
• Ein weiteres Verfahren zum Modulieren eines Lichtsignals zur Informationsübertragung ist in EP 2 837 113 B1 beschrieben. Die Daten werden durch Frequenzmodulation bitweise übertragen. Ein erstes Bit entspricht der Modulation eines Lichtsignals mit einer ersten Frequenzfolge und ein zweites Bit entspricht der Modulation des Lichtsignals mit einer sich davon unterscheidenden zweiten Frequenzfolge.
• EP 2 959 615 B1 offenbart die Modulation eines Lichtsignals basierend auf dem Prinzip der Frequenzumtastung („Frequency Shift Keying“, abgekürzt: FSK). Dabei wird eine Trägerfrequenz moduliert, wobei abhängig von dem zu übertragenen Datum kann die Trägerfrequenz erhöht oder verringert werden. Ähnliche Verfahren unter Verwendung der Frequenzumtastung sind auch aus EP 2 974 079 B1 und EP 2 974 539 B1 bekannt.
• Problematisch beim Modulieren von Lichtsignalen sind die Verzögerungsdauern, die beim Erzeugen von steigenden Flanken und fallenden Flanken eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals zur Ansteuerung des Reglers entstehen können. Daraus können Störungen und Übertragungsfehler resultieren.
• Es kann somit als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine sehr einfache und störungsunanfällige Möglichkeit zu schaffen, Datenwerte über ein Lichtsignal zu übermitteln und dabei die gewünschte Helligkeit der Leuchtmittelanordnung zu erreichen. Vorzugsweise soll durch eine Helligkeitsänderung die Signalqualität und/oder die Amplitude nicht verändert und nicht verringert werden.
• Diese Aufgabe wird durch einen Betriebsschaltkreis mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.
• Die erfindungsgemäße Betriebsschaltung ist zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung eingerichtet. Sie ist dabei dazu eingerichtet, sowohl die Helligkeit der Leuchtmittelanordnung angepasst an einen vorgegebenen Helligkeitswert einzustellen und gleichzeitig wenigstens einen Datenwert zu übertragen.
• Die Betriebsschaltung weist hierzu eine Wandlereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Eingangsspannung, insbesondere eine Eingangswechselspannung, und/oder einen Eingangsstrom in eine Ausgangsgleichspannung und/oder einen Ausgangsgleichstrom umzuwandeln. Die Eingangsspannung kann beispielsweise die Netzspannung eines Versorgungsnetzes sein. Die Ausgangsgleichspannung und/oder der Ausgangsgleichstrom wird an einem Ausgang bereitgestellt, an den die Leuchtmittelanordnung angeschlossen ist. Am Ausgang kann ein Kondensator zur Pufferung bzw. Glättung der Ausgangsgleichspannung vorhanden sein.
• In Reihe zur Leuchtmittelanordnung ist ein ansteuerbares Stellglied geschaltet. Das Stellglied wird mittels eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals angesteuert, das von einer Steuereinrichtung erzeugt wird. Das ansteuerbare Stellglied kann beispielsweise ein Bipolartransistor oder ein Feldeffekttransistor oder ein anderes ansteuerbares Halbleiterbauelement aufweisen oder dadurch gebildet sein. Abhängig vom anliegenden pulsbreitenmodulierten Steuersignal ändert sich der Widerstand oder der Schaltzustand des ansteuerbaren Stellglieds. Wenn das ansteuerbare Stellglied einen Schalter bildet, kann es durch das pulsbreitenmodulierten Steuersignal zwischen einem leitenden Zustand und einem sperrenden Zustand umgeschaltet werden.
• Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, das pulsbreitenmodulierte Steuersignal zur Übertragung wenigstens eines Datenwerts sowie zum Einstellen einer Helligkeit der Leuchtmittelanordnung zu modulieren. Dabei wird die Periodendauer des pulsbreitenmodulierten Steuersignals entsprechend einem zu übertragenden Datenwert eingestellt. Die Periodendauer ist somit nicht konstant, sondern variiert abhängig von dem zu übertragenden Datenwert. Der Datenwert kann eine Zeichenfolge aus Ziffern und/oder Buchstaben und/oder Symbolen sein, beispielsweise eine Dezimalzahl. Bei einem Ausführungsbeispiel können beispielsweise 2048 verschiedene Datenwerte bzw. Dezimalzahlen übertragen werden. Die Übertragung jedes Datenwertes bzw. jeder Zeichenfolge erfolgt innerhalb einer Periodendauer und hat vorzugsweise eine Größe bzw. einen Informationsgehalt, die bzw. der größer ist als ein einziges Bit.
• Zum Einstellen der Helligkeit der Leuchtmittelanordnung entsprechend einem vorgegebenen Helligkeitswert wird das Tastverhältnis des pulsbreitenmodulierten Steuersignals eingestellt. Während die Periodendauer durch den Datenwert bestimmt wird, kann das Umschalten vom Einschaltzustand in den Ausschaltzustand des Steuersignals innerhalb der Periodendauer eingestellt werden, um die gewünschte Helligkeit zu erreichen. Der vorgebbare Helligkeitswert ist variabel einstellbar, beispielsweise über einen Dimmer. Er kann der Steuereinrichtung über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung übermittelt werden.
• Das pulsbreitenmodulierte Steuersignal kann einen Einschaltzustand und einen Ausschaltzustand annehmen, die beispielsweise durch zwei sich unterscheidende Spannungsniveaus charakterisiert werden. Innerhalb einer Periodendauer nimmt das pulsbreitenmodulierte Steuersignal genau einmal während einer zusammenhängenden Einschaltzeitdauer den Einschaltzustand und genau einmal während einer zusammenhängenden Ausschaltzeitdauer den Ausschaltzustand an. Das Tastverhältnis bzw. der Tastgrad entspricht dem Verhältnis zwischen der Einschaltzeitdauer zu der Ausschaltzeitdauer und bestimmt über das ansteuerbare Stellglied den Mittelwert des Leuchtmittelstromes, der durch die Leuchtmittelanordnung fließt, und somit den Mittelwert der Helligkeit der Leuchtmittelanordnung.
• Diese Art der Modulation kommt ohne Trägersignal aus. Es findet eine direkte Modulation der Zeitdauer des pulsbreitenmodulierten Steuersignals statt. Die Modulation kann auch als Periodendauermodulation bezeichnet werden. Die Periodendauer ist die Zeitdauer zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden steigenden Flanken oder zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden fallenden Flanken des pulsbreitenmodulierten Steuersignals. Nach dem Beginn und vor dem Ende einer Periodendauer weist das pulsbreitenmodulierte Steuersignal genau eine fallende oder steigende Flanke auf.
• Durch das Modulieren der Periodendauer wird eine Ungenauigkeit eliminiert, die sich durch unterschiedliche Verzögerungen beim Erzeugen von steigenden und fallenden Flanken im pulsbreitenmodulierten Steuersignal ergeben kann. Die Verzögerungsdauer beim Erzeugen von steigenden Flanken ist im Wesentlichen konstant, so dass das Kodieren des Datenwertes mit ausreichender Genauigkeit auch bei höheren Frequenzen erfolgen kann. Während einer Periodendauer wird ein Datenwert übertragen, beispielsweise eine Dezimalzahl oder eine andere Zeichenfolge, so dass für jeden Datenwert zwei Umschaltflanken im pulsbreitenmodulierten Steuersignal ausreichen. Unerwünschte Effekte, wie Phasenrauschen, Frequenzverschiebungen bzw. Jitter können reduziert werden. Die erfindungsgemäße Betriebsschaltung verzichtet auf eine Amplitudenmodulation oder eine Frequenzumtastung. Das Tastverhältnis wird nicht zur Datenübertragung, sondern ausschließlich zur Helligkeitssteuerung verwendet.
• Bevorzugt weist die Leuchtmittelanordnung wenigstens ein Halbleiterleuchtmittel auf, wie etwa eine Leuchtdiode. Mehrere Halbleiterleuchtmittel können in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sein. Sind mehrere Zweige mit jeweils wenigstens einem Leuchtmittel parallel zueinander geschaltet, kann optional in Reihe zu jedem Zweig ein ansteuerbares Stellglied vorhanden sein. Die Stellglieder können unabhängig voneinander durch jeweils ein zugeordnetes pulsbreitenmodulierten Steuersignal angesteuert werden. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, die Helligkeit in parallel zueinander geschalteten Zweigen der Leuchtmittelanordnung individuell zu steuern, beispielsweise um die Farbwiedergabe des von der Leuchtmittelanordnung emittierten Lichts zu variieren.
• Es ist vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung einen Taktgeber aufweist, der einen Zeittakt vorgibt. Der Zeittakt definiert mögliche Umschaltzeitpunkte für das pulsbreitenmodulierte Steuersignal. Zu jedem Umschaltzeitpunkt kann das pulsbreitenmodulierte Steuersignal somit eine steigende oder eine fallende Flanke aufweisen. Zwischen zwei durch den Zeittakt vorgegebenen Umschaltzeitpunkten findet keine Zustandsänderung des pulsbreitenmodulierten Steuersignals statt. Eine Erhöhung oder Verringerung der Einschaltzeitdauer und/oder der Ausschaltzeitdauer und/oder der Periodendauer kann somit nur stufenweise um einen oder mehrere Takte (Zeitdauer zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Umschaltzeitpunkten) erfolgen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Taktfrequenz 1 bis 10 MHz und beispielsweise 4 MHz.
• Die Steuereinrichtung kann vorzugsweise dazu eingerichtet sein, das Tastverhältnis des pulsbreitenmodulierten Steuersignals derart vorzugeben, dass eine Quantisierungsabweichung zwischen der aktuellen Helligkeit und dem vorgegebenen Helligkeitswert minimal ist. Die aktuelle Helligkeit der Leuchtmittelanordnung ist durch das Tastverhältnis in der aktuellen Periodendauer bestimmt. Abhängig von der Länge der Periodendauer kann diese eine unterschiedliche Anzahl von Takten enthalten, so dass nicht jeder beliebige Helligkeitswert eingestellt werden kann. Die Steuereinrichtung wählt das Tastverhältnis derart, dass eine Quantisierungsabweichung minimal ist und somit die gewünschte Helligkeit möglichst gut erreicht wird.
• Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung auch dazu eingerichtet sein, das Tastverhältnis des pulsbreitenmodulierten Steuersignals innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums, der mehrere Periodendauern enthält, zu variieren, um eine mittlere Helligkeit der Leuchtmittelanordnung innerhalb des vorgegebenen Zeitraums zu erreichen. Je größer die Anzahl der Periodendauern des vorgegebenen Zeitraums ist, desto besser kann die mittlere Helligkeit an den vorgegebenen Helligkeitswert angepasst werden. Im Idealfall entspricht die mittlere Helligkeit der Leuchtmittelanordnung der Helligkeit, die durch den Helligkeitswert vorgegeben ist. Durch dieses Verfahren lässt sich insbesondere eine Abweichung zwischen einer aktuellen Helligkeit der Leuchtmittelanordnung während einer jeweils aktuellen Periodendauer und der durch den vorgegebenen Helligkeitswert charakterisierten Helligkeit im Mittel über den vorgegebenen Zeitraum reduzieren.
• Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das Steuersignal derart vorzugeben, dass eine Einschaltzeitdauer des pulsbreitenmodulierten Steuersignals eine Mindesteinschaltzeitdauer nicht unterschreitet und/oder das eine Ausschaltzeitdauer des pulsbreitenmodulierten Steuersignals eines Mindestausschaltzeitdauer nicht unterschreitet. Somit kann auch eine Mindestperiodendauer vorgegeben werden. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Mindesteinschaltzeitdauer und/oder die Mindestausschaltzeitdauer in einem Bereich von 1-10 µs liegen und beispielsweise 5 µs betragen. Durch diese Mindestzeitdauern können Einschwingvorgänge beim Einschalten und Ausschalten berücksichtigt werden, so dass eine Datenübertragung nicht unnötig gestört wird.
• Vorzugsweise weist die Mindesteinschaltzeitdauer und/oder die Mindestausschaltzeitdauer jeweils mehrere Takte des vom Taktgeber bereitgestellten Zeittakts auf.
• Es ist vorteilhaft, wenn das ansteuerbare Stellglied und die Steuereinrichtung einen Regler bilden. Beispielsweise kann der Steuereinrichtung ein gemessener oder anderweitig bestimmter Spannungswert und/oder ein Stromwert übermittelt werden, der die Helligkeit der Leuchtmittelanordnung charakterisiert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist in Reihe zur Leuchtmittelanordnung ein Messwiderstand geschaltet, wobei die am Messwiderstand anliegende Messspannung einen Strom durch die Leuchtmittelanordnung charakterisiert und an die Steuereinrichtung übermittelt wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Steuereinrichtung auch ein Spannungspotential übermittelt werden, das an einem Knotenpunkt zwischen der Leuchtmittelanordnung und dem ansteuerbaren Stellglied anliegt.
• Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Steuereinrichtung eine Einschaltverzögerung für das Erzeugen einer steigenden Flanke des pulsbreitenmodulierten Steuersignals auf. Außerdem kann die Steuereinrichtung eine Ausschaltverzögerung für das Erzeugen einer fallenden Flanke des pulsbreitenmodulierten Steuersignals aufweisen. Die Einschaltverzögerung und die Ausschaltverzögerung können unterschiedlich lang sein. Diese Differenz spielt bei der erfindungsgemäßen Lösung für das Übermitteln von Datenwerten keine Rolle, da die Kodierung nur von der Periodendauer abhängt und daher immer zwischen zwei steigenden Flanken oder zwei fallenden Flanken und somit mittels derselben Einschaltverzögerung bzw. Ausschaltverzögerung gebildet wird.
• Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, die Amplitude des pulsbreitenmodulierten Steuersignals in dessen Einschaltzustand und in dessen Ausschaltzustand konstant zu halten. Anders ausgedrückt ist die Amplitude des pulsbreitenmodulierten Steuersignals während der Einschaltzeitdauer konstant und während der Ausschaltzeitdauer konstant. Beispielsweise kann das pulsbreitenmodulierte Steuersignal im Einschaltzustand ein erstes konstantes Spannungsniveau und im Ausschaltzustand ein zweites konstantes Spannungsniveau aufweisen. Eine Modulation der Amplitude während der Einschaltzeitdauer oder der Ausschaltzeitdauer findet nicht statt.
• Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, das pulsbreitenmodulierte Steuersignal derart zu modifizieren, dass vor dem Übertragen jedes Datenwertes oder jeder Folge von Datenwerten eine Präambel übermittelt wird. Die Präambel entspricht vorzugsweise genau einer Periode mit einer definierten Periodendauer. Durch das wiederholte Übertragen einer Präambel entsteht ein weiterer Freiheitsgrad, um den Mittelwert der Helligkeit der Leuchtmittelanordnung zu beeinflussen. Das Tastverhältnis der Präambel kann variiert werden, um die mittlere Helligkeit zu beeinflussen, also entweder zu erhöhen oder zu verringern, abhängig davon, ob durch die Kodierung der Datenwerte und die dadurch erzeugte Quantisierungsabweichung die Helligkeit der Leuchtmittelanordnung zu klein oder zu groß ist gegenüber der gewünschten Helligkeit, die durch den Helligkeitswert vorgegeben ist. Die Anzahl der Datenwerte zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Präambeln ist vorzugsweise bekannt und beträgt vorzugsweise mindestens 1. Die Anzahl der Datenwerte in einer Folge von Datenwerten ist vorzugsweise begrenzt, damit durch das Variieren der Helligkeit durch das Verwenden der Präambel kein Flackereffekt auftritt. Beispielsweise kann eine Folge von Datenwerten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Präambeln maximal 5-10 Datenwerte aufweisen.
• Es ist vorteilhaft, wenn für die Präambel diejenige Periodendauer gewählt wird, die unter den verfügbaren Periodendauern die längste Zeitdauer aufweist. Dadurch ist der Spielraum für das Variieren des Tatverhältnisses der Präambel und somit das Variieren des Mittelwerts der Helligkeit groß.
• Es ist außerdem bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, einem oder mehreren Datenwerten aus dem gesamten möglichen Datenwertebereich der zu übertragenden Datenwerte zumindest zwei unterschiedlich lange Periodendauern zuzuordnen. Dieser Datenwert kann dann wahlweise durch eine der zugeordneten Periodendauern kodiert werden. Auf diese Weise steht eine weitere Variationsmöglichkeit zur Verfügung, um die mittlere Helligkeit der Leuchtmittelanordnung zu beeinflussen.
• Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den Zusammenhang zwischen dem Datenwert und der wenigstens einen zugeordneten Periodendauer statisch aufrechtzuerhalten. Bei einer weiteren Ausführungsform kann dieser Zusammenhang dynamisch angepasst werden. Eine Periodendauer kann somit während einer ersten Betriebsdauer einem ersten Datenwert entsprechen und während einer anderen zweiten Betriebsdauer einem sich vom ersten Datenwert unterscheidenden zweiten Datenwert entsprechen. Eine solche dynamische Zuordnung kann beispielsweise stochastisch angepasst werden. Auch dadurch kann die mittlere Helligkeit der Leuchtmittelanordnung beeinflusst werden und eine verbesserte Anpassung an die gewünschte vorgegebene Helligkeit erreicht werden.
• Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung, das vorzugsweise ein beliebiges vorstehend erläutertes Ausführungsbeispiel der Betriebsschaltung zum Betreiben der Leuchtmittelanordnung verwenden kann. Bei dem Verfahren wird mittels einer Wandlereinrichtung eine Eingangsspannung, beispielsweise eine Netzspannung, und/oder ein Eingangsstrom in eine Ausgangsgleichspannung und/oder einen Ausgangsgleichstrom umgewandelt, die an die Leuchtmittelanordnung angelegt wird. Eine Steuereinrichtung erzeugt ein pulsbreitenmoduliertes Steuersignal, wobei dessen Periodendauer einen zu übertragenden Datenwert charakterisiert. Das Tastverhältnis des pulsbreitenmodulierten Steuersignals wird abhängig von einem vorgegebenen Helligkeitswert eingestellt, der die gewünschte Helligkeit der Leuchtmittelanordnung definiert. Mittels dieses pulsbreitenmodulierten Steuersignals wird ein in Reihe zur Leuchtmittelanordnung geschaltetes Stellglied angesteuert, wodurch der Strom durch die Leuchtmittelanordnung variiert wird.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Betriebsschaltung,
• 2 eine schematische beispielhafte Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals mit einem ersten Tastverhältnis, das kodierte Datenwerte enthält.
• 3 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals, das dieselben Datenwerte kodiert, wie das Steuersignal aus 2 und das ein sich vom ersten Tastverhältnis unterscheidendes zweites Tastverhältnis aufweist,
• 4 und 5 jeweils einen beispielhaften zeitlichen Verlauf eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals mit jeweils einer unterschiedlichen Anzahl von Zeittakten,
• 6 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf eines Tastverhältnisses des pulsbreitenmodulierten Steuersignals sowie einen zeitlichen Verlauf eines Soll-Tastverhältnisses,
• 7 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf einer Abweichung zwischen dem Ist-Tastverhältnis und dem Soll-Tastverhältnis aus 6,
• 8 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals, das vor dem Übertragen eines Datenwertes eine Präambel aufweist und
• 9 eine schematische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen Datenwerten und wenigstens einer den betreffenden Datenwert beschreibenden Periodendauer.
• In 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Betriebsschaltung 10 veranschaulicht. Die Betriebsschaltung 10 weist eine Wandlereinrichtung 11 auf, die an ihrem Eingang 12 mit einer Spannungs- oder Stromquelle 9 verbunden ist, so dass am Eingang 12 eine Eingangsspannung U_E anliegt. Die Wandlereinrichtung 11 stellt an einem Ausgang 13 eine Ausgangsgleichspannung U_A und/oder einen Ausgangsgleichstrom bereit. Die Ausgangsgleichspannung U_A ist beispielsweise über einen Kondensator 14 geglättet. Der Kondensator 14 verbindet den Ausgang 13 mit einem Bezugspotential, beispielsweise Masse.
• An den Ausgang 13 ist eine Leuchtmittelanordnung 15 angeschlossen. Die Leuchtmittelanordnung 15 weist wenigstens ein Leuchtmittel 16 auf, insbesondere ein Halbleiterleuchtmittel. Das wenigstens eine Leuchtmittel 16 ist beispielsgemäß durch eine Leuchtdiode gebildet. Mehrere Leuchtmittel 16 der Leuchtmittelanordnung 15 können in einem gemeinsamen Zweig in Reihe geschaltet sein. Mehrere solche Zweige können optional parallel zueinander geschaltet sein. Vorzugsweise ist mindestens ein Zweig mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtmittel 16 vorhanden.
• In Reihe zu der Leuchtmittelanordnung 15 ist ein ansteuerbares Stellglied 20 geschaltet. Das ansteuerbare Stellglied 20 kann wenigstens ein oder genau ein ansteuerbares Halbleiterbauelement aufweisen, wie etwa einen Bipolartransistor, einen Feldeffekttransistor oder dergleichen. Das ansteuerbares Stellglied 20 hat einen Steuereingang 21. Der Steuereingang 21 kann beispielsweise durch die Basis eines Bipolartransistors oder das Gate eines Feldeffekttransistors gebildet sein.
• Das ansteuerbare Stellglied 20 hat außerdem einen ersten Anschluss 22, der mit der Leuchtmittelanordnung 15 verbunden ist sowie einen zweiten Anschluss 23, der mit dem Bezugspotential, beispielsweise Masse, verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 22 und dem zweiten Anschluss 23 kann beispielsweise durch eine Kollektor-Emitter-Verbindung eines Bipolartransistors oder durch eine Drain-Source-Verbindung eines Feldeffekttransistors gebildet sein. Mit Hilfe des ansteuerbaren Stellgliedes 20 kann entweder der Widerstand zwischen dem ersten Anschluss 22 und dem zweiten Anschluss 23 eingestellt werden, so dass das ansteuerbare Stellglied 20 ein resistives Stellglied darstellt. Alternativ dazu kann das ansteuerbare Stellglied 20 als schaltendes Stellglied ausgebildet sein und die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 22 und dem zweiten Anschluss 23 in einem leitenden Zustand niederohmig verbinden bzw. kurzschließen und in einem sperrenden Zustand hochohmig verbinden bzw. unterbrechen.
• Der zweite Anschluss 23 ist beim Ausführungsbeispiel über einen Messwiderstand 24 mit dem Bezugspotential verbunden.
• Wenn die Leuchtmittelanordnung 15 mehrere parallel geschaltete Zweige mit jeweils mindestens einem Leuchtmittel 16 aufweist, kann alternativ zu der veranschaulichten Ausführung auch in Reihe zu jedem Zweig ein individuell ansteuerbares Stellglied 20 geschaltet sein.
• Zur Ansteuerung des ansteuerbaren Stellglieds 20 weist die Betriebsschaltung 10 eine Steuereinrichtung 27 auf. Die Steuereinrichtung 27 ist dazu eingerichtet, ein pulsbreitenmoduliertes Steuersignal S zu erzeugen, das an den Steuereingang 21 des ansteuerbaren Stellglieds 20 übermittelt wird. Über das Steuersignal S wird mittels des ansteuerbaren Stellglieds 20 ein Leuchtmittelstrom I durch die Leuchtmittelanordnung 15 beeinflusst. Beispielsweise kann ein Strommittelwert des Leuchtmittelstroms I über das ansteuerbare Stellglied 20 eingestellt werden, der wiederum durch das pulsbreitenmodulierten Steuersignal S vorgegeben ist.
• Ein den Leuchtmittelstrom I kennzeichnender Messwert und beispielsgemäß die am Messwiderstand 24 anliegende Messspannung U_M kann an die Steuereinrichtung 27 übermittelt werden, um eine Regelung des Leuchtmittelstroms I bzw. des Strommittelwerts des Leuchtmittelstroms I durchführen zu können. Das ansteuerbare Stellglied 20 und die Steuereinrichtung 27 können einen Regler bilden, beispielsweise einen Schaltregler oder auch einen Linearregler.
• Der Steuereinrichtung 27 können ein oder mehrere weitere Messwerte oder Parameter übermittelt werden, beispielsweise ein Spannungspotential U_S am ersten Anschluss 22 des ansteuerbaren Stellglieds 20. Das Spannungspotential U_S kann beispielsweise charakteristisch sein für die am Ausgang 13 der Wandlereinrichtung 11 anliegenden Ausgangsgleichspannung U_A , wenn die an der Leuchtmittelanordnung 15 bei deren Betrieb anliegende Leuchtmittelspannung bekannt ist, die sich beispielsweise aus der Flussspannung der wenigstens einen Leuchtdiode ergeben. Ist die Leuchtmittelspannung an der Leuchtmittelanordnung 15 nicht bekannt, kann durch Differenzbildung der gemessenen oder bekannten Ausgangsgleichspannung U_A und dem Spannungspotential U_S , die an der Leuchtmittelanordnung 15 anliegende Leuchtmittelspannung ermittelt werden.
• Die Steuereinrichtung 27 kann dazu eingerichtet sein, die Wandlereinrichtung 11 mittels eines Wandlersteuersignals W anzusteuern, um am Ausgang 13 eine gewünschte Ausgangsgleichspannung U_A bereitzustellen.
• Von einem Dimmer oder einer anderen externen Einrichtung kann der Steuereinrichtung 27 ein Helligkeitswert B übermittelt werden, der die gewünschte Helligkeit der Leuchtmittelanordnung 15 angibt. Der Helligkeitswert B kann beispielsweise die Strahlungsleistung oder den Lichtstrom für die Leuchtmittelanordnung 15 beschreiben.
• Das durch die Steuereinrichtung 27 erzeugte pulsbreitenmodulierten Steuersignal S hat ein Tastverhältnis G, wobei in 2 ein Steuersignal S mit einem ersten Tastverhältnis G₁ und in 3 ein Steuersignal S mit einem zweiten Tastverhältnis G₂ beispielhaft veranschaulicht sind. Innerhalb einer Periodendauer T_i des pulsbreitenmodulierten Steuersignals S nimmt dieses während einer Einschaltzeitdauer T_Ei einen Einschaltzustand H und während einer Ausschaltzeitdauer T_Ai einen Ausschaltzustand L an. Beispielsgemäß hat das pulsbreitenmodulierten Steuersignal S im Einschaltzustand H ein Spannungspotential, das sich vom Spannungspotential im Ausschaltzustand L unterscheidet. Das Spannungspotential kann im Einschaltzustand H größer als Null sein und im Ausschaltzustand L etwa gleich Null sein. Während einer Periodendauer T nimmt das Steuersignal S genau einmal den Einschaltzustand H und genau einmal den Ausschaltzustand L an. Das Tastverhältnis G_i des pulsbreitenmodulierten Steuersignals S entspricht dem Quotienten aus der Einschaltzeitdauer T_Ei geteilt durch die Periodendauer T_i .
• Die Steuereinrichtung 27 ermittelt das Tastverhältnis G_i abhängig vom vorgegebenen Helligkeitswert B. Dadurch wird der Strommittelwert des Leuchtmittelstroms I entsprechend dem Tastverhältnis G_i des pulsbreitenmodulierten Steuersignals und mithin der Mittelwert der Helligkeit der Leuchtmittelanordnung 15 eingestellt. Beispielhaft ist in 2 ein erstes Tastverhältnis G₁ von etwa 0,5 und in 3 ein zweites Tastverhältnis G₂ von etwa 0,25 veranschaulicht.
• Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 27 außerdem dazu eingerichtet, wenigstens einen Datenwert D_i in Form des von der Leuchtmittelanordnung 15 abgegebenen Lichts zu übermitteln. Es kann sozusagen ein Lichtsignal erzeugt werden, das den zu übermittelten Datenwert D_i charakterisiert. Es versteht sich, dass der Datenwert D_i somit auch durch den Leuchtmittelstrom I beschrieben wird.
• Der zu übermittelnde Datenwert Di kann drahtlos oder drahtgebunden an die Steuereinrichtung 27 übertragen werden und/oder in der Steuereinrichtung basierend auf wenigstens einem Eingangssignal ermittelt werden.
• Der wenigstens eine Datenwert D_i wird erfindungsgemäß durch das Variieren der Periodendauer T_i des pulsbreitenmodulierten Steuersignals S charakterisiert. Während das Tastverhältnis G_i vom Helligkeitswert B abhängt, wird die Periodendauer T_i insgesamt abhängig vom zu übertragenden Datenwert D_i ermittelt, was beispielhaft anhand der 2 und 3 veranschaulicht ist. Obwohl in den 2 und 3 unterschiedliche Tastverhältnisse G₁ , G₂ vorgegeben sind, können durch das Variieren der Periodendauer T_i dennoch dieselben Datenwerte D_i übertragen werden. Lediglich beispielhaft ist in den 2 und 3 veranschaulicht, dass zunächst ein zweiter Datenwert D₂ entsprechend einer zweiten Periodendauer T₂ , anschließend ein erster Datenwert D₁ entsprechend einer ersten Periodendauer T₁ und anschließend ein dritter Datenwert D₃ entsprechend einer dritten Periodendauer T₃ übertragen werden.
• Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen beginnt jede Periodendauer mit dem Umschalten vom Ausschaltzustand L in den Einschaltzustand H. Beim nächsten Umschalten vom Ausschaltzustand L in den Einschaltzustand H endet die Periodendauer und die darauffolgende Periodendauer beginnt. Eine Periodendauer könnte auch umgekehrt definiert werden, beginnend mit dem Ausschaltzustand L, d.h. mit dem Umschalten von dem Einschaltzustand H in den Ausschaltzustand L.
• Wie bereits erläutert, ändert das Steuersignal S während einer einzigen Periodendauer den Zustand genau einmal, d.h. jede Periodendauer setzt sich aus genau einer Einschaltzeitdauer T_Ei und genau einer Ausschaltzeitdauer T_Ai zusammen. Innerhalb der Einschaltzeitdauer T_Ei wird die Amplitude des Steuersignals S auf dem dem Einschaltzustand H entsprechenden Wert konstant gehalten. Während einer Ausschaltzeitdauer T_Ai wird die Amplitude des Steuersignals S auf dem dem Ausschaltzustand L entsprechenden Wert konstant gehalten. Eine Amplitudenmodulation zur Datenübertragung findet insbesondere nicht statt. Das Umschalten zwischen dem Einschaltzustand H und dem Ausschaltzustand L innerhalb einer Periodendauer T_i charakterisiert insbesondere nicht den zu übertragenden Datenwert D_i . Vielmehr wird der Umschaltzeitpunkt zwischen dem Einschaltzustand H und dem Ausschaltzustand L innerhalb einer Periodendauer T_i ausschließlich abhängig vom vorgegebenen Helligkeitswert B definiert, um das gewünschte Tastverhältnis G_i einzustellen.
• In der Betriebsschaltung 10 kann eine zeitliche Verzögerung für das Beeinflussen des Stellgliedes 20 vorhanden sein, insbesondere für das Umschalten vom sperrenden in den leiten Zustand und umgekehrt, die auf unterschiedlichen Einflüssen beruhen können. Schaltverzögerungen, Signallaufzeiten und Totzeiten können auf dem gesamten Signalweg entstehen. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Umschaltverzögerungen des ansteuerbaren Stellgliedes 20 dominant und hauptsächlich für die gesamte zeitliche Verzögerung verantwortlich. Das ansteuerbare Stellglied 20 kann Umschaltverzögerungen im Bereich von 1-3µs, die für das Umschalten mit einer steigenden Flanke (z.B. vom sperrenden in den leitenden Zustand) und das Umschalten mit einer fallenden Flanke (z.B. vom leitenden in den sperrenden Zustand) unterschiedlich lang sind. Aufgrund dessen, dass für die Kodierung eines Datenwertes D_i zu dessen Übertragung die Periodendauer T_i variiert wird, können diese Unterschiede der Umschaltverzögerungen eliminiert werden. Denn die Periodendauer T_i beginnt und endet mit der gleichen Art der Flanke, beispielsgemäß jeweils der steigenden Flanke, so dass sowohl der Beginn, als auch das Ende der Periodendauer T_i nur durch die Einschaltverzögerung, nicht aber zusätzlich durch die Ausschaltverzögerung beeinflusst ist.
• Alternativ zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Periodendauer T_i auch jeweils mit einer fallenden Flanke beginnen und enden.
• Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Steuereinrichtung 27 einen Taktgeber 28 auf, der einen Zeittakt Z erzeugt. Der Zeittakt Z ist in den 4 und 5 schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt. Der Zeittakt Z definiert Umschaltzeitpunkte, an denen das pulsbreitenmodulierten Steuersignal S seinen Zustand ändern kann. Der Zeittakt Z wird hierfür einem Signalerzeugungsschaltkreis 29 übermittelt. In einem Zeitraum Δt zwischen zwei Taktsignalen des Zeittakts Z behält das pulsbreitenmodulierten Steuersignal S seinen Zustand bei.
• Wie es in den 4 und 5 veranschaulicht ist, variiert die Periodendauer T_i abhängig vom zu übertragenden Datenwert D_i und weist somit unterschiedlich viele Takte bzw. Zeiträume Δt auf. Dies führt wiederum dazu, dass die Feinheit bzw. Genauigkeit, mit der die Helligkeit der Leuchtmittelanordnung 15 eingestellt werden kann, vom zu übertragenden Datenwert D_i abhängt, da die Anzahl der Helligkeitsstufen von der Anzahl der Zeittakte pro Periodendauer abhängig ist.
• Mithin kann durch das taktgesteuerte Umschalten des pulsbreitenmodulierten Steuersignals S eine Quantisierungsabweichung bzw. ein Quantisierungsfehler F beim Einstellen des tatsächlichen Tastverhältnisses G_i gegenüber dem gewünschten Solltastverhältnis G_Soll entstehen. Das gewünschte Solltastverhältnis G_Soll basiert auf dem vorgegebenen Helligkeitswert B. Anhand der 6 und 7 ist der Quantisierungsfehler F schematisch und lediglich beispielhaft veranschaulicht.
• Die Steuereinrichtung 27 kann dazu eingerichtet sein, den in einer Periodendauer T_i auftretenden Quantisierungsfehler F über einen vorgegebenen Zeitraum, der mehrere Periodendauern und beispielsweise bis zu 5 Periodendauern oder bis zu 10 Periodendauern umfasst, zu reduzieren und insbesondere zu eliminieren. Wird beispielsweise während einer Periodendauer T_i innerhalb dieses vorgegebenen Zeitraums eine Helligkeit der Leuchtmittelanordnung 15 eingestellt, die größer ist als die aktuell durch den Helligkeitswert B geforderte Helligkeit, kann in einer oder mehreren der anderen Periodendauern T_i+j innerhalb dieses vorgegebenen Zeitraums eine entsprechend geringere Helligkeit der Leuchtmittelanordnung 15 eingestellt werden, um den Fehler auszugleichen. Somit entspricht die mittlere Helligkeit der Leuchtmittelanordnung 15 innerhalb des vorgegebenen Zeitraums den vorgegebenen Helligkeitswert B oder ist diesem so gut wie möglich angenähert. Der zeitliche Verlauf des Quantisierungsfehlers F ist in 7 für die beispielhaften zeitlichen Verläufe des tatsächlichen Tastverhältnisses G_i und des geforderten Solltastverhältnis G_Soll aus 6 schematisch dargestellt.
• Zusätzlich oder alternativ zu dieser Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung 27 dazu eingerichtet sein, in jeder Periodendauer T_i das Tastverhältnis G_i auszuwählen, das unter Berücksichtigung der durch den Zeittakt Z vorgegebenen Umschaltzeitpunkte zu einer Helligkeit der Leuchtmittelanordnung 15 führt, die die geringste Abweichung zu der gewünschten Helligkeit aufweist, die durch den vorgegebenen Helligkeitswert B definiert ist. Somit wird während jeder Periode ein Tastverhältnis G_i eingestellt, das möglichst nahe am Solltastverhältnis G_Soll ist.
• Die Betriebsschaltung 10 ist dazu eingerichtet, den wenigstens einen Datenwert D_i in Form von einer Zeichenfolge oder Zeichenkette und beispielsgemäß in Form von einem Zahlenwert, beispielsweise eine Dezimalzahl, zu übertragen. Der Wertebereich für die Datenwerte D_i bzw. Dezimalzahlen kann abhängig von einer minimalen Periodendauer T_min und einer maximalen Periodendauer Tmax und gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Quantisierung durch den Zeittakt Z ermittelt werden. Die minimale Periodendauer Tmin ergibt sich aus einer minimalen Einschaltdauer bzw. Mindesteinschaltzeitdauer und einer minimalen Ausschaltzeitdauer bzw. Mindestausschaltzeitdauer. Durch das Vorgeben einer Mindesteinschaltzeitdauer für die Einschaltzeitdauer T_Ei und/oder einer Mindestausschaltzeitdauer für die Ausschaltzeitdauer T_Ai können Einschwingvorgänge beim Umschalten des ansteuerbaren Stellglieds 20 abklingen, bevor der nächste Schaltvorgang stattfindet. Dadurch ist sichergestellt, dass eine zuverlässige Kodierung sowie eine zuverlässige Dekodierung der übertragenen Datenwerte D_i erreicht werden kann.
• Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Frequenz des Zeittaktes Z 4 MHz und somit ist der Zeitraum Δt gleich 0,25 µs. Die Mindesteinschaltzeitdauer kann 5 µs betragen und/oder die Mindestausschaltzeitdauer kann 5 µs betragen. Daraus kann sich eine minimale Periodendauer Tmin von 10 µs ergeben. Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine maximale Periodendauer Tmax zu 0,5223 ms gewählt, wodurch sich unter Berücksichtigung der Mindesteinschaltzeitdauer und der Mindestausschaltzeitdauer sowie des Zeittaktes Z 2048 unterschiedliche Datenwerte D_i übertragen lassen.
• In 8 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem die Steuereinrichtung 27 dazu eingerichtet ist, vor jedem zu übertragenden Datenwert D_i und/oder vor einer Folge mit einer definierten Anzahl von Datenwerten D_i jeweils eine Präambel P zu übertragen. Die Periodendauer T_P der Präambel P kann aus einer der möglichen Periodendauern zwischen der minimalen Periodendauer Tmin und der maximalen Periodendauer T_max ausgewählt werden, die dann keinem der zu übertragenden Datenwert D_i zugeordnet ist. Bevorzugt entspricht die Periodendauer T_P der Präambel P der maximalen Periodendauer Tmax oder einer anderen langen Periodendauer. Innerhalb der Präambel P kann die Einschaltzeitdauer T_EP der Präambel P und die Ausschaltzeitdauer T_AP der Präambel P derart gewählt werden, dass ein vorhandener Quantisierungsfehler F eliminiert oder reduziert wird. Durch die Präambel P entsteht eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung des Mittelwerts der Helligkeit der Leuchtmittelanordnung 15 innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums mit mehreren Periodendauern T_i . Je länger die Periodendauer T_P der Präambel P gewählt wird, desto größer ist die Flexibilität bzw. die Feinheit, um eine aufgrund eines Quantisierungsfehlers F durch die Datenübertragung entstehende Helligkeitsabweichung der mittleren Helligkeit der Leuchtmittelanordnung 15 zu minimieren bzw. zu eliminieren.
• Eine weitere Möglichkeit, um einen Quantisierungsfehler F bei einer Helligkeitsabweichung bzw. einer Abweichung des Tastverhältnisses G_i von einem Solltastverhältnis G_Soll über einen betrachteten Zeitraum zu minimieren oder zu eliminieren, ist in 9 veranschaulicht. Einigen Datenwerten, insbesondere den Datenwerten, denen eine sehr kurze Periodendauer T_i zugeordnet ist, kann eine weitere deutlich längere Periodendauer zugeordnet werden. So kann beispielsweise dem ersten Datenwert D₁ mit der kürzesten Periodendauer T₁ außerdem noch die längste Periodendauer T_n zugeordnet werden. Dem zweiten Datenwert D₂ kann die zweitkürzeste zweite Periodendauer T₂ sowie die zweitlängste Periodendauer T_n-1 zugeordnet werden, usw. Wie es schematisch in 9 veranschaulicht ist, können auf diese Weise die ersten Datenwerte D₁ bis D_k sozusagen gespiegelt werden. Dadurch entsteht zum Einstellen einer mittleren Helligkeit in einem vorgegebenen Zeitraum die Möglichkeit, zumindest einen Teil der Datenwerte D₁ bis D_k durch Auswahl einer der beiden zugeordneten Periodendauern zu übertragen.
• Vorzugsweise werden lediglich den Datenwerten D₁ bis D_k mit den k kürzesten Periodendauern T₁ bis T_k jeweils eine weitere, längere Periodendauer T_n bis T_n-k+1 zugeordnet, wobei vorzugsweise gilt: 2k < n.
• Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Steuereinrichtung 27 dazu eingerichtet, den Zusammenhang zwischen dem Datenwert D_i und der wenigstens einen zugeordneten Periodendauer T_i statisch aufrechtzuerhalten. Bei einer weiteren Ausführungsform kann dieser Zusammenhang dynamisch angepasst werden. Eine Periodendauer T_i kann somit während einer ersten Betriebsphase einem Datenwert D_i entsprechen und während einer anderen Betriebsphase einem sich von dem einen Datenwert D_i unterscheidenden anderen Datenwert D_j entsprechen. Eine solche dynamische Zuordnung kann beispielsweise stochastisch angepasst werden. Auch dadurch kann die mittlere Helligkeit der Leuchtmittelanordnung beeinflusst werden und eine verbesserte Anpassung an die gewünschte vorgegebene Helligkeit erreicht werden.
• Es versteht sich, dass alternativ zum bevorzugten Ausführungsbeispiel auch jedem Datenwert zwei unterschiedlich lange Periodendauern zugeordnet werden können. Weiterhin ist es auch möglich, einem Teil der Datenwerte D_i oder allen Datenwerten D_i drei oder mehr unterschiedlich lange Periodendauern zuzuordnen.
• Die vorliegende Modulationsart kann als Periodendauermodulation oder Periodenfrequenzmodulation bezeichnet werden. Eine Trägerfrequenz ist für das Modulieren der Datenwerte nicht erforderlich. Eine Amplitudenmodulation findet ebenfalls nicht statt. Zur Kodierung eines Datenwertes wird ausschließlich die Periodendauer T moduliert.
• Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung 10 oder ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung 15. Der Leuchtmittelanordnung 15 wird mittels einer Wandlereinrichtung 11 eine Ausgangsgleichspannung U_A und/oder ein Ausgangsgleichstrom bereitgestellt. Ein Leuchtmittelstrom I wird gesteuert oder geregelt. Dazu weist die Betriebsschaltung 10 eine Steuereinrichtung 27 sowie ein in Reihe zur Leuchtmittelanordnung 15 geschaltetes ansteuerbares Stellglied 20 auf. Die Steuereinrichtung 27 erzeugt ein pulsbreitenmoduliertes Steuersignal S, um den Zustand des ansteuerbaren Stellglieds 20 zu verändern und insbesondere das ansteuerbare Stellglied 20 zwischen einem leitenden und einem sperrenden Zustand umzuschalten. Die Steuereinrichtung 27 gibt das Tastverhältnis G des Steuersignals S entsprechend der einzustellenden Helligkeit der Leuchtmittelanordnung 15 vor, basierend auf einem vorgegebenen Helligkeitswert B. Unabhängig von dem gewählten Tastverhältnis G wird eine Periodendauer T des pulsbreitenmodulierten Steuersignals S variiert, wobei der Periodendauer T_i jeweils ein Datenwert D_i zugeordnet ist. Über das Verändern der Periodendauer T_i können somit unterschiedliche Datenwerte D_i übertragen werden, insbesondere in Form eines Lichtsignals.
• Bezugszeichenliste

9

Spannungs- oder Stromquelle

10

Betriebsschaltung

11

Wandlereinrichtung

12

Eingang der Wandlereinrichtung

13

Ausgang der Wandlereinrichtung

14

Kondensator

15

Leuchtmittelanordnung

16

Leuchtmittel

20

ansteuerbares Stellglied

21

Steuereingang

22

erster Anschluss

23

zweiter Anschluss

27

Steuereinrichtung

28

Taktgeber

29

Signalerzeugungsschaltkreis

Δt

Zeitraum zwischen Taktsignalen

B

Helligkeitswert

D1

erster Datenwert

D2

zweiter Datenwert

D3

dritter Datenwert

Di

Datenwert

G1

erstes Tastverhältnis

G2

zweites Tastverhältnis

Gi

Tastverhältnis

GSoll

Solltastverhältnis

H

Einschaltzustand des Steuersignals

L

Ausschaltzustand des Steuersignals

P

Präambel

S

pulsbreitenmoduliertes Steuersignal

T1

erste Periodendauer

T2

zweite Periodendauer

T3

dritte Periodendauer

TAi

Ausschaltzeitdauer

TA1

erste Ausschaltzeitdauer

TA2

zweite Ausschaltzeitdauer

TA3

dritte Ausschaltzeitdauer

TEi

Einschaltzeitdauer

TE1

erste Einschaltzeitdauer

TE2

zweite Einschaltzeitdauer

TE3

dritte Einschaltzeitdauer

Ti

Periodendauer

TAP

Ausschaltzeitdauer der Präambel

TEP

Einschaltzeitdauer der Präambel

TP

Periodendauer der Präambel

UA

Ausgangsgleichspannung

UE

Eingangsspannung

UM

Messspannung

US

Spannungspotenzial am Stellglied

W

Wandlersteuersignal

Z

Zeittakt

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 2547173 B1 [0003]
• EP 2547174 B1 [0003]
• EP 2837113 B1 [0004]
• EP 2959615 B1 [0005]
• EP 2974079 B1 [0005]
• EP 2974539 B1 [0005]

Claims (13)

1. Betriebsschaltung (10) zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung (15) aufweisend: eine Wandlereinrichtung (11), die dazu eingerichtet ist, eine Eingangsspannung (U_E) und/oder einen Eingangsstrom in eine Ausgangsgleichspannung (U_A) und/oder einen Ausgangsgleichstrom umzuwandeln und an einem Ausgang (13) bereitzustellen, an den die Leuchtmittelanordnung (15) angeschlossen ist, ein mittels eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) ansteuerbares Stellglied (20), das in Reihe zu der Leuchtmittelanordnung (15) geschaltet ist, mit einer Steuereinrichtung (27), die dazu eingerichtet ist das pulsbreitenmodulierte Steuersignal (S) für das Stellglied (20) derart zu erzeugen, dass die Periodendauer (T_i) des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) einen zu übertragenden Datenwert (D_i) charakterisiert und dass das Tastverhältnis (G) des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) abhängig ist von einem der Steuereinrichtung (27) vorgegebenen Helligkeitswert (B) für die Helligkeit der Leuchtmittelanordnung (15).
2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) einen Taktgeber (28) aufweist, der einen Zeittakt (Z) vorgibt, der Umschaltzeitpunkte für das pulsbreitenmodulierte Steuersignal (S) definiert.
3. Betriebsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) dazu eingerichtet ist, das Tastverhältnis (G) des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) derart vorzugeben, dass eine sich durch den Zeittakt (Z) ergebende Quantisierungsabweichung zwischen der aktuellen Helligkeit der Leuchtmittelanordnung (15) und dem vorgegebenen Helligkeitswert (B) minimal ist.
4. Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) dazu eingerichtet ist, das Tastverhältnis (G) des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) mit dem Ziel zu variieren, dass sich über mehrere Periodendauern (T) eine mittlere Helligkeit der Leuchtmittelanordnung (15) ergibt, die dem vorgegebenen Helligkeitswert (B) entspricht.
5. Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) dazu eingerichtet ist, das pulsbreitenmodulierte Steuersignal (S) derart vorzugeben, dass eine Einschaltzeitdauer (T_E) des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) eine Mindesteinschaltzeitdauer nicht unterschreitet und/oder dass eine Ausschaltzeitdauer (T_A) des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) eine Mindestausschaltzeitdauer nicht unterschreitet.
6. Betriebsschaltung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindesteinschaltzeitdauer und/oder die Mindestausschaltzeitdauer jeweils mehrere Takte des vom Taktgeber (28) bereitgestellten Zeittakts (Z) aufweist.
7. Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ansteuerbare Stellglied (20) und die Steuereinrichtung (27) einen Regler bilden, der als Linearregler oder als Schaltregler ausgeführt ist.
8. Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) eine Einschaltverzögerung für das Erzeugen einer steigenden Flanke des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) aufweist, dass die Steuereinrichtung (27) eine Ausschaltverzögerung für das Erzeugen einer fallenden Flanke des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) aufweist und dass die Einschaltverzögerung und die Ausschaltverzögerung unterschiedlich lang sind.
9. Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) dazu eingerichtet ist, eine Amplitude des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) während einer Einschaltzeitdauer (TE) konstant zu halten und eine Amplitude des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) während einer Ausschaltzeitdauer (TA) konstant zu halten.
10. Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) dazu eingerichtet ist, das pulsbreitenmodulierte Steuersignal (S) derart zu erzeugen, dass vor dem Übertragen eines Datenwertes (D_i) oder einer Folge von Datenwerten (D_i) eine Präambel (P) übermittelt wird.
11. Betriebsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) dazu eingerichtet ist, für die Präambel (P) eine längste zur Verfügung stehende Periodendauer (T) des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) gewählt wird.
12. Betriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (27) dazu eingerichtet ist, wenigstens einem Datenwert (D₁-D_k) aus der Gruppe sämtlicher möglicher zu übertragender Datenwerte (D_i-D_n-k) zwei unterschiedlich lange Periodendauern (T₁ und T_n - T_k, T_n-k+1) zuzuordnen.
13. Verfahren zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung (15) unter Verwendung einer Betriebsschaltung (10) aufweisend eine Wandlereinrichtung (11), ein in Reihe zu der Leuchtmittelanordnung (15) geschaltetes ansteuerbares Stellglied (20) und eine Steuereinrichtung (27), wobei das Verfahren umfasst: - Umwandeln einer Eingangsspannung (U_E) und/oder eines Eingangsstromes in eine Ausgangsgleichspannung (U_A) und/oder einen Ausgangsgleichstrom mittels der Wandlereinrichtung (11), - Anlegen der Ausgangsgleichspannung (U_A) an die Leuchtmittelanordnung (15), - Erzeugen eines pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) mittels einer Steuereinrichtung (27) derart, dass die Periodendauer (T) des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) einen zu übertragenden Datenwert (D_i) charakterisiert und dass das Tastverhältnis (G) des pulsbreitenmodulierten Steuersignals (S) abhängig ist von einem vorgegebenen Helligkeitswert (B) für die Helligkeit der Leuchtmittelanordnung (15), und - Ansteuern des ansteuerbaren Stellgliedes (20) mit dem pulsbreitenmodulierten Steuersignal (S).

Images