DE102021116684B3

DE102021116684B3 - LED-Steuerung, LED-Ansteuersystem und -verfahren

Info

Publication number: DE102021116684B3
Application number: DE102021116684.5A
Authority: DE
Inventors: Xing Su; Fausto Borghetti; Enrico Tonazzo
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2021-04-15
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2041-06-30
Also published as: CN115226273A

Abstract

Leuchtdioden, LED, -Steuerungen (110), Leuchtdioden-Ansteuersysteme (10) und entsprechende Verfahren werden bereitgestellt. Eine LED-Anordnung (14) ist zwischen einem ersten Satz von aktiven LEDs (15) und einem zweiten Satz von aktiven LEDs (16) schaltbar. Beim Schalten wird ein Reihenschalter (13) zwischen einer Stromversorgung und der LED-Anordnung während einer Übergangsperiode wiederholt aus- und eingeschaltet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Steuerungen zum Versorgen von Leuchtdioden (LED) mit Leistung, entsprechende LED-Ansteuersysteme und -verfahren.
HINTERGRUND
Leuchtdioden (LED) haben andere Lichtquellen wie etwa Glühbirnen in vielen Anwendungen ersetzt, beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich für Scheinwerfer, Rücklichter, Blinker und dergleichen. LED-Ansteuersysteme einschließlich einer Stromversorgung werden zum Liefern eines geregelten Ausgangsstroms oder einer geregelten Ausgangsspannung an LEDs verwendet.
In einigen Anwendungen müssen derartige LED-Ansteuersysteme in der Lage sein, sich verändernde Lasten zu verarbeiten. Beispielsweise kann ein Kraftfahrzeugscheinwerfer einen sogenannten Fernlicht-LED-Satz und einen Abblendlicht-LED-Satz enthalten, wobei in einigen Situationen möglicherweise nur der Abblendlicht-LED-Satz verwendet wird, wohingegen in anderen Situationen möglicherweise sowohl der Fernlicht- als auch der Abblendlicht-LED-Satz verwendet werden.
Beim Schalten von einem Modus, wo sowohl der Fernlicht- als auch der Standlicht-LED-Satz verwendet werden, zu einem Modus, wo nur der Standlicht-LED-Satz verwendet wird, nimmt der Gesamtspannungsabfall entsprechend einer Summe aus Durchlassspannungen der individuellen Leuchtdioden plötzlich ab. Wenn die Leuchtdioden mit einer einzelnen Stromversorgung versorgt werden, kann dies zu einer Stromspitze führen, was die LEDs beschädigen könnte.
Eine einfache Lösung für dieses Problem ist die Verwendung separater Stromversorgungen für den Fernlicht- und Abblendlicht-LED-Satz. Dies führt jedoch zu zusätzlichen Kosten.
Ein weiterer Ansatz liefert einen zusätzlichen Schalter zum Entladen einer Ausgangskapazität der Stromversorgung zu Masse, wenn zwischen den Modi geschaltet wird. Dies erfordert eine zusätzliche Schaltungsanordnung, d. h. den mit Masse verbundenen Schalter, sowie zusätzliche Pins an einer Steuerung zum Steuern eines derartigen Schalters.
Ein weiterer Ansatz ist das langsame Schalten einer Schaltvorrichtung, beispielsweise eines Transistors, die zum Ändern zwischen den Modi verwendet wird. Wenn beispielsweise nur der Abblendlicht-LED-Satz aktiv ist, kann der Fernlichtdioden-LED-Satz durch einen derartigen Schalter überbrückt werden. Der Schalter kann langsam eingeschaltet werden (d. h. Wechsel durch eine Phase, wo der Schalter einen vergleichsweise hohen Widerstandswert aufweist), um die Energie des zusätzlichen Stroms abzuleiten und eine resultierende Stromspitze zu reduzieren. Diese Anordnung muss jedoch möglicherweise auf die spezifischen verschiedenen Lasten zugeschnitten werden und weist wenig Flexibilität auf.
Die US 2013 /0 320 850 A1 offenbart eine LED-Steuerung mit einem ersten Satz und einem zweiten Satz von Aktiven LEDs an einer Stromversorgung. Ein Steuerelement verhindert, dass der Strom bei Deaktivierung des zweiten LED-Satzes zu schnell ansteigt.
KURZDARSTELLUNG
Eine Leuchtdioden-Steuerung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 13 werden bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen sowie eine derartige Steuerung enthaltende Leuchtdioden-Ansteuersysteme.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine LED (Leuchtdioden)-Steuerung bereitgestellt, umfassend:

einen Steueranschluss zum Koppeln an einen Reihenschalter zwischen einer Stromversorgung und mindestens einer LED-Anordnung, schaltbar zwischen einem ersten Satz von aktiven LEDs und einem zweiten Satz von aktiven LEDs, und
eine Steuerschaltung, die ausgelegt ist, um beim Schalten von dem ersten Satz von aktiven LEDs zu dem zweiten Satz von aktiven LEDs ein Steuersignal an dem Steueranschluss zum wiederholten Aus- und Einschalten des Reihenschalters während einer Übergangsperiode auszugeben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Verfahren zum Versorgen einer LED-Anordnung mit Leistung, umfassend: Betreiben der LED-Anordnung mit einem ersten Satz von aktiven LEDs,
Schalten der LED-Anordnung von dem ersten Satz von aktiven LEDs zu einem zweiten Satz von aktiven LEDs,
als Reaktion auf das Schalten der LED-Anordnung, wiederholtes Aus- und Einschalten eines Reihenschalters zwischen einer Stromversorgung und der LED-Anordnung während einer Übergangsperiode, und
Betreiben der LED-Anordnung mit dem zweiten Satz von aktiven LEDs nach der Übergangsperiode.
Die obige Zusammenfassung soll lediglich einen kurzen Überblick über einige Ausführungsformen geben und ist nicht auf irgendeine Weise als beschränkend auszulegen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Systems gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das Strom-Spannungs-Kurven für verschiedene Farben von Leuchtdioden veranschaulicht.
4 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das den Betrieb gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das den Betrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist ein Schaltungsdiagramm eines Systems gemäß einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsformen werden lediglich beispielhaft angegeben und sind auf keinerlei Weise als beschränkend auszulegen. Beispielsweise sind zwar spezifische Merkmale (Elemente, Komponenten, Schaltungsteile, Handlungen, Ereignisse, Verfahrensschritte usw.) in den Zeichnungen gezeigt und hierin beschrieben, doch können in anderen Ausführungsformen einige dieser Merkmale durch alternative Merkmale ersetzt werden, zusätzliche Merkmale können hinzugefügt werden oder einige Merkmale können entfallen. Beispielsweise betreffen hierin beschriebene Ausführungsformen den Übergang zwischen zwei Sätzen von aktiven Leuchtdioden (LEDs) und abgesehen von diesem Übergang können Steuerungen, Systeme und Verfahren, die hierin beschrieben werden, auf beliebige herkömmliche Weise implementiert werden. Beispielsweise können Stromregelung, Spannungsregelung, Schutz wie Überstromschutz, Rückkopplungsmessung und dergleichen außerhalb des Übergangs zwischen verschiedenen Sätzen von aktiven LEDs auf beliebige herkömmliche Weise implementiert werden, und diese herkömmlichen Teile werden deshalb nicht ausführlicher beschrieben.
Hierin beschriebene Verbindungen oder Kopplungen beziehen sich auf elektrische Verbindungen oder Kopplungen, sofern nicht etwas anderes angemerkt ist. Solche Verbindungen oder Kopplungen können beispielsweise durch Hinzufügen zusätzlicher Elemente oder Entfernung von Elementen modifiziert werden, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, beispielsweise zum Liefern einer Spannung oder eines Stroms, zum Übertragen eines Signals oder zum Bereitstellen einer Steuerung, im Wesentlichen aufrechterhalten wird.
Ein Schalter wie hierin verwendet, wird als Aus oder Offen bezeichnet, wenn er im Wesentlichen eine elektrische Trennung zwischen Anschlüssen bereitstellt, und wird als Ein oder Geschlossen bezeichnet, wenn er eine niederohmige Verbindung zwischen Anschlüssen bereitstellt. Schalter können als Transistoren implementiert werden, wobei ein Steueranschluss des Transistors (beispielsweise Basisanschluss im Fall von Bipolartransistoren oder eines Gateanschlusses im Fall von Feldeffekttransistoren oder eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate) verwendet werden kann, um den Schalter ein- oder auszuschalten.
Bezüglich einer der Ausführungsformen beschriebene Variationen und Modifikationen können auch auf andere Ausführungsformen angewendet werden, sofern nicht etwas anderes angemerkt ist, und sie werden deshalb nicht wiederholt beschrieben. Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren zeigt 1 ein Blockdiagramm eines Systems 10 gemäß einer Ausführungsform einschließlich einer Steuerung 110 gemäß einer Ausführungsform.
Das System 10 liefert eine elektrische Leistung an eine Leuchtdioden(LED)-Anordnung 14. Die LED-Anordnung 14 enthält einen ersten Satz von LEDs 15 und einen zweiten Satz von LEDs 16. Während der erste und der zweite Satz von LEDs 15, 16 in 1 als separate Kästen dargestellt sind, impliziert dies nicht, dass die beiden Sätze 15, 16 vollständig getrennt sind. Beispielsweise kann in einigen Implementierungen, wie unten beschrieben, der zweite Satz von LEDs ein Teilsatz des ersten Satzes von LEDs sein, d. h., der zweite Satz von LEDs enthält möglicherweise nur einige der LEDs des ersten Satzes. In anderen Ausführungsformen können die beiden Sätze vollständig getrennt sein und können beispielsweise LEDs von verschiedenen Farben enthalten. In Ausführungsformen kann der zweite Satz von LEDs eine niedrigere Gesamtdurchlassspannung als der erste Satz von LEDs aufweisen, wenn der gleiche Strom angelegt wird. Die Durchlassspannung bezieht sich in dieser Hinsicht auf den Spannungsabfall über den Dioden, wenn ein Strom angelegt wird. Die LEDs können in einer oder mehreren LED-Ketten angeordnet sein, wo die LEDs in Reihe gekoppelt sind. Der erste Satz von LEDs kann in einem derartigen Fall alle LEDs einer gewissen LED-Kette enthalten, so dass alle LEDs zu der Gesamtdurchlassspannung beitragen. Für den zweiten Satz von LEDs kann ein Teil der LED-Kette überbrückt sein, so dass der zweite Satz von LEDs nur einen Teilsatz von LEDs des ersten Satzes enthält. Da dann weniger LEDs zu der Gesamtdurchlassspannung beitragen, ist die Gesamtdurchlassspannung niedriger, wenn der gleiche Strom angelegt wird.
In anderen Ausführungsformen kann der erste Satz von LEDs von anderen Farben als der zweite Satz von LEDs enthalten. LEDs von anderen Farben weisen andere Durchlassspannungen für den gleichen Strom auf. Beispielsweise weisen weiße LEDs im Allgemeinen höhere Durchlassspannungen als blaue LEDs auf, die höhere Durchlassspannungen als grüne LEDs aufweisen usw. Dies ist in 3 dargestellt, wo Strom-Spannungs-Kurven für LEDs von unterschiedlichen Farben gezeigt sind.
Beispielsweise kann der zweite Satz von LEDs rote LEDs enthalten, während der erste Satz von LEDs möglicherweise die gleiche Anzahl von LEDs wie der zweite Satz enthält, aber blaue LEDs. Folglich weist der erste Satz von LEDs eine höhere Gesamtdurchlassspannung auf als der zweite Satz von LEDs.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 kann unter Verwendung eines Schaltsignals sw entweder der erste Satz von LEDs oder der zweite Satz von LEDs als aktive LEDs gewählt werden, d. h. als LEDs, die durch das System mit Leistung versorgt werden, so dass sie Licht emittieren.
Zum Versorgen der LED-Anordnung 14 mit Leistung, empfängt das System 10 eine Eingangsspannung Vin. In einer Kraftfahrzeugumgebung kann die Eingangsspannung Vin beispielsweise eine von einer Batterie eines Fahrzeugs empfangene Spannung sein. In anderen Anwendungen, beispielsweise stationären Anwendungen, kann Vin eine Netzspannung sein.
Die Spannung Vin wird an einen Leistungswandler 11 geliefert, der die Eingangsspannung Vin in eine für die LED-Anordnung 14 angemessene Ausgangsspannung Vout umwandelt. Der Leistungswandler 11 kann eine beliebige Art von geeignetem Leistungswandler zum Umwandeln der Eingangsspannung Vin in die Ausgangsspannung Vout sein, einschließlich einem Tiefsetzsteller, einem Hochsetzsteller, einem Tief-/Hochsetzsteller, ein Wandler mit galvanischer Trennung (unter Verwendung beispielsweise eines Transformators) wie Resonanzwandlern, Sperrwandlern usw. Der Leistungswandler 11 kann einen Ausgangskondensator 12 enthalten, an dem die Ausgangsspannung Vout abgegriffen wird. Der Leistungswandler 11 kann einen oder mehrere Hauptschalter enthalten, die selektiv ein- und ausgeschaltet werden, um die durch den Leistungswandler 11 ausgegebene Leistungsmenge zu regeln, beispielsweise die Spannung Vout oder einen Ausgangsstrom zu regeln.
Der Leistungswandler 11 wird durch eine Steuerung 110, beispielsweise eine Steuerlogik 17 davon, über einen Ausgangsanschluss 19 der Steuerung 110 gesteuert. Beispielsweise kann die Steuerung 110 das Schalten des einen oder der mehreren oben erwähnten Hauptschalter steuern. Dieses Steuern kann auf beliebige herkömmliche Weise implementiert werden und kann zum Steuern des Leistungswandlers 11 verwendet werden, um die Ausgangsspannung oder den Ausgangsstrom auf ein für die LED-Anordnung 14 angemessenes Niveau zu regeln. Dazu kann die Steuerung 110 eine Rückkopplung bezüglich der Ausgangsspannung Vout oder bezüglich eines an die LED-Anordnung 14 gelieferten Ausgangsstroms empfangen. Dieses Steuern kann auf beliebige herkömmliche Weise implementiert werden, die für das Versorgen von LED-Lasten mit Leistung verwendet wird.
Die Ausgangsspannung Vout wird über einen Reihenschalter 13, beispielsweise einen Transistorschalter, an die LED-Anordnung 14 geliefert. Der Reihenschalter 13 wird durch die Steuerung 110, beispielsweise die Steuerlogik 17, über einen Steueranschluss 18 gesteuert.
Ein derartiger Reihenschalter ist in einigen herkömmlichen Systemen beispielsweise für Überstromschutz während des normalen Betriebs vorgesehen. Der normale Betrieb, wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen Betrieb des Systems, wo der erste Satz von LEDs mit Leistung versorgt wird oder wo der zweite Satz von LEDs mit Leistung versorgt wird, außerhalb von Übergangsperioden, wo ein Schalten zwischen dem ersten Satz und dem zweiten Satz erfolgt. Der Reihenschalter 13 kann auch für andere herkömmliche Zwecke im normalen Betrieb verwendet werden, beispielsweise zum Versorgen der LED-Anordnung 14 mit einer gepulsten oder anderweitig modulierten Ausgangsspannung.
In hierin verwendeten Ausführungsformen wird der Reihenschalter 13, alternativ oder zusätzlich zu solchen herkömmlichen Verwendungen, auch verwendet, wenn die LED-Anordnung 14 von dem ersten Satz von LEDs 15 als aktive LEDs zu dem zweiten Satz von LEDs 16 als aktive LEDs geschaltet wird.
Wenn in Ausführungsformen von dem ersten Satz von LEDs zu dem zweiten Satz von LEDs geschaltet wird, nimmt die Durchlassspannung bei dem gleichen Strom ab. Umgekehrt bedeutet dies beim Schalten von dem ersten Satz von LEDs zu dem zweiten Satz von LEDs bei einer gewissen Ausgangsspannung Vout auch, dass der Strom schnell steigt. Dies ist bei Betrachtung der Kurven in 3 ersichtlich. Im Allgemeinen nimmt bei LEDs, wie aus 3 ersichtlich ist, der Strom mit der Spannung nicht linear zu, sondern nimmt auf fast exponentielle Weise zu. Dies bedeutet, dass, wenn beispielsweise der erste Satz von LEDs blaue LEDs sind und der zweite Satz von LEDs rote LEDs sind, in dem Augenblick des Schaltens der Strom so steil zunehmen würde, dass er die LEDs zerstören könnte. Ähnliche Überlegungen können auch gelten, wenn ein Teil einer LED-Kette überbrückt wird, wie oben erwähnt.
Weiterhin ist bei den meisten Leistungswandlern eine abrupte Änderung der Ausgangsspannung nicht leicht möglich, da die ausgegebene Spannung Vout am Ausgangskondensator 12 bereitgestellt wird und der Ausgangskondensator 12 in diesem Fall zuerst auf eine niedrigere Ausgangsspannung entladen werden muss.
In hierin erörterten Ausführungsformen wird der Reihenschalter 13 während einer Übergangsperiode wiederholt aus und eingeschaltet, wenn zwischen dem ersten Satz von LEDs 15 und dem zweiten Satz von LEDs 16 als aktive LEDs geschaltet wird, bis der an die LED-Anordnung 14 gelieferte Strom unter einem Schwellwertpegel liegt und/oder die Ausgangsspannung Vout auf einen für den zweiten Satz von LEDs erforderlichen Pegel geregelt worden ist.
Dieser Betrieb ist in 2 veranschaulicht, die ein Flussdiagramm ist, die ein Verfahren gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht. Das Verfahren von 2 kann in dem System 10 von 1 implementiert werden und wird unter Bezugnahme auf die bereits für 1 erfolgten Erläuterungen beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden. Das Verfahren von 2 kann jedoch auch in anderen Systemen implementiert werden, beispielsweise dem System von 6, das weiter unten beschrieben werden wird.
Bei 20 umfasst das Verfahren das Betreiben einer LED-Anordnung mit einem ersten Satz von aktiven LEDs, beispielsweise dem ersten Satz 15 von 1, der aktiv ist. Bei 21 umfasst das Verfahren das Schalten der LED-Anordnung von dem ersten Satz von aktiven LEDs zu einem zweiten Satz von aktiven LEDs. Beispielsweise kann gesteuert durch das Schaltsignal sw die LED-Anordnung 14 derart geschaltet werden, dass nicht der erste Satz von LEDs 15 mit Leistung versorgt wird, sondern der zweite Satz von LEDs 16 mit Leistung versorgt wird.
Bei 22 umfasst das Verfahren das wiederholte Aus- und Einschalten eines Reihenschalters jedes Reihenschalters 13 während einer Übergangsperiode nach dem Schalten der LED-Anordnung bei 21. Die Übergangsperiode kann dauern, bis ein an den zweiten Satz von LEDs gelieferter Ausgangsstrom unter einem Schwellwert bleibt. Das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters kann dazu dienen, einen Ausgangskondensator eines Leistungswandlers wie etwa den Ausgangskondensator 12 zu entladen, ohne einen Ausgangsstromschwellwert zu übersteigen, wodurch ein Schaden an den LEDs verhindert wird.
Nach der Übergangsperiode wird bei 23 die LED-Anordnung dann mit dem zweiten Satz von aktiven LEDs betrieben, oder in anderen Worten mit dem zweiten Satz von LEDs, die mit elektrischer Leistung versorgt wird, so dass sie Licht emittieren.
Verschiedene Schemata können verwendet werden, um den Reihenschalter während der Übergangsperiode wiederholt aus- und einzuschalten. Beispiele werden nun unter Bezugnahme auf 4 und 5 erläutert.
4 veranschaulicht ein Zeitsteuerdiagramm für ein erstes Schema zum Aus- und Einschalten des Reihenschalters. In 4 veranschaulicht eine Kurve 40 den an eine LED-Anordnung gelieferten Ausgangsstrom I_LED, eine Kurve 31 veranschaulicht die an die LED-Anordnung gelieferte Ausgangsspannung V_OUT und am Boden von 4 sind verschiedene Phasen gezeigt.
Für das Schema von 4 wird der Ausgangsstrom I_LED auf einen Zielausgangsstrom I_OUT auf beliebige herkömmliche Weise geregelt, indem ein Leistungswandler wie etwa der Leistungswandler 11 durch eine Steuerung wie etwa die Steuerung 110 gesteuert wird. Dazu empfängt die Steuerung 110 ein Maß der Ausgangsspannung und/oder ein Maß des Ausgangsstroms. Die Ausgangsstromregelung kann auf beliebige herkömmliche Weise durchgeführt werden.
In 4 wird in einer Phase 42 entsprechend 20 in 2 eine LED-Anordnung mit einem ersten Satz von aktiven LEDs betrieben, wobei eine Ausgangsspannung mit einem Pegel 46 geliefert wird. An einem Zeitpunkt, der durch eine gestrichelte Linie 43 bezeichnet und als Lastübergangspunkt gekennzeichnet ist, wird die LED-Anordnung von dem ersten Satz von aktiven LEDs zu dem zweiten Satz von aktiven LEDs entsprechend 21 von 1 geschaltet. Dies markiert den Beginn einer Übergangsperiode 44. Wie in der Kurve 40 zu sehen ist, bewirkt dies einen abrupten Anstieg des Ausgangsstroms I_LED.
Wenn der Ausgangsstrom einen oberen Stromschwellenwert I_{OC_TH} erreicht, wird ein Reihenschalter wie etwa der Reihenschalter 13 ausgeschaltet. Der obere Stromschwellenwert I_{OC_TH} kann einem Überstromschwellwert, der ebenfalls im normalen Betrieb verwendet wird, entsprechen oder kann ein spezifisch für die Übergangsperiode 44 gewählter Schwellwert sein. Nach dem Ausschalten des Reihenschalters beim Erreichen des oberen Stromschwellenwerts I_{OC_TH} bleibt der Reihenschalter für eine vordefinierte Zeit COT aus, nachdem der Reihenschalter wieder eingeschaltet wird. Dies führt wieder zu einem abrupten Anstieg beim Strom, wie in Kurve 40 gezeigt, bis der obere Stromschwellenwert I_{OC_TH} erreicht ist, wobei dann der Reihenschalter wieder für die vordefinierte Zeitperiode COT ausgeschaltet wird. Dies wird mehrmals wiederholt, bis der Ausgangsstrom den oberen Stromschwellwert nicht länger erreicht, und schließlich wird der Ausgangsstrom auf den vorausgegangenen Zielwert I_OUT geregelt. Dies führt, wie in Kurve 41 ersichtlich, zu einem allmählichen Abfall der Ausgangsspannung während jeder „Stromspitze“, bis ein neuer Ausgangsspannungspegel 47 zum Betreiben des zweiten Satzes von aktiven LEDs in einer Periode 45 (entsprechend 23 von 2) erreicht ist.
Während jeder der Spitzen wird ein Ausgangskondensator wie etwa der Ausgangskondensator 12 eines verwendeten Leistungswandlers entladen, und da der Strom immer unter den oberen Stromschwellwerten gehalten wird, kann ein Schaden an den LEDs vermieden werden. Zudem ist in Systemen, wo ein Reihenschalter 13 sowieso beispielsweise für Überstromschutz vorgesehen ist, keine weitere Hardware erforderlich. Es wird nur ein gewisser Zeitgeber oder Zähler benötigt, der in vielen Steuerungen sowieso vorgesehen ist, um die Zeitperiode COT zu messen, während der der Reihenschalter ausbleibt.
Die vordefinierte Zeit COT kann eine feste Zeit sein oder kann nutzerkonfigurierbar sein. Beispielsweise kann die COT in einem Bereich von 100 µs bis 20 ms liegen.
5 veranschaulicht den Strom durch die LEDs, I_LED, die auf einen Ausgangsstrom I_OUT gemäß einem zweiten Schaltschema geregelt werden sollen. Eine Kurve 50 zeigt den Ausgangsstrom. Auch hier wird bis zu einem durch eine gestrichelte Linie 51 angegebenen Lastübergangspunkt eine LED-Anordnung mit einem ersten Satz von aktiven LEDs betrieben, und bei dem Lastübergangspunkt erfolgt ein Schalten zu einem zweiten Satz von aktiven LEDs. Wie aus Kurve 15 ersichtlich ist, bewirkt dies wie in 4 einen abrupten Anstieg des Stroms zu den LEDs I_LED.
Analog zu dem Schaltschema von 4 wird, wenn der Strom I_LED den oberen Stromschwellwert I_{OC_TH} erreicht, der Reihenschalter ausgeschaltet. Im Gegensatz zu 4, wo der Reihenschalter für eine vordefinierte Zeit COT ausgeschaltet wurde, bleibt in dem Schaltschema von 5 der Reihenschalter aus, bis der Strom auf einen unteren Stromschwellwert I_LTH abfällt. Wenn der untere Stromschwellwert I_LTH erreicht ist, wird der Reihenschalter wieder eingeschaltet. Dies wird wiederholt, bis der Strom unter I_{OC_TH} bleibt, und der Strom I_LED wird wieder auf den Ausgangsstrom I_OUT geregelt, so dass nach einem durch eine gestrichelte Linie 52 angegebenen Zeitpunkt der zweite Satz von aktiven LEDs betrieben wird. Auch hier wird ein Ausgangskondensator allmählich entladen.
Es ist anzumerken, dass 4 und 5 eine Reihenverbindung von LEDs annehmen, d. h. eine LED-Kette, so dass der erforderliche Ausgangsstrom I_OUT der gleiche ist, sowohl wenn der erste Satz von LEDs betrieben wird als auch wenn der zweite Satz von LEDs betrieben wird. Im Fall verschiedener Typen von LEDs in beiden Sätzen (beispielsweise unterschiedliche LED-Farben) können die Zielausgangsströme I_OUT vor und nach der Übergangsperiode ebenfalls unterschiedlich sein, oder anstatt einer Stromregelung kann eine Spannungsregelung zum Ausgeben von für den jeweiligen Satz von aktiven LEDs angemessenen Ausgangsspannungen anstatt einer Stromregelung durchgeführt werden.
Wie in 4 und 5 ersichtlich ist, sind verschiedene Schaltschemata für das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters möglich.
6 ist ein Schaltplan eines Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform, die Implementierungsbeispiele für oben erörterte Elemente und Komponenten veranschaulicht. Wieder wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf vorausgegangene Erläuterungen Bezug genommen.
Das System von 6 dient dazu, eine LED-Kette 617 mit Leistung zu versorgen. In dem gezeigten Beispiel enthält die LED-Kette 617 acht LEDs, doch ist dies lediglich ein Veranschaulichungsbeispiel, und die Anzahl von LEDs kann abhängig von der Anwendung, beispielsweise abhängig von einer erforderlichen Helligkeit, gewählt werden.
Die LED-Kette 617 enthält eine Gruppe von Abblendlichtdioden 615 und eine Gruppe von Fernlichtdioden 616. Durch Einschalten eines Schalttransistors 614 kann die Fernlichtgruppe 616 derart überbrückt werden, dass nur die Abblendlichtgruppe 615 mit Leistung versorgt wird und deshalb aktiv ist. Deshalb ist in diesem Beispiel die komplette LED-Kette 617 ein Beispiel für einen ersten Satz von LEDs (Transistorschalter 614 aus), und die Abblendlichtgruppe 615 ist ein Beispiel für einen zweiten Satz von LEDs (Transistorschalter 614 ein) in den oben erörterten Ausführungsformen, und durch das Ein- und Ausschalten des Schalttransistors 614 kann der erste Satz (beide Gruppen 615, 616) oder der zweite Satz a (nur Gruppe 615) aktiv sein.
Die LED-Kette 617 wird von einer Batterie 61 mit Leistung versorgt, beispielsweise einer Batterie in einem Fahrzeug über einen Leistungswandler. Der Leistungswandler in dem Beispiel von 6 ist ein Tiefsetzsteller einschließlich eines Reiheninduktors 63, eines Hauptschaltertransistors 64, eines Reihenkondensators 66, eines Nebenschlussinduktors 67, einer gleichrichtenden Diode 68 und eines Ausgangskondensators 69. Der Ausgangskondensator 69 ist ein Beispiel für den Ausgangskondensator 12 von 1.
Der Hauptschalttransistor 64 wird durch eine Steuerung 60 über einen Ausgangsanschluss #11 gesteuert. Ein Strom durch den Hauptschalttransistor 64 kann durch die Steuerung 60 unter Verwendung eines Messwiderstands 65 an einem Anschluss #10 gemessen werden. Ein Strom, der an die LED-Kette 617 geliefert wird, kann durch die Steuerung 60 unter Verwendung eines Messwiderstands 610 am Anschluss #13 und #14 gemessen werden. Eine zur LED-Kette 617 ausgegebene Ausgangsspannung wird unter Verwendung eines resistiven Teilers einschließlich der Widerstände 612, 613 gemessen, was zu einer Messspannung VOsense an einem Anschluss #12 führt. Im normalen Betrieb kann die Steuerung 60 beispielsweise den Hauptschalttransistor 64 auf Basis des unter Verwendung des Messwiderstands 610 gemessenen Ausgangsstroms zum Regeln des Ausgangsstroms auf einen Zielausgangsstrom verwendet werden, beispielsweise auf den Strom I_OUT in 4 und 5. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung 60 die Ausgangsspannung auf Basis von VOsense auf eine Zielausgangsspannung (beispielsweise die Spannungspegel 46, 47 in 4) regeln. Außerdem kann der gemessene Strom zum Detektieren von Überstrombedingungen verwendet werden, und/oder VOsense kann zum Detektieren von Überspannungsbedingungen verwendet werden.
Ein Schalttransistor 611 ist als ein durch die Steuerung 60 über einen Steueranschluss #1 gesteuerte Reihenschalter vorgesehen. Weiterhin ist mit der Steuerung 60 eine Schaltungsanordnung 62 verbunden, die zu Diagnose- und Messzwecken dienen kann, wie in herkömmlichen Einrichtungen und Systemen.
Wie in herkömmlichen Systemen kann der Schalttransistor 611 beispielsweise für den Überstromschutz verwendet werden.
Abgesehen von dem Betrieb des Schalttransistors 611 während einer Übergangsperiode beim Einschalten des Schalttransistors 614, d. h. Schalten von dem ersten Satz von aktiven LEDs zu dem zweiten Satz von aktiven LEDs, können die Konfiguration und der Betrieb des Systems von 6 einem herkömmlichen Betrieb entsprechen.
In der Übergangsperiode kann der Schalttransistor 611 wiederholt aus- und eingeschaltet werden, wie unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 erläutert. Beispielsweise können die in 4 und 5 gezeigten Schaltschemata implementiert werden. Für das Schaltschema von 4 kann die Steuerung 60 den unter Verwendung des Messwiderstands 610 gemessenen Strom mit einem oberen Stromschwellwert I_{OC_TH} vergleichen oder kann für das Schema von 5 den Strom mit Schwellwerten I_{OC_TH} und I_LTH vergleichen und den Schalttransistor 611 entsprechend betreiben.
Außerdem kann die Steuerung 60 für das Schema von 4 einen Zeitgeber zum Messen der Zeit COT von 4 enthalten. Ein derartiger Zeitgeber kann beispielsweise als ein Zähler implementiert werden, der ab den Zeitpunkten zählt, wo der Schalttransistor 611 ausgeschaltet wird, bis ein vordefinierter Zählwert erreicht worden ist. Als die vordefinierte Zeit COT kann dieser vordefinierte Zählwert konfigurierbar sein. Zum Vergleichen des Stroms durch die Schwellwerte kann die Steuerung 60 einen oder mehrere Analogvergleicher enthalten, die den Spannungsabfall über den Messwiderstand 610 mit einem Schwellwert vergleichen, oder kann den Vergleich auf digitale Weise durchführen durch Digitalisieren des Spannungsabfalls über den Messwiderstand 610 unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers und dann digitales Vergleichen des resultierenden Digitalwerts mit einem Schwellwert. Dafür können beliebige herkömmliche Analog-Digital-Wandler, Vergleicher und Digitallogikschaltungsanordnungen verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass die spezifische Anordnung von 6 lediglich ein Beispiel ist. Beispielsweise können, wie anfänglich erwähnt, andere Typen von Leistungswandlern als die gezeigten Tiefsetzsteller verwendet werden. Während eine einzelne LED-Kette in 6 gezeigt ist, kann eine LED-Anordnung zudem in anderen Ausführungsformen auch mehrere parallele LED-Ketten umfassen. Zudem können, anstatt einen Teil der LED-Kette zu überbrücken, wie in 6 gezeigt, um zwischen den Sätzen von aktiven LEDs zu schalten, auch getrennte Sätze vorgesehen sein, und eine Schalteranordnung kann zum selektiven Liefern eines Stroms nur zu einem der Sätze verwendet werden.
Einige Ausführungsformen sind durch die folgenden Beispiele definiert:

Beispiel 1. Eine Leuchtdioden, LED, -Steuerung, umfassend:
- einen Steueranschluss zum Koppeln an einen Reihenschalter zwischen einer Stromversorgung und einer LED-Anordnung, schaltbar zwischen einem ersten Satz von aktiven LEDs und einem zweiten Satz von aktiven LEDs, und
- eine Steuerschaltung, die ausgelegt ist, um beim Schalten der Anzahl von aktiven LEDs von dem ersten Satz zu dem zweiten Satz ein Steuersignal an dem Steueranschluss zum wiederholten Aus- und Einschalten des Reihenschalters während einer Übergangsperiode auszugeben.
Beispiel 2. Die Steuerung von Beispiel 1, wobei die Steuerung einen Eingangsanschluss enthält, der ausgelegt ist zum Empfangen eines Maßes eines Stroms durch den Reihenschalter.
Beispiel 3. Die Steuerung von Beispiel 2, wobei die Steuerschaltung derart ausgelegt ist, dass die Übergangsperiode endet, wenn das Maß anzeigt, dass der Strom unter einem vordefinierten Schwellwert bleibt.
Beispiel 4. Die Steuerung von Beispiel 2 oder 3, wobei die Steuerschaltung, zum wiederholten Aus- und Einschalten des Reihenschalters, ausgelegt ist zum Ausschalten des Reihenschalters, wenn das Maß anzeigt, dass der Strom einen oberen Schwellwert übersteigt.
Beispiel 5. Die Steuerung von einem der Beispiele 2 bis 4, wobei die Steuerschaltung, zum wiederholten Ein- und Ausschalten des Reihenschalters, ausgelegt ist zum Einschalten des Reihenschalters, wenn das Maß anzeigt, dass der Strom unter einen unteren Schwellwert fällt.
Beispiel 6. Die Steuerung nach einem der Beispiele 2 bis 4, wobei die Steuerschaltung, zum wiederholten Aus- und Einschalten des Reihenschalters, ausgelegt ist zum Einschalten des Reihenschalters zu einer vordefinierten Zeit nach dem Ausschalten des Reihenschalters.
Beispiel 7. Die Steuerung von Beispiel 6, wobei die vordefinierte Zeit einstellbar ist.
Beispiel 8. Die Steuerung nach einem der Beispiele 1 bis 7, wobei der erste Satz von aktiven LEDs eine größere Anzahl von LEDs enthält als der zweite Satz von aktiven LEDs.
Beispiel 9. Die Steuerung nach einem der Beispiele 1 bis 8, wobei der erste Satz von aktiven LEDs eine höhere Gesamtdurchlassspannung aufweist als der zweite Satz von aktiven LEDs bei dem gleichen Strom.
Beispiel 10. Ein Leuchtdioden-Ansteuersystem, umfassend: eine LED-Anordnung, eine Stromversorgung, die ausgelegt ist zum Versorgen der LED-Anordnung mit Leistung, einen Reihenschalter, der zwischen die LED-Anordnung und die Stromversorgung gekoppelt ist, und die Steuerung nach einem der Beispiele 1 bis 9.
Beispiel 11. Das System von Beispiel 10, weiter umfassend einen Schalter, der ausgelegt ist zum Überbrücken eines Teils der LEDs der LED-Anordnung zum Schalten der LED-Anordnung zwischen dem ersten Satz von aktiven LEDs und dem zweiten Satz von aktiven LEDs.
Beispiel 12. Das System von Beispiel 10 oder 11, wobei die Stromversorgung einen Ausgangskondensator umfasst, wobei das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters während der Übergangsperiode den Ausgangskondensator entlädt.
Beispiel 13. Das System von einem der Beispiele 10 bis 12, wobei die Steuerung ausgelegt ist zum Steuern der Stromversorgung zum Liefern eines geregelten Ausgangsstroms.
Beispiel 14. Das System von einem der Beispiele 10 bis 13, wobei die LED-Anordnung eine oder mehrere LED-Ketten enthält.
Beispiel 15. Ein Verfahren zum Versorgen einer LED-Anordnung mit Leistung, umfassend:
- Betreiben der LED-Anordnung mit einem ersten Satz von aktiven LEDs,
- Schalten der LED-Anordnung von dem ersten Satz von aktiven LEDs zu einem zweiten Satz von aktiven LEDs,
- als Reaktion auf das Schalten der LED-Anordnung, wiederholtes Aus- und Einschalten eines Reihenschalters zwischen einer
- Stromversorgung und der LED-Anordnung während einer Übergangsperiode, und
- Betreiben der LED-Anordnung mit dem zweiten Satz von aktiven LEDs nach der Übergangsperiode.
Beispiel 16. Das Verfahren von Beispiel 15, wobei das Verfahren weiter das Messen eines Stroms durch den Reihenschalter umfasst.
Beispiel 17. Das Verfahren von Beispiel 16, umfassend das Beenden der Übergangsperiode, wenn der Strom unter einem vordefinierten Schwellwert bleibt.
Beispiel 18. Das Verfahren von Beispiel 16 oder 17, wobei das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters das Ausschalten des Reihenschalters umfasst, wenn das Maß anzeigt, dass der Strom einen oberen Schwellwert übersteigt.
Beispiel 19. Das Verfahren von einem der Beispiele 16 bis 18, wobei das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters das Einschalten des Reihenschalters umfasst, wenn das Maß anzeigt, dass der Strom unter einen unteren Schwellwert fällt.
Beispiel 20. Das Verfahren von einem der Beispiele 16 bis 18, wobei das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters das Einschalten des Reihenschalters zu einer vordefinierten Zeit nach dem Ausschalten des Reihenschalters umfasst.
Beispiel 21. Das Verfahren von Beispiel 20, wobei die vordefinierte Zeit einstellbar ist.
Beispiel 22. Das Verfahren von einem der Beispiele 15 bis 21, wobei das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters einen Ausgangskondensator der Stromversorgung entlädt.
Beispiel 23. Das Verfahren von einem der Beispiele 15 bis 22, wobei das Schalten der LED-Anordnung ein Schalten der LED-Anordnung von einer ersten Anzahl von aktiven LEDs zu einer zweiten Anzahl von aktiven LEDs, die kleiner als die erste Anzahl ist durch Überbrücken eines Teils der LEDs der LED-Anordnung umfasst.
Beispiel 24. Das Verfahren von einem der Beispiele 15 bis 23, wobei der erste Satz von aktiven LEDs eine größere Anzahl von LEDs enthält als der zweite Satz von aktiven LEDs.
Beispiel 25. Das Verfahren von einem der Beispiele 15 bis 24, wobei der erste Satz von aktiven LEDs eine höhere Gesamtdurchlassspannung aufweist als der zweite Satz von aktiven LEDs bei dem gleichen Strom.
Beispiel 26. Das Verfahren von einem der Beispiele 15 bis 25, wobei die LED-Anordnung eine oder mehrere LED-Ketten enthält.

Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll beliebige Adaptationen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und die Äquivalente davon begrenzt sein.

Claims

LED-Steuerung (110; 60), umfassend: einen Steueranschluss zum Koppeln an einen Reihenschalter (13; 611) zwischen einer Stromversorgung und einer LED-Anordnung (14; 617), welche zwischen einem ersten Satz (15; 615, 616) von aktiven LEDs und einem zweiten Satz (16; 615) von aktiven LEDs schaltbar ist, und eine Steuerschaltung, die ausgelegt ist, um beim Schalten der Anzahl von aktiven LEDs von dem ersten Satz (15; 615, 616) zu dem zweiten Satz (16; 615) ein Steuersignal an dem Steueranschluss zum wiederholten Aus- und Einschalten des Reihenschalters (13; 611) während einer Übergangsperiode auszugeben.
LED-Steuerung (110; 60) nach Anspruch 1, wobei die LED-Steuerung (110; 60) einen Eingangsanschluss enthält, der ausgelegt ist zum Empfangen eines Maßes eines Stroms durch den Reihenschalter (13; 611).
LED-Steuerung (110; 60) nach Anspruch 2, wobei die Steuerschaltung derart ausgelegt ist, dass die Übergangsperiode endet, wenn das Maß anzeigt, dass der Strom unter einem vordefinierten Schwellwert bleibt.
LED-Steuerung (110; 60) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuerschaltung zum wiederholten Aus- und Einschalten des Reihenschalters (13; 611) ausgelegt ist zum Ausschalten des Reihenschalters (13; 611), wenn das Maß anzeigt, dass der Strom einen oberen Schwellwert übersteigt.
LED-Steuerung (110; 60) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuerschaltung, zum wiederholten Ein- und Ausschalten des Reihenschalters (13; 611), ausgelegt ist zum Einschalten des Reihenschalters (13; 611), wenn das Maß anzeigt, dass der Strom unter einen unteren Schwellwert fällt.
LED-Steuerung (110; 60) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuerschaltung, zum wiederholten Aus- und Einschalten des Reihenschalters (13; 611), ausgelegt ist zum Einschalten des Reihenschalters (13; 611) zu einer vordefinierten Zeit nach dem Ausschalten des Reihenschalters (13; 611).
LED-Steuerung (110; 60) nach Anspruch 6, wobei die vordefinierte Zeit einstellbar ist.
LED-Ansteuersystem (10), umfassend: eine LED-Anordnung (14; 617), eine Stromversorgung, die ausgelegt ist zum Versorgen der LED-Anordnung (14; 617) mit Leistung, einen Reihenschalter (13; 611), der zwischen die LED-Anordnung (14; 617) und die Stromversorgung gekoppelt ist, und die LED-Steuerung (110; 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
LED-Ansteuersystem (10) nach Anspruch 8, weiter umfassend einen Schalter (614), der ausgelegt ist zum Überbrücken eines Teils der LEDs der LED-Anordnung (14; 617) zum Schalten der LED-Anordnung (14; 617) zwischen dem ersten Satz von aktiven LEDs und dem zweiten Satz von aktiven LEDs.
LED-Ansteuersystem (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Stromversorgung einen Ausgangskondensator (12; 69) umfasst, wobei das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters (13; 611) während der Übergangsperiode den Ausgangskondensator (12; 69) entlädt.
LED-Ansteuersystem (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die LED-Steuerung (110; 60) ausgelegt ist zum Steuern der Stromversorgung zum Liefern eines geregelten Ausgangsstroms.
Verfahren zum Versorgen einer LED-Anordnung (14; 617) mit Leistung, umfassend: Betreiben der LED-Anordnung (14; 617) mit einem ersten Satz von aktiven LEDs, Schalten der LED-Anordnung (14; 617) von dem ersten Satz (15; 615, 616) von aktiven LEDs zu einem zweiten Satz (16; 615) von aktiven LEDs, als Reaktion auf das Schalten der LED-Anordnung (14; 617), wiederholtes Aus- und Einschalten eines Reihenschalters (13; 611) zwischen einer Stromversorgung und der LED-Anordnung (14; 617) während einer Übergangsperiode, und Betreiben der LED-Anordnung (14; 617) mit dem zweiten Satz von aktiven LEDs nach der Übergangsperiode.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren weiter ein Messen eines Stroms durch den Reihenschalter (13; 611) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, umfassend ein Beenden der Übergangsperiode, wenn der Strom unter einem vordefinierten Schwellwert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters (13; 611) ein Ausschalten des Reihenschalters (13; 611) umfasst, wenn das Maß anzeigt, dass der Strom einen oberen Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters (13; 611) ein Einschalten des Reihenschalters (13; 611) umfasst, wenn das Maß anzeigt, dass der Strom unter einen unteren Schwellwert fällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters (13; 611) ein Einschalten des Reihenschalters (13; 611) zu einer vordefinierten Zeit nach dem Ausschalten des Reihenschalters (13; 611) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die vordefinierte Zeit einstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das wiederholte Aus- und Einschalten des Reihenschalters (13; 611) einen Ausgangskondensator (12; 69) der Stromversorgung entlädt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei das Schalten der LED-Anordnung (14; 617) ein Schalten der LED-Anordnung (14; 617)von einer ersten Anzahl von aktiven LEDs zu einer zweiten Anzahl von aktiven LEDs, die kleiner als die erste Anzahl ist, durch Überbrücken eines Teils der LEDs der LED-Anordnung (14; 617) umfasst.