DE60211366T2 - Pwm-steuerung von arrays auf led-basis - Google Patents

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DE60211366T2
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Subramanian Muthu
J. Frank SCHUURMANS
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H05B45/22—Controlling the colour of the light using optical feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Dot-Matrix Printers And Others (AREA)
  • Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung des Lichtstroms von Leuchtdiodenketten, wie diese zum Beispiel in Anzeigen und Beleuchtungskörpern verwendet werden, vorzugsweise auf die Steuerung von LED-Anzeigen mit einem, in Form von PWM-Impulsen vorgesehenen Ansteuerungsstrom.
  • In dem Fall, in dem eine Lichtanzeige aus der kombinierten, abgegebenen Lichtmenge einer Kette von roten, grünen und blauen Leuchtdioden (RGB-LED-Kette) erzeugt wird, muss die Stärke der Lichtleistung von den einzelnen Leuchtdioden genau überwacht und gesteuert werden, um eine gewünschte, kombinierte Lichtausbeute von der Leuchtdiodenkette zu erreichen. Bei vielen Verwendungszwecken solcher Leuchtdiodenketten, wie z.B. bei LCD-Monitoren, wird es vorgezogen, die Kette mit impulsbreitenmodulierten (PWM) Stromimpulsen zu steuern. Durch Steuerung der Form, Dauer und Frequenz der PWM-Impulse kann der Lichtstrom der einzelnen LEDs und der Leuchtdiodenkette genau gesteuert werden.
  • Bei früheren Steuersystemen wurde eine direkte Messung der durchschnittlichen Lichtintensität vorgenommen, und in einigen Fällen wurde ebenfalls versucht, eine Messung des den LEDs zugeführten Ansteuerungsstroms in Durchlassrichtung durchzuführen, um den Lichtstrom einer RGB-Leuchtdiodenkette zu steuern. Schwierigkeiten bei der Messung der einzelnen Lichtströme und Ungenauigkeiten der Strommessung auf Grund von Wellenstrom sowie Anstiegs- und Abfallzeiten des Stroms zu Beginn und am Ende der PWM-Impulse haben die Effektivität solcher früherer Steuersysteme begrenzt. US-6 173 783 offenbart ein Beispiel eines früheren Steuersystems für einen, weißes Licht emittierenden Beleuchtungskörper.
  • Die vorliegende Erfindung sieht durch Ermitteln einer Konstanten, wobei der maximale Lichtstrom einer LED zu dem die LED steuernden Spitzenstrom eines PWM-Impulses in Relation gesetzt wird, und Multiplizieren des mittleren Stroms des PWM-Impulses mit der Konstanten, um einen Wert für den durchschnittlichen Lichtstrom für die LED zu erhalten, eine verbesserte Steuerung einer LED-Kette vor.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Konstante durch gleichzeitiges Messen des maximalen Lichtstroms der LED und des Spitzenstroms eines die LED steuernden PWM-Impulses bestimmt. Die Konstante wird dann durch Dividieren des maximalen Lichtstroms durch den Spitzenstrom des PWM-Impulses berechnet. Die Anstiegs- und Abfallzeit des Impulses beeinträchtigen nicht die Messungen, wenn die gleichzeitigen Messungen zu einem Zeitpunkt während der Dauer des PWM-Impulses, zu dem der Impuls seine volle Stärke erreicht hat, durchgeführt werden.
  • Das Ermitteln des mittleren Stroms des PWM-Impulses kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Durchschnittsstrom des PWM-Impulses ermittelt, indem Strom in dem PWM-Impuls über die Zeit integriert wird. Die so erfolgende Ermittlung des Durchschnittsstroms reduziert den Einfluss der Anstiegs- und Abfallzeit auf die Ermittlung des durchschnittlichen Lichtstroms der LED weiter. Alternativ kann der Durchschnittsstrom durch Messen des Stroms des PWM-Impulses und Hindurchlassen der abgegebenen Sensorleistung durch ein Tiefpassfilter oder durch einen Integrator, welcher so konfiguriert ist, dass er ein durchschnittliches Stromsignal erzeugt, ermittelt werden.
  • Bei Ketten mit zwei diskreten, farbigen LEDs, welche von PWM-Impulsen gesteuert werden, die als eine Zeitfunktion zum Teil überlappen, und mit nur einem einzelnen Sensor zur Messung des Lichtstroms der LEDs kann die vorliegende Erfindung durch gleichzeitiges Messen des maximalen Lichtstroms und des Stroms einer der LEDs zu einem Zeitpunkt, zu dem die PWM-Impulse nicht überlappen, durch gleichzeitiges Messen des kombinierten, maximalen Lichtstroms der LEDs und des Spitzenstroms des die zweite LED steuernden PWM-Impulses zu einem Zeitpunkt, zu dem die PWM-Impulse überlappen, sowie durch Ermitteln des maximalen Lichtstroms der zweiten LED durch Subtrahieren der Messung des Lichtstroms der ersten LED von dem kombinierten Lichtstrom beider LEDs ausgeführt werden. Die Konstanten, wobei der maximale Lichtstrom zu dem Spitzenstrom jeder LED in Relation gesetzt wird, können dann durch Dividieren des maximalen Lichtstroms jeder LED durch deren jeweiligen Spitzenstrom berechnet werden. Die gleiche Methodenlehre kann bei Realisieren der vorliegenden Erfindung bei Leuchtdiodenketten mit mehr als zwei diskreten, farbigen LEDs angewandt werden.
  • Die Wiederholfolge zur Ermittlung des durchschnittlichen Lichtstroms kann so oft, wie erforderlich, wiederholt werden, um die für eine bestimmte Anwendung gewünschte Genauigkeit zu erzielen. Bei Anwendungen mit mehreren LEDs und einzelnen oder mehreren Lichtsensoren wird gemäß der vorliegenden Erfindung die multiple Nutzung von Hardware oder Software ins Auge gefasst, um die Messung und die Verarbeitung der zur Bestimmung der Konstanten und Strommittelwerte erforderlichen, verschiedenen Messungen zu koordinieren. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Wiederholfolge für die Messungen als eine Funktion eines messbaren Parameters, wie z.B. der Temperatur der LED, oder eines, an der LED angebrachten Wärmeableiters ermittelt werden.
  • Es besteht die Absicht, die vorliegende Erfindung als ein Verfahren anzuwenden oder diese in einer Vorrichtung oder aber in einem Code auf einem maschinenlesbaren Datenträger zu realisieren.
  • Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnung sind lediglich beispielhaft und sind nicht als einschränkend anzusehen, wobei der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und Äquivalente derselben definiert wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Signaldiagramm der Relation einer RGB-LED-Kette, welche gemäß der vorliegenden Erfindung von PWM-Stromimpulsen gesteuert wird;
  • 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Ermittlung des durchschnittlichen Lichtstroms einer LED;
  • 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Ermittlung des durchschnittlichen Lichtstroms einer ersten und einer zweiten LED einer LED-Kette;
  • 4 eine schematische Darstellung einer exemplarischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Ermittlung des durchschnittlichen Lichtstroms einer LED; sowie
  • 5 eine schematische Darstellung weiterer Details der in 4 dargestellten Vorrichtung.
  • 1 zeigt ein Signaldiagramm der Relation des Lichtstroms einer Kette aus einer roten, einer grünen und einer blauen Leuchtdiode (RGB-LED) zu einem PWM-Impuls, welcher jede LED in einem typischen Weißlicht-Projektionssystem eines Typs, in welchem die vorliegende Erfindung realisiert werden kann, steuert. Es sei erwähnt, dass der Lichtstrom der LED zu praktischen Zwecken direkt proportional zu dem die LED steuernden Strom ist. Weiterhin sei erwähnt, dass, um die Beschreibung und das Verstehen der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, die PWM-Impulse, wie dargestellt, keine Welligkeit oder Verzerrung an den Vorderflanken und Hinterflanken der Impulse bei Anstiegs- und Abfallzeiteinflüssen, welche wahrscheinlich bei einer tatsächlichen Anwendung der vorliegenden Erfindung vorhanden wären, aufweisen. Fachkundige werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung einzigartige Fähigkeiten vorsieht, um wie unten beschrieben zu wirken, selbst wenn Anstiegs- und Abfallzeiteinflüsse vorhanden sind.
  • Die Längen der die rote, grüne und blaue LED steuernden PWM-Impulse in 1 sind jeweils als DR, DG, DB gekennzeichnet, während die Strommittelwerte jeweils als IR-av, IG-av, IB-av gekennzeichnet sind. Während der PWM-Periodendauer überlappen die Längen der PWM-Impulse DR, DG, DB bei einem Teil der PWM-Periode als eine Zeitfunktion. Auf Grund dieser Überlappung ist es nicht möglich, während der PWM-Periode einen Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem der Lichtstrom der grünen LED von einem einzelnen Lichtsensor, der so ausgerichtet ist, dass er die Lichtleistung aller drei LEDs aufnimmt, direkt gemessen werden kann.
  • 2 zeigt ein Verfahren 10, welches unter Verwendung der Vorrichtung und des Codes gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, um den durchschnittlichen Lichtstrom einer LED mit einem maximalen Lichtstrom zu ermitteln, wenn die LED durch einen PWM-Impuls mit einem Spitzenstrom und einem mittleren Strom gesteuert wird. Nach dem Verfahren wird eine Konstante 12 ermittelt, wobei der maximale Lichtstrom der LED zu dem Spitzenstrom des PWM-Impulses in Relation gesetzt wird, und der mittlere Strom des PWM-Impulses mit der Konstanten multipliziert, um den durchschnittlichen Lichtstrom der LED zu erhalten.
  • Die Konstante kann durch gleichzeitiges Messen 16 des maximalen Lichtstroms der LED und des Spitzenstroms der LED sowie durch Dividieren 18 des maximalen Lichtstroms der LED durch den Spitzenstrom des PWM-Impulses berechnet werden. Dieses ist in 1 durch Abtastimpuls 1A sowie die zugeordneten, durch „X1A" gekennzeichneten Punkte auf den als „Stromimpulse" und „Ausgangsleistung des Photosensors" bezeichneten Kurven dargestellt. Die gleichzeitigen Messungen der maximalen Lichtleistung und des Spitzenstroms werden vorzugsweise zu einem Zeitpunkt während der Dauer DR des PWM-Impulses, zu dem der Impuls voll entwickelt ist und keine Anstiegs- und Abfallzeiteinflüsse vorliegen, vorgenommen.
  • Die Ermittlung des mittleren Stroms 20 des PWM-Impulses kann auf verschiedene Weisen vorgenommen werden. Zum Beispiel kann der mittlere Strom 20 des PWM-Impulses durch Überwachen und Integrieren des gesamten PWM-Impulses als eine Zeitfunktion ermittelt werden. Dieses kann durch Abtasten des Stroms realisiert werden, indem ein Analog/Digital-Wandler hoher Arbeitsgeschwindigkeit verwendet wird und die Abtastwerte als eine Zeitfunktion in einem Computer oder Mikroprozessor, wie in 4 dargestellt, gemittelt werden, um ein Signal mit einem Strommittelwert, wie durch die gestrichelten Linien in 1 dargestellt, zu erzeugen. Alternativ kann der Strom in dem PWM-Impuls, wie in 5 dargestellt, durch ein Tiefpassfilter 86 hindurch gehen und gemessen oder von einem Integrator, welcher so ausgeführt ist, dass er ein Signal mit einem Strommittelwert, wie durch die gestrichelten Linien in 1 dargestellt, erzeugt, erfasst werden. Es können innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche ebenfalls weitere Verfahren, welche Fachkundigen bekannt sind, angewandt werden, um den durchschnittlichen Strom des PWM-Impulses gemäß der vorliegenden Erfindung zu ermitteln.
  • Das beschriebene Verfahren kann soweit ebenfalls eingesetzt werden, um unter Verwendung der Abtastimpulse 3A, 3B und X3A-B den durchschnittlichen Lichtstrom der blauen LED in 1 zu ermitteln, indem die gleichzeitigen Messungen vorgenommen werden und der durchschnittliche Strom zu einem Zeitpunkt während der Dauer DB des PWM-Impulses, zu dem der Impuls voll entwickelt ist und keine Anstiegs- und Abfallzeiteinflüsse vorhanden sind und der die grüne LED steuernde Impuls nicht mit den die rote oder grüne LED steuernden PWM-Impulsen überlappt, ermittelt wird.
  • 3 zeigt ein Verfahren 30 zur Ermittlung des Lichtstroms einer ersten und einer zweiten LED, welche jeweils einen maximalen Lichtstrom aufweisen, wenn die erste und die zweite LED jeweils von einem ersten und einem zweiten PWM-Impuls, die als eine Zeitfunktion teilweise überlappen, gesteuert werden, wobei die Lichtleistung der ersten und zweiten LED von einem einzelnen Lichtsensor, welcher den kombinierten Lichtstrom der ersten und zweiten LED aufnimmt, gemessen wird. Dieses Verfahren kann zur Ermittlung der maximalen und durchschnittlichen Lichtleistung der grünen LED von 1 angewandt werden, wobei der die grüne LED steuernde PWM-Impuls mit einem oder beiden der die rote und die blaue LED steuernden PWM-Impulse überlappt.
  • Wir gehen davon aus, dass die erste LED die rote LED und die zweite LED die grüne LED von 1 ist. Nach dem Verfahren 30 werden zur gleichen Zeit der maximale Lichtstrom und der Spitzenstrom der ersten oder zweiten (roten oder grünen) LED zu einem Zeitpunkt (1A, X1A) gemessen 32, zu dem der erste und zweite (rote und grüne) PWM-Impuls nicht als eine Zeitfunktion überlappen. Des Weiteren werden nach dem Verfahren zur gleichen Zeit die kombinierten, maximalen Lichtströme der ersten und zweiten (roten und grünen) LED und der Spitzenstrom des die zweite (grüne) LED steuernden PWM-Impulses während eines Zeitraums (2A, X2A), in welchem die die erste und zweite (rote und grüne) LED steuernden PWM-Impulse überlappen, gemessen 34. Der maximale Lichtstrom der zweiten (grünen) LED wird durch Subtrahieren 36 des maximalen Lichtstroms der ersten (roten) LED, gemessen während des Zeitraums, in welchem die PWM-Impulse nicht überlappen, von dem kombinierten, maximalen Lichtstrom der ersten und zweiten (roten und grünen) LED, gemessen während des Zeitraums, in welchem die die erste und zweite (rote und grüne) LED steuernden PWM-Impulse überlappen, erreicht.
  • Sobald die maximalen Lichtströme und Spitzenströme der ersten und zweiten (roten und grünen) LED und die diese steuernden PWM-Impulse bekannt sind, können die Konstanten, wobei der maximale Lichtstrom zu den Spitzenströmen der ersten und zweiten LED in Relation gesetzt wird, durch Dividieren des maximalen Lichtstroms durch den Spitzenstrom berechnet 38, 40 werden. Sodann kann der mittlere Strom für die jede LED steuernden Impulse, wie oben beschrieben, ermittelt 42, 44 und der durchschnittliche Lichtstrom der LEDs durch Multiplizieren der Konstanten für jede LED mit dem mittleren Strom des diese LED steuernden PWM-Impulses bestimmt 46, 48 werden.
  • Fachkundige werden erkennen, dass die oben beschriebenen und in den 1–3 dargestellten Verfahren angewandt werden können, um den durchschnittlichen Lichtstrom von Ketten mit mehr als zwei LEDs, welche durch PWM-Impulse gesteuert werden, die als eine Zeitfunktion teilweise überlappen, zu ermitteln.
  • Die 4 und 5 zeigen verschiedene Gesichtspunkte exemplarischer Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung 50 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Ermittlung des durchschnittlichen Lichtstroms einer LED mit einem maximalen Lichtstrom, wenn die LED von einem PWM-Impuls mit einem Spitzenstrom und mittleren Strom gesteuert wird. Die Vorrichtung 50 wird bei einer Weißlichtquelle 52 mit einer Energieversorgung 54 eingesetzt, welche RGB-LED-Ketten mit einer roten LED 56, einer grünen LED 58 und einer blauen LED 60, die auf einem Wärmeableiter 62 angebracht sind, steuert. Die LEDs 56, 58, 60 sind durch LED-Treiber 64, welche PWM-Stromimpulse zur Steuerung der LEDs abgeben, mit der Energieversorgung verbunden.
  • Die Vorrichtung 50 weist Mittel in Form einer Photodiode 68, Stromsensoren 70 und Signalverarbeitungselementen 72 auf, welche einem Mikroprozessor 74 Signale zuführen, um eine Konstante für jede LED zu ermitteln, wobei der maximale Lichtstrom jeder LED zu dem Spitzenstrom des jede LED steuernden PWM-Impulses in Relation gesetzt wird. Die Stromsensoren 70 und die Photodiode 68 sind so ausgeführt, dass sie den maximalen Lichtstrom einer oder mehrerer LEDs 56, 58, 60 und den Spitzenstrom der das Licht erzeugenden PWM-Impulse gleichzeitig messen. Der Mikroprozessor 74 ermittelt durch Dividieren des gemessenen, maximalen Lichtstroms einer der LEDs 56, 58, 60 durch den, mit dem maximalen Lichtstrom gleichzeitig gemessenen Spitzenstrom für diese LED die Konstante.
  • Der Mikroprozessor 74 sieht ebenfalls Mittel vor, um den mittleren Strom der PWM-Impulse zu ermitteln und den mittleren Strom der die RGB-LED-Ketten steuernden PWM-Impulse mit deren jeweiligen Konstanten zu multiplizieren. Der mittlere Strom der PWM-Impulse kann berechnet werden, indem der PWM-Impuls mit Hilfe eines Stromsensors 70 überwacht und der Strom über die Zeit integriert wird. Die Stromsensoren 70 und der Mikroprozessor 74 können ebenfalls eingesetzt werden, um den Strom in dem PWM-Impuls über eine kurze Dauer des Impulses abzutasten und den durchschnittlichen Stromwert unter Verwendung von Informationen, welche sich auf die PWM-Impulsdauer und die in einem Speicher 76 des Mikroprozessors 74 gespeicherte Wiederholfolge beziehen, zu extrapolieren.
  • 5 zeigt eine Form der vorliegenden Erfindung, bei welcher der mittlere Strom durch Messen des Stroms des PWM-Impulses und Hindurchleiten des gemessenen Stroms durch ein Tiefpassfilter 86, welches so ausgeführt ist, dass es, wie durch die gestrichelten Linien in 1 dargestellt, ein Signal mit einem Strommittelwert abgibt, ermittelt wird.
  • Der Speicher 76 und der Mikroprozessor 74 können ebenfalls so ausgeführt sein, dass sie die Berechnung der Konstanten weiter erleichtern. Der Mikroprozessor 74 kann ebenfalls einen Controller 78 aufweisen, welcher so ausgeführt ist, dass er den LED-Treibern Steuersignale zuführt, um die PWM-Impulse in einer Weise, welche erforderlich ist, um einen gewünschten Lichtstrom und eine gewünschte Leistung der Weißlichtquelle 52 zu erreichen, einzustellen.
  • In die Vorrichtung 50 kann ebenfalls ein Temperatursensor 80 integriert sein, um zu ermitteln, wie oft die Vorrichtung 50 den durchschnittlichen Lichtstrom der LEDs messen sollte, und das PWM-Signal einzustellen, um die gewünschte Leistung der Lichtquelle 52 zu erzielen. Obgleich es sicherlich möglich ist, die Vorrichtung 50 und die hier beschriebenen Verfahren 10, 40 einzusetzen, um den durchschnittlichen Lichtstrom der LEDs während jeder PWM-Periode zu ermitteln, ist es vielleicht nicht erforderlich oder wünschenswert, den durchschnittlichen Lichtstrom derartig oft zu bestimmen. Stattdessen kann es wünschenswert sein, den Mikroprozessor 74 so zu programmieren, dass er den durchschnittlichen Lichtstrom pro vorgegebenen Zeitplan periodisch ermittelt oder dass der Mikroprozessor 74 den durchschnittlichen Lichtstrom ermittelt und die PWM-Impulse gemäß in dem Speicher 76 gespeicherten Parametern einstellt, sobald ein überwachter Parameter, wie z.B. die Wärmeableittemperatur, so abfällt, dass er außerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs liegt.
  • 5 zeigt, dass die Signalverarbeitungselemente 72 der Vorrichtung 50 Verstärker und Signalformer 82 für die Photodiode 68 und den Temperatursensor 80 aufweisen können. Die Vorrichtung 50 kann ebenfalls Analog/Digital-Wandler (ADC) 88 und einen Multiplexer 90 aufweisen, um die bei Realisierung der vorliegenden Erfindung erforderliche Durchführung der gleichzeitigen Messungen zu koordinieren.
  • Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls die Form eines Codes auf einem maschinenlesbaren Datenträger, welcher in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, mit Anweisungen zur Ermittlung des durchschnittlichen Lichtstroms einer LED mit einem maximalen Lichtstrom bei Steuerung durch einen PWM-Impuls mit einem Spitzenstrom und einem mittleren Strom annehmen. Der Code kann Anweisungen enthalten, um eine Konstante zu ermitteln, wobei der maximale Lichtstrom der LED zu dem Spitzenstrom des PWM-Impulses in Relation gesetzt wird, sowie Anweisungen vorsehen, um den mittleren Strom des PWM-Impulses mit der Konstanten zu multiplizieren.
  • Die Anweisungen zur Ermittlung der Konstanten können Instruktionen zur gleichzeitigen Messung des maximalen Lichtstroms der LED und des Spitzenstroms des PWM-Impulses sowie Anweisungen zur Berechnung der Konstanten durch Dividieren des maximalen Lichtstroms durch den Spitzenstrom enthalten.
  • Der Code kann weiterhin Anweisungen zur Ermittlung des Durchschnittswertes des Stroms in dem PWM-Impuls enthalten. Diese Instruktionen können Anweisungen enthalten, um den mittleren Strom zu ermitteln, indem der Strom in dem PWM-Impuls über die Zeit integriert wird oder indem alternativ der PWM-Strom gemessen wird und der gemessene Strom ein Tiefpassfilter passiert, welches so konfiguriert ist, dass es einen Durchschnittswert des PWM-Stroms erzeugt.
  • Der Code kann ebenfalls Anweisungen enthalten, um den durchschnittlichen Lichtstrom einer ersten LED und einer zweiten LED zu ermitteln, welche jeweils einen maximalen Lichtstrom aufweisen, wenn die erste und die zweite LED jeweils von einem ersten und einem zweiten PWM-Impuls gesteuert werden, wobei der erste und der zweite PWM-Impuls jeweils einen Spitzenstrom und einen mittleren Strom aufweisen, indem eine erste Konstante bestimmt wird, wobei der maximale Lichtstrom der ersten LED zu dem Spitzenstrom des ersten PWM-Impulses in Relation gesetzt wird, und der mittlere Strom des ersten PWM-Impulses mit der ersten LED-Konstanten multipliziert wird. Sollten die PWM-Impulse als eine Zeitfunktion nicht überlappen, wird der durchschnittliche Lichtstrom der zweiten LED berechnet, indem eine Konstante ermittelt wird, wobei der maximale Lichtstrom zu dem die zweite LED steuernden Spitzenstrom in Relation gesetzt wird, und die zweite LED-Konstante mit dem mittleren Strom des die zweite LED steuernden PWM-Impulses multipliziert wird.
  • In dem Fall, in dem der die erste und die zweite LED steuernde, erste und zweite PWM-Impuls als eine Zeitfunktion überlappen und der kombinierte, maximale Lichtstrom der ersten und zweiten LED mit einem einzelnen Lichtsensor gemessen wird, kann der Code Anweisungen enthalten, um den maximalen Lichtstrom und den Spitzenstrom der ersten oder zweiten LED zu einem Zeitpunkt, zu dem der erste und der zweite PWM-Impuls nicht überlappen, gleichzeitig zu messen. Der Code kann ebenfalls Anweisungen enthalten, um den maximalen Lichtstrom von der ersten und der zweiten LED und den Spitzenstrom, welcher den anderen ersten oder zweiten PWM-Impuls steuert, zu einem Zeitpunkt zu messen, zu dem der erste und zweite Impuls als eine Zeitfunktion überlappen. Der Code kann weiterhin Instruktionen enthalten, um den maximalen Lichtstrom der anderen ersten oder zweiten LED zu ermitteln, indem der maximale Lichtstrom, der für die erste oder zweite LED zu dem Zeitpunkt gemessen wird, zu dem der erste und zweite PWM-Impuls nicht überlappen, von dem kombinierten, maximalen Lichtstrom der ersten und zweiten LED, welcher zu dem Zeitpunkt gemessen wird, zu dem der erste und zweite PWM-Impuls überlappen, subtrahiert wird.
  • Der Code kann weiterhin Instruktionen enthalten, um den Durchschnittswert des Stroms in dem zweiten PWM-Impuls zu ermitteln. Diese Anweisungen können Instruktionen enthalten, um den mittleren Strom zu ermitteln, indem der Strom in dem zweiten PWM-Impuls über die Zeit integriert oder alternativ der Strom in dem zweiten PWM-Impuls gemessen und der gemessene Strom durch ein Tiefpassfilter, welches so konfigu riert ist, dass es einen durchschnittlichen Stromwert des zweiten PWM-Impulses erzeugt, hindurch geführt wird.
  • Der Code kann ferner Anweisungen enthalten, um den durchschnittlichen Lichtstrom einer dritten LED mit einem maximalen Lichtstrom zu ermitteln, wenn die erste, zweite und dritte LED jeweils von einem ersten, einem zweiten und einem dritten PWM-Impuls gesteuert werden, wobei jeder erste, zweite und dritte PWM-Impuls einen Spitzenstrom und einen mittleren Strom aufweisen, wobei der erste, zweite und dritte PWM-Impuls als eine Zeitfunktion einander teilweise überlappen, und wobei weiterhin die maximalen Lichtströme der ersten, zweiten und dritten LED mit einem einzelnen Lichtsensor gemessen werden. Der Code kann Instruktionen enthalten, um eine Konstante der dritten LED zu ermitteln, wobei der maximale Lichtstrom der dritten LED zu dem Spitzenstrom des dritten PWM-Impulses in Relation gesetzt wird, sowie Anweisungen vorsehen, um den mittleren Strom in dem dritten PWM-Impuls mit der Konstanten der dritten LED zu multiplizieren. Außerdem kann der Code Instruktionen enthalten, um die Konstante der dritten LED zu ermitteln, indem der maximale Lichtstrom und der Spitzenstrom der dritten LED zu einem Zeitpunkt, zu dem der erste, zweite und dritte PWM-Impuls als eine Zeitfunktion nicht überlappen, gleichzeitig gemessen werden, sowie Instruktionen vorsehen, um den maximalen Lichtstrom der dritten LED durch den Spitzenstrom der dritten LED zu dividieren.
  • Der Code kann weiterhin Anweisungen enthalten, um den durchschnittlichen Wert des Stroms in dem dritten PWM-Impuls zu ermitteln. Diese Anweisungen können Instruktionen enthalten, um den mittleren Strom zu ermitteln, indem der Strom in dem dritten PWM-Impuls über die Zeit integriert oder alternativ der Strom in dem dritten PWM-Impuls gemessen und der gemessene Strom durch ein Tiefpassfilter, welches so konfiguriert ist, dass es einen durchschnittlichen Stromwert des dritten PWM-Impulses erzeugt, hindurch geführt wird.
  • Der Code kann ferner Instruktionen zum Multiplizieren der Konstanten der dritten LED mit dem durchschnittlichen Wert des Stroms in dem dritten PWM-Impuls enthalten. Fachkundige werden ohne weiteres erkennen, dass der Code Anweisungen enthalten kann, um die vorliegende Erfindung unter Verwendung von Lichtquellen mit mehr als drei LEDs sowie weitere Kombinationen bei teilweise überlappenden PWM-Folgen zu realisieren.
  • Obgleich sich die vorherige Beschreibung auf bestimmte exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bezieht, können weitere Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Zum Beispiel ist der Begriff „einzelner Lichtsensor", wie hier verwendet, so auszulegen, dass Anordnungen vorgesehen sind, bei welchen mehrere Sensoren in Verbindung miteinander so eingesetzt werden, dass diese als eine Einheit arbeiten. Der Begriff „LED", wie hier verwendet, ist ebenfalls so auszulegen, dass LED-Ketten vorgesehen sind, welche als eine Einheit arbeiten.
  • Inschrift der Zeichnung
  • 1
    • Current Pulses – Stromimpulse
    • Output of Photo Sensor – Ausgangsleistung des Photosensors
    • Sampling Pulses – Abtastimpulse
    • PWM Period – PWM-Periode
  • 2
    • 12 Ermitteln einer Konstanten, wobei der max. Lichtstrom einer LED zu dem Spitzenstrom eines die LED steuernden PWM-Impulses in Relation gesetzt wird
    • 16 Gleichzeitiges Messen des max. Lichtstroms und Spitzenstroms des PWM-Impulses
    • 18 Dividieren des max. Lichtstroms durch den Spitzenstrom des PWM-Impulses
    • 20 Ermitteln des mittleren Stroms des PWM-Impulses
    • 14 Multiplizieren der Konstanten mit der durchschnittlichen Leistung des PWM-Impulses
  • 3
    • 32 Gleichzeitiges Messen des max. Lichtstroms einer ersten LED und des Spitzenstroms eines die erste LED steuernden PWM-Impulses während eines Zeitraums, in dem die die erste und eine zweite LED steuernden PWM-Impulse nicht überlappen
    • 34 Gleichzeitiges Messen der kombinierten, max. Lichtströme der ersten und zweiten LED und des Spitzenstroms des die zweite LED steuernden PWM-Impulses während eines Zeitraums, in dem die die erste und zweite LED steuernden PWM-Impulse überlappen
    • 36 Ermitteln des maximalen Lichtstroms der zweiten LED durch Subtrahieren des max. Lichtstroms der ersten LED, gemessen während der Periode, in der die PWM-Impulse nicht überlappen, von dem kombinierten, max. Lichtstrom der ersten und zweiten LED, gemessen während der Periode, in der die die erste und zweite LED steuernden PWM-Impulse überlappen
    • 38 Berechnen einer Konstanten der ersten LED, wobei der max. Lichtstrom der ersten LED zu dem Spitzenstrom des die erste LED steuernden PWM-Impulses in Relation gesetzt wird
    • 40 Berechnen einer Konstanten der zweiten LED, wobei der max. Lichtstrom der zweiten LED zu dem Spitzenstrom des die zweite LED steuernden PWM-Impulses in Relation gesetzt wird
    • 42 Ermitteln des mittleren Stroms des die erste LED steuernden PWM-Impulses
    • 44 Ermitteln des mittleren Stroms des die zweite LED steuernden PWM-Impulses
    • 46 Ermitteln des durchschnittlichen Lichtstroms der ersten LED durch Multiplizieren der Konstanten der ersten LED mit dem mittleren Strom des die erste LED steuernden PWM-Impulses
    • 48 Ermitteln des durchschnittlichen Lichtstroms der zweiten LED durch Multiplizieren der Konstanten der zweiten LED mit dem mittleren Strom des die zweite LED steuernden PWM-Impulses
  • 4
    • AC Mains – Wechselstromnetz
    • Power Supply – Energieversorgung
    • User Interface – Benutzeroberfläche
    • LED Driver – LED-Treiber
    • Control Signals – Steuersignale
    • Microprocessor – Mikroprozessor
    • Controller – Controller
    • Memory – Speicher
    • ADC – Analog/Digital-Wandler
    • Inputs to ADC – Eingänge in Analog/Digital-Wandler
    • Signal Conditioning – Signalverarbeitung
    • Current Sensing – Strommessung
    • RGB LED Arrays – RGB-LED-Ketten
    • Heat Sink – Wärmeableiter
    • Temperature Sensor – Temperatursensor
    • Mixing Optics – Mischoptik
    • Photo Diode – Photodiode
  • 5
    • Microprocessor – Mikroprozessor
    • ADCs – Analog/Digital-Wandler
    • Multiplexer – Multiplexer
    • Input Signals to ADC – Eingangssignale in Analog/Digital-Wandler
    • Low Pass Filter – Tiefpassfilter
    • LED Driver – LED-Treiber
    • Amplifier – Verstärker
    • Current Sensing – Strommessung
    • RGB LED Arrays – RGB-LED-Ketten
    • Heat Sink – Wärmeableiter
    • Temperature Sensor – Temperatursensor
    • Amplifier & Conditioning – Verstärker & Signalformer
    • Mixing Optics – Mischoptik
    • Photo Diode – Photodiode
    • Amplifier & Signal Conversion – Verstärker & Signalumwandlung

Claims (11)

  1. Vorrichtung (50) zur Ermittlung des durchschnittlichen Lichtstroms einer LED (56) mit einem maximalen Lichtstrom, wobei die LED durch einen PWM-Impuls mit einem Spitzenstrom und einem mittleren Strom gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) Mittel (68, 70, 72, 74) aufweist, um eine Konstante zu ermitteln, wobei der maximale Lichtstrom der LED (56) zu dem Spitzenstrom des PWM-Impulses in Relation gesetzt wird, sowie Mittel (74) vorsieht, um den mittleren Strom des PWM-Impulses mit der Konstanten zu multiplizieren.
  2. Vorrichtung (50) nach Anspruch 1, wobei die Mittel (68, 70, 72, 74) zur Ermittlung der Konstanten Mittel (68, 70, 72) aufweisen, um den maximalen Lichtstrom der LED und den Spitzenstrom des PWM-Impulses gleichzeitig zu messen, um die Konstante zu berechnen, sowie Mittel (74) vorsehen, um durch Dividieren des maximalen Lichtstroms durch den Spitzenstrom die Konstante zu berechnen.
  3. Vorrichtung (50) nach Anspruch 1, um den mittleren Lichtstrom einer ersten und einer zweiten LED (56, 58) zu ermitteln, wobei jede einen maximalen Lichtstrom aufweist, wenn die erste und die zweite LED (56, 58) jeweils von einem ersten und einem zweiten PWM-Impuls gesteuert werden, wobei der erste und der zweite PWM-Impuls jeweils einen Spitzenstrom und einen mittleren Strom aufweisen, wobei die Vorrichtung (50) Mittel (68, 70, 72, 74) aufweist, um eine Konstante der ersten LED zu ermitteln, wobei der maximale Lichtstrom der ersten LED (56) zu dem Spitzenstrom des ersten PWM-Impulses in Relation gesetzt wird, sowie Mittel (74) vorsieht, um den mittleren Strom des ersten PWM-Impulses mit der Konstanten der ersten LED zu multiplizieren.
  4. Vorrichtung (50) nach Anspruch 3, wobei die Mittel (68, 70, 72, 74) zur Ermittlung der Konstanten der ersten LED Mittel (68, 70, 72) aufweisen, um den maximalen Lichtstrom der ersten LED und den Spitzenstrom des ersten PWM-Impulses gleichzeitig zu messen, sowie Mittel (74) vorsehen, um durch Dividieren des maximalen Licht stroms der ersten LED (56) durch den Spitzenstrom des ersten PWM-Impulses die Konstante der ersten LED zu berechnen.
  5. Vorrichtung (50) nach Anspruch 5, wobei der erste und der zweite PWM-Impuls DR, DG als eine Zeitfunktion zum Teil überlappen und der maximale Lichtstrom der ersten und zweiten LED mit einem einzelnen Lichtsensor (68) gemessen werden, wobei die Vorrichtung weiterhin aufweist: – Mittel (68, 70, 72), um den maximalen Lichtstrom und den Spitzenstrom der ersten oder zweiten LED (56) zu einem Zeitpunkt 1A, zu dem der erste und der zweite PWM-Impuls DR, DG als eine Zeitfunktion nicht überlappen, gleichzeitig zu messen, – Mittel (68, 70, 72), um den maximalen Lichtstrom von sowohl der ersten als auch der zweiten LED (56, 58) und den Spitzenstrom des anderen ersten oder zweiten PWM-Impulses zu einem Zeitpunkt 1B, zu dem der erste und der zweite PWM-Impuls DR, DG als eine Zeitfunktion überlappen, gleichzeitig zu messen, sowie – Mittel (68, 70, 72), um den maximalen Lichtstrom der anderen ersten oder zweiten LED (58) zu ermitteln, indem der maximale Lichtstrom, der für die erste oder zweite LED (56) zu einem Zeitpunkt 1A gemessen wird, zu dem der erste und der zweite PWM-Impuls DR, DG nicht überlappen, von dem kombinierten, maximalen Lichtstrom der ersten und zweiten LED, der zu dem Zeitpunkt 1G gemessen wird, zu dem der erste und zweite PWM-Impuls DR, DG überlappen, subtrahiert wird.
  6. Vorrichtung (50) nach Anspruch 5, welche weiterhin Mittel (68, 70, 72, 74) aufweist, um die Konstante der zweiten LED zu ermitteln, indem die Messung des Spitzenstroms des zweiten PWM-Impulses DG zur gleichen Zeit wie die Messung des kombinierten, maximalen Lichtstroms der ersten und zweiten LED (56, 58) erfolgt, sowie Mittel (74) vorsieht, um den maximalen Lichtstrom der zweiten LED (58) durch den Spitzenstrom des zweiten PWM-Impulses DG zu dividieren.
  7. Vorrichtung (50) nach Anspruch 3 oder 5, um weiterhin den mittleren Lichtstrom einer dritten LED (60) mit einem maximalen Lichtstrom zu ermitteln, wenn die erste, zweite und dritte LED (56, 58, 60) jeweils von einem ersten, einem zweiten und einem dritten PWM-Impuls, DR, DG, DB, gesteuert werden, wobei der erste, zweite und dritte PWM-Impuls jeweils einen Spitzenstrom und einen mittleren Strom aufweisen, und wobei der erste, zweite und dritte PWM-Impuls DR, DG, DB als eine Zeitfunktion teilweise überlappen und der maximale Lichtstrom der ersten, zweiten und dritten LED (56, 58, 60) mit dem einzelnen Lichtsensor (68) gemessen werden, wobei die Vorrichtung (50) weiterhin Mittel (68, 70, 72, 74) aufweist, um eine Konstante der dritten LED zu ermitteln, wobei der maximale Lichtstrom der dritten LED (60) zu dem Spitzenstrom des dritten PWM-Impulses DB in Relation gesetzt wird, sowie Mittel (74) vorsieht, um den mittleren Strom des dritten PWM-Impulses DB mit der Konstanten der dritten LED zu multiplizieren.
  8. Vorrichtung (50) nach Anspruch 7, welche weiterhin Mittel (68, 70, 72, 74) aufweist, um die Konstante der dritten LED zu ermitteln, indem der maximale Lichtstrom und der Spitzenstrom der dritten LED (60) zu einem Zeitpunkt 3A, zu dem der erste, zweite und dritte PWM-Impuls DR, DG, DB als eine Zeitfunktion nicht überlappen, zur gleichen Zeit gemessen werden, sowie Mittel (74) vorsieht, um den maximalen Lichtstrom der dritten LED (60) durch den Spitzenstrom der dritten LED (60) zu dividieren.
  9. Vorrichtung (50) nach Anspruch 5 oder 7, welche weiterhin Mittel (74) aufweist, um den mittleren Wert des Stroms von mindestens einer Gruppe des Stroms in dem PWM-Impuls, in dem ersten PWM-Impuls, in dem zweiten PWM-Impuls DG und in dem dritten PWM-Impuls DB, zu ermitteln, indem der Strom in dem jeweiligen PWM-Impuls, dem ersten PWM-Impuls, dem zweiten PWM-Impuls DG und dem dritten PWM-Impuls DB, über die Zeit integriert wird.
  10. Vorrichtung (50) nach Anspruch 9, welche weiterhin Mittel (74) aufweist, um die Konstante mit dem mittleren Wert des Stroms in dem jeweiligen PWM-Impuls, dem ersten PWM-Impuls, dem zweiten PWM-Impuls DG und dem dritten PWM-Impuls DB, zu multiplizieren.
  11. Code auf einem maschinenlesbaren Datenträger, welcher bei einer Vorrichtung nach Anspruch 1 zu verwenden ist, um den durchschnittlichen Lichtstrom einer LED mit einem maximalen Lichtstrom zu ermitteln, wobei die LED von einem PWM-Impuls mit einem Spitzenstrom und einem mittleren Strom gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Code Befehle, eine Konstante zu ermiteln, wobei der maximale Lichtstrom der LED zu dem Spitzenstrom des PWM-Impulses in Relation gesetzt wird, sowie Befehle enthält, den mittleren Strom des PWM-Impulses mit der Konstanten zu multiplizieren.
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