DE19810827A1

DE19810827A1 - Schaltung zur temperaturabhängigen Stromversorgung einer LED

Info

Publication number: DE19810827A1
Application number: DE19810827A
Authority: DE
Inventors: Alfons Graf; Jenoe Tihanyi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Stromversorgung einer Licht emittierenden Diode bzw. LED, mit einer oder mehreren an die LED (1) angeschlossenen Stromquelle(n) zur Versorgung der LED mit Strom. Erfindungsgemäß ist eine Logik (4) zum Regeln der Stromzufuhr zur LED (1) abhängig von der LED-Temperatur vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Stromversorgung ei ner Licht emittierenden Diode bzw. LED, mit einer an die LED angeschlossenen Stromquelle zur Versorgung der LED mit Strom.

LEDs werden beispielsweise als Anzeigeorgane für unterschied lichste Arten von Schaltungen und Geräte eingesetzt. Übli cherweise erfolgt die Speisung von LEDs mit Hilfe einer Stromquelle. Im Falle einer statisch geregelten Stromquelle wird die LED bzw. werden die LEDs stets mit demselben Gleich strom versorgt, was den Nachteil hat, daß die LED aus Sicher heitsgründen mit einem niedrigeren Strom als dem grundsätz lich möglichen Nennstrom der LED bei entsprechend reduzierter Grundhelligkeit betrieben werden muß, um sicherzustellen, daß die LED auch bei hohen Umgebungstemperaturen oder einer star ken Eigenerwärmung zuverlässig arbeitet und insbesondere durch Übertemperatur nicht zerstört wird. Grundsätzlich trifft dasselbe auch auf eine dynamisch geregelte Stromquelle zur Stromversorgung für LEDs zu, bei welcher in Reihe zur LED bzw. den LEDs ein Schalter geschaltet ist, der zyklisch ein- und ausgeschaltet bzw. pulsweitenmoduliert angesteuert wird, um den LED-Betrieb bei einem festgelegten mittleren Stromwert zu gewährleisten.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Stromversorgung einer LED zu schaffen, die unabhängig von der LED-Temperatur eine optimale Stromversorgung der LED gewährleistet, um eine opti male Helligkeit der LED zu erzielen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach ist erfindungsgemäß eine Regelung der Stromzufuhr zur LED abhängig von der LED-Temperatur vorgesehen. Durch die er findungsgemäße Regelung der Stromzufuhr zur LED in Abhängig keit der LED-Temperatur wird deren optimale Stromversorgung gewährleistet.

Vorteilhafterweise ist die Logik so ausgelegt, daß die Strom zufuhr zur LED bei Überschreiten einer LED-Temperaturschwelle erniedrigt und bei Unterschreiten der LED-Temperaturschwelle erhöht wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfin dung macht sich diese die Tatsache zunutze, daß bei konstan tem Strom durch die LED die Flußspannung durch die LED mit steigender Temperatur abnimmt. Die Logik erzeugt deshalb ein Stellsignal aus der Differenz zwischen der Flußspannung durch die LED und einer Referenzspannung, um die Stromzufuhr zu der LED in geeigneter Weise zu regeln bzw. ein- und auszuschal ten.

Die erfindungsgemäße Regelung der Stromzufuhr zur LED mit Hilfe des Stellsignals, das als Differenz aus Flußspannung durch die LED und Referenzspannung in der Logik gewonnen wird, wird im Fall einer dynamisch geregelten Stromquelle für die LED durch Ansteuerung eines in Reihe zur LED geschalteten Schalters die dynamische Regelung bzw. die Pulsweitenmodula tion vom Stellsignal der Logik gesteuert bzw. modifiziert. Das heißt, die Modifikation der dynamischen Regelung bzw. der Pulsweitenmodulation erfolgt derart, daß der mittlere Strom durch die LED bei einer Temperaturerhöhung der LED verringert wird. Dasselbe Prinzip kann bei einer Speisung der LED aus einer statisch geregelten Stromquelle angewendet werden, in dem das besagte Stellsignal zum Ein- und Ausschalten der Stromquelle genutzt wird.

Weitere Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Er läuterung der Figuren angeführt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung bei spiel haft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine dynamische Regelung der Stromquelle für eine LED mittels Pulsweitenmodulation, die erfindungsgemäß ab hängig von der LED-Temperatur gesteuert ist,

Fig. 2 ein Diagramm des LED-Stroms als Funktion der Zeit bei Pulsweitenmodulation der Konstantstromregelung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 die Abhängigkeit des LED-Stroms von der LED-Tempera tur,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der temperaturabhängigen Steuerung der Pulsweitenmodulation von Fig. 2,

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der temperaturabhängigen Steuerung der Pulsweitenmodulation von Fig. 2 bei noch höherer LED-Temperatur als in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung zur Stromversorgung einer LED für den Fall einer Stromquellenregelung mittels Pulsweitenmodulation.

Im einzelnen umfaßt die Schaltung in Fig. 1 eine LED 1, die mit ihrer Kathode auf Masse gelegt ist und zu deren Anode ei ne Spule 2 und ein Schalter 3 in Reihe geschaltet ist, der im übrigen mit einer Versorgungsspannung V_bb verbunden ist. Das Öffnen und Schließen des Schalters 3 wird eine Logik 4 ge steuert, und zwar durch Pulsweitenmodulation mit Hilfe einer Spannung V_off und einer Spannung V_IN, die extern an die Logik 4 angelegt sind. Außerdem wird die Pulsweitenmodulation er findungsgemäß durch ein Stellsignal gesteuert, wie nachfol gend im einzelnen erläutert.

Parallel zu der Serienschaltung aus der LED 1 und der Spule 2 ist eine Diode 5 antiparallel zur LED 1 geschaltet. Der ins gesamt durch den Schalter 3 geschaltete Strom ist mit I₂ be zeichnet, während der Strom durch die LED 1 mit I₁ bezeichnet ist.

Wird der Schalter 3 durch die Pulsweitenmodulation (PWM) von der Logik 4 für die Zeit t_ON geschlossen, wird die Spule 2 aufgeladen und der Strom I₁ durch die LED 1 steigt an. Bei Erreichen einer bestimmten Stromhöhe, beispielsweise 50 mA bei dem in Fig. 2 gezeigten Fall, öffnet der Schalter 3 für die Zeitdauer t_off. Bei geöffnetem Schalter 3 fließt der Spu lenstrom durch die LED 1 und die Diode 5 weiter und nimmt ab, wie in Fig. 2 gezeigt. Nach Ablauf der durch die an die Logik 4 angelegten Spannung V_off vorgegebenen Zeit t_off schaltet der Schalter 3 wieder ein, und dar vorstehend erläuterte Zyklus beginnt erneut. Die Höhe der oberen Umschaltschwelle des Strom I₁ ist durch die Spannung V_IN vorgegeben, die an die Lo gik 4 angelegt ist. Durch die PWM-Ansteuerung des Schalters 3 ergibt sich, wie in Fig. 2 gezeigt, ein diskontinuierlicher Betrieb der LED 1 mit einem Strommittelwert durch die LED von 45 mA.

Im Betrieb wird die LED 1 durch den Stromfluß, der sie durch setzt, ebenso erwärmt wie eine sich erhöhende Umgebungstempe ratur. Um eine Schädigung der LED 1 zu vermeiden, muß mit steigender Temperatur der mittlere LED-Strom I_{1 Mittel}, der im Fall von Fig. 2 45 mA beträgt, reduziert werden. Dem wird er findungsgemäß dadurch Rechnung getragen, daß bei konstantem Strom I₁ durch die LED 1 die Flußspannung V_LED durch die LED 1 mit steigender Temperatur abnimmt, wie in Fig. 3 gezeigt. Dieser Sachverhalt wird erfindungsgemäß genutzt, um in einer Differenzstufe 6 die Differenz zwischen der Flußspannung V_LED und einer Referenzspannung V_ref gebildet wird, wobei die Dif ferenz dieser beiden Signale als Stellsignal verwendet wird, um die Ausschaltzeit t_off des Schalters 3 zu verlängern, wie in Fig. 4 und Fig. 5 für unterschiedliche hohe LED-Temperatu ren gezeigt, nämlich in Fig. 4 für eine LED-Temperatur von 100° bei einer Umgebungstemperatur von 80° und in Fig. 5 bei einer LED-Temperatur von 110° bei einer Umgebungstemperatur von 100°. Dadurch verringert sich der mittlere Strom I_{1 Mittel} durch die LED 1 aufgrund der LED-Temperaturerhöhung im Fall von Fig. 4 auf 30 mA und im Fall von Fig. 5 auf 15 mA. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß temperaturabhängig die Pulsweitenmodulationsansteuerung des Schalters 3 geändert, um bei zunehmender LED-Temperatur den mittleren Strom I_{1 Mittel} durch die LED 1 abzusenken. Sinkt die LED-Temperatur aufgrund des heruntergeregelten mittleren Stroms durch die LED 1 oder durch externe Einflüsse, so steigt die Flußspannung V_LED an und der mittlere Strom durch die LED 1 wird erfindungsgemäß wieder hoch geregelt.

Herstellungsbedingte Schwankungen der Flußspannung V_LED lassen sich durch eine Variation der Referenzspannung V_ref ohne wei teres berücksichtigen. Diese herstellungsbedingten Schwankun gen von V_LED sind in sogenannten sortierten Bin-Klassen be rücksichtigt.

Wird mit Hilfe der an der Logik 4 anliegenden Spannung V_IN die obere Umschaltschwelle des LED-Stroms I₁ abgesenkt, um beispielsweise die Grundhelligkeit der LED 1 zu reduzieren, kann durch die Logik 4 problemlos eine interne Anpassung der Referenzspannung V_ref durchgeführt werden.

Vorstehend wurde die erfindungsgemäß temperaturabhängige Re gelung der LED-Stromversorgung für eine dynamische Stromquel lenregelung erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Vielmehr kann die temperaturabhänige Stromversor gung für die LED gemäß der vorliegenden Erfindung auch für statisch geregelte Stromquellen zur Stromversorgung einer LED eingesetzt werden, indem die die LED versorgende statisch ge regelte Stromquelle für kurze Zeiten abhängig von der Fluß spannung V_LED ausgeschaltet wird, um so eine Erniedrigung des mittleren LED-Stroms zu erreichen.

Bezugszeichenliste

1

LED

2

Spule

3

Schalter

4

Logik

5

Diode

6

Differenzstufe

Claims

1. Schaltung zur Stromversorgung einer Licht emittierenden Diode bzw. LED, mit einer an die LED (1) angeschlossenen Stromquelle zur Versorgung der LED mit Strom, gekennzeichnet durch eine Logik (4) zum Regeln der Stromzufuhr zur LED (1) abhängig von der LED-Temperatur.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik (4) die Stromzufuhr zur LED (1) bei Überschreiten einer LED- Temperaturschwelle erniedrigt und bei Unterschreiten-der LED- Temperaturschwelle erhöht.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik (4) aus der an der LED (1) anliegenden Flußspannung (V_LED) und ei ner Referenzspannung (V_ref) bei konstantem Strom durch die LED (1) eine Differenzspannung ableitet, die als Stellsignal zum Ein- bzw. Ausschalten der Stromzufuhr zur LED (1) dient.

4. Schaltung nach Anspruch 3, wobei eine Konstantstromrege lung für die LED mittels Pulsweitenmodulation über Ansteue rung eines in Reihe zur LED (1) geschalteten Schalters (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulswei tenmodulation vom Stellsignal der Logik gesteuert bzw. modi fiziert ist.

5. Schaltung nach Anspruch 3, wobei die Stromquelle statisch geregelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsi gnal zum Ein- und Ausschalten der Stromquelle dient.