DE112012003374B4

DE112012003374B4 - Treiberanordnung und Verfahren zum Treiben mindestens einer Leuchtdiode

Info

Publication number: DE112012003374B4
Application number: DE112012003374.4T
Authority: DE
Inventors: Karl Georg Waser
Original assignee: Ams AG
Current assignee: Ams Osram AG
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2032-08-15
Also published as: WO2013024098A1; US9185764B2; DE102011110720A1; US20140252960A1; DE112012003374A5

Abstract

Treiberanordnung, umfassend- einen Stromregler (12), an den mindestens eine Leuchtdiode (15, 42) anschließbar ist,- einen Spannungswandler (16) und- eine Treiberschaltung (13), die mit dem Stromregler (12) gekoppelt ist, einen Messeingang (20) zum Zuführen eines vom Betrieb der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) abhängigen Messsignals (SM) und eine Spannungswandlersteuerung (25) umfasst und ausgelegt ist, die Stromhöhe des Stromreglerstroms (IS) des Stromreglers (12) in Abhängigkeit von dem Messsignal (SM) einzustellen, so dass eine von der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) abgegebene Lichtgröße (SL) einen konstanten Helligkeitswert aufweist,wobei die Treiberschaltung (13) ausgelegt ist, die Stromhöhe des Stromreglerstroms (IS) derart einzustellen, dass die mindestens eine Leuchtdiode (15, 42) ein Blitzlicht mit dem während der Dauer des Blitzlichts konstanten Helligkeitswert der Lichtgröße (SL) abgibt, wobei die Spannungswandlersteuerung (25) ausgangsseitig am Spannungswandler (16) angeschlossen ist, undwobei der Spannungswandler (16) eine Versorgungsspannung (VOUT) bereitstellt, mit welcher der Stromregler (12) und die mindestens eine Leuchtdiode (15, 42) versorgt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treiberanordnung und ein Verfahren zum Treiben mindestens einer Leuchtdiode.
Eine Leuchtdiode, abgekürzt LED, stellt eine Lichtgröße wie etwa einen Lichtstrom oder eine Beleuchtungsstärke bereit. Die Lichtgröße hängt von der Temperatur der Leuchtdiode ab. Dabei sinkt die Lichtgröße mit zunehmender Temperatur.
Dokument DE 19917239 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung von Korrekturfaktoren zur Kompensation der Temperaturdrift der Strahlstärke einer LED. Dabei wird die Temperaturabhängigkeit der Durchlassspannung der LED zur Messung einer Temperatur der LED eingesetzt.
Dokument US 2010/0194961 A1 befasst sich mit einer Bildaufnahmevorrichtung, die eine Anzeige, eine Rückseitenbeleuchtung und einen Umgebungslichtsensor aufweist.
Dokument DE 102007054253 B3 beschreibt einen adaptiven Algorithmus für die Leistungssteuerung einer Kamerablitzlicht-Leuchtdiode. Eine elektronische Vorrichtung umfasst einen Spannungswandler, der über eine Leuchtdiode und einen Transistor mit einem Bezugspotentialanschluss verbunden ist. Eine Spannung wird an einem Knoten zwischen der Leuchtdiode und dem Transistor abgegriffen. Ein Steuersignal zeigt durch einen Übergang von niedrig auf hoch an, dass durch die Leuchtdiode ein Blitzlicht zu erzeugen ist. Ein Strom durch die Leuchtdiode wird mit einer vorbestimmten Anstiegsrate und einer festen Schrittgröße erhöht. Während der Strom linear erhöht wird, fällt ein Spannungspegel an einer Batterie ab. Wenn der Spannungspegel den minimal zulässigen Spannungspegel erreicht, wird eine Steuerstufe der elektronischen Vorrichtung so angesteuert, dass das Herauffahren des Stroms beendet wird. Der Ist-Blitzlichtstrom wird somit bei einem Wert eingefroren.
Dokument DE 102005030123 A1 befasst sich mit einer Stromversorgungsanordnung. Ein Spannungswandler ist über eine Leuchtdiode und einen Widerstand mit einem Bezugspotentialanschluss verbunden. Eine Steuereinheit ist eingangsseitig mit Anschlüssen des Widerstands und ausgangsseitig mit Steueranschlüssen von Transistoren des Spannungswandlers verbunden. Ein kontrolliertes Entladen eines Kondensators soll mit einem geregelten Strom erfolgen. Der Laststromregler ist so ausgelegt, dass die elektrische Last mit konstantem Entladestrom betrieben wird.
Dokument US 2011/0012516 A1 erläutert eine Steuerung einer Ausgangsspannung, die an eine Blitzeinheit abgegeben wird. Ein Bauteil umfasst einen optischen Sensor, der über einen Operationsverstärker und einen Summenverstärker mit einem Eingang einer Steuereinheit verbunden ist. Ausgangsseitig ist die Steuereinheit über einen DC/DC-Wandler mit einer Blitzeinheit verbunden. Der Operationsverstärker empfängt ein Lichtintensitätssignal, das vom optischen Sensor erzeugt wird. Der Summenverstärker addiert ein Signal, das vom Operationsverstärker bereitgestellt wird, und ein Referenzsignal und gibt ein Fehlersignal an die Steuereinheit ab.
Dokument US 2002/0025157 A1 illustriert einen elektronischen Blitz, eine elektronische Kamera und einen lichtemittierenden Aufsatz. Ein Aufwärtswandler ist ausgangsseitig an Versorgungsanschlüsse dreier Operationsverstärker angeschlossen. Ein Ausgang jeweils eines Operationsverstärkers ist über eine Leuchtdiode und einen Widerstand mit einem Bezugspotentialanschluss verbunden. Eine Systemsteuerung ist an einen Eingang der drei Operationsverstärker angeschlossen. Drei Farbtemperatursensoren sind ausgangsseitig mit der Systemsteuerung verbunden und dienen der Bestimmung der Farbtemperatur des von der Blitzquelle erzeugten Lichts. Eine Lichteinstellschaltung bestimmt eine Lichtmenge mit einem lichtempfangenden Sensor. Wenn die Lichtmenge einen Referenzwert erreicht, dann gibt die Lichteinstellschaltung ein Stoppsignal an die Systemsteuerung, die ein Signal zum Stoppen der Lichtemission der Leuchtdioden an die Operationsverstärker abgibt. Diese wiederum schalten den elektrischen Strom durch die Leuchtdioden ab, um die Lichtemission der Leuchtdioden zu stoppen. Die Lichtemissionszeiten der Leuchtdioden werden gesteuert, um ein gewünschtes Verhältnis zwischen den Lichtmengen der Leuchtdioden zu erhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treiberanordnung und ein Verfahren zum Treiben mindestens einer Leuchtdiode bereitzustellen, mit der eine Lichtgröße der mindestens einen Leuchtdiode genau einstellbar ist.
Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und dem Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine Treiberanordnung umfasst einen Stromregler und eine Treiberschaltung. An den Stromregler ist mindestens eine Leuchtdiode anschließbar. Die Treiberschaltung ist mit dem Stromregler gekoppelt. Die Treiberschaltung umfasst einen Messeingang zum Zuführen eines vom Betrieb der mindestens einen Leuchtdiode abhängigen Messsignals. Weiter ist die Treiberschaltung ausgelegt, in Abhängigkeit vom Messsignal die Stromhöhe des Stromreglerstroms des Stromreglers derart einzustellen, dass eine von der mindestens einen Leuchtdiode abgegebene Lichtgröße einen konstanten Helligkeitswert aufweist.
Vorteilhafterweise wird mindestens eine LED mittels eines Stromreglers betrieben. Aufgrund der Strom-/Spannungskennlinie von LEDs kann mittels eines Betriebs mit dem Stromregler die von einer LED verbrauchte Leistung genauer verglichen mit einem Betrieb mittels einer Spannungsquelle eingestellt werden. Mit Vorteil hängt das Messsignal vom Betrieb der mindestens einen LED ab. Vorteilhafterweise kann aus dem Messsignal eine Information über die mindestens eine LED wie beispielsweise den Wirkungsgrad ermittelt werden. Mit Vorteil kann mittels der Stromhöhe des Stromreglerstroms die von der LED abgegebene Lichtgröße genau eingestellt werden.
In einer Ausführungsform wird als die von der mindestens einen LED abgegebene Lichtgröße der von der mindestens einen LED erzeugte Lichtstrom oder Lichtfluss, Einheit lm, bezeichnet. Alternativ kann die von der mindestens einen LED abgegebene Lichtgröße als Lichtmenge, Einheit lms, spezifische Lichtausstrahlung, Einheit lmm-2, Lichtstärke, Einheit cd, Leuchtdichte, Einheit cdm-2, Beleuchtungsstärke, Einheit lx, Belichtung, Einheit lmsm-2, Strahlungsenergie, Einheit Ws, Strahlungsleistung oder -fluss, Einheit W, spezifische Ausstrahlung, Einheit Wm-2, Strahlstärke, Einheit Wsr-1, Strahldichte, Einheit W/(m2sr), Bestrahlungsstärke, Einheit Wm-2, oder Bestrahlung, Einheit Wsm-2, angegeben sein.
In einer Ausführungsform ist der konstante Helligkeitswert der Lichtgröße ein vorgegebener Helligkeitswert.
In einer alternativen Ausführungsform ist der konstante Helligkeitswert der Lichtgröße derjenige Helligkeitswert, der unmittelbar nach Einschalten der mindestens einen LED von der mindestens einen LED abgegeben wird. Für die Dauer der Beleuchtung wird somit vorteilhafterweise der Helligkeitswert der Lichtgröße auf den anfänglichen Helligkeitswert eingestellt. Bei sich ändernder Umgebungstemperatur oder aufgrund von Alterungseffekten können die Anfangswerte der Lichtgröße und damit die konstanten Helligkeitswerte in zwei Betriebsphasen, zwischen denen die mindestens eine LED ausgeschaltet ist, unterschiedlich sein.
Die Treiberschaltung ist dazu ausgelegt, dass die mindestens eine LED ein Blitzlicht bereitstellt. Die Treiberschaltung ist ausgelegt, den Stromregler derart anzusteuern, dass die mindestens eine LED ein Blitzlicht mit einem konstanten Helligkeitswert abgibt. Der Helligkeitswert ist während der Dauer des Blitzlichts konstant. Die Treiberschaltung ist ausgelegt, die Stromhöhe des Stromreglerstroms derart einzustellen, dass die mindestens eine Leuchtdiode das Blitzlicht mit dem während der Dauer des Blitzlichts konstanten Helligkeitswert der Lichtgröße abgibt.
In einer Ausführungsform kann zur Abgabe eines Blitzlichts die LED mit einem hohen Wert des Stromreglerstroms betrieben werden. Ein hoher Wert des Stromreglerstroms führt zu einer hohen elektrischen Leistung, die in der mindestens einen LED umgesetzt wird, und somit zu einem Temperaturanstieg. Aufgrund des Temperaturanstiegs würde jedoch der Helligkeitswert sinken, sofern nicht die Treiberschaltung der Abnahme des Helligkeitswerts entgegensteuern würde. Die Treiberanordnung kompensiert die Abnahme der Lichtgröße, die aufgrund der Selbstaufheizung von der LED abgegeben würde. Mit Vorteil wird mittels der Treiberanordnung erreicht, dass die Lichtgröße einen konstanten Wert während der Dauer der Beleuchtung, insbesondere während eines Blitzes, annimmt. Daher werden Pixel einer Kamera, die sequentiell gescannt werden, bei einem identischen Helligkeitswert ausgelesen. Die zeitlich konstante Ausleuchtung erhöht die Qualität der Bildaufnahme.
In einer Ausführungsform ist der Messeingang mit der mindestens einen LED gekoppelt. Das Messsignal entspricht der über der mindestens einen LED abfallenden Spannung. Umfasst die mindestens eine LED zwei oder mehr LEDs, so sind die zwei oder mehr LEDs in Serie geschaltet. Das Messsignal kann eine Leuchtdiodenspannung sein, die über die Serienschaltung der LEDs abfällt. Die über der mindestens einen LED abfallende Leuchtdiodenspannung hängt von der Temperatur der LED beziehungsweise der LEDs ab. Bei bekanntem Stromwert kann aus der Höhe der über der mindestens einen LED abfallenden Spannung, das heißt aus dem Messsignal, die Temperatur der mindestens einen LED ermittelt werden. Dabei ist die über einer LED abfallende Spannung proportional zum Wert der absoluten Temperatur, den die LED beziehungsweise die LEDs aufweisen. Somit kann mit sehr geringem Aufwand die Temperatur der LED festgestellt werden.
In einer Ausführungsform ist die Treiberschaltung ausgelegt, aus dem Messsignal, das die Temperatur der mindestens einen LED repräsentiert, den Wirkungsgrad der mindestens einen LED zu ermitteln und anhand des Wirkungsgrad der mindestens einen LED die Stromhöhe des Stromreglerstroms derart einzustellen, dass die Lichtgröße den konstanten Helligkeitswert zeigt.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Treiberanordnung einen Temperatursensor. Der Temperatursensor ist mit dem Messeingang der Treiberschaltung gekoppelt. Der Temperatursensor gibt das Messsignal ab. Mit Vorteil kann mit dem Messsignal die Ausbeute der mindestens einen LED bestimmt und aus der Ausbeute wiederum die Stromhöhe des Stromreglerstroms ermittelt werden, um den konstanten Helligkeitswert der Lichtgröße zu erzielen. Der Temperatursensor kann in räumlicher Nähe zur mindestens einen LED angeordnet sein. Der Temperatursensor kann ein silicon-spreading resistance Sensor, ein Halbleiter-Dioden Sensor, ein Dünnfilm-Metall Temperatursensor, ein NTC- oder ein PTC-Thermistor sein. Mit Vorteil ist die thermische Kopplung zwischen der mindestens einen LED und dem Temperatursensor so gut, dass das Messsignal der am Ort der mindestens einen LED anfallenden Temperatur entspricht und eine Verzögerung zwischen der am Ort der mindestens einen LED anfallenden Temperatur und dem Messsignal gering ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Treiberanordnung einen Lichtsensor. Der Lichtsensor ist mit dem Messeingang gekoppelt. Der Lichtsensor gibt das Messsignal ab. Der Lichtsensor kann ein Umgebungslichtsensor sein, englisch Ambient Light Sensor, abgekürzt ALS sein. Der Lichtsensor kann eine Fotodiode sein. Der Lichtsensor kann im Strahlengang der mindestens einen LED angeordnet sein. Mit Vorteil kann mittels des Lichtsensors der Helligkeitswert der Lichtgröße direkt bestimmt werden. Mittels des Messsignals kann somit sehr einfach die Stromhöhe des Stromreglerstroms bestimmt werden. Die Berechnung der Stromhöhe mittels des Messsignals ist damit unabhängig von der Ausbeute der mindestens einen LED. Daher lässt sich eine derartige Treiberschaltung mit geringem Aufwand realisieren.
In einer Ausführungsform umfasst die Treiberschaltung eine Lichtregelschaltung und eine Stromreglersteuerung. Die Lichtregelschaltung ist eingangsseitig mit dem Messeingang gekoppelt. Die Stromreglersteuerung ist eingangsseitig mit der Lichtregelschaltung und ausgangsseitig mit dem Stromregler gekoppelt. Der Lichtregelschaltung wird das Messsignal zugeleitet. Die Lichtregelschaltung stellt ein Steuersignal in Abhängigkeit vom Messsignal bereit. Das Steuersignal kann beispielsweise von der Differenz zwischen dem Istwert der Lichtgröße und dem konstanten Helligkeitswert abhängen. Die Stromreglersteuerung stellt in Abhängigkeit vom Steuersignal die Stromhöhe des Stromreglers ein.
In einer Weiterbildung ist die Lichtregelschaltung ausgelegt ist, ein Temperatursignal in Abhängigkeit vom Messsignal zu ermitteln, einen Korrekturfaktor in Abhängigkeit vom Temperatursignal zu berechnen und die Lichtgröße in Abhängigkeit vom Korrekturfaktor und vom Stromreglerstrom zu berechnen. Somit kann mittels der temperaturabhängigen Leuchtdiodenspannung oder eines von einem Temperatursensor abgegebenen Messsignals die Temperatur der Leuchtdiode und daraus unter Verwendung der Information über die Stromhöhe des Stromreglerstroms der Istwert der Lichtgröße ermittelt werden. Dabei steigt die Lichtgröße mit steigender Stromhöhe des Stromreglerstroms und mit fallender Temperatur.
In einer Ausführungsform ist die Lichtregelschaltung ausgelegt, einen Anfangswert der Lichtgröße zu speichern. Das von der Lichtregelschaltung abgegebene Steuersignal hängt damit von der Differenz zwischen dem Istwert der Lichtgröße und dem Anfangswert der Lichtgröße ab.
In einer alternativen Ausführungsform ist in der Lichtregelschaltung der konstante Helligkeitswert als Vorgabewert fest eingestellt. Wiederum alternativ wird der Lichtregelschaltung der konstante Helligkeitswert als Vorgabewert zugeleitet. Die Lichtregelschaltung kann dazu ausgelegt sein, das Steuersignal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Istwert der Lichtgröße und dem konstanten Vorgabewert der Lichtgröße bereitzustellen.
In einer Weiterbildung umfasst die Treiberschaltung einen Analog-Digital-Wandler, der den Messeingang mit der Lichtregelschaltung koppelt. Der Analog-Digital-Wandler digitalisiert das Messsignal. Die Lichtregelschaltung ist als Digitalschaltung realisiert. Mit Vorteil kann das Messsignal besonders genau erfasst werden.
Die Treiberschaltung umfasst eine Spannungswandlersteuerung. Weiter kann die Treiberschaltung eine Logikschaltung umfassen, die ausgangsseitig mit der Spannungswandlersteuerung gekoppelt ist. Darüber hinaus kann die Logikschaltung mit der Stromreglersteuerung gekoppelt sein. Weiter kann die Logikschaltung mit der Lichtregelschaltung gekoppelt sein.
In einer Ausführungsform ist die Treiberschaltung ausgelegt, die Stromhöhe des Stromreglerstroms derart einzustellen, dass die Temperatur der mindestens einen Leuchtdiode maximal einen vorgegebenen Wert erreicht. Erreicht die Temperatur der mindestens einen LED den vorgegebenen Wert, so wird der Stromreglerstrom auch dann nicht erhöht, wenn der Istwert der Lichtgröße kleiner als der konstante Helligkeitswert ist. Aus Sicherheitsgründen hat die Einhaltung einer Temperaturgrenze für die mindestens eine LED Vorrang vor die Konstanz der Lichtgröße. Zur Temperaturmessung wird das Messsignal, das vom Temperatursensor bereitgestellt wird oder als Leuchtdiodenspannung über der mindestens einen LED abfällt, verwendet.
Die Treiberanordnung umfasst einen Spannungswandler. Die Spannungswandlersteuerung ist ausgangsseitig am Spannungswandler angeschlossen. Der Spannungswandler stellt eine Versorgungsspannung bereit. Mit der Versorgungsspannung werden der Stromregler und die mindestens eine LED versorgt. In einer Ausführungsform fällt die Versorgungsspannung über einer Serienschaltung, umfassend den Stromregler und die mindestens eine LED, ab.
In einer Ausführungsform ist der Stromregler als Stromquelle ausgebildet. Die Stromquelle ist dabei an den Spannungswandler und die mindestens eine LED an einen Bezugspotentialanschluss angeschlossen.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Stromregler als Stromsenke ausgebildet. Die Stromsenke ist dabei an den Bezugspotentialanschluss und die mindestens eine LED an den Spannungswandler angeschlossen.
In einer Ausführungsform umfasst ein Halbleiterkörper die Treiberanordnung. Die Treiberanordnung ist auf einer ersten Hauptfläche des Halbleiterkörpers realisiert. Die Treiberanordnung ist auf genau einem Halbleiterkörper angeordnet.
In einer Ausführungsform umfasst eine Beleuchtungsanordnung die Treiberanordnung sowie die mindestens eine LED. Die Beleuchtungsanordnung kann in einer Kamera, einem Gerät der Mobilfunkkommunikation oder einer Taschenlampe integriert sein. Die Beleuchtungsanordnung kann als Blitzlichtbeleuchtungsanordnung für die Kamera verwendet sein. Die Kamera kann als Kamera für eine Bildaufnahme oder als eine Videokamera ausgelegt sein. Mit Vorteil wird mittels der Beleuchtungsanordnung erreicht, dass die Lichtgröße den konstanten Helligkeitswert während der Dauer der Beleuchtung, insbesondere während eines Blitzes, annimmt. Mittels der konstanten Lichtgröße wird vorteilhafterweise eine vorhersagbare und hohe Bildqualität erreicht.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Treiben mindestens einer LED ein Abgeben von Licht durch die mindestens eine LED. An die mindestens eine LED ist ein Stromregler angeschlossen. Ein Messsignal, das vom Betrieb der mindestens einen LED abhängt, wird erzeugt. Eine Stromhöhe des Stromreglerstroms des Stromreglers wird in Abhängigkeit von dem Messsignal derart gesteuert, dass eine von der mindestens einen LED abgegebene Lichtgröße einen konstanten Helligkeitswert aufweist.
Mit Vorteil kann die von einer LED verbrauchte Energie mittels eines Stromreglers genau eingestellt werden. Vorteilhafterweise wird die Stromhöhe des Stromreglerstroms in Abhängigkeit von dem Messsignal und dem konstanten Helligkeitswert der Lichtgröße eingestellt.
Das Messsignal kann einer gemessenen Temperatur der mindestens einen LED entsprechen. Dabei kann das Messsignal der Temperatur einer der mehreren LEDs oder einem Wert, der von den verschiedenen Werten der jeweiligen Temperaturen der mehreren LEDs abhängt, entsprechen.
Alternativ kann das Messsignal einem gemessenen Istwert der Lichtgröße entsprechen.
In einer Ausführungsform gibt die mindestens eine LED das Licht in Form eines Blitzes ab. Während der Dauer des Blitzes wird die Lichtgröße auf den konstanten Helligkeitswert eingestellt.
In einer Ausführungsform führt ein Computerprogrammprodukt das Verfahren zum Treiben der mindestens einen LED durch.
Die Erfindung wird im Folgenden an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Komponenten oder Funktionseinheiten tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Komponenten oder Funktionseinheiten in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt. Es zeigen:

1A bis 1C beispielhafte Ausführungsformen einer Beleuchtungsanordnung mit einer Treiberanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
2A bis 2C beispielhafte Ausführungsformen einer Charakteristik einer LED und von Signalverläufen einer Beleuchtungsanordnung,
3 eine beispielhafte Ausführungsform eines Stromreglers einer Treiberanordnung sowie
4A und 4B beispielhafte Ausführungsformen eines Verfahrens zum Treiben mindestens einer LED nach dem vorgeschlagenen Prinzip.

1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung 10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Beleuchtungsanordnung 10 umfasst eine Treiberanordnung 11. Die Treiberanordnung 11 weist einen Stromregler 12 und eine Treiberschaltung 13 auf. Die Treiberschaltung 13 ist an einem Treiberausgang 14 mit einem Steuereingang des Stromreglers 12 gekoppelt. Weiter weist die Beleuchtungsanordnung 10 eine LED 15 auf, die seriell zum Stromregler 12 angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst die Treiberanordnung 11 einen Spannungswandler 16. Eine Serienschaltung, umfassend den Stromregler 12 und die LED 15, ist zwischen einem Spannungswandlerausgang 17 des Spannungswandlers 16 und einem Bezugspotenzialanschluss 18 angeordnet. Dabei ist der Stromregler 12 an den Spannungswandlerausgang 17 sowie die LED 15 an den Bezugspotenzialanschluss 18 angeschlossen. Der Stromregler 12 ist als Stromeinstellungsschaltung implementiert. Der Stromregler 15 ist als Stromquelle ausgebildet. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung 10 einen Sensor 19, der an einen Messeingang 20 der Treiberschaltung 13 angeschlossen ist. Eine Versorgungsspannungsquelle 21 ist an einen Eingang des Spannungswandlers 16 angeschlossen. Weiter ist der Eingang des Spannungswandlers 16 über einen Eingangskondensator 22 mit dem Bezugspotenzialanschluss 18 verbunden.
Die Treiberschaltung 13 weist eine Lichtregelschaltung 23 auf, die eingangsseitig an den Messeingang 20 angeschlossen ist. Eine Stromreglersteuerung 24 der Treiberschaltung 13 ist an einem Eingang an die Lichtregelschaltung 23 angeschlossen. An einem Ausgang ist die Stromreglersteuerung 24 über den Treiberausgang 14 mit dem Steuereingang des Stromreglers 12 gekoppelt. Weiter umfasst die Treiberschaltung 13 eine Spannungswandlersteuerung 25, die ausgangsseitig an den Spannungswandler 16 angeschlossen ist. Ferner umfasst die Treiberschaltung 13 eine Logikschaltung 26, die ausgangsseitig an die Spannungswandlersteuerung 25 angeschlossen ist. Weiter ist die Logikschaltung 26 mit der Stromreglersteuerung 24 gekoppelt. Darüber hinaus ist die Logikschaltung 26 mit der Lichtregelschaltung 23 verbunden.
Der Spannungswandler 16 ist als Aufwärtswandler realisiert. Der Spannungswandler 16 weist einen ersten und einen zweiten Schalter 27, 28 sowie eine Induktivität 29 auf. Der Eingang des Spannungswandlers 16 ist über die Induktivität 29 und den ersten Schalter 27 mit dem Bezugspotenzialanschluss 18 verbunden. Ein Knoten zwischen der Induktivität 29 und dem ersten Schalter 27 ist über den zweiten Schalter 28 mit dem Spannungswandlerausgang 17 gekoppelt. Der erste und der zweite Schalter 27, 28 sind als Feldeffekttransistoren realisiert. Dabei ist der erste Schalter 27 als n-Kanal-Feldeffekttransistor und der zweite Schalter 28 als p-Kanal-Feldeffekttransistor implementiert.
Darüber hinaus umfasst die Treiberschaltung 13 einen ersten und einen zweiten Anschluss 30, 31. Der erste und der zweite Anschluss 30, 31 sind mit der Logikschaltung 26 verbunden. Der erste und der zweite Anschluss 30, 31 sind als I2C-Anschlüsse realisiert. Die Logikschaltung 26 ist als I2C-Slave-Baustein implementiert. I2C ist die Abkürzung für Inter-Integrated Circuit. Ein Glättungskondensator 32 koppelt den Spannungswandlerausgang 17 mit dem Bezugspotentialanschluss 18.
Die Spannungsquelle 21 gibt eine Eingangsspannung VBAT ab, die dem Eingang des Spannungswandlers 16 zugeleitet wird. Der Spannungswandler 16 wandelt die Eingangsspannung VBAT in eine Versorgungsspannung VOUT um, die am Spannungswandlerausgang 17 abgreifbar ist. Die Versorgungsspannung VOUT fällt somit über der Serienschaltung, umfassend den Stromregler 12 und die LED 15, ab. Der Sensor 19 erzeugt ein Messsignal SM, das dem Messeingang 20 zugeleitet wird. Die Lichtregelschaltung 23 generiert in Abhängigkeit vom Messsignal SM ein Steuersignal ST, das der Stromreglersteuerung 24 zugeführt wird. In Abhängigkeit vom Steuersignal ST stellt die Stromreglersteuerung 24 ein Stromreglersignal SQ bereit, das dem Steuereingang des Stromreglers 12 zugeleitet wird. Der Stromregler 12 gibt in Abhängigkeit vom Stromreglersignal SQ einen Stromreglerstrom IS ab. Der Stromreglerstrom IS fließt vom Spannungswandlerausgang 17 durch den Stromregler 12 und die LED 15 zum Bezugspotenzialanschluss 18. Über dem Stromregler 12 fällt eine Stromreglerspannung VS ab. Eine Leuchtdiodenspannung VLED fällt über der LED 15 ab.
Am ersten und am zweiten Anschluss 30, 31 sind ein erstes und ein zweites Anschlusssignal SDA, SCL abgreifbar, die als I2C-Bussignale realisiert sind. Das erste und das zweite Anschlusssignal SDA, SCL werden der Logikschaltung 26 zugeleitet. Mittels des ersten und des zweiten Anschlusssignals SDA, SCL werden der Logikschaltung 26 eine Information über den Zeitpunkt und die Dauer eines Blitzlichts zugeführt. Entsprechend diesen Informationen triggert die Logikschaltung 26 die Spannungswandlersteuerung 25. Aufgrund der Triggerung wird der Spannungswandler 16 in einen aktiven Betriebszustand versetzt und generiert somit die Versorgungsspannung VOUT. Dazu wird durch Schließen des ersten Schalters 27 eine von der Spannungsquelle 21 bereitgestellte Energie in der Induktivität 29 gespeichert. Nach Öffnen des ersten Schalters 27 und Schließen des zweiten Schalters 28 wird die in der Induktivität 29 gespeicherte Energie am Spannungswandlerausgang 17 abgegeben und im Glättungskondensator 32 gespeichert.
Nach dem Anschalten des Stromreglers 12 mittels des Stromreglersignals SQ wird der Stromreglerstrom IS der LED 15 zugeleitet. Der Sensor 19 ist als Lichtsensor realisiert. Das von der LED 15 abgegebene Licht wird mittels des Sensors 19 registriert. Der Sensor 19 kann derart angeordnet sein, dass er sich im Strahlengang der mindestens einen LED 15 befindet. Alternativ ist der Sensor 19 derart angeordnet, dass er das vom Objekt, das die LED 15 beleuchtet, zurückgeworfene Licht detektiert. Das Messsignal SM hängt von einer Lichtgröße SL, welche die LED 15 erzeugt, ab.
Das Einschalten des Stromreglerstroms IS führt zu einem Anstieg der Temperatur in der LED 15. Dadurch sinkt der Wirkungsgrad der LED 15. Die Abnahme der Lichtgröße SL wird vom Sensor 19 detektiert. Das Steuersignal ST wird von der Lichtregelschaltung 23 entsprechend dem Unterschied von einem Istwert der Lichtgröße SL, welche vom Messsignal SM repräsentiert wird, und einem konstanten Helligkeitswert der Lichtgröße SL erzeugt. Entsprechend dem Steuersignal ST wird das Stromreglersignal SQ derart eingestellt, dass die Stromhöhe des Stromreglerstroms IS erhöht wird. Mit der Erhöhung des Stromreglerstrom IS wird die Erhöhung der Temperatur der LED 15 und die von der Temperaturerhöhung hervorgerufene Verringerung des Wirkungsgrads der LED 15 kompensiert. Ist der Istwert der Lichtgröße SL kleiner als der konstante Helligkeitswert, so wird die Stromhöhe des Stromreglerstroms IS erhöht. Ist der Istwert der Lichtgröße SL größer als der konstante Helligkeitswert, so wird die Stromhöhe des Stromreglerstroms IS verringert.
Eine Regelschleife umfasst somit den Sensor 19, die Lichtregelschaltung 23, die Stromreglersteuerung 24, den Stromregler 12 und die LED 15. Die Regelschleife wird ausschließlich analog durchgeführt. Dazu weisen die Lichtregelschaltung 23 und die Stromreglersteuerung 24 ausschließlich analoge Bausteine auf. Mit Vorteil gibt die LED 15 die Lichtgröße SL mit dem konstanten Helligkeitswert ab.
Alternativ können die Lichtregelschaltung 23 und/oder die Stromreglersteuerung 24 in Digitaltechnik realisiert sein. Beispielsweise kann die Lichtregelschaltung 23 einen Prozessor aufweisen. Eine auf dem Prozessor ablaufende Software generiert aus dem Messsignal SM das Steuersignal ST. Ein Analog-Digital-Wandler kann den Messeingang 20 mit der Lichtregelschaltung 23 verbinden.
Der Sensor 19 kann zur Umgebungslichtbestimmung ausgelegt sein. Aus der vom Sensor 19 vor einem Blitz der LED 15 ermittelten Messsignal SM wird ein Umgebungslichtwert der Lichtgröße SL ermittelt. Der Umgebungslichtwert der Lichtgröße SL entspricht somit einer Helligkeit der Umgebung ohne Blitz der LED 15. Der Umgebungslichtwert der Lichtgröße SL wird in einem Register gespeichert. Mindestens ein Blitzlichtparameter wird in Abhängigkeit vom Umgebungslichtwert der Lichtgröße SL eingestellt. Somit kann mit dieser im Register gespeicherten Information mit Vorteil ein Applikationsprozess, Kameraprozessor oder Baseband eine Berechnung und Einstellung der Blitzlichtparameter vornehmen und optimieren. Die Blitzlichtparameter können der konstante Helligkeitswert der Lichtgröße SL, die Dauer des Blitzlichts, die Einstellung der Blende und die Dauer der Belichtung sein. Der konstante Helligkeitswert der Lichtgröße SL kann auch als Belichtungsstärke bezeichnet werden und dient zur Einstellung der Stromhöhe der LED 15. Die Dauer des Blitzlichts kann auch als Flashdauer bezeichnet werden. Der Sensor 19 kann neben seiner Hauptanwendung, nämlich zur Licht-Istwertbestimmung während eines Blitzlichtes zur Regelung eines vorgegebenen, konstanten Helligkeitswerts der LED 15, auch zur Umgebungslichtbestimmung herangezogen werden. Somit können die Blitzlichtparameter wie zum Beispiel die Belichtungszeit oder die Blende optimiert und den Umgebungsbedingungen angepasst werden. Bei guten bis sehr guten Umgebungslichtbedingungen muss dann nicht mit der maximal einstellbaren Stromhöhe geblitzt werden. Weiter kann die Beleuchtungsanordnung 10 automatisch entscheiden, ob eine Blitzunterstützung bei einer Aufnahme erforderlich ist.
In einer nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform ist der Stromregler 12 an den Bezugspotenzialanschluss 18 und die LED 15 an den Spannungswandlerausgang 17 angeschlossen. Der Stromregler 12 ist somit als Stromsenke ausgebildet.
In einer nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform ist der Sensor 19 als Temperatursensor realisiert. Der Temperatursensor gibt das Messsignal SM ab. Der Temperatursensor ist nahe der LED 15 angeordnet. Der Temperatursensor 19 misst die Temperatur der LED 15. Das Messsignal SM entspricht somit der Temperatur der LED 15.
In einer nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform ist der Spannungswandler 16 als Abwärtswandler oder Aufwärts-Abwärtswandler realisiert.
1B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung 10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in 1A gezeigten Beleuchtungsanordnung ist. Die Beleuchtungsanordnung 10 gemäß 1B umfasst keinen Sensor 19. Ein Spannungsabgriffsknoten 40 ist zwischen dem Stromregler 12 und der Leuchtdiode 15 angeordnet. Der Spannungsabgriffsknoten 40 ist mit dem Messeingang 20 verbunden. Der Messeingang 20 ist somit an einen Anschluss der LED 15 angeschlossen. Die Treiberschaltung 13 umfasst einen Analog-Digital-Wandler 41, der den Messeingang 20 mit der Lichtregelschaltung 23 verbindet. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung 10 eine weitere LED 42, die seriell zur LED 15 geschaltet ist. Die Logikschaltung 26 ist als Zustandsmaschine, englisch State Machine, implementiert.
Der Stromreglerstrom IS fließt durch die LED 15 und die weitere LED 42. Über eine Serienschaltung, umfassend die LED 15 und die weitere LED 42, fällt die Leuchtdiodenspannung VLED ab. Die Leuchtdiodenspannung VLED wird als Messsignal SM dem Messeingang 20 zugeleitet. Die Leuchtdiodenspannung VLED ist die Summe der Flussspannungen der mindestens einen LED 15, 42.
Der Analog-Digital-Wandler 41 digitalisiert das Messsignal SM und wandelt es in ein digitalisiertes Messsignal SD um. Das digitalisierte Messsignal SD wird der Lichtregelschaltung 23 zugeleitet. Die Lichtregelschaltung 23 ermittelt aus dem Messsignal SM beziehungsweise dem digitalisierten Messsignal SD ein Temperatursignal TS. Das Temperatursignal TS entspricht in etwa der Temperatur der LED 15 und der Temperatur der weiteren LED 42. Da die Flussspannung einer LED nicht nur von der Temperatur der LED, sondern auch vom Strom durch die LED abhängt, kann bei einer genauen Berechnung des Temperatursignals TS auch der Stromreglerstrom IS berücksichtigt werden. Aus dem Temperatursignal TS berechnet die Lichtregelschaltung 23 einen Korrekturfaktor K. Der Korrekturfaktor K gibt den Einfluss der Temperatur T der mindestens einen LED 15, 42 auf die Lichtgröße SL wieder. Die Abhängigkeit eines relativen Lichtstroms einer LED von der Temperatur T ist beispielhaft in 2A gezeigt. Der Wert des relativen Lichtstroms bei einer Temperatur T kann als Wert für den Korrekturfaktor K bei dieser Temperatur T verwendet werden, insbesondere wenn als Lichtgröße SL der Lichtstrom der mindestens einen LED 15, 42 verwendet wird. Mittels des Korrekturfaktors K und des Stromreglerstroms IS lässt sich die Lichtgröße SL berechnen. Aus dem Unterschied der so ermittelten Lichtgröße SL zum konstanten Helligkeitswert der Lichtgröße SL wird von der Lichtregelschaltung 23 das Steuersignal ST ermittelt. Die Stromreglersteuerung 24 stellt entsprechend dem Steuersignal ST das Stromreglersignal SQ bereit. Mit dem Stromreglersignal SQ wird der Stromreglerstrom IS eingestellt.
Die Lichtregelschaltung 23 stellt das Messsignal SM unmittelbar nach Anschalten des Stromreglers 12 fest, also einen Anfangswert SM0 des Messsignals SM. Die Lichtregelschaltung 23 bestimmt aus dem Anfangswert SM0 des Messsignals SM einen Anfangswert TS0 des Temperatursignals TS. Die Lichtregelschaltung 23 ermittelt anhand des Anfangswerts TS0 des Temperatursignals TS einen Anfangswert K0 des Korrekturfaktors K und einen Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL. Bei der Berechnung des Anfangswerts SL0 der Lichtgröße SL kann die Stromhöhe des Stromreglerstroms IS, das heißt ein Anfangswert IS0 des Stromreglerstroms IS, berücksichtigt werden. Der Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL ergibt sich aus dem Anfangswert K0 des Korrekturfaktors K multipliziert mit dem Anfangswert IS0 des Stromreglerstroms IS. Die Stromhöhe des Stromreglerstroms IS hängt vom Steuersignal ST ab. Beispielsweise ist eine Stromhöhe des Stromreglerstroms IS linear von dem Steuersignal ST abhängig. Der Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL kann somit aus dem Anfangswert K0 des Korrekturfaktors K und einem Anfangswert ST0 des Steuersignals ST ermittelt werden.
Anschließend ermittelt die Lichtregelschaltung 23 aus einem Istwert des Messsignals SM einen Istwert des Temperatursignals TS und daraus einen Istwert des Korrekturfaktors K und einen Istwert der Lichtgröße SL. Bei der Berechnung des Istwerts der Lichtgröße SL kann die Stromhöhe des Stromreglerstroms IS, das heißt ein Istwert des Stromreglerstroms IS, berücksichtigt werden. Der Istwert der Lichtgröße SL ergibt sich aus dem Istwert des Korrekturfaktors K multipliziert mit dem Istwert des Stromreglerstroms IS. Aufgrund des funktionalen Zusammenhangs zwischen dem Steuersignal ST und dem Stromreglerstrom IS kann der Istwert der Lichtgröße SL aus dem Istwert des Korrekturfaktors K und einem Istwert des Steuersignals ST bestimmt werden.
Mittels eines Vergleichs des Istwerts der Lichtgröße SL mit dem Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL wird der nächste Wert des Steuersignals ST von der Lichtregelschaltung 23 bestimmt. Während der Dauer eines Blitzes berechnet die Lichtregelschaltung 23 laufend aus dem Istwert des Temperatursignals TS das Steuersignal ST. Somit wird die Stromhöhe des Stromreglerstroms IS derart eingestellt, dass der Anfangswert der Lichtgröße SL zu Beginn des Blitzes beibehalten wird und folglich die Lichtgröße SL den konstanten Helligkeitswert aufweist. Der Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL ist hierbei der konstante Helligkeitswert.
Die Regelschleife umfasst somit den Analog-Digital-Wandler 41, die Lichtregelschaltung 23, die Stromreglersteuerung 24, den Stromregler 12 sowie die mindestens eine LED 15, 42.
In einer alternativen Ausführungsform ist in der Lichtregelschaltung 23 ein Vorgabewert der Lichtgröße SL gespeichert. Alternativ wird der Lichtregelschalter 23 von der Logikschaltung 26 der Vorgabewert der Lichtgröße SL zugeleitet. Entsprechend dem Vorgabewert der Lichtgröße SL und dem Istwert der Lichtgröße SL erzeugt die Lichtregelschaltung 23 das Steuersignal ST. Der Vorgabewert der Lichtgröße SL ist folglich der konstante Helligkeitswert.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform weist die Treiberschaltung 13 einen Digital-Analog-Wandler auf, der die Stromreglersteuerung 24 mit dem Treiberausgang 14 und damit dem Steuereingang des Stromreglers 12 verbindet.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsanordnung 10 zusätzliche LEDs, die seriell zur LED 15 und zur weiteren LED 42 angeordnet sind.
1C zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung 10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in den 1A und 1B gezeigten Beleuchtungsanordnung ist. Zusätzlich umfasst die Logikschaltung 26 ein Register 45. Der Messeingang 20 ist über den Analog-Digital-Wandler 41 mit dem Register 45 gekoppelt. Das Register 45 speichert den konstanten Helligkeitswert der Lichtgröße SL. Das Register 45 kann beispielsweise dazu dienen, mindestens einen der oben angegebenen Werte zu speichern, insbesondere den Anfangswert des digitalisierten Messsignals SD, den Anfangswert ST0 des Steuersignals ST, den Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL, den Istwert des digitalisierten Messsignals SD, den Istwert des Steuersignals ST und den Istwert der Lichtgröße SL zu speichern. Der in 2A angegebene Zusammenhang zwischen dem Korrekturfaktor K und der Temperatur T kann im Register 45 abgespeichert sein. Beispielsweise ist der Zusammenhang als Punktkurve abgespeichert. Alternativ wird der Zusammenhang durch eine Gerade zwischen zwei Stützpunkten angenähert und die Werte der Stützpunkte im Register 45 abgespeichert.
Die Logikschaltung 26 verarbeitet die im Register 45 gespeicherten Informationen. Die Logikschaltung 46 steuert die Stromreglersteuerung 24 an. Die Lichtregelschaltung 23 kann somit entfallen. Die Logikschaltung 26 übernimmt somit auch die Funktionen der Lichtregelschaltung 23. Die Logikschaltung 26 wertet das digitalisierte Messsignal SD aus und stellt das Steuersignal ST der Stromreglersteuerung 24 bereit. Die Logikschaltung 26 kann einen Mikroprozessor aufweisen. Der Mikroprozessor kann als Applikationsprozessor realisiert sein. Das in der Steuerschaltung 26 ablaufende Programm generiert aus dem Messsignal SM beziehungsweise dem digitalisierten Messsignal SD das Steuersignal ST.
Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsanordnung 10 einen Prozessor 46. Der Prozessor 46 kann als Mikroprozessor oder Application Prozessor, abgekürzt APP Prozessor, implementiert sein. Der Prozessor 46 ist über den ersten und den zweiten Anschluss 30, 31 mit der Logikschaltung 26 gekoppelt. Der Prozessor 46 stellt das erste und das zweite Anschlusssignal SDA, SCL bereit. Der Prozessor 46 ist als I2C-Masterbaustein realisiert. Der Prozessor 46 kommuniziert somit mit der Treiberschaltung 13 über einen I2C-Bus. Der Prozessor 46 stellt die Information über den Blitzzeitpunkt und die Dauer des Blitzlichts bereit. Der Prozessor 46 kann als Basisband-Prozessor oder Kameraprozessor verwendet sein.
Die Regelschleife umfasst den Analog-Digital-Wandler 41, die Logikschaltung 26, die Stromreglersteuerung 24, den Stromregler 12 sowie die mindestens eine LED 15, 43.
2A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Charakteristik einer LED. In 2A ist der Korrekturfaktor K in Abhängigkeit von der Temperatur T der LED 15 dargestellt. Der durch die LED 15 fließende Stromreglerstrom IS hat einen vorgegebenen Wert. Mit zunehmender Temperatur T nimmt der Korrekturfaktor K ab. Ist wie oben erläutert die Temperatur der LED 15 bekannt, so kann mit Hilfe der für jede LED oder jeden LED-Typ bestimmbaren Abhängigkeit des Korrekturfaktors K von der Temperatur T die Abnahme der Lichtgröße SL oder der Unterschied der Lichtgröße SL bei einem ersten und einem zweiten Temperaturwert bestimmt werden. Die Lichtgröße SL kann gemäß folgender Gleichung berechnet werden: $SL = α \cdot K \cdot IS,$
wobei K der Wert des Korrekturfaktors, IS der Wert des Stromreglerstroms und α ein Proportionalitätsfaktor ist. Soll ein erster Wert SL1 der Lichtgröße SL bei einer ersten Temperatur T1 gleich einem zweiten Wert SL2 der Lichtgröße SL bei einer zweiten Temperatur T2 sein, so gilt: $SL1 = α \cdot K1 \cdot IS1,$
$SL2 = α \cdot K2 \cdot IS2,$
$SL1 = SL2 \Rightarrow IS2 = \frac{K1 \cdot IS1}{K2},$
wobei K1 der Wert des Korrekturfaktors bei der ersten Temperatur T1, IS1 der Wert des Stromreglerstroms bei der ersten Temperatur T1, K2 der Wert des Korrekturfaktors bei der zweiten Temperatur T2 und IS2 der Wert des Stromreglerstroms bei der zweiten Temperatur T2 ist. Steigt die Temperatur der LED 15 von der ersten Temperatur T1 auf die zweite Temperatur T2, so gilt, um die Lichtgröße SL konstant zu halten: $T1 < T2 \Rightarrow K1 > K2 \Rightarrow IS2 > IS1$
2B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Signalverlaufs während eines Pulses. Dabei ist die Lichtgröße SL in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Zu einem Anfangszeitpunkt t0 = 25 ms wird die LED 15 eingeschaltet. Der Parameter für die verschiedenen Kurven ist der durch die LED 15 fließende Stromreglerstrom IS. In 2B sind Pulse für einen Stromreglerstrom IS von 100 mA, 350 mA, 500 mA, 700 mA und 1000 mA dargestellt. Der Stromreglerstrom IS wird dabei über der Pulsdauer konstant gehalten. Es erfolgt keine Steuerung der Stromhöhe des Stromreglerstroms IS wie in den Anordnungen gemäß den 1A bis 1C gezeigt. Bei einem Stromreglerstrom IS von 700 mA oder 1000 mA ist deutlich die Abnahme der Lichtgröße SL während der Dauer des Pulses feststellbar.
2C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Signalverlaufs während eines Pulses in einer Beleuchtungsanordnung 10 nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Dargestellt ist die Lichtgröße SL in Form eines Lichtstroms. Die Pulsdauer Δt beträgt 400 ms. Eine typische Integrationszeit eines CMOS-Bildsensors einer Kamera beträgt 300 ms. Damit ist mit Vorteil die Pulsdauer Δt länger als die Integrationszeit des CMOS-Bildsensors. Der Lichtstrom entspricht einem Rechteckimpuls. Die Lichtgröße SL hat den konstanten Helligkeitswert 80 lm, welcher der Anfangswert SL0 ist. Vorteilhafterweise kann mit einer Beleuchtungsanordnung 10 gemäß den 1A bis 1C näherungsweise eine derartige Idealform eines Pulses erreicht werden.
3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Stromreglers 12, wie sie in der Treiberanordnung 11 gemäß den 1A bis 1C eingesetzt werden kann. Der Stromregler 12 umfasst einen Transistor 50 und einen Stromsensor 51, die seriell zueinander geschaltet sind. Der Stromsensor 51 ist als Widerstand ausgebildet. Der Stromsensor 51 ist ausgangseitig mit einem ersten Eingang eines Verstärkers 52 des Stromreglers 12 gekoppelt. Ein Differenzverstärker 53 des Stromsensors 12 koppelt die beiden Anschlüsse des Widerstands mit dem ersten Eingang des Verstärkers 52. Ein zweiter Eingang des Verstärkers 52 ist an den Treiberausgang 14 angeschlossen. Ein Ausgang des Verstärkers 52 ist mit einem Steueranschluss des Transistors 50 gekoppelt.
Dem zweiten Eingang des Verstärkers 52 wird das Stromreglersignal SQ zugeleitet. Der Verstärker 52 steuert den Transistor 50 in Abhängigkeit von einem Vergleich des Stromreglersignals SQ mit einem vom Stromsensor 51 über den Differenzverstärker 53 bereitgestellten Signal. Der Stromreglerstrom IS fließt durch den Transistor 50 und den Stromsensor 51. Der Stromreglerstrom IS ist proportional zum Stromreglersignal SQ. Mit Vorteil ist der Stromregler 12 als geregelte Stromregler realisiert. Mit Vorteil ist der Stromreglerstrom IS genau mittels des Stromreglersignals SQ und damit mittels des Steuersignals ST einstellbar.
4A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens zum Treiben der mindestens einen Leuchtdiode 15, 42 nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Das Verfahren kann in der Beleuchtungsanordnung 10 gemäß 1B oder 1C sowie gemäß 1A bei Realisierung des Sensors 19 als Temperatursensor implementiert werden. Das Verfahren kann in einem Computerprogrammprodukt realisiert sein. Gemäß 4A wird der Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL beziehungsweise eine Kenngröße für den Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL ermittelt und anschließend der Wert der Lichtgröße SL beziehungsweise der Kenngröße konstant gehalten.
Dabei wird mittels der Stromreglersteuerung 24 und des Stromreglers 12 der Anfangswert IS0 für den Stromreglerstrom IS eingestellt. Anschließend wird der Anfangswert SM0 des Messsignals SM erfasst und daraus der Anfangswert TS0 des Temperatursignals TS, der Anfangswert K0 des Korrekturfaktors K sowie der Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL ermittelt. Dabei ist der Anfangswert TS0 des Temperatursignals TS eine Funktion des Anfangswerts SM0 des Messsignals SM und des Anfangswerts ISO des Stromreglerstroms IS. Weiter ist der Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL eine Funktion des Anfangswerts K0 des Korrekturfaktors K und des Anfangswerts ISO des Stromreglerstroms IS. Der Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL ist proportional zum Produkt des Anfangswerts K0 des Korrekturfaktors K und des Anfangswerts ISO des Stromreglerstroms IS mit einem Proportionalitätsfaktor α: $TS0 = f (SM0,IS0);$
$SL0 = f (K0,IS0) = α \cdot K0 \cdot IS0$
In einer Schleife wird ein Istwert des Messsignals SM erfasst und daraus ein Istwert des Temperatursignals TS berechnet.
Dabei ist der Istwert des Temperatursignals TS eine Funktion des Istwerts des Messsignals SM und des Istwerts des Stromreglerstroms IS. Weiter wird ein Istwert des Korrektursignals K und ein Istwert der Lichtgröße SL aus dem Istwert des Temperatursignals TS ermittelt. Hierbei ist der Istwert der Lichtgröße SL eine Funktion des Istwerts des Korrekturfaktors K und des Istwerts des Stromreglerstroms IS. Der Istwert der Lichtgröße SL ist proportional zum Produkt des Istwerts des Korrekturfaktors K und des Istwerts des Stromreglerstroms IS mit dem Proportionalitätsfaktor α: $TS = f (SM,IS);$
$SL = f (K,IS) = α \cdot K \cdot IS$
Ein neuer Istwert des Stromreglerstroms IS wird als Funktion des Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL und des Istwerts der Lichtgröße SL bereitgestellt. Ist der Istwert der Lichtgröße SL kleiner als der Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL, so werden das Steuersignal ST und das Stromreglersignal SQ derart eingestellt, dass der Istwert des Stromreglerstroms IS um einen Schritt ΔIS erhöht wird. Ist der Istwert der Lichtgröße SL größer als der Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL, so werden das Steuersignal ST und das Stromreglersignal SQ derart eingestellt, dass der Istwert des Stromreglerstroms IS um einen Schritt ΔIS verringert wird. Ist das Ende der Pulsdauer noch nicht erreicht, so wird die Schleife weiter durchlaufen. Ist jedoch das Ende der Pulsdauer erreicht, so wird der Wert des Stromreglerstroms IS auf null eingestellt. Dadurch wird der von der mindestens einen LED 15 abgegebene Blitz beendet.
Mit Vorteil weist die Lichtgröße SL einen konstanten Helligkeitswert auf, der gleich dem Anfangswert SL0 der Lichtgröße SL ist. Die Lichtgröße SL erfährt damit mit Vorteil nur geringe Änderungen während der Pulsdauer Δt. Aufgrund des proportionalen Zusammenhangs zwischen dem Steuersignal ST und dem Stromreglerstrom IS, kann der Anfangswert und der Istwert des Stromreglerstroms SI aus dem Anfangswert und dem Istwert des Steuersignals ST ermittelt werden.
4B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung des in 4A gezeigten Verfahrens ist. Das Verfahren nach 4B kann ebenfalls in der Beleuchtungsanordnung 10 gemäß 1B und 1C sowie gemäß 1A bei Realisierung des Sensors 19 als Temperatursensor durchgeführt werden. Der Anfangswert ISO für den Stromreglerstrom IS wird so eingestellt, dass ein vorgegebener Wert für die Lichtgröße SL bei der Bezugstemperatur erreicht wird. Bei der Bezugstemperatur nimmt der Korrekturfaktor K den Wert 1 an. In dem in 2A gezeigten Beispiel ist die Bezugstemperatur 25° C.
In einer Schleife wird der Istwert des Messsignals SM erfasst, daraus der Istwert des Temperatursignals TS bestimmt und weiter aus dem Istwert des Temperatursignals TS der Istwert des Korrekturfaktors K ermittelt. Der Istwert der Lichtgröße SL wird aus dem Istwert des Korrekturfaktors K bestimmt. Wie in 4A hängt der Istwert des Temperatursignals TS vom Istwert des Messsignals SM und vom Istwert des Stromreglerstroms IS ab. Weiter hängt der Istwert der Lichtgröße SL vom Istwert des Korrekturfaktors K und vom Istwert des Stromreglerstroms IS ab.
Anschließend wird ermittelt, ob der Istwert des Stromreglerstroms IS zu verändern ist. Ist das Produkt aus dem Istwert des Stromreglerstroms IS und dem Istwert des Korrekturfaktors K kleiner als der Anfangswert IS0 des Stromreglerstroms IS, so wird der Istwert des Stromreglerstroms IS um den Schritt ΔIS erhöht. Ist jedoch das Produkt aus dem Istwert des Stromreglerstroms IS und dem Istwert des Korrekturfaktors K größer als der Anfangswert IS0 des Stromreglerstroms IS, so wird der Istwert des Stromreglerstroms IS um den Schritt ΔIS verringert. Ist die Dauer des Pulses noch nicht abgelaufen, so wird die Schleife wiederum durchlaufen. Ist jedoch die Dauer des Pulses erreicht, so wird der Stromreglerstrom IS auf den Wert 0 eingestellt. Der Blitz wird dadurch beendet.
Mit Vorteil wird die Lichtgröße SL auf den vorgegebenen Helligkeitswert eingestellt. Anfänglich können Schwankungen in der Lichtgröße SL auftreten, da eine Abweichung zwischen der Bezugstemperatur und der aktuellen in der LED 15 vor dem Auslösen des Pulses vorliegenden Temperatur vorhanden sein kann. Um die Schwankungen klein zu halten, kann als Bezugstemperatur eine Temperatur gewählt werden, die nahe der erwarteten Temperatur der LED 15 ist.
Bezugszeichenliste

10: Beleuchtungsanordnung
11: Treiberanordnung
12: Stromregler
13: Treiberschaltung
14: Treiberausgang
15: Leuchtdiode
16: Spannungswandler
17: Spannungswandlerausgang
18: Bezugspotenzialanschluss
19: Sensor
20: Messeingang
21: Spannungsquelle
22: Eingangskondensator
23: Lichtregelschaltung
24: Stromreglersteuerung
25: Spannungswandlersteuerung
26: Logikschaltung
27: erster Schalter
28: zweiter Schalter
29: Induktivität
30: erster Anschluss
31: zweiter Anschluss
32: Glättungskondensator
40: Spannungsabgriffsknoten
41: Analog-Digital-Wandler
42: weitere Leuchtdiode
45: Register
46: Prozessor
50: Transistor
51: Stromsensor
52: Verstärker
53: Differenzverstärker
IS: Stromreglerstrom
ISO: Anfangswert des Stromreglerstroms
K: Korrekturfaktor
KO: Anfangswert des Korrekturfaktors
SCL: zweites Anschlusssignal
SD: digitalisiertes Messsignal
SDA: erstes Anschlusssignal
SL: Lichtgröße
SL0: Anfangswert der Lichtgröße
SM: Messsignal
SMO: Anfangswert des Messsignals
SQ: Stromreglersignal
ST: Steuersignal
ST: Anfangswert des Steuersignals
T: Temperatur
t: Zeit
t0: Anfangszeitpunkt
TS: Temperatursignal
TSO: Anfangswert des Temperatursignals
VBAT: Eingangsspannung
VLED: Leuchtdiodenspannung
VOUT: Versorgungsspannung
VS: Stromreglerspannung
ΔIS: Schritt
Δt: Pulsdauer

Claims

Treiberanordnung, umfassend - einen Stromregler (12), an den mindestens eine Leuchtdiode (15, 42) anschließbar ist, - einen Spannungswandler (16) und - eine Treiberschaltung (13), die mit dem Stromregler (12) gekoppelt ist, einen Messeingang (20) zum Zuführen eines vom Betrieb der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) abhängigen Messsignals (SM) und eine Spannungswandlersteuerung (25) umfasst und ausgelegt ist, die Stromhöhe des Stromreglerstroms (IS) des Stromreglers (12) in Abhängigkeit von dem Messsignal (SM) einzustellen, so dass eine von der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) abgegebene Lichtgröße (SL) einen konstanten Helligkeitswert aufweist, wobei die Treiberschaltung (13) ausgelegt ist, die Stromhöhe des Stromreglerstroms (IS) derart einzustellen, dass die mindestens eine Leuchtdiode (15, 42) ein Blitzlicht mit dem während der Dauer des Blitzlichts konstanten Helligkeitswert der Lichtgröße (SL) abgibt, wobei die Spannungswandlersteuerung (25) ausgangsseitig am Spannungswandler (16) angeschlossen ist, und wobei der Spannungswandler (16) eine Versorgungsspannung (VOUT) bereitstellt, mit welcher der Stromregler (12) und die mindestens eine Leuchtdiode (15, 42) versorgt werden.
Treiberanordnung nach Anspruch 1, bei der der Messeingang (20) mit der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) koppelbar ist und das Messsignal (SM) der über der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) abfallenden Leuchtdiodenspannung (VLED) entspricht.
Treiberanordnung nach Anspruch 1, bei der der Messeingang (20) mit einem Sensor (19), der als Temperatursensor realisiert ist, koppelbar ist und das Messsignal (SM) einer Temperatur der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) entspricht.
Treiberanordnung nach Anspruch 1, bei der der Messeingang mit einem Sensor (19), der als Lichtsensor realisiert ist, koppelbar ist und das Messsignal (SM) von der Lichtgröße (SL) abhängt, die von der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) abgegeben wird.
Treiberanordnung nach Anspruch 4, bei der die Treiberschaltung (13) ausgelegt ist, einen Umgebungslichtwert der Lichtgröße (SL) aus dem vor einem Blitz der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) ermittelten Messsignal (SM) zu ermitteln und mindestens einen Blitzlichtparameter in Abhängigkeit vom Umgebungslichtwert der Lichtgröße (SL) einzustellen.
Treiberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die Treiberschaltung (13) umfassend - eine Lichtregelschaltung (23), die eingangsseitig mit dem Messeingang (20) gekoppelt ist, und - eine Stromreglersteuerung (24), die eingangsseitig mit der Lichtregelschaltung (23) und ausgangseitig mit dem Stromregler (12) gekoppelt ist.
Treiberanordnung nach Anspruch 6, bei der die Lichtregelschaltung (23) ausgelegt ist, ein Temperatursignal (TS) aus dem Messsignal (SM) zu ermitteln, einen Korrekturfaktor (K) aus dem Temperatursignal (TS) zu berechnen und die Lichtgröße (SL) mittels des Korrekturfaktors (K) und des Stromreglerstroms (IS) zu berechnen.
Treiberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Treiberschaltung (13) ausgelegt ist, die Stromhöhe des Stromreglerstroms (IS) derart einzustellen, dass eine Temperatur der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) maximal einen vorgegebenen Wert erreicht.
Treiberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der Stromregler (12) umfassend - einen Transistor (50) und einen Stromsensor (51), die seriell zueinander geschaltet sind, sowie - einen Verstärker (52), wobei der Stromsensor (51) ausgangseitig mit einem ersten Eingang des Verstärkers (52) gekoppelt ist, ein zweiter Eingang des Verstärkers (52) an einen Treiberausgang (14) der Treiberschaltung (13) angeschlossen ist und ein Ausgang des Verstärkers (52) mit einem Steueranschluss des Transistors (50) gekoppelt ist.
Verfahren zum Treiben mindestens einer Leuchtdiode, umfassend: - Bereitstellen einer Versorgungsspannung (VOUT), mit welcher ein Stromregler (12) und die mindestens eine Leuchtdiode (15, 42) versorgt werden, durch einen Spannungswandler (16), - Abgeben von Licht durch die mindestens eine Leuchtdiode (15, 42), an die der Stromregler (12) angeschlossen ist, - Generieren eines Messsignal (SM), das vom Betrieb der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) abhängt, und - Steuern einer Stromhöhe eines Stromreglerstroms (IS) des Stromreglers (12) in Abhängigkeit von dem Messsignal (SM) derart, dass eine von der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) abgegebene Lichtgröße (SL) einen konstanten Helligkeitswert aufweist und die Lichtgröße (SL) auf den konstanten Helligkeitswert während der Dauer eines von der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) abgegebenen Blitzes eingestellt wird, wobei eine Spannungswandlersteuerung (25) ausgangsseitig am Spannungswandler (16) angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Messsignal (SM) der über der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) abfallenden Leuchtdiodenspannung (VLED) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem ein als Temperatursensor ausgelegter Sensor (19), der in der Nähe zu der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) angeordnet ist, das Messsignal (SM) abgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem aus dem Messsignal (SM) ein Temperatursignal (TS) ermittelt wird und in Abhängigkeit von dem Temperatursignal (TS) die Stromhöhe des Stromreglerstroms (IS) derart eingestellt wird, dass die Lichtgröße (SL) den konstanten Helligkeitswert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem ein als Lichtsensor ausgelegter Sensor (19) das Messsignal (SM) abgibt und das Messsignal (SM) vom Licht der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem die Stromhöhe des Stromreglerstroms (IS) derart eingestellt wird, dass eine Temperatur der mindestens einen Leuchtdiode (15, 42) maximal einen vorgegebenen Wert erreicht.