DE102022106342B4

DE102022106342B4 - LED Ansteuerung unter Verwendung eines Mikrocontrollers

Info

Publication number: DE102022106342B4
Application number: DE102022106342.9A
Authority: DE
Inventors: Younas Abdul Salam; Clayton Daigle
Original assignee: Silicon Laboratories Inc
Current assignee: Silicon Laboratories Inc
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2022-03-18
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2042-03-19
Also published as: DE102022106342A1; CN115134962A; US11277895B1

Abstract

Schaltung zur Ansteuerung einer LED-Anordnung (20), umfassend:ein Hochspannungs(HV)-Signal, mit dem die LED-Anordnung (20) verbunden ist,einen Induktor (30), der mit der LED-Anordnung (20) in Reihe geschaltet ist,einen Messwiderstand (60), der mit Masse verbunden ist,einen externen Transistor (110), der einen Drain, eine Source und ein Gate umfasst, wobei der Drain mit dem Induktor (30) verbunden ist und die Source mit dem Messwiderstand (60) verbunden ist, so dass, wenn der externe Transistor (110) aktiviert ist, Strom von dem HV-Signal durch die LED-Anordnung (20), den Induktor (30), den externen Transistor (110) und den Messwiderstand (60) fließt,eine Diode (70), die zwischen dem Drain und dem HV-Signal angeordnet ist undeinen Mikrocontroller (100), umfassend:ein Ausgangssignal, das als DRIVE-Signal bezeichnet wird und das das Gate des externen Transistors (110) steuert,einen ersten Analogeingang, der mit der Source des externen Transistors (110) verbunden ist und als SENSE-Signal bezeichnet wird, undeinen zweiten Analogeingang, der mit einem Signal verbunden ist, das für eine Spannung am Drain des externen Transistors (110) repräsentativ ist und als SCALED DRAIN-Signal bezeichnet wird,wobei der Mikrocontroller (100) während eines ersten Initialisierungsprozesses eine Zeitspanne bestimmt, nachdem der externe Transistor (110) aktiviert ist, in der das SENSE-Signal eine vorgegebene Spannung erreicht, und die als ON TIME-Wert bezeichnet wird,wobei der Mikrocontroller (100) während des normalen Betriebs den ON TIME-Wert zur Steuerung des DRIVE-Signals verwendet,und wobei der Mikrocontroller (100) nach Durchführung des ersten Initialisierungsprozesses das DRIVE-Signal ohne Überwachung des SENSE-Signals steuert.

Description

Diese Offenbarung beschreibt Systeme und Verfahren zur Steuerung einer LED-Anordnung unter Verwendung eines Mikrocontrollers ohne die Verwendung eines separaten LED-Treibers mit integrierter Schaltung.
Hintergrund
LED(Light Emitting Diode)-Lampen verwenden typischerweise einen externen Treiber mit integrierter Schaltung (integrated circuit, IC), um den Strom, der durch die LED-Anordnung fließt, zu regulieren und zu steuern.
1 zeigt ein generisches Blockdiagramm einer LED-Anordnungssteuerungsschaltung. Typischerweise umfasst die LED-Anordnungssteuerungsschaltung einen Hochspannungs-Wechselstrom-Gleichrichter und einen Filter-Block 1, der das Hochspannungs(HV)-Signal für die Schaltung liefert. Der Eingang zu diesem Hochspannungs-Wechselstrom-Gleichrichter und Filter-Block 1 ist typischerweise eine Netzspannung, zum Beispiel 120 oder 240 V. Der Hochspannungs-Wechselstrom-Gleichrichter und Filter-Block 1 korrigiert diese Eingangsspannung und erzeugt das HV-Signal. Das HV-Signal ist typischerweise ein Gleichstromsignal und wird als Eingabe für einen LED-Treiber Block 2 verwendet. Der LED-Treiber-Block 2 schließt typischerweise einen FET ein, um den Stromfluss von der LED-Anordnung zur Masse zu steuern. Der LED-Treiber Block 2 schließt auch eine Schaltung ein, um die Aktivierung und Deaktivierung des FET zu steuern. Das HV-Signal wird auch zur Stromversorgung des LED-Anordnungs-Block verwendet. Der LED-Anordnungs-Block 3 umfasst die LED-Anordnung und schließt typischerweise auch einen Mechanismus ein, um den Strom zu messen, der durch die LED-Anordnung fließt. Zum Beispiel kann ein Messwiderstand, entweder High-Side oder Low-Side, verwendet werden, um den Strom, der durch die LED-Anordnung fließt, zu messen. Es kann außerdem ein Induktor im LED-Anordnungs-Block 3 angeordnet sein. Eine Mikrocontrollereinheit (microcontroller unit, MCU) 4 ist mit dem LED-Treiber-Block 2 verbunden und kann verwendet werden, um die Höhe der Dimmung der LED-Anordnung einzustellen. Dieses Blockdiagramm kann auf verschiedene Weisen umgesetzt werden.
2 zeigt beispielsweise eine derartige Schaltung, die einen externen LED-Treiber-IC 50 und die dazugehörige Schaltung einschließt. In diesem Beispiel wird ein Vollwellengleichrichter 10 verwendet, um Gleichspannung zu erzeugen, die als HV-Signal bezeichnet wird. Diese Gleichspannung wird der Anode einer ersten LED in der LED-Anordnung 20 zugeführt. Die LEDs in der LED-Anordnung 20 sind typischerweise in Reihe geschaltet. Ein Induktor 30 wird verwendet, um einen konstanteren Strom durch die LEDs in der LED-Anordnung 20 zu erhalten. Ein Anschluss des Induktors 30 ist mit der LED-Anordnung 20 verbunden, zum Beispiel mit der Kathode der letzten LED in der LED-Anordnung 20, während der zweite Anschluss mit dem LED IC 50 verbunden ist. Innerhalb des LED-Treiber-ICs 50 gibt es einen Transistor, typischerweise einen Feldeffekttransistor (FET), wobei der Ausgang des Induktors mit dem Drain des FET verbunden ist. Die Source des FET kann mit einem Messwiderstand 60 verbunden sein, der außerhalb des LED-Treiber-ICs 50 angeordnet ist.
Die Anode einer Diode 70 ist mit dem Ausgang des Induktors 30 verbunden. Die Kathode der Diode 70 ist mit dem HV-Signal verbunden. Die Diode wird verwendet, um Strom durch die LED-Anordnung 20 zu leiten, wenn der FET deaktiviert ist.
Gemäß manchen Ausführungsformen schließt der LED-Treiber-IC 50 zusätzlich einen PWM-Eingang ein, der es einem separaten Mikrocontroller 40 ermöglicht, eine Eingabe bereitzustellen, die zur Erreichung des gewünschten Dimmwerts verwendet werden kann.
Im Betrieb aktiviert der LED-Treiber-IC 50 den FET, so dass Strom durch die LED-Anordnung 20, den Induktor 30, den FET und den Messwiderstand 60 fließt. Dies kann als aktiver Modus bezeichnet werden. Der LED-Treiber-IC überwacht die Spannung am Messwiderstand 60 und, wenn sie einen vorgegebenen Wert (der nicht auswählbar ist) erreicht, schaltet er den FET aus. Zu diesem Zeitpunkt liefert der Induktor 30 weiterhin Strom, der durch die Diode 70 und zurück in die LED-Anordnung 20 geleitet wird. Dies kann als Schleifenmodus bezeichnet werden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen hat der FET typischerweise eine vorgegebene Ausschaltzeit, die, basierend auf einer monostabilen Schaltung, die innerhalb des LED-Treiber-ICs 50 angeordnet ist, bestimmt werden kann. Mit anderen Worten, wenn der FET ausgeschaltet ist, weil der Messwiderstand 60 die vorgegebene Spannung erreicht, bleibt der FET für eine vorgegebene Zeitspanne ausgeschaltet, bevor er wieder aktiviert wird. Gemäß manchen Ausführungsformen kann der FET vorgegebene minimale und maximale Ausschalt- und Einschaltzeiten haben.
Der PWM-Eingang wird verwendet um ferner die Menge des Stroms, die durch den FET fließt, zu steuern. Wenn sie niedrig ist, veranlasst der PWM-Eingang, dass sich der FET ausschaltet. Wenn sie hoch ist, erlaubt der PWM-Eingang den normalen Betrieb des LED-Treiber-ICs 50.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann der Messwiderstand an der High-Side des FET angeordnet sein, um den Strom durch die LED-Anordnung 20 zu messen, selbst wenn der FET deaktiviert ist.
2 zeigt eine spezifische Ausführungsform der LED-Anordnungssteuerungsschaltung. Natürlich kann diese Schaltung auch auf andere Weise umgesetzt werden. Gemäß allen diesen Ausführungsformen ist der LED-Treiber-IC 50 separat von dem Mikrocontroller 40 und die einzige Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller 40 und dem LED-Treiber-IC 50 ist ein Signal von dem Mikrocontroller 40 zu dem LED-Treiber-IC 50, das mit der Höhe der Dimmung in Beziehung steht.
Dieser Ansatz hat mehrere Nachteile. Erstens hat der Mikrocontroller 40 keinen Einblick in den Betrieb der LED-Anordnung 20. Mit anderen Worten, der Mikrocontroller 40 liefert nur eine einzige Ausgabe an den LED-Treiber-IC 50 und erhält keine Eingaben. Daher kann der Mikrocontroller 40 nicht bestimmen, wann ein Fehler aufgetreten ist.
Ferner kann der Mikrocontroller 40 nur eine begrenzte Kalibrierung über den PWM-Eingang durchführen und ist auf die Frequenz und die Gleichspannung, die dem LED-Treiber-IC 50 zur Verfügung steht, angewiesen.
Schließlich erfordert dieser Ansatz mehrere Komponenten: einen Mikrocontroller 40, der die Steuerung der Dimmung bereitstellt und einen separaten LED-Treiber-IC 50, um den Strom, der durch die LED-Anordnung 20 fließt, zu steuern. Dies kann mehr Platz beanspruchen und die Kosten erhöhen.
Daher wäre es vorteilhaft, wenn es ein System und Verfahren gäbe, das die Komplexität der Schaltung reduziert, und gleichzeitig mehr Flexibilität bietet. Es wäre auch vorteilhaft, wenn Änderungen an der Schaltung unter Verwendung von Firmware-Updates und nicht durch Hardwareänderungen vorgenommen werden könnten.
Die DE 10 2009 017 139 A1 zeigt eine Schaltung zur Leistungsregelung einer LED, aufweisend einen Konverter mit einem Schalter, wobei die LED in dem Ausgangskreis verschaltet wird, wobei eine Steuereinheit die Aufmagnetisierung einer Induktivität steuert, indem sie den Schalter aktiv taktet, wobei der Steuereinheit ein für den Mittelwert des LED-Stroms repräsentativer gemessener Istwert zurückgeführt ist, der mit einem Referenzwert verglichen wird.
Zusammenfassung
Es wird ein System und ein Verfahren zur Steuerung des Stroms zu einer LED-Anordnung offenbart. Das System umfasst einen Mikrocontroller und einen externen Transistor. Der Mikrocontroller hat Zugang zu den relevanten Spannungen in der Schaltung, die die Spannung am Messwiderstand, die Spannung am Drain des externen Transistors und am Hochspannungseingang einschließen. Durch die Überwachung dieser Spannungen kann der Mikrocontroller in der Lage sein die Gate-Eingabe für den externen Transistor zu steuern sowie den Strom in der LED-Anordnung zu steuern. Ferner schließt der Mikrocontroller Vorkehrungen ein, die das Dimmen der LED-Anordnung ermöglichen, wenn dies gewünscht ist. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ermöglicht diese Konfiguration Änderungen des Betriebs dieses Systems nach der Herstellung ohne jegliche Hardwaremodifikationen vorzunehmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Schaltung zur Ansteuerung einer LED-Anordnung nach Patentanspruch 1 offenbart. Die Schaltung umfasst die LED-Anordnung, die mit einem Hochspannungs(HV)-Signal verbunden ist, einen Induktor, der mit der LED-Anordnung in Reihe geschaltet ist, einen Messwiderstand, der mit Masse verbunden ist, einen externen Transistor, der einen Drain, eine Source und ein Gate umfasst, wobei der Drain mit dem Induktor verbunden ist und die Source mit dem Messwiderstand verbunden ist, so dass, wenn der externe Transistor aktiviert ist, Strom von dem HV-Signal durch die LED-Anordnung, den Induktor, den externen Transistor und den Messwiderstand fließt, eine Diode, die zwischen dem Drain und dem HV-Signal angeordnet ist und einen Mikrocontroller, umfassend: ein Ausgangssignal, das als DRIVE-Signal bezeichnet wird und das das Gate des externen Transistors steuert, einen ersten Analogeingang, der mit der Source des externen Transistors verbunden ist und als das SENSE-Signal bezeichnet wird und einen zweiten Analogeingang, der mit einem Signal verbunden ist, das für eine Spannung am Drain des externen Transistors repräsentativ ist und als das SCALED DRAIN-Signal bezeichnet wird, wobei der Mikrocontroller während eines ersten Initialisierungsprozesses eine Zeitspanne bestimmt, nachdem der externe Transistor aktiviert ist, in der das SENSE-Signal eine vorgegebene Spannung erreicht, die als ON TIME-Wert bezeichnet wird, wobei der Mikrocontroller während des normalen Betriebs den ON TIME-Wert zur Steuerung des DRIVE-Signals verwendet und wobei der Mikrocontroller nach Durchführung des ersten Initialisierungsprozesses das DRIVE-Signal ohne Überwachung des SENSE-Signals steuert.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der Mikrocontroller einen Zeitgeber und einen analogen Komparator, wobei der analoge Komparator das SENSE-Signal mit der vorgegebenen Spannung vergleicht und eine Ausgabe erzeugt, wenn das SENSE-Signal größer als die vorgegebene Spannung ist und wobei ein Wert des Zeitgebers als der ON TIME-Wert gespeichert wird, wenn die Ausgabe des analogen Komparators aktiviert ist. Gemäß manchen Ausführungsformen ist ein Wert, der die vorgegebene Spannung anzeigt, in einem beschreibbaren Register gespeichert und steht mit einem gewünschten Dimmwert in Beziehung. Gemäß bestimmten Ausführungsformen bestimmt der Mikrocontroller während eines zweiten Initialisierungsprozesses eine Zeitspanne, nachdem der externe Transistor deaktiviert ist, in der das SCALED DRAIN-Signal auf eine zweite vorgegebene Spannung abfällt, die als OFF TIME-Wert bezeichnet wird, und wobei der Mikrocontroller während des normalen Betriebs den OFF TIME-Wert verwendet, um das DRIVE-Signal zu steuern. Gemäß manchen Ausführungsformen ist ein Wert, der die zweite vorgegebene Spannung anzeigt, in einem beschreibbaren Register gespeichert und steht mit einem gewünschten Dimmwert in Beziehung. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der Mikrocontroller einen Zeitgeber und einen zweiten analogen Komparator, wobei der analoge Komparator das SCALED DRAIN-Signal mit der zweiten vorgegebenen Spannung vergleicht und eine Ausgabe erzeugt, wenn das SCALED DRAIN-Signal kleiner als die zweite vorgegebene Spannung ist und wobei ein Wert des Zeitgebers als der OFF TIME-Wert gespeichert wird, wenn die Ausgabe des zweiten analogen Komparators aktiviert ist. Gemäß manchen Ausführungsformen addiert der Mikrocontroller den ON TIME-Wert und den OFF-TIME-Wert, um eine Dauer des DRIVE-Signals zu berechnen. Gemäß manchen Ausführungsformen wird ein interner Zeitgeber des Mikrocontrollers verwendet, um das DRIVE-Signal, basierend auf dem ON TIME-Wert und dem OFF TIME-Wert, zu steuern. Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst die Schaltung eine Skalierungsschaltung, die mit dem Drain des externen Transistors verbunden ist, um eine skalierte Version der Spannung am Drain zu erzeugen, die als das SCALED DRAIN-Signal bezeichnet wird. Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst der Mikrocontroller einen dritten Analogeingang, der das HV-Signal repräsentiert und als das SCALED HV-Signal bezeichnet wird. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die Schaltung eine zweite Skalierungsschaltung, die mit dem HV-Signal verbunden ist, um das SCALED HV-Signal zu erzeugen. Gemäß manchen Ausführungsformen überwacht der Mikrocontroller das SCALED HV-Signal, bevor der erste Initialisierungsprozess durchgeführt wird. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wartet der Controller bis das SCALED HV-Signal einen Maximalwert erreicht hat, bevor der erste Initialisierungsprozess durchgeführt wird. Gemäß manchen Ausführungsformen ist das DRIVE-Signal direkt mit dem Gate des externen Transistors verbunden.
Gemäß anderen Ausführungsformen ist eine Schaltung zur Ansteuerung einer LED-Anordnung gemäß Patentanspruch 15 offenbart. Die Schaltung umfasst die LED-Anordnung, die mit einem Hochspannungs(HV)-Signal verbunden ist, einen Induktor, der mit der LED-Anordnung in Reihe geschaltet ist, einen Messwiderstand, der mit Masse verbunden ist, einen externen Transistor, der einen Drain, eine Source und ein Gate umfasst, wobei der Drain mit dem Induktor verbunden ist und die Source mit den Messwiderstand verbunden ist, so dass, wenn der externe Transistor aktiviert ist, Strom von dem HV-Signal durch die LED-Anordnung, den Induktor, den externen Transistor und den Messwiderstand fließt, eine Diode, die zwischen dem Drain und dem HV-Signal angeordnet ist und einen Mikrocontroller, umfassend: ein Ausgangssignal, das als DRIVE-Signal bezeichnet wird, das das Gate des externen Transistors steuert und einen ersten Analogeingang, der mit der Source des externen Transistors verbunden ist und als SENSE-Signal bezeichnet wird, wobei der Mikrocontroller (100) während eines ersten Initialisierungsprozesses eine Zeitspanne bestimmt, nachdem der externe Transistor (110) aktiviert ist, in der das SENSE-Signal eine vorgegebene Spannung erreicht, und die als ON TIME-Wert bezeichnet wird und wobei der Mikrocontroller nach Durchführung eines ersten Initialisierungsprozesses das DRIVE-Signal ohne Überwachung des SENSE-Signals steuert.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst der Mikrocontroller einen zweiten Analogeingang, der mit einem Signal verbunden ist, das eine Spannung am Drain des externen Transistors repräsentiert und als SCALED DRAIN-Signal bezeichnet wird, und wobei der Mikrocontroller während eines zweiten Initialisierungsprozesses eine Zeitspanne bestimmt, nachdem der externe Transistor deaktiviert ist, in der das SCALED DRAIN-Signal auf eine zweite vorgegebene Spannung abfällt, die als OFF TIME-Wert bezeichnet wird, und wobei der Mikrocontroller während des normalen Betriebs den OFF TIME-Wert verwendet, um das DRIVE-Signal, ohne Überwachung des SCALED DRAIN-Signals, zu steuern.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein Mikrocontroller zur Steuerung einer LED-Anordnung gemäß Patentanspruch 17 offenbart. Der Mikrocontroller umfasst ein Ausgangssignal, das als DRIVE-Signal bezeichnet wird und derart konfiguriert ist, um ein Gate eines externen Transistors zu steuern, einen ersten Analogeingang, der mit einer Source des externen Transistors verbunden ist und als SENSE-Signal bezeichnet wird, und einen zweiten Analogeingang, der mit einem Signal verbunden ist, das für eine Spannung am Drain des externen Transistors repräsentativ ist und als SCALED DRAIN-Signal bezeichnet wird, einen Zeitgeber, ein beschreibbares Register und einen analogen Komparator, wobei der analoge Komparator während eines ersten Initialisierungsprozesses das SENSE-Signal mit einer vorgegebenen Spannung vergleicht, wobei ein Wert, der die vorgegebene Spannung anzeigt, in dem beschreibbaren Register gespeichert ist und wobei eine Zeitspanne, die als ON TIME-Wert bezeichnet wird, nachdem das DRIVE-Signal aktiviert ist, in der das SENSE-Signal die vorgegebene Spannung erreicht, als der ON TIME-Wert gespeichert wird, wenn der Ausgang des analogen Komparators aktiviert ist, wobei der Mikrocontroller während des normalen Betriebs den ON TIME-Wert verwendet, um das DRIVE-Signal zu steuern, und wobei der Mikrocontroller (100) nach Durchführung eines ersten Initialisierungsprozesses das DRIVE-Signal ohne Überwachung des SENSE-Signals steuert.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der Mikrocontroller einen zweiten analogen Komparator und ein zweites beschreibbares Register, wobei der zweite analoge Komparator das SCALED DRAIN-Signal mit einer vorgegebenen Spannung vergleicht, wobei ein Wert, der die zweite vorgegebene Spannung anzeigt, in dem zweiten beschreibbaren Register gespeichert ist und wobei eine Zeitspanne, die als OFF TIME-Wert bezeichnet wird, nachdem das DRIVE-Signal deaktiviert ist, in der das SCALED DRAIN-Signal auf die zweite vorgegebene Spannung abfällt, als OFF TIME-Wert gespeichert wird, wenn der Ausgang des zweiten analogen Komparators aktiviert ist, und wobei der Mikrocontroller während des normalen Betriebs den ON TIME-Wert und den OFF TIME-Wert verwendet, um das DRIVE-Signal zu steuern. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der Mikrocontroller einen zweiten analogen Komparator und ein zweites beschreibbares Register, wobei der zweite analoge Komparator das SCALED DRAIN-Signal mit einer zweiten vorgegebenen Spannung vergleicht, wobei ein Wert, der die zweite vorgegebene Spannung anzeigt, in das zweite beschreibbare Register gespeichert ist und wobei eine Gesamtzeitspanne, nachdem das DRIVE-Signal aktiviert wurde, bis das SCALED DRAIN-Signal auf die zweite vorgegebene Spannung abfällt, als eine Dauer gespeichert wird, wenn der Ausgang des zweiten analogen Komparators aktiviert ist, und wobei der Mikrocontroller während des normalen Betriebs den ON TIME-Wert und die Dauer zur Steuerung des DRIVE-Signals verwendet.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, in denen gleiche Elemente mit gleichen Ziffern bezeichnet sind und in denen:

1 ein Blockdiagramm ist, das eine LED-Anordnungssteuerungsschaltung gemäß dem Stand der Technik zeigt,
2 eine Ausführungsform einer Schaltung zur Steuerung einer LED-Anordnung gemäß dem Stand der Technik ist,
3 eine Schaltung zur Steuerung einer LED-Anordnung gemäß einer Ausführungsform ist,
4 ein Zeitdiagramm zeigt, das das SCALED DRAIN-Signal, den Strom durch die LED-Anordnung, das SENSE-Signal und das DRIVE-Signal gemäß einer Ausführungsform darstellt,
5 die interne Architektur des Mikrocontrollers gemäß einer Ausführungsform zeigt und
6A-6B die Initialisierungsprozesse zeigen, die von dem Mikrocontroller gemäß einer Ausführungsform ausgeführt werden können.

Detaillierte Beschreibung
Wie oben beschrieben hat die Verwendung eines separaten LED-Treiber-ICs 50 viele Einschränkungen. Daher wäre ein System und Verfahren, das die Stromsteuerung der LED-Anordnung 20 in den Mikrocontroller integriert, sehr vorteilhaft.
3 zeigt ein Blockdiagramm gemäß einer Ausführungsform. Komponenten mit derselben Funktion wie diejenigen, die in 2 gezeigt sind, wurden identische Bezugszeichen gegeben.
Gemäß dieser Ausführungsform wurde ein externer Transistor 110 verwendet. Dieser externe Transistor kann ein Feldeffekttransistor (FET) sein. Der Drain des externen FET 110 ist mit dem zweiten Anschluss des Induktors 30 verbunden. Zum Beispiel kann der Drain mit dem zweiten Anschluss des Induktors elektrisch verbunden sein. Die Source des externen FET 110 ist mit dem Messwiderstand 60 verbunden. Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Source mit dem Messwiderstand 60 elektrisch verbunden.
Ein Mikrocontroller 100 wird verwendet, um den Strom durch die LED-Anordnung 20 zu steuern. Um dies zu bewirken, steuert der Mikrocontroller 100 das Gate des externen FET 110, wie zum Beispiel durch die Verwendung eines DRIVE-Signals. Der Mikrocontroller 100 hat auch einen Analogeingang, der die Spannung am Messwiderstand 60 darstellt und mit SENSE gekennzeichnet ist.
Der Mikrocontroller 100 kann auch einen Analogeingang haben, der mit der Spannung am Drain des externen FET 110 in Beziehung steht. Gemäß manchen Ausführungsformen kann diese Spannung größer sein als die Versorgungsspannung für den Mikrocontroller 100. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann daher eine erste Skalierungsschaltung, wie zum Beispiel ein Spannungsteiler, der einen Widerstand 120 und einen Widerstand 121 umfasst, verwendet werden, um die Spannung am Drain zu einer Spannung zu skalieren, die kleiner ist als die Versorgungsspannung des Mikrocontrollers 100. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Spannung am Drain skaliert werden, indem irgendeine andere Schaltung, wie zum Beispiel eine Transformatorschaltung oder Operationsverstärker(OpAmp)-Schaltung, verwendet wird. Die Ausgabe aus dieser ersten Skalierungsschaltung kann als SCALED DRAIN bezeichnet werden. Gemäß anderen Ausführungsformen ist die erste Skalierungsschaltung möglicherweise nicht erforderlich, so dass die Spannung am Drain direkt mit dem Mikrocontroller 100 verbunden ist. Gemäß beiden Ausführungsformen erhält der Mikrocontroller 100 eine Analogeingabe, die für die Spannung am Drain des externen FET 110 repräsentativ ist.
In ähnlicher Weise kann der Mikrocontroller 100 auch einen zusätzlichen Analogeingang haben, der mit der Spannung des HV-Signals in Beziehung steht. Gemäß manchen Ausführungsformen kann eine zweite Skalierungsschaltung, wie zum Beispiel ein zweiter Spannungsteiler, der einen Widerstand 130 und einen Widerstand 131 umfasst, verwendet werden, um das Hochspannungs(HV)-Signal auf eine Spannung zu skalieren, die kleiner ist als die Versorgungsspannung des Mikrocontrollers 100. Gemäß anderen Ausführungsformen kann das Hochspannungs(HV)-Signal skaliert werden, indem irgendeine andere Schaltung, wie zum Beispiel eine Transformatorschaltung oder eine OpAmp-Schaltung, verwendet wird. Die Ausgabe aus dieser zweiten Skalierungsschaltung kann als SCALED HV bezeichnet werden. Gemäß anderen Ausführungsformen ist die zweite Skalierungsschaltung möglicherweise nicht notwendig, so dass das Hochspannungs(HV)-Signal direkt mit dem Mikrocontroller 100 verbunden ist. Gemäß beiden Ausführungsformen erhält der Mikrocontroller 100 eine Analogeingabe, die für das HV-Signal repräsentativ ist.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 100 daher drei Analogeingänge (SENSE, SCALED DRAIN, SCALED HV) haben und einen digitalen Ausgang (d. h. das DRIVE-Signal) stellen. Gemäß anderen Ausführungsformen können die drei Analogeingänge das SENSE-Signal, ein Analogsignal, das für die Spannung am Drain repräsentativ ist, und ein Analogsignal, das für das HV-Signal repräsentativ ist, einschließen. Gemäß anderen Ausführungsformen können die drei Analogeingänge das SENSE-Signal, die Spannung am Drain und das HV-Signal einschließen. Unter Verwendung dieser Signale ist der Mikrocontroller 100 in der Lage den externen FET 110 zu steuern und damit den Strom für die LED-Anordnung 20 zu steuern.
4 zeigt ein Zeitdiagramm, das das SCALED DRAIN-Signal, den Strom durch die LED-Anordnung 20, das SENSE-Signal und das DRIVE-Signal gemäß einer Ausführungsform zeigt. Es ist zu beachten, dass die Spannung am Drain dem gleichen Muster wie das SCALED DRAIN-Signal folgt, nur mit einer anderen Amplitude. Zum Zeitpunkt T0 ist das DRIVE-Signal aktiviert. Dies bewirkt, dass das SCALED DRAIN-Signal, aufgrund seiner Verbindung mit Masse durch den externen FET 110 und dem Messwiderstand 60, auf eine Spannung nahe null abfällt. Der Strom beginnt dann durch den externen FET 110 und den Messwiderstand 60 zu fließen. Aufgrund der Induktivität und Kapazität des Strompfades erhöht sich der Stromfluss sukzessive, wie im SENSE-Signal und dem Strom durch die LED-Anordnung 20 gezeigt. Das SENSE-Signal kann daher von null Volt zu einer höheren Spannung langsam ansteigen. Zur gleichen Zeit steigt der Strom durch die LED-Anordnung 20 ebenfalls an.
Zum Zeitpunkt T1 ist das DRIVE-Signal deaktiviert, wodurch der Stromfluss durch den Messwiderstand 60 gestoppt wird, wodurch das SENSE-Signal auf null Volt zurückgeht. Das System tritt dann in einen Schleifenmodus ein, in dem der Induktor 30 den Strom liefert, um die Aktivierung der LED-Anordnung 20 fortzusetzen. Idealerweise ist der Strom, der von dem Induktor 30 geliefert wird, annähernd der gleiche wie der Strom, der durch den Messwiderstand 60, unmittelbar bevor der externe FET 110 ausgeschaltet wurde, geflossen ist.
Um diesen Strom zu liefern, ändert sich die Spannung am Induktor 30 nahezu unmittelbar, wie im SCALED DRAIN-Signal gezeigt. Wenn Strom von dem Induktor 30 durch die Diode 70 und durch die LED-Anordnung 20 fließt, wird Energie, die in dem Induktor 30 gespeichert ist, abgeleitet. Über die Zeit nimmt der Strom durch die LED-Anordnung 20 ab, da die Energie im Induktor 30 verbraucht wird. Wenn die Energie verbraucht ist, fällt das SCALED DRAIN-Signal ab.
Zum Zeitpunkt T2 wiederholt sich der Kreislauf, wobei das DRIVE-Signal erneut aktiviert wird.
Daher kann der Mikrocontroller 100 basierend auf diesen Signalen die LED-Anordnung 20 steuern. Außerdem kann der Mikrocontroller 100 diese Signale verwenden, um das Dimmen der LED-Anordnung 20 zu steuern.
Wie oben beschrieben, verwenden traditionelle LED-Treiber-ICs die Spannung am Messwiderstand 60 und eine festgelegte Ausschaltzeit, um die LED-Anordnung 20 zu steuern. Gemäß bestimmten Ausführungsformen können herkömmliche LED-Treiber-ICs einen gewissen Überblick darüber haben, wie viel Ausschaltzeit benötigt wird. Der vorliegende Mikrocontroller 100 kann die LED-Anordnung 20 genauer und präziser steuern.
Wie in 4 zu sehen ist, gibt es zwei Schlüsselparameter: die Zeitdauer, in der das DRIVE-Signal aktiviert ist (ON TIME) und die Zeitdauer, in der das DRIVE-Signal deaktiviert ist (OFF TIME). Diese beiden Parameter können verwendet werden, um den Strom durch die LED-Anordnung 20 zu steuern und auch die Helligkeit zu steuern.
Diese Parameter können auf verschiedene Weise bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, schließt der Mikrocontroller 100 einen analogen Komparator 200 ein, um das SENSE-Signal mit einer programmierbaren Spannung 210 zu vergleichen. Diese programmierbare Spannung 210 kann in einem beschreibbaren Register gespeichert werden, so dass sie, falls gewünscht, modifiziert werden kann. Die Ausgabe des beschreibbaren Registers kann mit einem Digital-Analog-Umsetzer (digital-to-analog converter, DAC), der den Wert in dem beschreibbaren Register in eine analoge Spannung umwandelt, verbunden sein. Gemäß anderen Ausführungsformen kann der Registerwert verwendet werden, um die eingehende Spannung zu teilen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die programmierbare Spannung 210, basierend auf der Höhe der Dimmung, die gewünscht ist, bestimmt werden. Zum Beispiel kann ein erster Wert verwendet werden, wenn keine Dimmung erwünscht ist, während ein zweiter Wert, der kleiner als der erste Wert ist, verwendet werden kann, wenn ein gewisses Maß an Dimmung gewünscht ist. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die Ausgabe des analogen Komparators 200 als ein Unterbrechungssignal für die logische Steuerung 220 verwendet werden. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Ausgabe aus dem analogen Komparator 200 verwendet werden, um einen variablen Wert direkt zu modifizieren.
Die logische Steuerung 220 kann eine eingebettete Verarbeitungseinheit sein, die Anweisungen ausführt. Diese Anweisungen können in einem Speicher 240 gespeichert sein. Gemäß bestimmten Ausführungsformen können diese Anweisungen über Firmware-Updates aktualisiert werden. Die logische Steuerung 220 kann auch andere Funktionen einschließen, wie zum Beispiel Unterbrechungen, Speicherdirektzugriffsmodule (Direct Memory Access, DMA) und andere Funktionen. Die Anweisungen ermöglichen es der logischen Steuerung 220 die Funktionen, die hier beschrieben sind, auszuführen.
Die 6A-6B zeigen zwei Initialisierungsprozesse, die verwendet werden können, um den ON TIME und den OFF TIME zu bestimmen.
Wie gemäß einer Ausführungsform in 6A gezeigt ist, aktiviert die logische Steuerung 220 das DRIVE-Signal, wie in Box 600 gezeigt. Die Aktivierung des DRIVE-Signals kann direkt über die logische Steuerung 220 gesteuert werden oder kann über den Zeitgeber 230 durchgeführt werden. Der Zeitgeber 230 wird dann gestartet, wie in Box 610 gezeigt. Wenn die Spannung des SENSE-Signals die programmierbare Spannung 210 übersteigt, wird die Ausgabe des analogen Komparators 200 aktiviert und eine Unterbrechung kann erzeugt werden. Als Antwort darauf kann die logische Steuerung 220 den aktuellen Wert des Zeitgebers 230 auslesen und diesen Wert in den Speicher 240 speichern, wie in Box 620 gezeigt. Dieser Wert kann als ON TIME-Wert bezeichnet werden und dieser Prozess kann als ON TIME Initialisierungsprozess bezeichnet werden. Dieser ON TIME-Wert bezieht sich auf die Zeitspanne, in der das DRIVE-Signal aktiviert sein sollte, so dass das SENSE-Signal die programmierbare Spannung 210 erreicht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Übertragung des Wertes im Zeitgeber 230 in den Speicher 240 automatisiert sein, wie zum Beispiel über ein Speicherdirektzugriffsmodul (DMA) in die logische Steuerung 220 bei Aktivierung der Ausgabe des analogen Komparators 200.
Der Mikrocontroller 100 kann auch einen zweiten analogen Komparator 250 einschließen, um das SCALED DRAIN-Signal mit einer zweiten programmierbaren Spannung 260 zu vergleichen. Diese zweite programmierbare Spannung 260 kann in einem beschreibbaren Register gespeichert sein, so dass sie, falls gewünscht, modifiziert werden kann. Die Ausgabe des beschreibbaren Registers kann mit einem Digital-Analog-Umsetzer (DAC) verbunden sein, der den Wert in dem beschreibbaren Register in eine analoge Spannung umwandelt. Diese zweite programmierbare Spannung 260 kann, basierend auf dem gewünschten Dimmwert, bestimmt werden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die Ausgabe des zweiten analogen Komparators 250 als ein Unterbrechungssignal an die logische Steuerung 220 verwendet werden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der zweite analoge Komparator 250 die gleiche physikalische Komponente wie der analoge Komparator 200 sein, die nur mit anderen Eingängen konfiguriert ist.
Wie zum Beispiel gemäß einer Ausführungsform in 6B gezeigt, ist das DRIVE-Signal deaktiviert, wie in Box 650 gezeigt. Der Zeitgeber 230 wird dann gestartet, was in Box 660 gezeigt ist. Wenn die Spannung des SCALED DRAIN-Signals unter die zweite programmierbare Spannung 260 fällt, wird die Ausgabe des zweiten analogen Komparators 250 aktiviert und eine Unterbrechung kann erzeugt werden. Als Antwort darauf kann die logische Steuerung 220 den aktuellen Wert des Zeitgebers 230 auslesen und diesen Wert in den Speicher 240 speichern, wie in Box 670 gezeigt. Dieser Wert kann als OFF TIME-Wert bezeichnet werden und dieser Prozess kann als OFF TIME Initialisierungsprozess bezeichnet werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Übertragung des Wertes im Zeitgeber 230 in den Speicher 240 automatisiert sein, wie zum Beispiel über ein Speicherdirektzugriffsmodul (DMA) in der logischen Steuerung 220 bei Aktivierung des Ausgangs des zweiten analogen Komparators 250.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Mikrocontroller 100 einen oder mehrere Analog-Digital-Umsetzer (analog-to-digital converter, ADC) einschließen. Gemäß dieser Ausführungsform kann die logische Steuerung 220 den ADC abtasten, um den Anstieg im SENSE-Signal oder die Abnahme im SCALED DRAIN-Signal zu überwachen. Wie oben beschrieben kann die logische Steuerung 220 den Zeitgeber 230 verwenden, um den ON TIME-Wert und den OFF TIME-Wert zu erfassen. Es ist zu beachten, dass diese Ausführungsform auch die Initialisierungsprozesse, die in den 6A und 6B gezeigt sind, verwendet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der Zeitgeber nach dem ersten Initialisierungsprozess nicht zurückgesetzt. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Zeitwert am Ende des zweiten Initialisierungsprozesses die Dauer des DRIVE-Signals. Der OFF TIME-Wert kann durch Subtraktion des ON TIME-Wertes von der Dauer berechnet werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann Box 660 ausgelassen werden und Box 670 verwendet werden, um die Dauer des DRIVE-Signals in den Speicher 240 zu speichern.
Der ON TIME-Wert und der OFF TIME-Wert können auf verschiedene Weisen verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform werden diese beiden Werte in einen oder mehreren Zeitgebern, die verwendet werden, um das DRIVE-Signal zu steuern, geladen. Der ON TIME-Wert wird verwendet, um die Aktivierungszeit für das DRIVE-Signal zu bestimmen, während der OFF TIME-Wert verwendet wird, um die Deaktivierungszeit für das DRIVE-Signal zu bestimmen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform werden der ON TIME-Wert und der OFF TIME-Wert zusammen addiert, um die Periode der Wellenform des DRIVE-Signals zu berechnen. Wie oben beschrieben kann alternativ die Dauer direkt über den zweiten Initialisierungsprozess bestimmt werden.
Der Zeitgeber 230 kann dann mit dieser Summe geladen werden, so dass der Zeitgeber 230 zurückgesetzt wird, wenn dieser Wert erreicht ist. Der Zeitgeber 230 kann auch einen Komparator einschließen, so dass das DRIVE-Signal so lange aktiviert ist wie der Zählwert kleiner als der ON TIME-Wert ist. Gemäß dieser Ausführungsform werden also der ON TIME-Wert und der OFF TIME-Wert verwendet, um die Frequenz (oder Periode) und die Zyklusdauer des DRIVE-Signals zu berechnen.
Sobald die Initialisierungsprozesse abgeschlossen sind, braucht der Mikrocontroller 100 das SENSE oder SCALED DRAIN-Signal nicht länger zu überwachen. Vielmehr verlässt sich der Mikrocontroller 100 einfach auf die Zeitwerte, die vorher berechnet worden sind. Dadurch kann der Stromverbrauch gesenkt werden, da die analogen Komparatoren 200, 250 und optional die logische Steuerung 220 in einen stromsparende Zustand versetzt werden können, nachdem die Initialisierungsprozesse abgeschlossen sind.
Daher überwacht gemäß dieser Ausführungsform, anders als bei traditionellen LED-Treiber-IC, der Mikrocontroller 100 nicht kontinuierlich das SENSE-Signal, um den externen FET 110 zu steuern.
Dieser Initialisierungsprozess kann auch durchgeführt werden, wann immer der gewünschte Dimmwert erhöht wird.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Initialisierungsprozess periodisch ausgeführt werden, um beispielsweise Variationen im Hochspannungssignal zu berücksichtigen.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 100 einen oder beide Initialisierungsprozesse zu vorgegebenen Zeitpunkten durchführen. Zum Beispiel kann der Mikrocontroller 100 das SCALED HV-Signal überwachen und einen oder beide Initialisierungsprozesse durchführen, wenn das SCALED HV-Signal bei oder nahe seinem Maximalwert ist. Speziell kann die HV-Signalwellenform eine vollständig gleichgerichtete Sinuswelle sein, wobei ein Kondensator verwendet wird, um Spannung während der niedrigen Anteile der Sinuswelle zu erhalten. Die Spannung des HV-Signals kann daher um mehr als 50 V zwischen seinem Maximalwert und seinen Minimalwert variieren. Diese Änderung in der Spannung kann Zeitspannen beeinflussen, die über die zwei Initialisierungsprozesse bestimmt werden. Zum Beispiel kann, wenn der Initialisierungsprozess, um den ON TIME-Wert zu bestimmen, durchgeführt wird, wenn das HV-Signal an seiner Minimalspannung ist, der ON TIME-Wert größer sein als wenn der Initialisierungsprozess durchgeführt wird, wenn das HV-Signal an seinem Maximum ist.
Gemäß anderen Ausführungsformen können ein oder beide Initialisierungsprozesse durchgeführt werden, wenn das HV-Signal an oder nahe seinem Minimalwert ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können ein oder beide der Initialisierungsprozesse bei oder nahe den maximalen oder minimalen HV-Werten durchgeführt werden und die Ergebnisse gemittelt werden.
Daher kann der Mikrocontroller 100 vor der Durchführung der Prozesse, die in den 6A-6B gezeigt sind, das SCALED HV-Signal überwachen, zum Beispiel durch die Verwendung eines Analog-Digital-Umsetzers (ADC) 270 (siehe 5). Um den Maximalwert zu ermitteln, kann der Mikrocontroller 100 die Ausgabe des ADC 270 überwachen bis die Werte am Ausgang des ADC 270 anfangen zu sinken. Umgekehrt kann der Mikrocontroller 100, um den Minimalwert zu ermitteln, die Ausgabe des ADC 270 überwachen bis die Werte am Ausgang des ADC 270 anfangen zuzunehmen. Sobald der Mikrocontroller 100 die gewünschte Änderung erkennt, können ein oder beide Initialisierungsprozesse, die in den 6A-6B beschrieben werden, beginnen.
Während die obige Beschreibung die Verwendung von Zeitgebern zur Steuerung des externen FET 110 nach Abschluss der Initialisierungsprozesse beschreibt, sind auch andere Ausführungsformen möglich.
Zum Beispiel wird gemäß einer Ausführungsform der ON TIME Initialisierungsprozess wie oben beschrieben durchgeführt. Allerdings kann der Mikrocontroller 100 anstelle der Verwendung eines Zeitgebers, um den OFF TIME-Wert zu bestimmen, den Wert des SCALED DRAIN-Signals verwenden. Mit anderen Worten, der externe FET 110 kann für eine vorgegebene Zeit, die durch den ON TIME Initialisierungsprozess bestimmt wird, eingeschaltet werden. Sobald der externe FET 110 ausgeschaltet wird, kann der Mikrocontroller 100 dann das SCALED DRAIN-Signal mit einem vorgegebenen Wert vergleichen (so wie es im OFF TIME Initialisierungsprozess gemacht wird). Sobald das SCALED DRAIN-Signal auf den vorgegebenen Wert abfällt, wird der externe FET 110 eingeschaltet und der ON TIME-Wert wird in den Zeitgeber 230 geladen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die Ausgabe des zweiten analogen Komparators 250 direkt die Aktivierung des DRIVE-Signals und den Start des Zeitgebers 230 bewirken.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der OFF TIME Initialisierungsprozess wie oben beschrieben durchgeführt. Allerdings kann der Mikrocontroller 100 anstelle der Verwendung eines Zeitgebers, um den ON TIME-Wert zu bestimmen, den Wert des SENSE-Signals verwenden. Mit anderen Worten, der externe FET 110 kann für eine vorgegebene Zeit, die durch den OFF TIME Initialisierungsprozess bestimmt wird, ausgeschaltet werden. Sobald der externe FET 110 eingeschaltet wird, kann der Mikrocontroller 100 dann das SENSE-Signal mit einem vorgegebenen Wert vergleichen (so wie es im ON TIME Initialisierungsprozess gemacht wird). Sobald das SENSE-Signal auf einen vorgegebenen Wert ansteigt, wird der externe FET 110 ausgeschaltet und der OFF TIME-Wert wird in den Zeitgeber 230 geladen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Ausgabe des analogen Komparators 200 direkt die Deaktivierung des DRIVE-Signals und den Start des Zeitgebers 230 bewirken.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die Spannung, die am Gate des externen Transistors 110 anzulegen ist, kleiner oder gleich der Versorgungsspannung des Mikrocontrollers 100 sein. Gemäß dieser Ausführungsform ist das DRIVE-Signal des Mikrocontrollers 100 direkt mit dem Gate des externen Transistors 110 verbunden. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Spannung, die am Gate des externen Transistors 110 anzulegen ist, größer als die Versorgungsspannung des Mikrocontrollers 100 sein.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 100 eine Spannungserhöhungsschaltung einschließen, so dass das DRIVE-Signal des Mikrocontrollers 100 die Spannungen erreicht, die das Gate des externen Transistors 110 benötigt. Gemäß anderen Ausführungsformen wird eine externe Schaltung, wie zum Beispiel ein Operationsverstärker (OpAmp) verwendet, um das DRIVE-Signal mit einem Verstärkungsfaktor zu multiplizieren, um die gewünschte Spannung am Gate zu erreichen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann das DRAIN-Signal ein Open-Drain-Signal sein, bei dem ein externer Widerstand mit dem DRIVE-Signal verbunden ist und einer höhere Spannung.
Das DRIVE-Signal des Mikrocontrollers 100 ist daher entweder direkt mit dem Gate des externen Transistors 110 verbunden oder es ist die Eingabe zu einer Schaltung, die das DRAIN-Signal so modifiziert, dass es vor dem Anschließen an das Gate den gewünschten Spannungsbereich hat. Gemäß allen Ausführungsformen wird das DRIVE-Signal verwendet, um das Gate des externen Transistors 110 entweder direkt oder indirekt zu steuern.
Der Mikrocontroller 100 kann außerdem eine Netzwerkschnittstelle 280 einschließen, die mit der logischen Steuerung 220 verbunden sein kann. Die Netzwerkschnittstelle 280 kann jedes Netzwerkprotokoll unterstützen, wie zum Beispiel ein drahtloses Netzwerkprotokoll, das die Antenne 281 verwendet. Das drahtlose Netzwerkprotokoll kann Bluetooth@, Zigbee® Z-Wave oder jedes andere geeignete Protokoll sein. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 100 Befehle über die Netzwerkschnittstelle 280 empfangen. Diese Befehle können den Mikrocontroller 100 anweisen, die LED-Anordnung 20 auszuschalten, die LED-Anordnung 20 einzuschalten oder den Dimmwert zu ändern. Als Reaktion auf einen Befehl zur Änderung des Dimmwerts kann der Mikrocontroller 100 zum Beispiel den Wert der programmierbaren Spannung 210, der zweiten programmierbaren Spannung 260 ändern und dann die Initialisierungsprozesse wie oben beschrieben ausführen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Mikrocontroller 100 ferner die Initialisierungsprozesse ausführen, wenn ein Befehl zum Einschalten der LED-Anordnung 20 empfangen wird. Zusätzlich kann der Mikrocontroller 100 auch Firmware-Updates über die Netzwerkschnittstelle 280 empfangen, wodurch die Funktionalität der LED-Anordnungssteuerungsschaltung nach der Herstellung geändert werden kann.
Das vorliegende System und Verfahren haben viele Vorteile. Erstens können durch die Integrierung der Funktionalität eines LED-Treiber-ICs in den Mikrocontroller 100 die Kosten der gesamten Schaltung gesenkt werden. Zweitens ist es durch die Integrierung der Steuerung des LED-Treibers in einen Mikrocontroller 100 möglich, Gerätekalibrierungen durchzuführen. Schließlich ermöglicht die Verwendung eines Mikrocontrollers 100 Änderungen oder Aktualisierungen der Schaltung, nachdem sie bereits an einen Kunden ausgeliefert wurde, durch Firmware-Updates, die über die Netzwerkschnittstelle 280 übertragen werden. Im Gegensatz dazu mussten jegliche Änderungen an einen LED-Treiber-IC über Änderungen an der Hardware vorgenommen werden. Zum Beispiel können zusätzliche Funktionen zu der Schaltung zu einem späteren Zeitpunkt hinzugefügt werden, wenn dies gewünscht ist.
Der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist nicht durch die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Andere verschiedene Ausführungsformen und Modifikationen der vorliegenden Offenbarung, zusätzlich zu den hierin beschriebenen, werden für einen Fachmann aus der vorangehenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen ersichtlich sein. Daher sollen solche anderen Ausführungsformen und Modifikationen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Obwohl die vorliegende Offenbarung hier im Zusammenhang mit einer bestimmten Umsetzung in einer bestimmten Umgebung für einen bestimmten Zweck beschrieben wurde, werden ferner Fachleute erkennen, dass der Nutzen nicht darauf beschränkt ist und dass die vorliegende Offenbarung in einer beliebigen Anzahl von Umgebungen für eine beliebige Anzahl von Zwecken vorteilhaft umgesetzt werden kann. Dementsprechend sollten die unten aufgeführten Ansprüche im Hinblick auf die gesamte Breite und den Geist der vorliegenden Offenbarung, wie hier beschrieben, ausgelegt werden.

Claims

Schaltung zur Ansteuerung einer LED-Anordnung (20), umfassend: ein Hochspannungs(HV)-Signal, mit dem die LED-Anordnung (20) verbunden ist, einen Induktor (30), der mit der LED-Anordnung (20) in Reihe geschaltet ist, einen Messwiderstand (60), der mit Masse verbunden ist, einen externen Transistor (110), der einen Drain, eine Source und ein Gate umfasst, wobei der Drain mit dem Induktor (30) verbunden ist und die Source mit dem Messwiderstand (60) verbunden ist, so dass, wenn der externe Transistor (110) aktiviert ist, Strom von dem HV-Signal durch die LED-Anordnung (20), den Induktor (30), den externen Transistor (110) und den Messwiderstand (60) fließt, eine Diode (70), die zwischen dem Drain und dem HV-Signal angeordnet ist und einen Mikrocontroller (100), umfassend: ein Ausgangssignal, das als DRIVE-Signal bezeichnet wird und das das Gate des externen Transistors (110) steuert, einen ersten Analogeingang, der mit der Source des externen Transistors (110) verbunden ist und als SENSE-Signal bezeichnet wird, und einen zweiten Analogeingang, der mit einem Signal verbunden ist, das für eine Spannung am Drain des externen Transistors (110) repräsentativ ist und als SCALED DRAIN-Signal bezeichnet wird, wobei der Mikrocontroller (100) während eines ersten Initialisierungsprozesses eine Zeitspanne bestimmt, nachdem der externe Transistor (110) aktiviert ist, in der das SENSE-Signal eine vorgegebene Spannung erreicht, und die als ON TIME-Wert bezeichnet wird, wobei der Mikrocontroller (100) während des normalen Betriebs den ON TIME-Wert zur Steuerung des DRIVE-Signals verwendet, und wobei der Mikrocontroller (100) nach Durchführung des ersten Initialisierungsprozesses das DRIVE-Signal ohne Überwachung des SENSE-Signals steuert.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Mikrocontroller (100) einen Zeitgeber (230) und einen analogen Komparator (200) umfasst, wobei der analoge Komparator (200) das SENSE-Signal mit der vorgegebenen Spannung vergleicht und eine Ausgabe erzeugt, wenn das SENSE-Signal größer als die vorgegebene Spannung ist und wobei ein Wert des Zeitgebers (230) als der ON TIME-Wert gespeichert wird, wenn die Ausgabe des analogen Komparators (200) aktiviert ist.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei ein Wert, der die vorgegebene Spannung anzeigt, in einem beschreibbaren Register gespeichert ist und mit einem gewünschten Dimmwert in Beziehung steht.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Mikrocontroller (100) während eines zweiten Initialisierungsprozesses eine Zeitspanne bestimmt, nachdem der externe Transistor (110) deaktiviert ist, in der das SCALED DRAIN-Signal auf eine zweite vorgegebene Spannung abfällt, und die als OFF TIME-Wert bezeichnet wird und wobei der Mikrocontroller (100) während des normalen Betriebs den OFF TIME-Wert verwendet, um das DRIVE-Signal zu steuern.
Schaltung nach Anspruch 4, wobei ein Wert, der die zweite vorgegebene Spannung anzeigt, in einem beschreibbaren Register gespeichert ist und mit einem gewünschten Dimmwert in Beziehung steht.
Schaltung nach Anspruch 4, wobei der Mikrocontroller (100) einen Zeitgeber (230) und einen zweiten analogen Komparator (250) umfasst, wobei der zweite analoge Komparator (250) das SCALED DRAIN-Signal mit der zweiten vorgegebenen Spannung vergleicht und eine Ausgabe erzeugt, wenn das SCALED DRAIN-Signal kleiner als die zweite vorgegebene Spannung ist und wobei ein Wert des Zeitgebers (230) als der OFF TIME-Wert gespeichert wird, wenn die Ausgabe des zweiten analogen Komparators (250) aktiviert ist.
Schaltung nach Anspruch 4, wobei der Mikrocontroller (100) den ON TIME-Wert und den OFF-TIME-Wert addiert, um eine Dauer des DRIVE-Signals zu berechnen.
Schaltung nach Anspruch 4, wobei ein interner Zeitgeber (230) des Mikrocontrollers (100) verwendet wird, um das DRIVE-Signal basierend auf dem ON TIME-Wert und dem OFF TIME-Wert zu steuern.
Schaltung nach Anspruch 1, die eine Skalierungsschaltung umfasst, die mit dem Drain des externen Transistors (110) verbunden ist, um eine skalierte Version der Spannung am Drain zu erzeugen, und als das SCALED DRAIN-Signal bezeichnet wird.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Mikrocontroller (100) einen dritten Analogeingang umfasst, der das HV-Signal repräsentiert und als SCALED HV-Signal bezeichnet wird.
Schaltung nach Anspruch 10, die ferner eine zweite Skalierungsschaltung umfasst, die mit dem HV-Signal verbunden ist, um das SCALED HV-Signal zu erzeugen.
Schaltung nach Anspruch 10, wobei der Mikrocontroller (100), bevor der erste Initialisierungsprozess durchgeführt wird, das SCALED HV-Signal überwacht.
Schaltung nach Anspruch 12, wobei der Mikrocontroller (100), bevor der erste Initialisierungsprozess durchgeführt wird, wartet bis das SCALED HV-Signal einen Maximalwert erreicht hat.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei das DRIVE-Signal direkt mit dem Gate des externen Transistors (110) verbunden ist.
Schaltung zur Ansteuerung einer LED-Anordnung (20), umfassend: ein Hochspannungs(HV)-Signal, mit dem die LED-Anordnung (20) verbunden ist, einen Induktor (30), der mit der LED-Anordnung (20) in Reihe geschaltet ist, einen Messwiderstand (60), der mit Masse verbunden ist, einen externen Transistor (110), der einen Drain, eine Source und ein Gate umfasst, wobei der Drain mit dem Induktor (30) verbunden ist und die Source mit dem Messwiderstand (60) verbunden ist, so dass, wenn der externe Transistor (110) aktiviert ist, Strom von dem HV-Signal durch die LED-Anordnung (20), den Induktor (30), den externen Transistor (110) und den Messwiderstand (60) fließt, eine Diode (70), die zwischen dem Drain und dem HV-Signal angeordnet ist, und einen Mikrocontroller (100), umfassend: ein Ausgangssignal, das als DRIVE-Signal bezeichnet wird und das das Gate des externen Transistors (110) steuert, und einen ersten Analogeingang, der mit der Source des externen Transistors (110) verbunden ist und als SENSE-Signal bezeichnet wird, wobei der Mikrocontroller (100) während eines ersten Initialisierungsprozesses eine Zeitspanne bestimmt, nachdem der externe Transistor (110) aktiviert ist, in der das SENSE-Signal eine vorgegebene Spannung erreicht, und die als ON TIME-Wert bezeichnet wird und wobei der Mikrocontroller (100) nach Durchführung eines ersten Initialisierungsprozesses das DRIVE-Signal ohne Überwachung des SENSE-Signals steuert.
Schaltung nach Anspruch 15, wobei der Mikrocontroller (100) einen zweiten Analogeingang umfasst, der mit einem Signal verbunden ist, das eine Spannung am Drain des externen Transistors (110) repräsentiert und als SCALED DRAIN-Signal bezeichnet wird, und wobei der Mikrocontroller (100) während eines zweiten Initialisierungsprozesses eine Zeitspanne bestimmt, nachdem der externe Transistor (110) deaktiviert ist, in der das SCALED DRAIN-Signal auf eine zweite vorgegebene Spannung abfällt, die als OFF TIME-Wert bezeichnet wird, und wobei der Mikrocontroller (100) während des normalen Betriebs den OFF TIME-Wert zur Steuerung des DRIVE-Signals ohne Überwachung des SCALED DRAIN-Signals verwendet.
Mikrocontroller (100) zur Steuerung einer LED-Anordnung (20), umfassend: ein Ausgangssignal, das als DRIVE-Signal bezeichnet wird und derart konfiguriert ist, um ein Gate eines externen Transistors (110) zu steuern, einen ersten Analogeingang, der mit einer Source des externen Transistors (110) verbunden ist und als SENSE-Signal bezeichnet wird, und einen zweiten Analogeingang, der mit einem Signal verbunden ist, das für eine Spannung am Drain des externen Transistors (110) repräsentativ ist und als SCALED DRAIN-Signal bezeichnet wird, einen Zeitgeber (230), ein beschreibbares Register und einen analogen Komparator (200), wobei der analoge Komparator (200) während eines ersten Initialisierungsprozesses das SENSE-Signal mit einer vorgegebenen Spannung vergleicht, wobei ein Wert, der die vorgegebene Spannung anzeigt, in dem beschreibbaren Register gespeichert ist, wobei eine Zeitspanne, die als ON TIME-Wert bezeichnet wird, nachdem das DRIVE-Signal aktiviert ist, in der das SENSE-Signal die vorgegebene Spannung erreicht, als ON TIME-Wert gespeichert wird, wenn ein Ausgang des analogen Komparators (200) aktiviert ist, wobei der Mikrocontroller (100) während des normalen Betriebs den ON TIME-Wert zur Steuerung des DRIVE-Signals verwendet und wobei der Mikrocontroller (100) nach Durchführung eines ersten Initialisierungsprozesses das DRIVE-Signal ohne Überwachung des SENSE-Signals steuert.
Mikrocontroller (100) nach Anspruch 17, der ferner einen zweiten analogen Komparator (250) und ein zweites beschreibbares Register umfasst, wobei der zweite analoge Komparator (250) das SCALED DRAIN-Signal mit einer vorgegebenen Spannung vergleicht, wobei ein Wert, der die zweite vorgegebene Spannung anzeigt, in dem zweiten beschreibbaren Register gespeichert ist, und wobei eine Zeitspanne, die als OFF TIME-Wert bezeichnet wird, nachdem das DRIVE-Signal deaktiviert ist, in der das SCALED DRAIN-Signal auf die zweite vorgegebene Spannung abfällt, als OFF TIME-Wert gespeichert wird, wenn der Ausgang des zweiten analogen Komparators (250) aktiviert ist, und wobei der Mikrocontroller (100) während des normalen Betriebs den ON TIME-Wert und den OFF TIME-Wert zur Steuerung des DRIVE-Signals verwendet.
Mikrocontroller (100) nach Anspruch 17, der ferner einen zweiten analogen Komparator (250) und ein zweites beschreibbares Register umfasst, wobei der zweite analoge Komparator (250) das SCALED DRAIN-Signal mit einer zweiten vorgegebenen Spannung vergleicht, wobei ein Wert, der die zweite vorgegebene Spannung anzeigt, in das zweite beschreibbare Register gespeichert ist, und wobei eine Gesamtzeitspanne, nachdem das DRIVE-Signal aktiviert wurde, bis das SCALED DRAIN-Signal auf die zweite vorgegebene Spannung abfällt, als eine Dauer gespeichert wird, wenn der Ausgang des zweiten analogen Komparators (250) aktiviert ist, und wobei der Mikrocontroller (100) während des normalen Betriebs den ON TIME-Wert und die Dauer zur Steuerung des DRIVE-Signals verwendet.