DE10213394B4

DE10213394B4 - LED control system

Info

Publication number: DE10213394B4
Application number: DE10213394.8A
Authority: DE
Inventors: Marcel Johannes Maria Bucks; Engbert Bernard Gerard Nijhof
Original assignee: Philips Lighting North America Corp
Current assignee: Signify North America Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: DE10213394A1; TWI288910B

Abstract

LED-Ansteuerungssystem, ausgebildet um die Stärke des von den angesteuerten LEDs erzeugten Lichtes zu überwachen und falls notwendig zu korrigieren, während gleichzeitig eine Korrektur hinsichtlich des Einflusses von Umgebungslicht ausgeführt wird, das einen Stromrichter (I) mit einer Steuerung (III) hat, mit- Mitteln (IV) zum Bilden eines LED-Lichtsignals (SL), das durch Licht generiert wird, welches von zumindest einer angesteuerten LED (II) aus emittiert wird, wobei das LED-Ansteuerungssystem Mittel (V) zum Ausgleichen des LED-Lichtsignals (SL) hinsichtlich des Umgebungslichtes durch periodisches Abtasten des Umgebungslichtes und Generieren eines Umgebungslichtsignals (SA), das vom LED-Lichtsignal (SL) zu subtrahieren ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (I) ein Schaltnetzteil (I) ist und wobei das LED-Ansteuerungssystem ein Array von LEDs umfasst, die von dem LED-Ansteuerungssystem als Einheit betrieben werden.LED control system, designed to monitor the intensity of the light generated by the controlled LEDs and to correct it if necessary, while at the same time carrying out a correction with regard to the influence of ambient light, which has a converter (I) with a controller (III) - Means (IV) for forming an LED light signal (SL) which is generated by light which is emitted from at least one driven LED (II), the LED control system means (V) for compensating the LED light signal ( SL) with respect to the ambient light by periodically scanning the ambient light and generating an ambient light signal (SA) to be subtracted from the LED light signal (SL), characterized in that the converter (I) is a switching power supply (I) and wherein LED drive system comprises an array of LEDs that are operated by the LED drive system as a unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein LED-Ansteuerungssystem.The invention relates to an LED control system.

Ein LED-Ansteuerungssystem ist aus US 5 471 052 A bekannt. Bei dem bekannten Ansteuerungssystem gibt es zwei optische Empfänger, die je ein LED-Lichtsignal bilden, wobei die Signale durcheinander dividiert werden und das so gebildete Divisionsergebnis als Eingangssignal eines Steuerungsmikroprozessors verwendet wird, der sowohl einen Stromrichter des Ansteuerungssystems als auch die beiden optischen Empfänger steuert. Für jeden optischen Empfänger enthält das System eine Rückkopplungsschaltung zum Korrigieren des Signals des optischen Empfängers hinsichtlich des Umgebungslichtes. Auf diese Weise wird die Erzeugung von Licht durch die angesteuerte LED hinsichtlich einer Änderung des Lichtstroms der LED und hinsichtlich des Umgebungslichtes ausgeglichen. Ein Nachteil der bekannten Treiberschaltung ist ihre komplizierte Struktur.An LED control system is off US 5,471,052 A known. In the known control system there are two optical receivers, each of which forms an LED light signal, the signals being divided by one another and the division result thus formed used as the input signal of a control microprocessor which controls both a converter of the control system and the two optical receivers. For each optical receiver, the system includes a feedback circuit for correcting the optical receiver signal for ambient light. In this way, the generation of light by the controlled LED is balanced with regard to a change in the luminous flux of the LED and with regard to the ambient light. A disadvantage of the known driver circuit is its complicated structure.

Aus EP 0 102 816 A2 ist ein Pulsoximeter mit zwei Lichtquellen bekannt, wobei Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen zur Durchleuchtung von menschlichem Gewebe genutzt wird.Out EP 0 102 816 A2 a pulse oximeter with two light sources is known, light with different wavelengths being used to illuminate human tissue.

Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen LED-Treiber zu verschaffen, bei dem dem genannten Nachteil begegnet wird. Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß der Erfindung hat das LED-Ansteuerungssystem, das einen Stromrichter mit einer Steuerung hat,

• Mittel zum Bilden eines LED-Lichtsignals SL, das durch Licht generiert wird, welches von zumindest einer angesteuerten LED aus emittiert wird;
• Mittel zum Ausgleichen des LED-Lichtsignals SL hinsichtlich des Umgebungslichtes durch periodisches Abtasten des Umgebungslichtes und Generieren eines Umgebungslichtsignals SA, das vom Signal SL zu subtrahieren ist.

The invention has for its object to provide an LED driver, which counteracts the disadvantage mentioned. The object underlying the invention is solved by the subject matter of claim 1. According to the invention, the LED drive system, which has a power converter with a controller,

• Means for forming an LED light signal SL , which is generated by light which is emitted from at least one driven LED;
• Means for equalizing the LED light signal SL with regard to the ambient light by periodically sampling the ambient light and generating an ambient light signal SAT that from the signal SL is to be subtracted.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Ansteuerungssystems ist, dass bei einer relativ einfachen Schaltungsanordnung eine Korrektur hinsichtlich des Umgebungslichtes mit einem verbesserten Rauschabstand verschafft wird. Wegen des Subtrahierens des Signals SA vom Signal SL bildet die Umgebungslichtkorrektur eine Vorwärtsschleife. Vorzugsweise haben bei einem erfindungsgemäßen LED-Ansteuerungssystem die Mittel zum periodischen Abtasten des Umgebungslichtes Mittel zum Halten des so generierten Umgebungslichtsignals SA auf einem dem Wert des letzten periodischen Abtastens entsprechenden Wert. Dies führt weiterhin zu einer Vereinfachung des Ansteuerungssystems. Dies gilt auch für eine Ausführungsform des Ansteuerungssystems, bei dem die Mittel zum periodischen Abtasten des Umgebungslichtes die LED-Lichterzeugung periodisch unterbrechen. Vorteilhafterweise wird die Unterbrechung der LED-Lichterzeugung mit dem periodischen Abtasten des Umgebungslichtes synchronisiert. Bei einer solchen Ausführungsform teilen sich die Mittel zum Bilden des Signals SL und zum Erzeugen des Signals SA vorteilhafterweise einen Photosensor.An advantage of the control system according to the invention is that a correction with regard to the ambient light is provided with an improved signal-to-noise ratio in a relatively simple circuit arrangement. Because of subtracting the signal SAT from the signal SL the ambient light correction forms a forward loop. In an LED control system according to the invention, the means for periodically scanning the ambient light preferably have means for holding the ambient light signal generated in this way SAT at a value corresponding to the value of the last periodic scan. This further leads to a simplification of the control system. This also applies to an embodiment of the control system in which the means for periodically scanning the ambient light periodically interrupt the LED light generation. The interruption of the LED light generation is advantageously synchronized with the periodic scanning of the ambient light. In such an embodiment, the means for forming the signal share SL and for generating the signal SAT advantageously a photosensor.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße LED-Ansteuerungssystem mit einem Impulsgenerator zum Steuern eines Zeitgebers versehen, welcher Zeitgeber einen zwischen dem Stromrichter und der angeschlossenen LED angeordneten Schalter steuert. Vorzugsweise ist der Stromrichter ein Schaltnetzteil (SMPS: switch mode power supply). Schalten eines gesteuerten Hauptschalters des SMPS wird im Allgemeinen bei einer Folgefrequenz erfolgen, die um eine oder mehr Dekaden von einer Folgefrequenz abweicht, wie sie durch das periodische Abtasten des Umgebungslichtes definiert wird. Im Fall kleinerer Differenzen zwischen den beiden Folgefrequenzen kann es ratsam sein, dass der Impulsgenerator mit dem gesteuerten Hauptschalter des SMPS synchronisiert ist, was zu einem einfachen und zuverlässigen erfindungsgemäßen Ansteuerungssystem führt.In a preferred embodiment, the LED control system according to the invention is provided with a pulse generator for controlling a timer, which timer controls a switch arranged between the converter and the connected LED. The converter is preferably a switched mode power supply (SMPS: switch mode power supply). Switching a controlled main switch of the SMPS will generally take place at a repetition frequency that deviates by one or more decades from a repetition frequency as defined by the periodic scanning of the ambient light. In the event of smaller differences between the two repetition frequencies, it may be advisable for the pulse generator to be synchronized with the controlled main switch of the SMPS, which leads to a simple and reliable control system according to the invention.

Auf die oben beschriebene Weise ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Ansteuerungssystem einen einzelnen optischen Sensor hat, der zusammen mit dem Impulsgenerator das dem Umgebungslicht entsprechende Signal SA generiert, wenn der der angesteuerten LED zugeführte Strom durch den Impulsgenerator unterbrochen wird.In the manner described above, it is possible for the control system according to the invention to have a single optical sensor which, together with the pulse generator, has the signal corresponding to the ambient light SAT generated when the current supplied to the driven LED is interrupted by the pulse generator.

Das Ansteuerungssystem kann eine einzelne LED ansteuern. Bei vielen in der Praxis verwendeten Ausführungsformen gibt es ein Array von LEDs, die von dem Ansteuerungssystem als Einheit betrieben werden.The control system can control a single LED. In many embodiments used in practice, there is an array of LEDs that are operated as a unit by the drive system.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 ein elektrisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen LED-Ansteuerungssystems und
2 graphische Darstellungen von in dem Ansteuerungssystem von 1 generierten Signalen.

An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. Show it:

1 an electrical circuit diagram of an LED control system according to the invention and
2nd graphical representations of in the control system of 1 generated signals.

In 1 sind A, B Eingangsklemmen des LED-Ansteuerungssystem, das einen Stromrichter I mit einer Steuerung III hat, mit

• Mitteln IV zum Bilden eines LED-Lichtsignals SL, das durch Licht generiert wird, welches von zumindest einer angesteuerten LED II aus emittiert wird;
• Mitteln V zum Ausgleichen des LED-Lichtsignals SL hinsichtlich des Umgebungslichtes durch periodisches Abtasten des Umgebungslichtes und Generieren eines Umgebungslichtsignals SA, das vom Signal SL zu subtrahieren ist.

In 1 are A , B Input terminals of the LED control system that a converter I. with a controller III has with

• means IV for forming an LED light signal SL which is generated by light emitted by at least one controlled LED II is emitted from;
• means V to compensate for the LED light signal SL with regard to the ambient light by periodically sampling the ambient light and generating an ambient light signal SAT that from the signal SL is to be subtracted.

Die von dem LED-Ansteuerungssystem angesteuerte LED ist mit Ausgangsklemmen C, D des Systems verbunden. Bei in der Praxis verwendeten Ausführungsformen gibt es im Allgemeinen ein Array aus LEDs, das mit den Ausgangklemmen verbunden ist und von dem Ansteuerungssystem betrieben wird.The LED controlled by the LED control system has output terminals C. , D connected to the system. In practical embodiments, there is generally an array of LEDs connected to the output terminals and operated by the drive system.

Die Mittel V zum periodischen Abtasten des Umgebungslichtes haben eine Abtast-Halte-Schaltung SH, die Mittel zum Halten des so generierten Umgebungslichtsignals SA auf einem dem Wert des letzten periodischen Abtastens entsprechenden Wert bildet. Die Mittel V sind weiterhin mit einem Impulsgenerator PG zum Steuern eines Zeitgebers TR versehen, welcher Zeitgeber einen zwischen dem Stromrichter I und der angeschlossenen LED II angeordneten Schalter SW steuert.The means V have a sample-and-hold circuit for periodically sampling the ambient light SH , the means for holding the ambient light signal thus generated SAT at a value corresponding to the value of the last periodic sampling. The means V are still with a pulse generator PG to control a timer TR, which timer one between the converter I. and the connected LED II arranged switch SW controls.

Die Mittel zum Bilden des Signals SL und zum Erzeugen des Signals SA haben einen gemeinsamen Photosensor PT.The means for forming the signal SL and for generating the signal SAT have a common photosensor PT.

Das generierte Signal SA wird vom Signal SL in einer Subtraktionsschaltung SUB subtrahiert. Das resultierende Signal Vout wird dem Umformer zugeführt, im beschriebenen Fall einem SMPS mit einem Controller CC, beispielsweise einer PWM-Schaltung, die den Umformerbetrieb steuert.The generated signal SAT is from the signal SL subtracted in a subtraction circuit SUB. The resulting signal Vout is fed to the converter, in the case described an SMPS with a controller CC , for example a PWM circuit that controls the converter operation.

In 2 geben die dargestellten Kurven ein vom Impulsgenerator PG generiertes Signal 100 und ein vom Zeitgeber TR generiertes Signal 101 wieder. Vertikal ist die Amplitude der Signale in willkürlichen Einheiten aufgetragen, und die horizontale Achse stellt die Zeitachse dar.In 2nd enter the curves shown from the pulse generator PG generated signal 100 and a signal generated by the timer TR 101 again. The amplitude of the signals is plotted vertically in arbitrary units, and the horizontal axis represents the time axis.

Bei einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Treiberanordnung wird der Stromrichter durch einen Umformer gebildet, wie in WO 01/05193 A1 offenbart, der in geeigneter Weise zum Betreiben eines LED-Arrays verwendet werden kann, beispielsweise vom Typ GR090053224 , Hersteller Lumileds Lighting, das Teil einer Verkehrssignalanlage ist. Der Umformer wird von einer Speisequelle mit 120V, 60Hz angesteuert.In a practical embodiment of the driver arrangement according to the invention, the converter is formed by a converter, as in WO 01/05193 A1 that can be suitably used to operate an LED array, for example of the type GR090053224 , Manufacturer Lumileds Lighting, which is part of a traffic signal system. The converter is controlled by a 120V, 60Hz supply source.

Als Photosensor, der Teil der Mittel IV zum Generieren des Signals SL ist, sowie als Mittel V zum Generieren des Signals SA wird eine Photodiode vom Typ SHF2400, Hersteller Infineon, verwendet. Der Impulsgenerator und der Zeitgeber sind in einem IC vom Typ 74HCT221 kombiniert. Der Impulsgenerator generiert negative Rechteckimpulse mit einer Dauer von 50 µs bei einer Folgefrequenz zwischen 1 und 2 kHz. Auf diese Weise steuert er die Erzeugung von Impulsen von 25 µs durch den Zeitgeber am Anfang jedes negativen Impulsgeneratorimpulses. Vorzugsweise bildet die Folgefrequenz kein Vielfaches der Speisequellenfrequenz. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Abtast-Halte-Schaltung durch einen IC vom Typ NE5537, Hersteller Philips, verschafft.As a photosensor, part of the means IV to generate the signal SL is, as well as a means V to generate the signal SAT a SHF2400 photodiode from Infineon is used. The pulse generator and the timer are combined in a 74HCT221 IC. The pulse generator generates negative rectangular pulses with a duration of 50 µs at a repetition frequency between 1 and 2 kHz. In this way, it controls the generation of 25 µs pulses by the timer at the beginning of each negative pulse generator pulse. The repetition frequency preferably does not form a multiple of the source frequency. In the embodiment, the sample-and-hold circuit is provided by an IC of the NE5537 type, manufactured by Philips.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform hat das SMPS einen Hauptschalter, der während des Betriebs der Ansteuerungsschaltung mit einer Folgefrequenz geschaltet wird, die zwischen 50 kHz und 130 kHz variiert und die mehrere Dekaden über der Folgefrequenz des Impulsgenerators liegt. Wegen dieser großen Differenz gibt es zwischen den genannten beiden Folgefrequenzen keine Synchronisation.In the embodiment described above, the SMPS has a main switch which is switched during the operation of the drive circuit with a repetition frequency which varies between 50 kHz and 130 kHz and which is several decades above the repetition frequency of the pulse generator. Because of this large difference, there is no synchronization between the two repetition frequencies mentioned.

Das hier offenbarte Ansteuerungssystem ermöglicht es, die Stärke des von den angesteuerten LEDs erzeugten Lichtes zu überwachen und falls notwendig zu korrigieren, während gleichzeitig eine Korrektur hinsichlich des Einflusses von Umgebungslicht ausgeführt wird. In praktischen Fällen kann ein Offsetfehler im Vout-Signal toleriert werden. Dies ergibt eine Verbesserung um einen Faktor 200 im Rauschabstand relativ zu einem Rückkoppl ungskorrektursystem.The control system disclosed here enables the strength of the light generated by the controlled LEDs to be monitored and corrected if necessary, while at the same time a correction is carried out with regard to the influence of ambient light. In practical cases, an offset error in the Vout signal can be tolerated. This results in an improvement by a factor of 200 in the signal-to-noise ratio relative to a feedback correction system.

Claims

LED control system, designed to monitor the intensity of the light generated by the controlled LEDs and to correct it if necessary, while at the same time carrying out a correction with regard to the influence of ambient light, which has a converter (I) with a controller (III) - Means (IV) for forming an LED light signal (SL) which is generated by light which is emitted from at least one driven LED (II), the LED control system means (V) for compensating the LED light signal ( SL) with respect to the ambient light by periodically sampling the ambient light and generating an ambient light signal (SA) to be subtracted from the LED light signal (SL), characterized in that the converter (I) is a switching power supply (I) and wherein LED drive system comprises an array of LEDs that are operated by the LED drive system as a unit.

LED control system after Claim 1 , in which the means (V) for periodically scanning the ambient light means (SH) for holding the so generated ambient light signal (SA) at a value corresponding to the value of the last periodic sampling.

LED control system after Claim 1 or 2nd , in which the means (V) for periodically scanning the ambient light periodically interrupt the LED light generation.

LED control system after Claim 3 , in which the interruption of LED light generation is synchronized with the periodic sampling of the ambient light.

LED control system after Claim 1 , 2nd , 3rd or 4th , in which the means (IV, V) for forming the LED light signal (SL) and for generating the ambient light signal (SA) have a common photosensor.

LED control system according to one of the preceding claims, which is provided with a pulse generator (PG) for controlling a timer (TR), which timer (TR) has a switch (SW) arranged between the converter (I) and the connected LED (II). controls.

LED control system after Claim 6 , in which the converter (I) is a switching power supply (I) and in which the pulse generator (PG) is synchronized with a controlled main switch of the switching power supply (I).