DE202018102178U1 - LED-Konverteranordnung mit linearisierter Regelstrecke - Google Patents

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Abstract

LED-Konverteranordnung (10) zum Betreiben zumindest einer LED (41), umfassend
Erfassungsmittel (17) zum Erfassen einer elektrischen Speisungsgröße (16) der zumindest einen LED (41), und
eine Steuereinrichtung (15) zum Ansteuern von als Stellglied dienenden Schaltmitteln (13A, 13B) der LED-Konverteranordnung (10) in Abhängigkeit von der erfassten elektrischen Speisungsgröße (18) und einer vorgegebenen elektrischen Speisungsgröße (19) der zumindest einen LED (41),
wobei die Steuereinrichtung (15) ein Regelglied (20) und ein Linearisierungsglied (21) umfasst, welches dazu eingerichtet ist, das Regelglied (20) für jede vorgegebene elektrische Speisungsgröße (19) der zumindest einen LED (41) mit einem konstanten Reglerbeiwert (KI) zu betreiben.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Konverteranordnung zum Betreiben zumindest einer LED, ein Verfahren zum Betreiben der LED-Konverteranordnung, sowie weitere Vorrichtungen mit der LED-Konverteranordnung, welche insbesondere für Beleuchtungsanwendungen einsetzbar sind.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In einem Lückbetrieb betriebene bekannte LED-Konverteranordnungen weisen regelmäßig Regelstrecken mit einem nichtlinearen Verhalten auf.
  • In derartigen LED-Konvertern findet bei jeder Veränderung der Regelgröße eine Anpassung der Reglerbeiwerte, welche die Übertragungsfunktion des eingesetzten Regelgliedes beschreiben, statt, um die damit zwangsläufig einhergehende, nichtlineare Veränderung der Stellgröße zu kompensieren und so eine Grenzfrequenz und damit ein Zeitverhalten des Regelkreises konstant zu halten.
  • Damit ist keine einheitliche und analytische Berechnung des Übertragungsverhaltens des zugrundeliegenden Regelkreises mit Hilfe von Übertragungsfunktionen möglich.
  • Eine geschlossene Betrachtung eines solchen nichtlinearen Regelsystems ist nur sehr schwer oder überhaupt nicht möglich. Aussagen zur Stabilität erfordern beispielsweise die Zuhilfenahme numerischer Simulationen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es besteht daher ein Bedarf an Vorrichtungen und Verfahren, welche diesen Nachteilen abhelfen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine LED-Konverteranordnung zum Betreiben zumindest einer LED gemäß Anspruch 1, durch ein Betriebsgerät gemäß Anspruch 11 mit der LED-Konverteranordnung und durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 12 mit dem Betriebsgerät gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Gemäß einem ersten Aspekt umfasst eine LED-Konverteranordnung zum Betreiben zumindest einer LED: Erfassungsmittel zum Erfassen einer elektrischen Speisungsgröße der zumindest einen LED; und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern von als Stellglied dienenden Schaltmitteln der LED-Konverteranordnung in Abhängigkeit von der erfassten elektrischen Speisungsgröße und einer vorgegebenen elektrischen Speisungsgröße der zumindest einen LED. Dabei umfasst die Steuereinrichtung ein Regelglied und ein Linearisierungsglied, welches dazu eingerichtet ist, das Regelglied für jede vorgegebene elektrische Speisungsgröße der zumindest einen LED mit einem konstanten Reglerbeiwert zu betreiben.
  • Vorteilhaft kann dabei eine umfassende Linearisierung einer Übertragungsfunktion der Regelstrecke mit der zumindest einen LED erreicht werden, sodass das Regelglied über den gesamten Wertebereich der elektrischen Speisungsgröße hinweg mit einem dafür vorgesehenen, konstanten Reglerbeiwert betreibbar ist, ohne stets eine Linearisierung der Übertragungsfunktion der Regelstrecke beim jeweiligen Arbeitspunkt zu erfordern.
  • Unter einer LED-Konverteranordnung kann eine elektronische Schaltung und/oder Baugruppe verstanden werden, welche dazu eingerichtet ist, eine elektrische Leistung mittels zumindest eines Energiespeichers und zumindest eines Schaltmittels umzuspannen, wobei über eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung des zumindest einen Schaltmittels ein Leistungsfluss durch den Energiespeicher steuerbar ist. Unter einer LED-Konverteranordnung im Sinne dieser Anmeldung kann jeder LED-Konverter verstanden werden, bei welchem eine Stellgröße gesetzt und eine Regelgröße langsam nachgeregelt werden kann.
  • Unter Erfassungsmitteln können Mittel verstanden werden, welche dazu dienen, elektrische Größen zu erfassen und zu diesem Zweck von diesen abgeleitete, erfasste elektrische Größen liefern. Beispielsweise kann ein Messwiderstand als Erfassungsmittel für eine zu erfassende Stromstärke dienen, welche durch den Messwiderstand fließt. Die durch den Messwiderstand geführte zu erfassende elektrische Speisungsgröße resultiert in einer erfassten elektrischen Speisungsgröße in Form einer an dem Messwiderstand abfallenden Spannung.
  • Unter einer elektrischen Speisungsgröße kann eine elektrische Größe, insbesondere Stromstärke oder Spannung, verstanden werden, welche zur Speisung einer elektrischen Last dient.
  • Unter einer Steuereinrichtung kann eine elektronische Schaltung und/oder Baugruppe verstanden werden, welche einer planvollen und zielgerichteten Beeinflussung des Verhaltens der LED-Konverteranordnung dient und dazu insbesondere eine integrierte Schaltung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, Ansteuersignale für aktive Betriebsmittel, insbesondere Schaltmittel, der LED-Konverteranordnung in Abhängigkeit von Eingangsgrößen und von einer Programmierung oder Verdrahtung der integrierten Schaltung bereitstellen. Beispiele für solche integrierte Schaltungen umfassen Mikrocontroller oder anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASICs.
  • Unter einem Mikrocontroller kann eine programmierbare integrierte Schaltung verstanden werden, welche neben einer Prozessorfunktion auch Peripheriefunktionen umfassen kann.
  • Unter einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung kann eine nicht programmierbare integrierte Schaltung verstanden werden, deren Funktion durch Ihre Herstellung definiert wird.
  • Vorteilhaft für eine Kostenstruktur ist bei Kleinserienfertigung ein Mikrocontroller, und bei Großserienfertigung ein ASIC.
  • Unter einem Regelglied kann ein Mittel in einem Regelkreis verstanden werden, welches dazu dient, aus einer (Regel-)Abweichung zwischen einer Führungsgröße (Sollwert) und einer erfassten und zurückgeführten Regelgröße (Istwert) eine allgemeine Stellgröße zu ermitteln, welche eine zugehörige Regelstrecke so beeinflusst, dass die Regelabweichung in einem eingeschwungenen Zustand des Regelkreises minimiert wird. Beispielsweise kann ein Regelglied eine allgemeine Stellgröße in Form eines Tastgrads eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals an als Stellglied dienende Schaltmittel ausgeben.
  • Unter einem Linearisierungsglied kann ein Glied in einem Regelkreis mit einer nichtlinearen Übertragungsfunktion verstanden werden, welches dazu dient, eine Linearisierung einer an sich nichtlinearen Kennlinie eines Glieds der Regelstrecke herbeizuführen.
  • Unter einem Stellglied kann ein Mittel in einem Regelkreis verstanden werden, welches dazu dient, aus einer allgemeinen Stellgröße eine Stellgröße zu ermitteln, welche eine zugehörige Regelstrecke so beeinflusst, dass sich die Regelgröße auf die Führungsgröße hin bewegt, um die Regelabweichung in einem eingeschwungenen Zustand des Regelkreises zu minimieren. Beispielsweise können als Stellglied dienende Schaltmittel eine Stellgröße in Form einer Zeitdauer einer periodischen Abwesenheit von Leistungszufuhr (d.h. einer Totzeit) an die Regelstrecke ausgeben.
  • Unter einem Schaltmittel kann ein elektronisch betätigbarer Schalter verstanden werden, welcher zwischen einem geschlossenen, elektrisch leitfähigen Zustand und einem geöffneten, elektrisch isolierenden Zustand alternierbar ist. Beispiele umfassen etwa Transistoren.
  • Unter Reglerbeiwerten können Kennwerte eines Reglers verstanden werden, welche als Konstanten in einer Übertragungsfunktion des Reglers ein Regelungsverhalten des Reglers definieren. Beispiele für Beiwerte von Reglern mit Proportional-, Integral- und/oder Differentialverhalten sind Proportional-, Integrier- und/oder Differenzierbeiwerte KPR, KI bzw. KD.
  • Die LED-Konverteranordnung kann derart ausgebildet sein, dass mittlere Stromstärken durch die zumindest eine LED als elektrische Speisungsgrößen der zumindest einen LED dienen.
  • Vorteilhaft sind mittlere Stromstärken einfach zu erfassen.
  • Beispielsweise kann hierzu eine an einem Messwiderstand abfallende Spannung analog erfasst und durch ein analoges Tiefpassfilter oder mittels digitaler Weiterverarbeitung gemittelt werden.
  • Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, als Stellglied dienende Schaltmittel der LED-Konverteranordnung in einem Lückbetrieb anzusteuern.
  • Vorteilhaft treten dabei lediglich beim Ausschalten von als Stellglied dienenden Schaltmitteln Schaltverluste auf.
  • Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die zumindest eine LED in einer Vielzahl von Dimmstufen mit einer jeweiligen zugehörigen Spitzenstromstärke einer Induktivität der LED-Konverteranordnung zu betreiben.
  • Vorteilhaft verschafft eine Dimmfähigkeit der LED-Konverteranordnung in verschiedenen Anwendungsbereichen weitere Einsatzmöglichkeiten. Beispielsweise reduziert sich ein Leistungsverbrauch einer gedimmten LED-Last. Des Weiteren kann eine Dimmfähigkeit einen Einsatz der LED-Konverteranordnung auch in einem Notlichtbetrieb ermöglichen. Zudem können ohne Dimmfähigkeit bestimmte, das Behagen des Nutzers positiv beeinflussende Lichtstimmungen nicht erzeugt werden.
  • Unter Dimmstufen werden unterschiedliche Helligkeitsstufen eines Leuchtmittels, insbesondere mit zumindest einer LED, verstanden, welche sich bei einer Ansteuerung des Leuchtmittels mit unterschiedlich hoher Leistungszufuhr pro Zeiteinheit ergeben.
  • Das Regelglied kann als ein integrierendes Regelglied ausgebildet sein.
  • Vorteilhaft kann ein integrierendes Regelglied (d.h. ein I-Regler) die Regelabweichung vollständig eliminieren.
  • Das Linearisierungsglied kann eine Inversfunktion für eine die zumindest eine LED umfassende Regelstrecke der LED-Konverteranordnung aufweisen, wobei die Inversfunktion es erlaubt, das Regelglied in einer jeden der Vielzahl von Dimmstufen für jede vorgegebene elektrische Speisungsgröße der zumindest einen LED mit einem konstanten Reglerbeiwert zu betreiben.
  • Insbesondere ermöglicht dies eine Linearisierung einer durch einen Lückbetrieb des LED-Konverters mit verursachten Nichtlinearität im Regelkreis des LED-Konverters.
  • Vorteilhaft ermöglicht eine derartige Linearisierung eine einheitliche und analytische Analyse des Übertragungsverhaltens des zugrundeliegenden Regelkreises.
  • Vorteilhaft ist ein solches Linearisierungsglied bei Herstellung oder auch bei Erstinbetriebnahme der LED-Konverteranordnung vorkonfigurierbar, sodass keine nennenswerten Verzögerungszeiten für eine reguläre Inbetriebnahme in einem Wirkbetrieb anfallen.
  • Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Inversfunktion in der jeweiligen der Vielzahl von Dimmstufen mit einer Festkomma-Arithmetik auszuwerten, wobei ein Absolutfehler zwischen der Festkomma-Arithmetik und einer entsprechenden Fließkomma-Arithmetik geringer ist als eine vorgegebene Fehlertoleranzschwelle.
  • Vorteilhaft sind in diesem Fall Steuereinrichtungen einsetzbar, welche aus Kosten- und/oder Rechenleistungs- und somit Zeitgründen keine prinzipiell empfehlens- und wünschenswerte dedizierte Fließkomma-Arithmetik aufweisen und diese durch Festkomma-Arithmetik emulieren. Die dafür erforderlichen integrierten Schaltungen sind prinzipiell einfacher aufgebaut und kostengünstiger bereitstellbar.
  • Die Erfassungsmittel können einen Messwiderstand umfassen.
  • Vorteilhaft ist ein Messwiderstand ein sehr kostengünstiges analoges Schaltungselement.
  • Die Schaltmittel können einen Transistor umfassen.
  • Vorteilhaft ist ein Transistor ein sehr kostengünstiges, präzise schaltbares und auf eine jeweilige Anwendung hin optimiert auswählbares analoges Schaltungselement.
  • Die LED-Konverteranordnung kann als ein Abwärtswandler ausgebildet sein.
  • Vorteilhaft weist ein Abwärtswandler eine sehr einfache und kostengünstige Schaltungsarchitektur auf, welche in vielen Fällen eine herkömmliche längsgeregelte Spannungsstabilisierung ersetzen kann.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt umfasst ein Betriebsgerät zum Betreiben zumindest einer LED: eine LED-Konverteranordnung gemäß Ausführungsbeispielen.
  • Vorteilhaft sind die oben genannten Vorrichtungsmerkmale der LED-Konverteranordnung mit ihren jeweiligen Vorteilen in dem Betriebsgerät analog nutzbar.
  • Unter einem Betriebsgerät kann eine elektronische Schaltung und/oder Baugruppe verstanden werden, welche dazu eingerichtet ist, die zumindest eine LED aus einer elektrischen Energiequelle zu speisen, welche per se nicht dazu eingerichtet ist.
  • Gemäß einem dritten Aspekt umfasst eine Beleuchtungseinrichtung: ein Betriebsgerät gemäß Ausführungsbeispielen; und zumindest eine LED.
  • Vorteilhaft sind die oben genannten Vorrichtungsmerkmale der LED-Konverteranordnung bzw. des Betriebsgeräts mit ihren jeweiligen Vorteilen in der Beleuchtungseinrichtung analog nutzbar.
  • Gemäß einem vierten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben zumindest einer LED: Erfassen einer elektrischen Speisungsgröße der zumindest einen LED; und Ansteuern von als Stellglied dienenden Schaltmitteln der LED-Konverteranordnung in Abhängigkeit von der erfassten elektrischen Speisungsgröße und einer vorgegebenen elektrischen Speisungsgröße der zumindest einen LED. Dabei ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, ein Regelglied der Steuereinrichtung für jede vorgegebene elektrische Speisungsgröße der zumindest einen LED mit einem konstanten Reglerbeiwert zu betreiben.
  • Das Verfahren kann mit einer LED-Konverteranordnung gemäß Ausführungsbeispielen durchführbar sein.
  • Das Verfahren umfasst die jeweiligen korrespondierenden Merkmale der LED-Konverteranordnung.
  • Vorteilhaft sind die oben genannten Vorrichtungsmerkmale der LED-Konverteranordnung mit ihren jeweiligen Vorteilen in dem Verfahren analog nutzbar.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen kurz erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente bezeichnen.
    • 1 zeigt schematisch eine bekannte LED-Konverteranordnung.
    • 2 zeigt schematisch einen Regelkreis für eine LED-Konverteranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 3 zeigt schematisch ein Betriebsgerät mit der LED-Konverteranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel und eine Beleuchtungseinrichtung mit dem Betriebsgerät.
    • 4 zeigt schematisch ein Verfahren zum Betreiben der LED-Konverteranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
  • Eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen in spezifischen Anwendungsfeldern bedeutet keine Einschränkung auf diese Anwendungsfelder.
  • Elemente schematischer Darstellungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu wiedergegeben, sondern vielmehr derart, dass ihre Funktion und ihr Zweck dem Fachmann verständlich werden.
  • Soweit nicht ausdrücklich anders angegeben sind die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombinierbar.
  • 1 zeigt schematisch eine bekannte LED-Konverteranordnung 10, welche als ein Abwärtswandler ausgebildet ist.
  • Diese beispielhafte LED-Konverteranordnung 10 dient zum Betreiben zumindest einer lastseitig anschließbaren LED 41.
  • Zu diesem Zweck ist die LED-Konverteranordnung 10 dazu eingerichtet, eine versorgungsseitig zugeführte elektrische Leistung mittels zumindest eines Energiespeichers 11, 12 und zumindest eines Schaltmittels 13A, 13B umzuspannen, wobei über eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung 14A, 14B des zumindest einen Schaltmittels 13A, 13B ein Leistungsfluss durch den Energiespeicher 11, 12 steuerbar ist.
  • Als Schaltmittel 13A, 13B umfasst die LED-Konverteranordnung 10 in einem Gegentakt anzusteuernde Transistoren. Auf diese Weise wird aus der versorgungsseitig zuführbaren elektrischen Leistung eine Rechteckspannung mit einem bestimmten Tastverhältnis erzeugt.
  • Als Energiespeicher 11, 12 umfasst die LED-Konverteranordnung 10 eine Induktivität 11 und eine Filterkapazität 12, welche zusammen einen LC-Tiefpass bilden, welcher die durch die Schaltmittel 13A, 13B aus der versorgungsseitig zugeführten Spannung erzeugte Rechteckspannung mittelt.
  • Daraus resultiert eine elektrische Speisungsgröße 16, im Beispielfall eine mittlere LED-Stromstärke 16, welche die Regelgröße des unten näher ausgeführten Regelkreises 30 darstellt.
  • Ganz allgemein ist die LED-Konverteranordnung 10 derart ausgebildet, dass mittlere Stromstärken durch die zumindest eine LED 41 als elektrische Ist-Speisungsgröße 16, erfasste elektrische Ist-Speisungsgröße 18 bzw. elektrische Soll-Speisungsgröße 19 der zumindest einen LED 41 dienen.
  • Die LED-Konverteranordnung 10 umfasst ferner Erfassungsmittel 17 zum Erfassen der elektrischen Speisungsgröße 16 der zumindest einen LED 41. In 1 umfassen die Erfassungsmittel 17 einen Messwiderstand, welcher dazu dient, eine von der mittleren LED-Stromstärke 16 abgeleitete, erfasste elektrische Größe 18 zu liefern, welche die Rückführgröße des unten näher ausgeführten Regelkreises 30 darstellt.
  • Konkret fließt die zu erfassende mittlere LED-Stromstärke 16 durch den Messwiderstand, und führt infolgedessen zu einer erfassten elektrischen Speisungsgröße 18 in Form einer an dem Messwiderstand abfallenden Spannung gegen Masse, welche proportional zu der zu erfassenden mittleren LED-Stromstärke 16 ist.
  • Die LED-Konverteranordnung 10 umfasst zudem eine Steuereinrichtung 15, welche nachfolgend in Verbindung mit 2 näher ausgeführt wird.
  • 2 zeigt schematisch einen Regelkreis 30 für eine LED-Konverteranordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Die dabei auszuregelnde Regelstrecke umfasst neben einem Glied, welches die Nichtlinearität der zumindest einen LED 41 in einem Lückbetrieb ausdrückt, ein Linearisierungsglied 21.
  • Die aus dem Regelkreis 30 ebenfalls ersichtliche Steuereinrichtung 15 dient zum Ansteuern der als Stellglied dienenden Schaltmittel 13A, 13B der LED-Konverteranordnung 10 in Abhängigkeit von der erfassten elektrischen Speisungsgröße 18 (Rückführgröße, welche den Istwert der Regelgröße umfasst) und einer vorgegebenen elektrischen Speisungsgröße 19 (Sollwert der Regelgröße) der zumindest einen LED 41.
  • Das Ansteuern des Stellglieds erfolgt in einem Lückbetrieb mit einer Totzeit TDEAD, welche insbesondere von einem Tastverhältnis und einer Periodendauer des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals 14A abhängt und die Stellgröße des Regelkreises 30 darstellt.
  • Die Steuereinrichtung 15 ist ferner dazu eingerichtet, die zumindest eine LED 41 in einer Vielzahl von Dimmstufen mit einer jeweiligen zugehörigen Spitzenstromstärke IP der Induktivität 11 zu betreiben.
  • Die elektrische Speisungsgröße 16 der zumindest einen LED 41 wird somit bestimmt durch
    • - eine versorgungsseitig zugeführte Spannung gegen Masse,
    • - ein aufgrund einer gewünschten Dimmstufe vorgegebenes Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals 14A, welches das Tastverhältnis der Rechteckspannung bestimmt,
    • - eine Dimensionierung der Induktivität 11, an welcher sich durch Anlegen der Rechteckspannung ein Stromfluss mit einer entsprechenden Spitzenstromstärke IP einstellt,
    • - eine aufgrund des Lückbetriebs vorgegebene Periodendauer des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals 14A, welche zusammen mit dem vorgegebenen Tastverhältnis desselben Signals die Totzeit TDEAD (Stellgröße) zwischen aufeinanderfolgenden Stromflüssen bestimmt, und
    • - eine Dimensionierung der Filterkapazität 12 zur Glättung der sich durch die Induktivität 11 einstellenden Stromstärke.
  • Die Steuereinrichtung 15 umfasst ein Regelglied 20, welches insbesondere als ein integrierendes Regelglied ausgebildet ist. Ein integrierendes Regelglied wirkt durch zeitliche Integration der Regelabweichung auf die Stellgröße mit einer Gewichtung durch den Reglerbeiwert KI = 1/TN (mit Nachstellzeit TN). Der integrierende Regler weist im Frequenzbereich eine Übertragungsfunktion G(s) auf von: G ( s ) = K I / s .
    Figure DE202018102178U1_0001
  • Die Regelstrecke kann ganz allgemein durch die Regelgröße als Funktion f der Stellgröße beschrieben werden. Für den Regelkreis 30 aus 2 mit der zugrundeliegenden LED-Konverteranordnung 10 aus 1 bedeutet das, dass sich der mittlere LED-Strom 16 als Funktion der Totzeit TDEAD des Lückbetriebs ergibt: I AVG = f ( T DEAD )
    Figure DE202018102178U1_0002
  • Eine Grenzfrequenz fc des geschlossenen Regelkreises 30 ist ganz allgemein von dem Reglerbeiwert KI und von einer Steigung der die Regelstrecke beschreibenden Funktion f abhängig. Aufgrund der Nichtlinearität der Funktion f wäre daher eine Linearisierung der Funktion f an jedem zulässigen Wert für die Stellgröße TDEAD vorzunehmen. Um die Grenzfrequenz fc jedoch konstant, und damit das Zeitverhalten des Regelkreises 30 für jeden zulässigen Wert der Regelgröße IAVG konstant zu halten, müsste der Reglerbeiwert KI daher eine Funktion der Regelgröße IAVG sein.
  • Um dies zu vermeiden, umfasst die Steuereinrichtung 15 auch das Linearisierungsglied 21, welches dazu eingerichtet ist, das Regelglied 20 für jede vorgegebene elektrische Speisungsgröße 19 der zumindest einen LED 41, d.h. für jeden mittleren LED-Sollstrom IAVG, mit einem konstanten Reglerbeiwert KI zu betreiben.
  • Das Linearisierungsglied 21 weist hierzu eine Invers- oder Umkehrfunktion f-1 auf, welche die Stellgröße als Funktion der Regelgröße beschreibt: T DEAD = f − 1 ( I AVG )
    Figure DE202018102178U1_0003
  • Durch Verkettung der in dem Linearisierungsglied 21 implementierten Umkehrfunktion f-1 und der die Regelstrecke beschreibenden Funktion f wird jeder Wert der Regelgröße IAVG auf sich selbst abgebildet: f ( f − 1 ( I AVG ) ) = I AVG
    Figure DE202018102178U1_0004
  • Aufgrund einer Abhängigkeit der Inversfunktion f-1 von der Spitzenstromstärke IP, d.h. vom der vorgegebenen Dimmstufe, erfolgt stets eine optimale Linearisierung der Regelstrecke für jede Spitzenstromstärke IP.
  • Die Inversfunktion erlaubt es daher, das Regelglied 20 in der jeweiligen der Vielzahl von Dimmstufen für jede vorgegebene elektrische Speisungsgröße 19 der zumindest einen LED 41 mit einem konstanten Reglerbeiwert KI zu betreiben.
  • Die Steuereinrichtung 15 ist dazu eingerichtet, die Inversfunktion in der jeweiligen der Vielzahl von Dimmstufen mit einer Festkomma-Arithmetik auszuwerten, wobei ein Absolutfehler zwischen der Festkomma-Arithmetik und einer entsprechenden Fließkomma-Arithmetik geringer ist als eine vorgegebene Fehlertoleranzschwelle.
  • Insbesondere ist eine genauere Linearisierung erzielbar, sofern die Spitzenstromstärke IP in der Inversfunktion f-1 über die Dimmstufen veränderbar ist. Alternativ dazu ist es möglich, die Spitzenstromstärke IP in der Inversfunktion konstant zu halten, etwa bei einem Maximalwert der Spitzenstromstärke IP.
  • 3 zeigt schematisch ein Betriebsgerät 40 mit der LED-Konverteranordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel und eine Beleuchtungseinrichtung 50 mit dem Betriebsgerät 40.
  • Das Betriebsgerät 40 zum Betreiben zumindest einer LED 41 umfasst eine LED-Konverteranordnung 10 und ggf. weitere Funktionselemente wie beispielsweise Gleichrichter, eine Hilfswicklung für eine Niedervolt-Stromversorgung usw.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 50 umfasst ein solches Betriebsgerät 40 gemäß Ausführungsbeispielen und die zumindest eine LED 41, und eignet sich insbesondere für „point-of -load“-Energieversorgungsarchitekturen.
  • 4 zeigt schematisch ein Verfahren 60 zum Betreiben der LED-Konverteranordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Das Verfahren 60 kann mit einer LED-Konverteranordnung 10 gemäß Ausführungsbeispielen durchgeführt werden und dient zum Betreiben zumindest einer LED 41 mit einer LED-Konverteranordnung 10, welche wie beispielsweise in 1 ausgebildet ist und welche in einen Regelkreis 30 wie beispielsweise in 2 einbezogen ist.
  • Das Verfahren 60 umfasst: ein Erfassen 61 einer elektrischen Speisungsgröße 16 der zumindest einen LED 41; und ein Ansteuern 61 von als Stellglied dienenden Schaltmitteln 13A, 13B der LED-Konverteranordnung 10 in Abhängigkeit von der erfassten elektrischen Speisungsgröße 18 und einer vorgegebenen elektrischen Speisungsgröße 19 der zumindest einen LED 41. Dabei ist die Steuereinrichtung 15 dazu eingerichtet, ein Regelglied 20 der Steuereinrichtung 15 für jede vorgegebene elektrische Speisungsgröße 19 der zumindest einen LED 41 mit einem konstanten Reglerbeiwert KI zu betreiben.
  • Zwar wurden LED-Konverteranordnungen gemäß Ausführungsbeispielen beschrieben, jedoch können diverse Abwandlungen in anderen Ausführungsbeispielen verwirklicht werden. Beispielsweise sind die erfindungswesentlichen Merkmale in jeglicher LED-Konverteranordnung anwendbar, bei welcher eine Stellgröße gesetzt und eine Regelgröße langsam nachgeregelt werden kann.

Claims (12)

  1. LED-Konverteranordnung (10) zum Betreiben zumindest einer LED (41), umfassend Erfassungsmittel (17) zum Erfassen einer elektrischen Speisungsgröße (16) der zumindest einen LED (41), und eine Steuereinrichtung (15) zum Ansteuern von als Stellglied dienenden Schaltmitteln (13A, 13B) der LED-Konverteranordnung (10) in Abhängigkeit von der erfassten elektrischen Speisungsgröße (18) und einer vorgegebenen elektrischen Speisungsgröße (19) der zumindest einen LED (41), wobei die Steuereinrichtung (15) ein Regelglied (20) und ein Linearisierungsglied (21) umfasst, welches dazu eingerichtet ist, das Regelglied (20) für jede vorgegebene elektrische Speisungsgröße (19) der zumindest einen LED (41) mit einem konstanten Reglerbeiwert (KI) zu betreiben.
  2. LED-Konverteranordnung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die LED-Konverteranordnung (10) derart ausgebildet ist, dass mittlere Stromstärken durch die zumindest eine LED (41) als elektrische Speisungsgrößen (16, 18, 19) der zumindest einen LED dienen.
  3. LED-Konverteranordnung (10) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, als Stellglied dienende Schaltmittel (13A, 13B) der LED-Konverteranordnung (10) in einem Lückbetrieb anzusteuern.
  4. LED-Konverteranordnung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, die zumindest eine LED (41) in einer Vielzahl von Dimmstufen mit einer jeweiligen zugehörigen Spitzenstromstärke (Ip) einer Induktivität (11) der LED-Konverteranordnung (10) zu betreiben.
  5. LED-Konverteranordnung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Regelglied (20) als ein integrierendes Regelglied ausgebildet ist.
  6. LED-Konverteranordnung (10) gemäß Anspruch 5, wobei das Linearisierungsglied (21) eine Inversfunktion für eine die zumindest eine LED (41) umfassende Regelstrecke der LED-Konverteranordnung (10) aufweist, wobei die Inversfunktion es erlaubt, das Regelglied (20) in einer jeden der Vielzahl von Dimmstufen für jede vorgegebene elektrische Speisungsgröße (19) der zumindest einen LED (41) mit einem konstanten Reglerbeiwert (KI) zu betreiben.
  7. LED-Konverteranordnung (10) gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (15) dazu eingerichtet ist, die Inversfunktion in der jeweiligen der Vielzahl von Dimmstufen mit einer Festkomma-Arithmetik auszuwerten, wobei ein Absolutfehler zwischen der Festkomma-Arithmetik und einer entsprechenden Fließkomma-Arithmetik geringer ist als eine vorgegebene Fehlertoleranzschwelle.
  8. LED-Konverteranordnung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungsmittel (17) einen Messwiderstand umfassen.
  9. LED-Konverteranordnung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltmittel (13A, 13B) einen Transistor umfassen.
  10. LED-Konverteranordnung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die LED-Konverteranordnung (10) als ein Abwärtswandler ausgebildet ist.
  11. Betriebsgerät (40) zum Betreiben zumindest einer LED (41), umfassend eine LED-Konverteranordnung (10) gemäß einem jeden der Ansprüche 1-10.
  12. Beleuchtungseinrichtung (50), umfassend ein Betriebsgerät (40) gemäß Anspruch 11; und zumindest eine LED (41).
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