DE10354746B4

DE10354746B4 - Schaltungsanordnung zum Betreiben von LED's

Info

Publication number: DE10354746B4
Application number: DE10354746A
Authority: DE
Inventors: Anton Rüttiger; Mario Schmitt
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2002-11-23
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2023-11-22
Also published as: DE10354746A1

Abstract

Schaltungsanordnung zum Betreiben von LED's (2, 4), aufweisend wenigstens einen Mikroprozessor (1), der mit den LED's (2, 4) elektrisch verbunden ist und ein PWM-Signal (PWM_OUT_A) liefert, wobei
– die LED's (2, 4) unterschiedliche Helligkeitsklassen besitzen oder in unterschiedlichen Abständen von einem Betrachter angebracht sind,
– die LED's (2, 4) von dem gemeinsamen PWM-Signal (PWM_OUT_A) angesteuert werden,
– zwischen einer der LED's mit der höheren Helligkeitsklasse oder einer näher zum Betrachter befindlichen LED (4) und dem Mikroprozessor (1) eine Schaltung (3) eingebunden ist, durch die
– bei gleichem Arbeitsstrom während der Einschaltdauer aller LED's (2, 4) der Effektivstrom für die LED mit der höheren Helligkeitsklasse oder der näher zum Betrachter befindlichen LED (4) durch Ausblenden von Pulsen des PWM-Signals (PWM_OUT_A) in einem ganzzahligen Verhältnis proportional zum PWM-Signal (PWM_OUT_A) verändert wird, so dass
– die LED's (2, 4) mit einer gleichen Helligkeit bei gleichbleibendem Farbort erscheinen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von LED's, insbesondere in einem Bedienteil (BDT) eines Kraftfahrzeuges, bei dem ein optisch gleichmäßiges Erscheinungsbild angestrebt wird.
Bei den immer helleren LED's neuer Generationen besteht bezüglich einer gleichmäßigen Ausleuchtung beispielsweise eines BDT, oftmals das Problem, dass die verwendeten LED's weit unterhalb der vom Hersteller angegebenen Strömen, d. h., vom selektierten Arbeitspunkt, betrieben werden, um die gleichen Leuchtstärken an der BDT-Oberfläche zu realisieren. Die LED's werden im Normalfall bei einem Strom von 10–20 mA selektiert. Dementsprechend werden die LED's, die bei größeren Strömen selektiert wurden, mit kleineren Strömen betrieben.
Zu kleine Ströme haben jedoch den Nachteil, dass sich große Toleranzen bezüglich Helligkeit (Leuchtdichte) und Farbort der LED ergeben. Insbesondere bei den BDT sind die LED's in unterschiedlichen Einbausituationen, z. B. unterschiedliche Einbauorte und damit bedingt unterschiedliche Entfernungen zur BDT-Oberfläche, anzutreffen. Diese müssen dann mit einem unterschiedlichen effektiven Strom betrieben werden. Wird dieser Abgleich nur durch entsprechende Vorwiderstände realisiert, besteht insbesondere bei weißen LED's die Gefahr einer Farbortverschiebung. Bekanntlich führen zu kleine Ströme insbesondere bei weißem LED's zu einer Verschiebung des Farbortes. Die Verschiebung des Farborts ist bekanntlich nicht abhängig vom mittleren Strom, sondern vom tatsächlichen Strom während der Einschaltdauer.
Der konventionelle Ansatz, die LED's über ein entsprechend breites PWM-Register (mehrere PWM-Signale) anzusteuern, ist insbesondere in der Kfz-Elektronik nicht tragbar. Dies würde den Einsatz eines hochwertigen Mikroprozessors notwendig machen, was aber zu unerwünschten höheren Kosten führen würde.
Eine derartige Lösung ist aus der DE 197 48 446 A1 bekannt. Hier wird insbesondere eine Vorrichtung zum Ansteuern von LED beschrieben, mit der die Helligkeit der LED einstellbar ist. Dadurch soll die LED-Ansteuerung auf das aktuelle BDT angepasst werden. Die Leucht- bzw. Helligkeitsklassen der eingebauten LED werden in einem Speicher hinterlegt, aus de nen ein Mikrocomputer die entsprechenden Ansteuerdaten für die jeweilige LED berechnet. Diese Ansteuerdaten werden bei mehreren LED mit unterschiedlichen Helligkeitsklassen über mehrere PWM-Ausgangssignale dann zur Ansteuerung genutzt.
Aus der DE 196 02 891 A1 ist neben einer Anordnung ein Verfahren zur Einstellung der Helligkeit von LED's zur Hinterleuchtung einer Anzeige bekannt, durch das Leuchtschwankungen bedingt durch Bauteil- und Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können. Dazu wird nach der Fertigung die Leuchtdichte an der BDT-Oberfläche gemessen. Ein hierbei ermittelter Korrekturwert wird im Mikroprozessor gespeichert. Die Helligkeit des Leuchtmittels wird dabei immer in die Mitte des Toleranzfeldes eingestellt.
Eine Leuchte mit einem einstellbaren Farbort offenbart die DE 200 07 134 U1 . Die Leuchte weist mindestens eine primäre und eine sekundäre Lichtquelle auf, deren jeweiliger Farbort unterschiedlich ist.
Eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Niederdruckentladungslampe mit Hilfe eines pulsierenden HF-Stroms offenbart die DE 690 17 883 T2 ( EP 0 439 863 B1 ). Um den Farbpunkt des von der Lampe ausgestrahlten Lichts weitgehend unabhängig vom Wert des Lichtstroms der Lampe zu machen wird vorgeschlagen, sowohl die Amplitude als auch das Tastverhältnis des rechteckig modulierten pulsierenden HF-Stroms zu verändern.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine einfache Schaltungsanordnung aufzuzeigen, die es ermöglicht, eine gleichmäßige Helligkeit an allen Stellen bei unterschiedlichen Abständen der LED zur Oberfläche und/oder bei unterschiedlichen Helligkeitsklassen sowie bei gleichbleibendem Farbort zu erreichen.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Die Grundidee der Erfindung liegt darin, eine Ansteuerschaltung vorzusehen, die mit nur einem PWM-Signal als die einzige Führungsgröße diese Aufgabe löst, so dass auch dann noch eine LED im spezifizierten Arbeitspunkt betrieben wird, wenn diese für den aktuellen Anwendungsfall eigentlich zu hell ist, was ein unhomogenes Erscheinungsbild bewirken würde. Dabei werden die LED's mit einem größeren Abstand zur Oberfläche beispielsweise direkt mit dem PWM-Signal aus einem Mikrocomputer angesteuert. Die LED's mit einem geringeren Abstand zur Oberfläche oder einer helleren Helligkeitsklasse erhalten ein entsprechend aufbereitetes Signal, welches diesen Abstand bzw. die unterschiedlichen Helligkeitsklassen berücksichtigt. D. h., die LED werden bei gleichem Strom so angesteuert, dass die Helligkeit an der Oberfläche gleichmäßig ist und der Farbort beibehalten bleibt. Dazu wird der Effektivstrom (zeitlicher Mittelwert) in ein ganzzahliges Verhältnis proportional zur Führungsgröße geändert.
Als die einzige Führungsgröße kann bei einem BDT dazu das PWM-Signal genutzt werden, welches zur Dimmung verwendet wird.
Ein weiterer Anwendungsfall, wo diese Ansteuerschaltung angewendet werden kann, ist z. B. wenn keine dunklere LED-Type verfügbar oder in anderen Bereichen des BDT LED's mit einer hellen Leuchtstärkeanforderung benötigt werden. Dabei wird bei der LED, bei welcher nicht die volle Leuchtkraft benötigt wird, durch diese Erfindung das Ansteuersignal aufbereitet. Durch diese effektiv reduzierte Einschaltdauer kann der Strom entsprechend bemessen werden, somit ist es möglich die LED mit einem Bruchteil ihrer Leuchtkraft zu betreiben und weiterhin den geforderten Mindeststrom fließen zu lassen, damit der Farbort beibehalten wird, denn bekanntlich stellt sich die richtige Farbe nur beim richtigem Strom ein. Der Farbort ist nicht vom mittleren Strom (Effektivstrom) abhängig.
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt
1 eine skizzenhafte Darstellung der Schaltung in ihren wesentlichen Teilen,
2 ein Impulsdiagramm.
Dieses Beispiel beschreibt den Fall, das aufgrund der konstruktiven Auslegung in einem BDT überall die gleichen LED's 2, 4 eingesetzt werden müssen, diese aber mit unterschiedlicher Leuchtstärke betrieben werden. Es sei hier der Fall gesetzt, dass die LED's 4 näher zu einer BDT-Oberfläche (nicht näher darstellt) angeordnet sind, als die LED's 2 und dass die LED's 4 bei einem gleichen Strom daher doppelt so hell leuchten würden.
Die Schaltung in 1 beinhaltet einen Mikroprozessor 1, der vorzugsweise bereits in einem Fahrzeug vorhanden ist. Dieser ist über nicht näher dargestellte Verbindungsleitungen im Fahrzeug einmal auf zumindest eine LED 2 und zum andern auf eine Schaltung 3 zur Optimierung der Ansteuerströme für zumindest eine weitere LED 4 geführt. Die Schaltung 3 ist in einer einfachsten Ausführung ein als T-Flip-Flop geschaltetes Gatter 5, dessen Ausgang 5.3 auf den Eingang 6.2 eines nachgeschalteten UND-Gliedes 6 geführt ist, welches eingangsseitig 6.1 das Signal des Mikroprozessors 1 erhält.
Die LED's 4 besitzen in diesem Ausführungsbeispiel eine doppelte Helligkeit als die LED's 2. Um für alle LED's 2, 4 nur ein PWM-Signal nutzen zu können, wird das vom Mikroprozessor 1 ausgegebene PWM_OUT_A Signal für die Ansteuerung der LED's 4 auf den Eingang 5.1 des Gatters 5 übertragen. Parallel dazu wird dieses Signal PWM_OUT_A auf die konventionell zu betreibenden LED's 2 gegeben.
Im Gatter 5 wird der Impuls PWM_OUT_A halbiert, so dass am Ausgang 5.3 eine Impulsfolge B mit einer halbierten Frequenz gegenüber dem Impuls PWM_OUT_A anliegt. Im weiteren Schritt wird nunmehr die effektive Einschaltdauer (Effektivstrom) der LED's 4, d. h. das Impulssignal B im Verhältnis zum PWM_OUT_A halbiert, da der Effektivstrom der LED 4 nur 50% des Stroms für die LED 2 betragen muß, wodurch am Ausgang 6.3 eine erneut verringerte Impulsfolge C_LED anliegt, da die Schaltung 3 nur jeden zweiten Impuls des ansteuernden Signals PWM_OUT_A überträgt. Der Strom der in dieser Einschaltzeit an die LED 4 fließt ist dabei gleich dem die LED 2 ansteuernden Strom.
Das Funktionsprinzip läßt sich zusammenfassend wie folgt darstellen:
Es wird nur eine Führungsgröße benötigt. Der Arbeitsstrom (z. B. 20 mA) ist während der Einschaltdauer beider LED's 2, 4 gleich groß. Wird die Helligkeit auf die LED 2 bezogen, ist alleinig das Steuer-PWM Signal für die LED 4 im Verhältnis der zu erreichenden Helligkeit für die LED 2, d. h., in ein ganzzahliges Verhältnis proportional zur PWM-Führungsgröße zu teilen. Im Ausführungsbeispiel wird an den LED's 4 durch das Ausblenden von Pulsen in der Einschaltzeit bei Speisung mit dem normalen Strom eine halbe Helligkeit erzeugt. Für den Betrachter der Oberfläche erscheinen beide Helligkeiten an LED 2 und LED 4 jedoch gleich. Die Änderung des Steuer-PWM Signals wirkt sich im gleichen Verhältnis auf die LED 2 und 4 aus.
Je nach Anforderung läßt sich dieses Prinzip (Änderung des Effektivstroms proportional des Steuer-PWM Signals) entsprechend derart abändern, dass, wenn beispielsweise die verbauten LED's 2 bei gleichem Abstand wie die LED' 4 gegenüber diesen zu dunkel wären und die Helligkeit daher zu verdoppeln (verdreifachen etc.) wäre.

Claims

Schaltungsanordnung zum Betreiben von LED's (2, 4), aufweisend wenigstens einen Mikroprozessor (1), der mit den LED's (2, 4) elektrisch verbunden ist und ein PWM-Signal (PWM_OUT_A) liefert, wobei – die LED's (2, 4) unterschiedliche Helligkeitsklassen besitzen oder in unterschiedlichen Abständen von einem Betrachter angebracht sind, – die LED's (2, 4) von dem gemeinsamen PWM-Signal (PWM_OUT_A) angesteuert werden, – zwischen einer der LED's mit der höheren Helligkeitsklasse oder einer näher zum Betrachter befindlichen LED (4) und dem Mikroprozessor (1) eine Schaltung (3) eingebunden ist, durch die – bei gleichem Arbeitsstrom während der Einschaltdauer aller LED's (2, 4) der Effektivstrom für die LED mit der höheren Helligkeitsklasse oder der näher zum Betrachter befindlichen LED (4) durch Ausblenden von Pulsen des PWM-Signals (PWM_OUT_A) in einem ganzzahligen Verhältnis proportional zum PWM-Signal (PWM_OUT_A) verändert wird, so dass – die LED's (2, 4) mit einer gleichen Helligkeit bei gleichbleibendem Farbort erscheinen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (3) zur Optimierung der Ansteuerströme ein als Flip-Flop geschaltenes Gatter (5) aufweist, dessen Ausgang (5.3) auf einen Eingang (6.2) eines nachgeschalteten UND-Gliedes (6) geführt ist, wobei das PWM-Signal vom Mikroprozessor (1) auf den Eingang (5.1) des Gatters (5) sowie auf den anderen Eingang (6.1) des UND-Gliedes geführt ist.