DE10350100B4

DE10350100B4 - Steuervorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Leuchtelementes

Info

Publication number: DE10350100B4
Application number: DE10350100A
Authority: DE
Inventors: Karl Weinhold
Original assignee: KWL LIGHTING GmbH; KWL-LIGHTING GmbH
Current assignee: KWL LIGHTING GmbH; KWL-LIGHTING GmbH
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: DE10350100A1

Abstract

Steuervorrichtung (1) zur Steuerung zumindest eines Leuchtelementes (5, 6, 7) mittels eines pulsweitenmodulierten Ausgangssignals mit
einem ersten Umsetzer (4), der ein digitales Eingangssignal in zumindest ein analoges Signal umsetzt,
zumindest einem zweiten Umsetzer (20A, 20B, 20C), der das von dem ersten Umsetzer (4) zumindest mittelbar zu dem zweiten Umsetzer (20A, 20B, 20C) geführte analoge Signal in das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal umsetzt, und
einer Glättungseinrichtung, die das von dem ersten Umsetzer (4) zu dem zweiten Umsetzer (20A, 20B, 20C) geführte Signal glättet,
wobei die Glättungseinrichtung ausgestaltet ist zum Erreichen eines langsamen Anstiegs beziehungsweise einer langsamen Absenkung des analogen Signals und
wobei der zweite Umsetzer (20A, 20B, 20C) die Pulsweite (t₁) des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem analogen Signal zumindest im Wesentlichen kontinuierlich steuert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Leucht- und Beleuchtungssteuerungen zur Steuerung zumindest eines Leuchtelements.
Bei bekannten Steuervorrichtungen ist eine Recheneinheit (Mikrocontroller) vorgesehen, die ein Steuersignal in ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal umsetzt. Als Steuersignal kommen insbesondere digitale Protokolle zur Übertragung von Helligkeitswerten für verschiedene nachgeordnete Zweige von Leuchtelementen in Frage. Beispiele für bekannte digital codierte Eingangssteuersignale sind DMX und Dali. Die bekannte Technik eignet sich für Leuchtanlagen, wie Ampeln und Videowände sowie für Beleuchtungsanlagen, insbesondere als Leuchte für die Innenbeleuchtung.
Das bekannte Steuersignal hat eine Auflösung von 8 Bit, so dass sich pulsweitenmodulierte Ausgangssignale mit 256 verschiedenen Weiten erzeugen lassen, wobei die Pulsweite jeweils ein ganzzahliges Vielfaches einer vorgegebenen Einheit ist. Es lassen sich zwar auch höher codierte Eingangssignale verwenden, wie z. B. mit 16 Bit, diese bedingen jedoch einen erheblich größeren technischen Aufwand bei der Umsetzung. Die dadurch bedingten Mehrkosten machen eine solche hoch auflösende Steuerung für gewöhnliche Anwendungen unattraktiv.
Die Steuerung mit niedriger Auflösung, z. B. mit 8 Bit, hat allerdings den Nachteil, dass insbesondere bei niedriger Helligkeit, d. h. bei geringer Pulsweite, die Helligkeitsunterschiede beim Erhöhen der Pulsweite um eine Einheit für das Auge zu einem deutlichen Sprung in der Helligkeitszunahme führen. Z. B. bedeutet die Vergrößerung der Pulsweite von einer auf zwei Einheiten eine Verdoppelung der abgegebenen Leuchtleistung, die deutlich als eine sprunghafte Helligkeitsänderung wahrgenommen wird. Dieses Problem besteht auch bei einer höheren Auflösung des digital codierten Eingangssignals, die Helligkeitsänderung ist dann lediglich weniger ausgeprägt.
Aus der DE 198 24 756 A1 ist eine Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel bekannt. Bei dieser bekannten Helligkeitssteuerung können die Leuchtmittel insgesamt als Einheit oder separat, jedes Leuchtmittel für sich, angesteuert werden. Dabei kann ein D/A-Wandler ein von einer Fotodiode empfangenes Signal in ein analoges Signal umsetzen und dieses zu einem Pulsweitenmodulator weiterleitet. Ferner ist ein Addierer vorgesehen, der eine Offsetspannung zu dem analogen Signal addiert. Diese Offsetspannung ist zwar regelbar, im Betrieb der Helligkeitssteuerung aber fest vorgegeben, um die Einstellung eines Arbeitspunktes zu ermöglichen.
In Helmuth Lemme, Elektronik 24/1996, Heft 24, Seiten 106 und 107 ist eine Phasenanschnittsteuerung mittels zwei antiparallel geschalteter Thyristoren beschrieben, die in einem gemeinsamen Baustein integriert sind. Hierbei ist ein Phasenanschnitt einer Sinusspannung möglich. Bei einer Softstart-Funktion wird ein Kondensator am Steuereingang geladen beziehungsweise entladen. Diese Softstart-Funktion betrifft nur den Einschaltvorgang, wenn der Schalter geöffnet wird, beziehungsweise den Ausschaltvorgang, wenn der Schalter geschlossen wird.
Aus Ross Fosler, u. a.: Microchip Technology Inc., AN809, ist eine DALI-Steuerung bekannt. Dabei kann durch eine Spannung zwischen 0,5 und 5 V die Pulsweite eines pulsweitenmodulierten Ausgangssignals vorgegeben werden. Der bekannte Mikrocontroller kann durch Andern der relativen Einschaltdauer 256 verschiedene Spannungspegel erzeugen, die logarithmisch abgestuft sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Steuervorrichtung zur Steuerung zumindest eines Leuchtelements, bei dem die Wahrnehmung der Steuervorgänge zum Andern der Helligkeit des Leuchtelements verringert ist und das gleichzeitig technisch einfach, d. h. insbesondere kostengünstig, realisiert werden kann, und ein zugehöriges Verfahren für solch eine Steuervorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zur Steuerung zumindest eines Leuchtelements erzeugt aus einem digital codierten Eingangssignal ein analoges Signal, das als Zwischensignal dient. In Abhängigkeit von dem analogen Signal erzeugt die Steuervorrichtung dann das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal, wobei durch das analoge Signal eine im Wesentlichen kontinuierliche Steuerung des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals erreicht wird. Dies hat den Vorteil, dass sich die abgegebene Lichtleistung innerhalb der technischen Grenzen des Leuchtelements nahezu beliebig variieren lässt, wodurch sich gleichmäßig verlaufende Änderungen der Helligkeit des Leuchtelements erzielen lassen. Eine gewollte sprunghafte Änderung der Helligkeit des Leuchtelementes kann aber weiterhin erzielt werden, indem aufgrund des digital codierten Eingangssignals eine sprunghafte Änderung des analogen Signals herbeigeführt wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der oben genannten erfindungsgemäßen Steuervorrichtung bzw. des oben angegebenen erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
Erfindungsgemäß ist eine Glättungseinrichtung vorgesehen die das von dem ersten Umsetzer zum zweiten Umsetzer geführte Signal glättet. Dadurch können durch einen Schaltvorgang bedingte Spannungsänderungen des analogen Signals ausgeglichen werden, um einen langsamen Anstieg bzw. eine langsame Absenkung des analogen Signals zu erreichen. Als Folge wird eine gleichmäßige Zunahme bzw. Abnahme der Pulsweite des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals erreicht, die sich über mehrere aufeinander folgende Perioden des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals erstreckt. In einfacher Weise kann die Glättungseinrichtung beispielsweise aus zumindest einem Kondensator bestehen oder einen oder mehrere Kondensatoren umfassen.
Vorteilhaft ist es, dass der zweite Umsetzer einen Datenspeicher aufweist, der eine minimale Pulsweite speichert und dass der zweite Umsetzer das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal derart erzeugt, dass es zumindest für eine Periode entweder das Null-Signal ist oder eine Pulsweite hat, die nicht kleiner als die in dem Datenspeicher gespeicherte minimale Pulsweite ist. Durch die minimale Pulsweite kann insbesondere die minimale zum Betrieb des Leuchtelementes benötigte Leistung bzw. Energie des Leuchtelements berücksichtigt werden, so dass undefinierte Zwischenzustände vermieden werden. Dabei kann durch die minimale Pulsweite auch den Schaltzeiten des Gesamtsystems Rechnung getragen werden.
In vorteilhafter Weise weist die Steuervorrichtung ein Verstärkungselement auf, das das von dem zweiten Umsetzer ausgegebene pulsweitenmodulierte Ausgangssignal verstärkt. Dadurch eignet sich die Steuervorrichtung auch für Anordnungen, bei denen ein hoher Energiebedarf besteht.
In vorteilhafter Weise ist das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal ein rechteckförmiges Ausgangssignal. Dadurch kann die Belastung der Steuervorrichtung, insbesondere des zweiten Umsetzers, und des Leuchtelements verringert werden, da die beim Umschalten entstehenden Energieverluste verringert sind.
Vorteilhaft ist es, dass n zweite Umsetzer vorgesehen sind, dass der erste Umsetzer n analoge Signale erzeugt, von denen jeweils eines einem der n zweiten Umsetzer zugeführt wird und dass jeder der n zweiten Umsetzer unabhängig von den anderen n – 1 zweiten Umsetzer ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem ihm jeweils zugeführten analogen Signal erzeugt. Dadurch kann aus einem digital codierten Eingangssignal eine Aufteilung auf n verschiedene Wege erfolgen. Jeder dieser Wege wird mit einem eigenen analogen Signal angesteuert, so dass jeder Weg unabhängig von den anderen eine Ansteuerung von einem oder mehreren Leuchtelementen ermöglicht.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und
2 ein von der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung bzw. mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugter Signalverlauf.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1. Die Steuervorrichtung 1 dient zum Steuern eines oder mehrerer Leuchtelemente und insbesondere zur Steuerung der Helligkeit eines oder mehrerer Leuchtelemente. Insbesondere dient die Steuervorrichtung 1 zur Steuerung einer Leuchtanlage, wie einer Ampel oder einer Videowand, oder zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage, wie einer Leuchte für die Beleuchtung eines Raumes. Weitere Anwendungen sind die Ansteuerung von Leuchtschildern, die z. B. in Fußballstadien oder auf Bahnsteigen verwendet werden, wobei sich die Anzeige von Lichtstreifen, Videofilmen oder dgl. verwirklichen lässt. Ferner eignet sich die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 auch zur Steuerung einer Hintergrundbeleuchtung, z. B. für Anzeigeelemente und Bildschirmsichtgeräte, wie sie für Computer, Mobilfunktelefone und tragbare elektronische Terminkalender verwendet werden. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 und das erfindungsgemäße Verfahren sind jedoch auch für andere Anwendungsfälle geeignet.
Die Steuervorrichtung 1 umfasst einen Rechner 2, der eine zentrale Recheneinheit oder dgl. aufweisen kann. Der Rechner 2 erzeugt ein digitales Eingangssignal, das über eine Leitung 3 in einen ersten Umsetzer 4 eingegeben wird. Das über die Leitung 3 übertragene digitale Eingangssignal überträgt digital codierte Informationen von dem Rechner 2 zu dem ersten Umsetzer 4. Das digital codierte Eingangssignal kann dabei auf einem Protokoll, wie z. B. DMX oder Dali, basieren. Das digitale Eingangssignal 3 kann die digital codierten Informationen aber auch in anderer Weise übertragen. Beispielsweise können die digital codierten Informationen auch als einfache Bitfolge übertragen werden.
In dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung sind in dem digitalen Eingangssignal die Helligkeitswerte für drei verschiedene Leuchtelemente, nämlich die Leuchtelemente 5, 6 und 7, codiert.
Der erste Umsetzer 4 umfasst einen Decodierer 10, der das digitale Eingangssignal, das die digital codierten Informationen enthält, in digitale Daten decodiert, die über die Leitung 11 an einen digital-zu-analog-Umsetzer (D/A-Umsetzer) 12 geleitet werden. Der D/A-Umsetzer 12 ist ebenfalls Teil des ersten Umsetzers 4.
Der D/A-Umsetzer 12 setzt die über die Leitung 11 eingegebenen digitalen Daten in drei voneinander unabhängige analoge Ausgangssignale um, die über die Leitungen 13A, 13B und 13C ausgegeben werden.
Durch den ersten Umsetzer 4, der den Decodierer 10 und den D/A-Umsetzer 12 aufweist, wird somit das digitale Eingangssignal, das über die Leitung 3 eingegeben wird, in drei analoge Ausgangssignale umgesetzt, die über die Leitungen 13A, 13B und 13C ausgegeben werden.
Die Leitung 13A ist zum Glätten des darüber ausgegebenen Ausgangssignals über einen Kondensator 14A mit Masse verbunden. Entsprechend sind auch die Leitungen 13B und 13C jeweils über einen Kondensator 14B bzw. 14C mit Masse verbunden. Durch jeden der Kondensatoren 14A, 14B und 14C ist eine Glättungseinrichtung zum Glätten des über die jeweilige Leitung 13A, 13B und 13C übertragenen analogen Ausgangssignals gegeben.
Die über die Leitungen 13A, 13B und 13C übertragenen analogen Ausgangssignale werden getrennt voneinander an eine Einrichtung 15 übertragen. Die Einrichtung 15 weist eine Umsetzergruppe 16 auf, die die zweiten Umsetzer 20A, 20B und 20C umfasst. Dabei ist der D/A-Umsetzer 12 über die Leitung 13A mit dem zweiten Umsetzer 20A verbunden, der D/A-Umsetzer 12 ist über die Leitung 13B mit dem zweiten Umsetzer 20B verbunden und der D/A-Umsetzer 12 ist durch die Leitung 13C mit dem zweiten Umsetzer 20C verbunden.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die zweiten Umsetzer 20A, 20B und 20C Teil der Umsetzergruppe 16. Die zweiten Umsetzer 20A, 20B und 20C können jedoch sowohl baulich als auch räumlich getrennt voneinander angeordnet sein.
Der zweite Umsetzer 20A setzt das über die Leitung 13A übertragene analoge Signal in ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal um, das über die Leitung 21A von dem zweiten Umsetzer 20A ausgegeben wird. Der zweite Umsetzer 20B setzt das über die Leitung 13B übertragene analoge Signal in ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal um, das über die Leitung 21B aus dem zweiten Umsetzer 20B ausgegeben wird und der zweite Umsetzer 20C setzt das über die Leitung 13C übertragene analoge Signal in ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal um, das über die Leitung 21C aus dem zweiten Umsetzer 20C ausgegeben wird.
Somit werden über die Leitungen 21A, 21B und 21C drei voneinander unabhängige pulsweitenmodulierte Ausgangssignale von der Umsetzergruppe 16 ausgegeben.
Die Einrichtung 15 weist außerdem Verstärkerelemente 22A, 22B und 22C auf, die zum Verstärken der von der Umsetzergruppe 16 ausgegebenen pulsweitenmodulierten Ausgangssignale dienen. Das Verstärkerelement 22A verstärkt das über die Leitung 21A übertragene pulsweitenmodulierte Ausgangssignal und gibt das verstärkte pulsweitenmodulierte Ausgangssignal auf der Leitung 23A aus. Das Verstärkerelement 22B verstärkt das über die Leitung 21B übertragene pulsweitenmodulierte Ausgangssignal und gibt das verstärkte pulsweitenmodulierte Ausgangssignal über die Leitung 23B aus. Entsprechend gibt das Verstärkerelement 22C das über die Leitung 21C übertragene pulsweitenmodulierte Ausgangssignal in verstärkter Form über die Leitung 23C aus.
An die Einrichtung 15 werden über die Leitungen 13A, 13B und 13C analoge Signale eingegeben und die Einrichtung 15 gibt pulsweitenmodulierte und verstärkte Ausgangssignale an den Leitungen 23A, 23B und 23C aus. Dabei wird das pulsweitenmodulierte und verstärkte Ausgangssignal, das über die Leitung 23A ausgegeben wird, in Abhängigkeit von dem analogen Signal, das über die Leitung 13A eingegeben wird, erzeugt. D. h., die Einrichtung 15 setzt das über die Leitung 13A eingegebene analoge Signal in ein über die Leitung 23A ausgegebenes pulsweitenmoduliertes und verstärktes Ausgangssignal um. Die Umsetzung des analogen Signals in das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal erfolgt dabei in dem zweiten Umsetzer 20A und die Verstärkung des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals in das pulsweitenmodulierte und verstärkte Ausgangssignal erfolgt in dem Verstärkerelement 22A. Entsprechend erfolgt die Umsetzung des über die Leitung 13B bzw. des über die Leitung 13C an die Einrichtung 15 eingegebenen analogen Signals in das über die Leitung 23B bzw. 23C ausgegebene pulsweitenmodulierte und verstärkte Ausgangssignal.
Die Einrichtung 15 ist mittels der Leitungen 23A, 23B und 23C mit den Leuchtelementen 5, 6 und 7 verbunden. Die Leuchtelemente 5, 6 und 7 sind in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel als Licht emittierende Halbleiterdioden (LED) ausgebildet. Anstelle eines Leuchtelements 5 können aber auch mehrere Leuchtelemente vorgesehen sein, die mittels der Leitung 23A mit der Einrichtung 15 verbunden sind. Entsprechend können auch mehrere Leuchtelemente anstelle des Leuchtelementes 6 mittels der Leitung 23B mit der Einrichtung 15 bzw. mehrere Leuchtelemente anstelle des Leuchtelementes 7 mittels der Leitung 23C mit der Einrichtung 15 verbunden sein. Sofern die von der Umsetzergruppe 16 abgegebene Leistung zum Betrieb der Leuchtelemente 5, 6 und 7 ausreicht, können die Verstärkerelemente 22A, 22B und 22C der Einrichtung 15 auch entfallen.
Die Übertragung der Daten von dem Decodierer 10 zu dem D/A-Umsetzer 12 über die Leitung 11 kann als serieller Datenstrom, d. h. über eine Datenleitung, erfolgen, wobei dann der D/A-Umsetzer 12 eine Aufteilung des seriellen digitalen Datenstroms auf die verschiedenen Wege durchführt. Hierfür können über die Leitung 11 auch Steuerdaten zwischen dem Decodierer 10 und dem D/A-Umsetzer 12 in einer oder in beiden Richtungen übertragen werden.
Der digitale Datenstrom kann aber auch parallel über die Leitung 11 von dem Decodierer 10 zu dem D/A-Umsetzer 12, z. B. mittels paralleler Schnittstellen und eines parallelen Datenbusses, übertragen werden.
Der zweite Umsetzer 20A weist einen Datenspeicher 24A auf, der zweite Umsetzer 20B weist einen Datenspeicher 24B auf und der zweite Umsetzer 20C weist einen Datenspeicher 24C auf.
Der Datenspeicher 24A dient zum Speichern einer minimalen Pulsweite t_min. Entsprechend dienen auch die Datenspeicher 24B und 24C zum Speichern von minimalen Pulsweiten. Die in den Datenspeichern 24A, 24B und 24C gespeicherten Pulsweiten können unabhängig voneinander gespeichert werden. D. h., in den Datenspeichern 24A, 24B und 24C können unterschiedliche minimale Pulsweiten gespeichert sein. Anhand der 2 wird die Funktion der gespeicherten minimalen Pulsweite t_min, die in dem Datenspeicher 24A gespeichert ist, im Detail erläutert. Entsprechend ergibt sich auch die Funktion der in den Datenspeichern 24B und 24C gespeicherten minimalen Pulsweiten.
2 zeigt den Signalverlauf des über die Leitung 23A übertragenen pulsweitenmodulierten Ausgangssignals, das dem Leuchtelement 5 zugeführt wird. Der in der 2 dargestellte Signalverlauf ist daher als Prinzipdarstellung zu verstehen und es ist offensichtlich, dass aufbauend auf dem erläuternden Prinzip eine Vielzahl von möglichen Signalverläufen gebildet werden können. Die über die Leitungen 23B und 23C übertragenen pulsweitenmodulierten Ausgangssignale für die Leuchtelemente 6 bzw. 7 sind in entsprechender Weise aufgebaut.
In 2 ist an der Abszisse die Zeit t aufgetragen und an der Ordinate ist die Spannung U des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals angetragen. Der Signalverlauf ist dabei nur für eine Periode, d. h. zwischen dem Zeitpunkt t = 0 und dem Zeitpunkt t = T dargestellt. Der Anfang der Periode ist dabei willkürlich auf den Zeitpunkt t = 0 gesetzt. Das tatsächliche pulsweitenmodulierte Ausgangssignal, das über die Leitung 23A übertragen wird, ergibt sich aus einer Vielzahl von solchen aneinander gereihten Signalverläufen.
Zum Zeitpunkt t = 0 wird die Spannung des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals von einem Wert U_L auf einen Wert U_H erhöht. Der Wert U_L kennzeichnet dabei einen Niedrigpegel (L-Pegel) und der Wert U_H kennzeichnet einen Hochpegel (H-Pegel). Die Spannung U_L kann z. B. zwischen 0 Volt und 0,3 Volt betragen. Die Hochpegelspannung U_H kann einige Volt, z. B. 2 Volt bis 3 Volt betragen, falls als Leuchtelement eine Licht emittierende Halbleiterdiode verwendet wird. In Abhängigkeit von dem anzusteuernden Leuchtelement kann die Hochpegelspannung U_H aber auch einige hundert Volt oder mehr betragen. In letzterem Fall wird der in der 1 dargestellte Verstärker 22A vorzugsweise als Leistungsschalter ausgeführt.
Die Spannung U des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals wird zwischen dem Zeitpunkt t = 0 und dem Zeitpunkt t = t₁ im Wesentlichen konstant auf der Hochpegelspannung U_H gehalten. Zum Zeitpunkt t = t₁ wird die Spannung U des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals auf den Wert U_L abgesenkt. Zwischen dem Zeitpunkt t = t₁ und dem Zeitpunkt t = T wird die Spannung U des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals dann auf dem Wert U_L gehalten. Im Zeitpunkt t = T schließt sich an die eben beschriebene Periode die nächste Periode des Ausgangssignals an.
Der beschriebene Signalverlauf ist ein rechteckförmiger Signalverlauf, d. h. zum Zeitpunkt t = 0 hat das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal eine führende Flanke 30 und zum Zeitpunkt t = t₁ hat das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal eine hintere Flanke 31.
Der in dem Datenspeicher 24A gespeicherte Wert, d. h. die minimale Pulsweite t_min, ist in der 2 auf der Abszisse zwischen dem Zeitpunkt t = 0 und dem Zeitpunkt t = t₁ angetragen. Der zweite Umsetzer 20A erzeugt das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal derart, dass der Zeitpunkt t = t₁ = 0 ist, d. h. in dieser Periode ist das ausgegebene Signal das Null-Signal, oder dass t₁ ☐ t_min ist. Diese Ungleichung bedeutet, dass die Pulsweite t₁ des pulsweitenmodulierte Ausgangssignals mindestens gleich der minimalen Pulsweite t_min ist, oder mit anderen Worten, dass die Pulsweite des pulsweitenmodulierte Ausgangssignals größer oder gleich der minimalen Pulsweite t_min ist.
In Abhängigkeit von dem Betriebsstrom des Leuchtelements 5 und evtl. auftretenden Übertragungsverlusten kann die minimale Pulsweite t_min bei der gegebenen Hochpegelspannung U_H so gewählt werden, dass eine minimale elektrische Energie pro Periode bzw. eine gewisse elektrische Leistung an das Leuchtelement 5 abgegeben wird. Außerdem kann dem Schaltverhalten der gesamten Anordnung, insbesondere der Trägheit des Leuchtelements 5, Rechnung getragen werden, indem die minimale Pulsweite t_min so gewählt wird, dass das Leuchtelement 5 einen definierten Leuchtzustand für ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal mit der minimalen Pulsweite t_minhat.
Der zweite Umsetzer 20A ermittelt aufgrund des über die Leitung 13A übertragenen analogen Signals eine zugehörige Pulsweite. Falls diese Pulsweite die minimale Pulsweite t_min unterschreitet, wird die Pulsweite t₁ des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals auf null gesetzt. Andernfalls wird die Pulsweite t₁ des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals auf den ermittelten Wert gesetzt.
Zwischen dem Zeitpunkt t = t_min und dem Zeitpunkt t = T kann die Pulsweite t₁ des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals im Wesentlichen kontinuierlich variiert werden, da das analoge Signal, das über die Leitung 13A übertragen wird, kontinuierlich erhöht oder verringert werden kann.
Bei der Umsetzung der über die Leitung 11 an den D/A-Umsetzer 12 übertragenen Daten kann sowohl eine lineare Umsetzung als auch eine nicht lineare Umsetzung vorgenommen werden. Vorteilhaft ist es, dass bei einer nicht linearen Umsetzung ein progressiver Verlauf gewählt wird. D. h., der D/A-Umsetzer 12 setzt den digitalen Datenstrom so um, dass mit steigender Spannung die bei der Umsetzung erfolgenden Spannungsschritte vergrößert werden.
Ferner kann der D/A-Umsetzer 12 des ersten Umsetzers 4, falls die über die Leitung 11 übertragenen Daten eine Erhöhung oder Verringerung um wenige Einheiten, insbesondere um eine Einheit, anzeigen, das heißt wenn eine gleichmäßige Änderungen der Helligkeit zumindest eines der Leuchtelemente 5, 6 oder 7 beabsichtigt ist, das zugehörige analoge Signal langsam erhöhen. Die langsame Erhöhung erfolgt dabei in zeitlicher Hinsicht in Abhängigkeit von dem Zweck des Einsatzes und erfolgt über einen Zeitraum, der mehreren Perioden T des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals entspricht.
Falls die über die Leitung 11 übertragenen Daten eine Erhöhung oder Verringerung um mehrere Einheiten anzeigen, das heißt wenn ein gewollter Sprung des Helligkeitsverlaufes zumindest eines der Leuchtelemente 5, 6 oder 7 in dem Signal codiert ist, dann erfolgt vorzugsweise eine im Wesentlichen sofortige Umsetzung dieses gewollten Sprungs durch den D/A-Umsetzer 12 des ersten Umsetzers 4. Dabei wird das dem jeweiligen Leuchtelement zugeordnete analoge Signal zumindest im wesentlich sprunghaft erhöht oder abgesenkt. Die Erhöhung oder Absenkung erfolgt vorzugsweise in einem Zeitraum, der höchstens einigen Perioden T, vozugsweise höchstens einer Periode T, des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals entspricht. Dadurch tritt auch in dem pulsweitenmodulierten Ausgangssignal eine sprunghafte Änderung der Pulsweite t₁ auf, die zu der beabsichtigten sprunghaften Helligkeitsänderung führt.
Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal erzeugt werden, das eine stufenlose Steuerung der Weite des Hochpegels des Signalverlaufs ermöglicht. Z. B. kann die minimale Pulsweite auf t_min = 5 μs bei einer Periodenlänge von T = 10 ms eingestellt werden. Die Pulsweite t₁ kann dann 0 μs betragen oder einen Wert zwischen 5 μs und 10 ms annehmen.
Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, eine minimale Pulsweite t_min vorzugeben, insbesondere kann die minimale Pulsweite t_min auch auf 0 μs eingestellt werden.

Claims

Steuervorrichtung (1) zur Steuerung zumindest eines Leuchtelementes (5, 6, 7) mittels eines pulsweitenmodulierten Ausgangssignals mit einem ersten Umsetzer (4), der ein digitales Eingangssignal in zumindest ein analoges Signal umsetzt, zumindest einem zweiten Umsetzer (20A, 20B, 20C), der das von dem ersten Umsetzer (4) zumindest mittelbar zu dem zweiten Umsetzer (20A, 20B, 20C) geführte analoge Signal in das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal umsetzt, und einer Glättungseinrichtung, die das von dem ersten Umsetzer (4) zu dem zweiten Umsetzer (20A, 20B, 20C) geführte Signal glättet, wobei die Glättungseinrichtung ausgestaltet ist zum Erreichen eines langsamen Anstiegs beziehungsweise einer langsamen Absenkung des analogen Signals und wobei der zweite Umsetzer (20A, 20B, 20C) die Pulsweite (t₁) des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem analogen Signal zumindest im Wesentlichen kontinuierlich steuert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättungseinrichtung einen Kondensator (14A, 14B, 14C) umfasst.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Umsetzer (20A, 20B, 20C) einen Datenspeicher (24A, 24B, 24C) aufweist, der eine minimale Pulsweite (t_min) speichert und dass der zweite Umsetzer (20A, 20B, 20C) das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal derart erzeugt, dass es zumindest für eine Periode entweder das Null-Signal ist oder eine Pulsweite (t₁) hat, die nicht kleiner als die in dem Datenspeicher gespeicherte minimale Pulsweite (t_min) ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) ein Verstärkungselement (22A, 22B, 22C) aufweist, das das von dem zweiten Umsetzer (20A, 20B, 20C) ausgegebene pulsweitenmodulierte Ausgangssignal verstärkt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement (5, 6, 7) zumindest eine Licht emittierende Halbleiterdiode aufweist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal ein rechteckförmiges Ausgangssignal ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass n zweite Umsetzer (20A, 20B, 20C) vorgesehen sind, dass der erste Umsetzer (4) n analoge Signale erzeugt, von denen jeweils eines einem der n Umsetzer (20A, 20B, 20C) zugeführt wird und dass jeder der n zweiten Umsetzer (20A, 20B, 20C) unabhängig von den anderen n – 1 zweiten Umsetzern (20A, 20B, 20C) ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem ihm jeweils zugeführten analogen Signal erzeugt.
Verfahren zur Steuerung zumindest eines Leuchtelementes (5, 6, 7) mittels eines pulsweitenmodulierten Ausgangssignals mit folgenden Verfahrensschritten: a) Umsetzen eines digitalen Eingangssignals in zumindest ein analoges Signal, wobei das analoge Signal im Wesentlichen kontinuierlich veränderbar ist, b) Glätten des analogen Signals zum Erreichen eines langsamen Anstiegs beziehungsweise einer langsamen Absenkung des analogen Signals, c) Ermitteln der Pulsweite (t₁) des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem analogen Signal und d) Umsetzen des analogen Signals in das pulsweitenmodulierte Ausgangssignal mit der ermittelten Pulsweite (t₁).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt c) folgende Verfahrensschritte umfasst: c1) Vergleichen der durch das analoge Signal vorgegebenen Pulsweite mit einer minimalen Pulsweite (t_min), c2) Ermitteln der Pulsweite null, falls die durch das analoge Signal vorgegebene Pulsweite die minimale Pulsweite (t_min) unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt: Verstärken des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals.