DE10318780A1 - Verfahren und Vorrichtung zur wirkungsgrad-optimierten Ansteuerung von LEDs bei geringem schaltungstechnischem Aufwand - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur wirkungsgrad-optimierten Ansteuerung von LEDs bei geringem schaltungstechnischem Aufwand Download PDF

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Meike Prof. Barfuß
Lukas Joslowski
Ulrich Prof. Dr. Kuipers
Uwe Segtrop
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BARFUSS, MEIKE, PROF. DIPL.-ING., 58509 LUEDENSCHEID
Joslowski Lukas 58644 Iserlohn De
KUIPERS, ULRICH, PROF. DR.-ING., 57462 OLPE, DE
SEGTROP, UWE, 58730 FR?NDENBERG, DE
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FACHHOCHSCHULE SUEDWESTFALEN
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Abstract

Das vorliegende Patent betrifft eine Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen durch zumindest je einen Verbraucher, z. B. die Leuchtdioden LED¶11¶ bis LED¶MN¶. Die Verteilung der Leuchtdioden ist dabei anwendungsabhängig vorgegeben. So könnten z. B. rote, grüne und blaue LEDs jeweils unabhängig voneinander in ihrer Helligkeit eingestellt werden. DOLLAR A Dabei werden die Konstantstromquellen I¶1¶ bis I¶M¶ von einer gemeinsamen in der Größe einstellbaren Versorgungsspannung U¶Out¶ gespeist (Fig. 1). Die Größe dieser Versorgungsspannung stellt sich lastabhängig so ein, dass die angeschlossenen Lasten versorgt werden und gleichzeitig die an den Stromquellen auftretende Verlustleistung minimal ist. Dazu werden die über den Stromquellen abfallenden Spannungen U¶1¶ bis U¶M¶, die proportional der auftretenden Verlustleistung sind, gemessen. Mithilfe einer Diodenlogik wird die kleinste dieser Spannungen bestimmt und die Versorgungsspannung so eingestellt, dass gerade dieser Minimalwert erreicht wird. So wird bei gegebener Lastverteilung der Wirkungsgrad der Ansteuerschaltung zu jeder Zeit optimiert.

Description

  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr gesteuerten oder geregelten Konstantströmen durch zumindest je einen Verbraucher, z. B. eine LED, mit einer einzigen Versorgungsspannung, wobei sich die Höhe der Versorgungsspannung nach der Art, der Anzahl und der Verschaltung der Verbraucher richtet und so der Wirkungsgrad automatisch auf die bestehende Schaltung angepasst wird.
  • Stand der Technik
  • Um Leuchtdioden unabhängig von Temperatureinflüssen und Streuungen mit möglichst konstanter Helligkeit betreiben zu können, werden sie mit Konstantstrom betrieben. Um mit einer Stromquelle möglichst viele LEDs betreiben zu können und damit den schaltungstechnischen Aufwand zu minimieren, werden häufig so viele gleiche LEDs in Reihe geschaltet wie möglich. Falls weitere LEDs benötigt werden, werden für diese weitere Stromquellen, im folgenden Stränge genannt, parallel geschaltet.
  • Nachteile im heutigen Stand der Technik
  • In einer bestehenden Schaltung, z. B. nach DE 198 41 270A1 , stellt sich die Versorgungsspannung zwar auf die Höhe der Last ein, nimmt also mit steigender Anzahl von LEDs zu, aber es kann nur ein Strang versorgt werden. Falls mehrere Stränge versorgt werden müssen, ist für jeden Strang eine eigene Versorgungsspannung, und damit ein erheblicher schaltungstechnischer Aufwand erforderlich.
  • In einer anderen bestehenden Lösung wird der geregelte Strom der ersten Stromquelle mit Hilfe einer Stromspiegelschaltung in die übrigen Stränge eingeprägt. Damit kann nur der erste Strom von außen verstellt werden.
  • Sollen die Ströme in den einzelnen Strängen unabhängig voneinander verstellt werden, so ist das bisher mit einer sich auf die Last einstellenden Versorgungsspannung nicht möglich. Bestehende Lösungen mit einer fest eingestellten Versorgungsspannung gehen auf Kosten des Wirkungsgrads.
  • Vorteilhaftigkeit der Erfindung
  • Die Erfindung hat für viele Anwendungen einen besseren Wirkungsgrad und/oder einen geringeren schaltungstechnischen Aufwand als bisherige Lösungen.
  • Dadurch, dass sich die Versorgungsspannung der Beschaltung mit LEDs anpasst, kann der Anwender „ohne Nachzudenken" unterschiedliche Lasten, z.B. 0–10 weiße LEDs oder 0–20 rote LEDs, in die einzelnen Stränge schalten, so das ein Vorteil in der Bedienerfreundlichkeit entsteht.

Claims (13)

  1. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen durch zumindest je einen Verbraucher z. B. eine LED, mit einer gemeinsamen in der Größe einstellbaren Versorgungsspannung, die die einzelnen Konstantstromquellen speist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Versorgungsspannung in ihrer Größe jeweils auf die Konstantstromquelle einstellt, die generell oder zum jeweiligen Zeitpunkt die größte Gesamtimpedanz speist und damit die größte Versorgungsspannung erfordert. Dabei wird der Betrag der Versorgungsspannung so minimal eingestellt, dass der Betrag der auftretenden Spannung über einer der Stromquellen gerade zu deren Betrieb ausreicht.
  2. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall über den Stromquellen gemessen wird und mit Hilfe einer Minimalwert-Auswahlschaltung die erforderliche Versorgungsspannung bestimmt und dann eingestellt wird.
  3. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Minimalwertauswahl mit Dioden (Analoge Minimalwertbildung) oder auf andere Weise hardwaretechnisch, z.B. mit Komparatoren und/oder Logikbausteinen wie Logikgatter oder PLDs realisiert ist.
  4. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Minimalwertauswahl mit Hilfe von Komparatoren und/oder AD-Wandlern und/oder softwaretechnisch erfolgt.
  5. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquellen pulsweitenmoduliert mit vorzugsweise synchroner Ansteuerung aller an der Versorgungsspannung arbeitenden Stromquellen angesteuert werden.
  6. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquellen analog angesteuert werden.
  7. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsollwerte an den einzelnen Stromquellen gleich oder unterschiedlich sein können.
  8. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsollwerte an den einzelnen Stromquellen fest eingestellt sind.
  9. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsollwerte an den einzelnen Stromquellen variabel sind.
  10. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Art und Anzahl der Lasten für jede Stromquelle gleich oder unterschiedlich sein können, wobei auch eine Änderung der Lasten während des Betriebs zulässig ist.
  11. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass LEDs in unterschiedlichen Farben mit gleichen oder unterschiedlichen Intensitäten angesteuert werden können.
  12. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass so mit einer Spannungsversorgung gezielte Farbmischungen mit LEDs erfolgen können.
  13. Ansteuerschaltung zum Erzeugen von zwei oder mehr geregelten oder gesteuerten Konstantströmen nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass durch andere Schaltungselemente, z.B. Z-Dioden ersetzte Leuchtdioden, automatisch zu einer wirkungsgradoptimalen Anpassung der Versorgungsspannung führen, wobei die Versorgungsspannung erst zum Zeitpunkt des Ausfalls der LED durch Leerlauf erhöht wird.
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