EP2019569A1 - Verfahren zum Dimmen des von LED-Leuchten abgestrahlten Lichts, insbesondere in der Fluggastkabine eines Verkehrsflugzeuges - Google Patents

Verfahren zum Dimmen des von LED-Leuchten abgestrahlten Lichts, insbesondere in der Fluggastkabine eines Verkehrsflugzeuges Download PDF

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EP2019569A1
EP2019569A1 EP08011889A EP08011889A EP2019569A1 EP 2019569 A1 EP2019569 A1 EP 2019569A1 EP 08011889 A EP08011889 A EP 08011889A EP 08011889 A EP08011889 A EP 08011889A EP 2019569 A1 EP2019569 A1 EP 2019569A1
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cycle
led
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    • 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]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of the main claim.
  • a white light emitting diode LED
  • the dimming of the light emitted by a white light emitting diode is known in successive working periods with each other of equal length, in each of which a high-frequency chopping of the current flowing through the diode during the switch-on periods in the successive operating periods takes place.
  • the gamut color correction required for high-quality, color-constant lighting effects requires very short current flow times via light-emitting diodes. It can then be compensated for that the color locations of LEDs vary within a production lot. In order to achieve nevertheless nevertheless a certain basic color, already at the manufacturing adjustment or later in the enterprise (over Photodiodes compensated) the two other primary colors mixed with low intensities, resulting for the respective color from the in the CIE standard color chart (in the so-called color shoe) inscribed color triangle for the LEDs. For example, a guaranteed color locus "blue, unsaturated" is gamut corrected by generating the green LED at 5% and the red LED at 2% in addition to the full drive (100%) of the blue LED.
  • blue has a turn-on time of 1% of the full cycle, ie 30 ⁇ s, for green 1% of 5% equal to 0, 05% (1.5 ⁇ s) and for red 1% of 2% equal to 0.02% (0.6 ⁇ s current flow over the red LED).
  • the present invention is based on the technical problem to further develop a method of the generic type that even with limited processor capacity and in conjunction with current sinks in inexpensive available, as conventional bipolar circuitry extremely low, i. light-dim dimming settings on LEDs can be set reproducibly and then also sensitively varied.
  • the currentless idle period in the (overall) cycle ie between two work periods spaced apart by an idle period, can in turn be varied to even finer-level dimming, for example by succession of a different number of idle periods of equal length and / or by length variations of the idle periods.
  • the pulse duration in the individual LED arrays can be set to temporarily constant cycle current integral so that no jump in the current integral, ie no brightness fluctuation and no abrupt color change, occur at this moment.
  • the length of the operating periods in which the current pulses of constant length occur can also be varied in the successive cycles in order to influence the radiation integral current integral over the cycle, without having to further shorten the current flow periods for further dimming down ,
  • Each array 12 is connected to a supply voltage 14 (of typically 55 volts) against device ground 15, to the latter via a constant current sink 16 in the form of a bipolar transistor in emitter circuit with its emitter resistor 17.
  • the length of these individual current flow periods t determines in each case via the cyclic current time integral the resulting array current intensity and thus the intensity (brightness) of the associated red, green and blue superimposed color emissions.
  • This current color mixture from the three arrays 12 gives the light color emitted by the luminaire 11.
  • the currently desired color mixture and its intensity is determined by a higher-level, external control signal 19 for the individual current flow periods t.
  • the current flow time t may be reduced stepwise within a period Ta, which is typically 3 milliseconds corresponding to a repetition frequency of 333 Hertz.
  • a period Ta typically 3 milliseconds corresponding to a repetition frequency of 333 Hertz.
  • the working period Ta must be correspondingly finely subdivided, the processor 18 thus having a correspondingly high coding depth for setting even very short time periods t, which makes it much more expensive.
  • Such a narrow-pulse control of the current sinks 16 would also become too high-frequency for the operation of constant-current transistors in the inexpensive bipolar technology.
  • a working period Ta switched when in at least one of the arrays of current flow t - especially for lack of processor-dependent finer resolution - should not be further reduced.
  • variable current flow periods tr, tg and tb occurring within the working periods Ta, T'a should be used as offset as possible from one another at the beginning of the period, around the middle of the period and before the end of the period.
  • Such interlacing avoids visually disturbing stroboscopic effects, such as may occur when colors are driven sequentially such that only one of the primary colors is always lit; or in general, when light is generated at very low frequency (substantially below 100 Hz).
  • a power supply 21 is fed with voltage converter 22 for providing the supply voltage 14.
  • a buffer 23 of high capacity (and not considered in the drawing voltage regulation) load changes are intercepted.
  • the energy stored in the buffer 23 is available when an LED is just turned on during the voltage zero crossing of the electrical system 20.
  • the buffer 23 is then until the next zero crossing of On-board network 20 recharged.
  • the buffer 23, typically an electrolytic capacitor must be sized quite large, which represents a significant cost factor.
  • the turn-on interleaving of the diodes reduces the stress on the power supply 21, so that a cheaper smaller buffer 23 can be used.
  • the first and then conventionally constant working period lengths Ta become different over the different arrays 12 adjustable current flow time periods tr, tg, tb - starting from the nominal current (typically around 25 mA) for maximum brightness - gradually reduced until in one of the arrays 12 a modulation (a dimming level) of typically only 1% of the normal brightness is reached.
  • the invention Before then occur in the array drive frequency components that can lead to about the frequency of the on-board network 20 about to beat phenomena, or if the coding depth of the current-controlling processor 18 and the response of the Konstantstromsenken 16 behind the LED arrays 12 further dimming by more Shortening of the current flow times t in any case no longer allow one of the arrays 12, according to the invention to further and more finely graded dimming an extension of the cycles Z by extending the working periods Ta and / or by inserting constant or variable lengths of no-current periods To between successive periods Ta, namely to further reduce the current integrals in the arrays 12 over the current cycle Z even without further shortening an already critically short current flow time t itself, if necessary, adjusting the current flow periods t to the desired Abstrahl-In intensity and color in the other arrays 12.

Abstract

Zum Herabdimmen der Helligkeit des Mischfarben-Lichts aus einer LED-Leuchte (11) mit LED-Arrays (12r, 12g, 12b) unterschiedlicher Farbabstrahlungen, insbesondere in der Fluggastkabine eines Verkehrsflugzeuges, werden während zunächst konstanter Arbeitsperioden-Längen (Ta) die über die verschiedenen Arrays (12) unterschiedlich einstellbaren Stromfluss-Zeitspannen (tr, tg, tb) schrittweise verkürzt. Ehe dabei Frequenzkomponenten auftreten, die mit der Bordnetzfrequenz etwa zu Schwebungserscheinungen führen können, oder wenn die Kodierungstiefe des steuernden Prozessors (18) bzw. das Ansprechverhalten der Konstantstromsenken (16) hinter den LED-Arrays (12) ein weiteres Abdimmen durch weitere Verkürzung der Stromflussdauern (t) nicht mehr zulassen, erfolgt zu weiterem und feinstufigerem Abdimmen eine Zyklusverlängerung (Z) durch Verlängern der Arbeitsperioden (Ta) und / oder durch Einfügen konstanter oder variabler Längen von stromlosen Leerperioden (To) zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden (Ta) zu weiterer Verringerung der Stromintegrale durch die Arrays (12) über dem Zyklus (Z). Das ermöglicht mit der eingeführten Schaltungstechnologie und ohne Steigerung der Kodierungstiefe im Prozessor (18) eine sehr feine Farbkorrektur auch noch bei extrem kleinen Helligkeiten bis hin zum gleitenden Übergang in die Licht-AUS-Situation; bzw. umgekehrt beim Einschalten ein trotz sehr langsamen Aufdimmens farbkonstantes Mischfarben-Licht aus der LED-Leuchte (11).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Aus der DE 10 2005 016 729 B3 ist das Dimmen des von einer Weißlicht-Leuchtdiode (LED) abgestrahlten Lichts in lückenlos aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden untereinander gleicher Länge bekannt, in denen jeweils ein hochfrequentes Choppen des während der Einschaltzeitspannen in den aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden über die Diode fließenden Stromes stattfindet. Je kürzer die Einschaltzeitspanne in der Arbeitsperiode ist, desto weniger Konstantstrompulse fließen über die LED, desto geringer ist demzufolge die Helligkeit des abgestrahlten Lichts.
  • Zum Verändern des Farbeindruckes einer LED-Leuchte wird gewöhnlich die Lichtabstrahlung von LED-Arrays in den Grundfarben Rot, Grün und Blau in unterschiedlicher Intensität einander überlagert, wofür die einzelnen Arrays zur Dimmung unabhängig voneinander eine Steuerung ihrer Arraystrom-Zeitspannen in den Arbeitsperioden erfahren.
  • Damit lässt sich allerdings nur ein Dimmverhältnis in der Größenordnung 1:1000 zwischen dunkel und hell erzielen. Das reicht nicht mehr aus für z.B. farbkonstant variable Dämmerungseindrücke (etwa als zeitlich gestreckter Übergang von Sternenhimmel zu Sonnenaufgang bei der Beleuchtung in einer Fluggastkabine) mit Gamut-Farbkorrektur (Kompensation der Verschiebung zu wärmerer Lichtfarbe bei Übergang auf geringere Helligkeit), wenn die RGB-Leuchtdiodenarrays schon stark gedimmt arbeiten, also bei niedrigster damit einstellbarer Helligkeit; dazu ist ein um wenigstens eine Größenordnung stärkeres Dimmverhältnis für noch geringere Ansteuerung vor dem vollständigen Abschalten anzustreben.
  • Denn gerade die für hochwertige, farbkonstante Beleuchtungseffekte erforderliche Gamut-Farbkorrektur bedingt sehr kurze Stromflusszeiten über Leuchtdioden. Damit kann dann kompensiert werden, dass die Farborte von LEDs innerhalb eines Fertigungsloses variieren. Um nämlich dennoch eine bestimmte Grundfarbe zu erreichen, werden schon beim Fertigungsabgleich oder später im Betrieb (über Fotodioden ausgeregelt) die beiden anderen Grundfarben mit geringen Intensitäten beigemischt, die sich für den jeweiligen Farbort aus dem in die CIE-Normfarbtafel (in den auch sogenannten Farbschuh) einbeschriebenen Farbdreieck für die LEDs ergeben. Beispielsweise wird ein garantierter Farbort "blau, ungesättigt" Gamut-korrigiert dadurch erzeugt, dass zusätzlich zur Vollansteuerung (100%) der blauen LED die grüne LED zu 5% und die rote LED zu 2% angesteuert werden. Um diesen Farbort bei geringer Helligkeit, etwa gedimmt auf 1%, mit einem Ansteuer-Zyklus von 3 ms darzustellen, ergibt sich für blau eine Einschaltzeit von 1 % des vollen Zyklus, also 30 µs, für grün 1 % von 5% gleich 0,05% (1,5µs) und für rot 1 % von 2% gleich 0,02% (0,6µs Stromfluss über die rote LED).
  • LEDs mit derart kurzen Pulsen zu bestromen, beschwört zahlreiche Probleme herauf. So weisen diese kurzen Pulse Grundfrequenzen von einigen hundert Kilohertz auf, was zu störenden Interferenzen (EMI-Erscheinungen) mit Frequenzen führen kann, welche bestimmten Funkdiensten zugeteilt sind (etwa dem Notruffunk auf 200 kHz); zu kurze Abschaltzeiten behindern das Entladen der Eigenkapazitäten der LEDs; und mit preisgünstigen Bauelementen können keine hinreichend schnell schaltenden Stromsenken realisiert werden. Schaltungstechnisch wäre ein derart extremes LED-Dimmen nur noch mit sehr schnellen und deshalb teuren Prozessoren hoher Kodierungstiefe für die feine Unterteilung der Arbeitsperiode realisierbar, samt leistungsstarken Hochfrequenztransistoren für die Stromsenken in den R-, G- und B-Diodenreihenschaltungen, also mit selten vertretbarem schaltungstechnischem Aufwand.
  • In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Verfahren gattungsgemäßer Art dahingebend weiterzubilden, dass selbst mit beschränkter Prozessorkapazität und in Zusammenwirken mit Stromsenken in preiswert verfügbarer, da herkömmlicher bipolarer Schaltungstechnik extrem niedrige, d.h. lichtschwache Dimmeinstellungen an LEDs reproduzierbar vorgegeben und dann auch noch feinfühlig variiert werden können.
  • Diese Aufgabe ist durch die im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach ist ein gewissermaßen einer überlagerten niederfrequenten Frequenzmodulation unterworfener Ansteuer-Zyklus für die LEDs vorgesehen. Mit insbesondere Verlängerung des Zyklus verringert sich, trotz nicht weiter verkürzter Stromfluss-Zeitspanne, das Stromintegral über dem Zyklus, also ohne für die damit eintretende weitere Verringerung der Abstrahlung der LEDs das Tastverhältnis der Arbeitsperiode weiter verringern zu müssen.
  • Besonders vorteilhaft wird diese Lösung dadurch realisiert, dass der Zyklus unterteilt wird in eine Arbeitsperiode mit zeitlich begrenztem Stromfluss und wenigstens eine sich stromlos anschließende, hier sogenannte Leerperiode.
  • Die stromlose Leerperiode im (Gesamt-)Zyklus, also zwischen zwei durch eine Leerperiode voneinander distanziert aufeinander folgenden Arbeitsperioden, kann zu noch feinstufigerer Dimmung auch ihrerseits variiert werden, etwa durch Aufeinanderfolge einer unterschiedlichen Anzahl von Leerperioden gleicher Länge und/oder durch Längenvariationen der Leerperioden.
  • Um bei einer Änderung der Anzahl oder der Länge der Leerperioden in einem Zyklus einen Farbumschlag und einen Helligkeitssprung zu vermeiden, erfolgt dieses Umschalten zweckmäßigerweise gerade am Ende eines Zyklus aus Arbeitsperiode und Leerperioden. Außerdem kann die Pulsdauer in den einzelnen LED-Arrays auf vorübergehend konstantes Zyklus-Stromintegral eingestellt werden, um in diesem Moment keinen Sprung im Stromintegral, also keine Helligkeitsschwankung und keinen abrupten Farbumschlag auftreten zu lassen.
  • Schließlich kann auch die Länge der Arbeitsperioden, in denen die Strompulse konstanter Länge auftreten, in den aufeinanderfolgenden Zyklen variiert werden, um das die Helligkeit der Abstrahlung bedingende Stromintegral über dem Zyklus zu beeinflussen, ohne die Stromfluss-Zeitspannen zum weiteren Herabdimmen noch weiter verkürzen zu müssen.
  • Entscheidend für die erfindungsgemäße Lösung ist somit, dass die kürzeste in Bipolartechnik für die Stromsenken und mit einem Prozessor vertretbarer Kodierungstiefe noch problemlos bewältigbare Stromfluss-Zeitspanne zu weiterem Abdimmen nicht noch weiter verkürzt werden muss, sondern dann konstant bleiben kann, weil nun der Zyklus nach Art einer überlagerten Frequenzmodulation verlängert wird. Jetzt wird der resultierende Stromfluss über die Variation der Zyklus-Längen für die Diodenarrays geändert, insbesondere noch weiter vermindert, ohne die Stromfluss-Zeitspanne selbst verändern und insbesondere weiter reduzieren zu müssen. Das erübrigt eine Erhöhung der Kodierungstiefe des die Stromsenken der Arrays ansteuernden Prozessors zu feinerer Stufung der Stromfluss-Zeitspannen hin und führt damit auch zu keiner höherfrequenten Ansteuerung der Stromsenken selbst, weshalb die eingeführte Hardwaretechnologie trotz wesentlich vergrößerten Dimmverhältnisses weiter verwendbar bleibt.
  • Dadurch werden Lichtauflösung und Farbort-Gamut (die dargestellte Kompensation von Farbort-Verlagerungen in einer LED durch minimale Stromflussveränderungen in den anderen beiden LEDs) visuell spürbar verbessert. Das dafür erforderliche und erfindungsgemäß erreichte Dimmverhältnis von wesentlich größer als 1:10.000, das in analoger Schaltungstechnik nicht erreichbar wäre, ermöglicht so eine hohe Helligkeitsdynamik bei Gewährleistung großer Farborttreue bis hin zu niedrigsten Helligkeiten der Lichtabstrahlung, bei denen das, auf die momentan relativ hellste Farbe adaptierende, menschliche Auge besonders farbempfindlich reagiert.
  • Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch hinsichtlich deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels zum Verwirklichen des erfindungsgemäßen Verfahrens. In der Zeichnung zeigt
    • Fig.1
    ein vereinfachtes Schaltbild für individuelle Farbansteuerung einer Leuchte mit LED-Arrays in den drei Grundfarben rot, grün und blau,
    Fig.2
    Zeitdiagramme einer Ansteuerung der Arrays nach Fig.1 mit Zyklen aus abwechselnden Folgen von Arbeits- und Leerperioden untereinander gleicher Längen für stark herabgedimmten Leuchtenbetrieb,
    Fig.3
    eine Variation der Ansteuerung nach Fig.2 durch variable Längen von Leerperioden, insbesondere für farbkorrigierbaren gleitenden Helligkeitsübergang zwischen ganz abgeschaltetem und nur minimal eingeschaltetem Leuchtenbetrieb, und
    Fig.4
    im Gegensatz zu Fig.2 und Fig.3 variable Längen der Arbeitsperioden zur Variation der Stromintegrale, hier ohne Einschieben von Leerperioden .
  • Die in Fig.1 symbolisch skizzierte Leuchte 11 weist je ein individuell helligkeitssteuerbares Array 12 (12r, 12g und 12b) von Serienschaltungen rot, grün und blau abstrahlender Leuchtdioden 13 auf; nicht berücksichtigt ist in dieser Skizze, dass zur Farb-Feinkorrektur bzw. zur Beeinflussung der Farbsättigung zusätzlich ein ebenfalls helligkeitssteuerbares Weißlichtarray aus an sich blau strahlenden aber mit Phosphor kaschierten LEDs zweckmäßig ist. Jedes Array 12 liegt an einer Versorgungsspannung 14 (von typisch 55 Volt) gegen Gerätemasse 15, zu letzterer hin über eine Konstantstromsenke 16 in Form eines bipolaren Transistors in Emitterschaltung mit seinem Emitterwidersand 17.
  • Ein handelsüblicher Mikro-Prozessor 18 mit einer Kodierungstiefe von typisch 2 exp 4 = 16 bit Zeitauflösung innerhalb einer Arbeitsperiode Ta schaltet jeweils über eine Zeitspane tr, tg, tb hinweg die Transistoren der Konstantstromsenken 16 unabhängig voneinander durch. Die Länge dieser individuellen Stromfluss-Zeitspannen t bestimmt jeweils über das zyklische Stromzeitintegral die resultierende Arraystromstärke und somit die Intensität (Helligkeit) der zugehörigen roten, grünen und blauen einander überlagerten Farbabstrahlungen. Diese aktuelle Farbmischung aus den drei Arrays 12 ergibt die von der Leuchte 11 abgegebene Lichtfarbe. Die gerade erwünschte Farbmischung und deren Intensität wird von einem übergeordneten, externen Steuersignal 19 für die einzelnen Stromfluss-Zeitspannen t bestimmt.
  • Insoweit eine temperatur- bzw. stromabhängige Farbortdrift zu erwarten ist (wie insbesondere bei rot und bei grün abstrahlenden Leuchtdioden 13r, 13g), ist in der Programmierung des Prozessors 18 oder im externen Signal 19 eine angepasste Gamut-Farbortkorrektur durch minimale Variation von Zeitspannen t vorgegeben.
  • Um das Stromintegral im jeweiligen Array 12 zu reduzieren, kann die Stromfluss-Zeitspanne t innerhalb einer Arbeitsperiode Ta, die typischerweise entsprechend einer Wiederholfrequenz von 333 Hertz 3 Millisekunden lang ist, schrittweise verkleinert werden. Für eine große Auflösung, also für kleine Schrittweiten, muss die Arbeitsperiode Ta entsprechend fein unterteilt sein, der Prozessor 18 also eine entsprechend hohe Kodierungstiefe zur Vorgabe auch sehr kurzer Zeitspannen t aufweisen, was ihn stark verteuert. Eine derart schmalpulsige Ansteuerung der Stromsenken 16 würde auch für den Betrieb von Konstantstrom-Transistoren in der preiswerten Bipolartechnologie zu hochfrequent werden.
  • Deshalb wird spätestens dann auf eine Frequenzmodulation (etwa gemäß Fig.2) aller momentan eingestellten Stromintegrale einer Arbeitsperiode Ta umgeschaltet, wenn in wenigstens einem der Arrays der Stromfluss t - insbesondere mangels prozessorabhängig feinerer Auflösung - nicht weiter verkürzt werden soll. Es werden nun die aktuell anstehenden - aber im Rahmen der gegebenen Prozessor-Kodierungstiefe weiterhin individuell veränderbaren - Array-Stromintegrale für ein zusätzliches, nämlich noch stärkeres Dimmen weiter herabgesetzt, indem auf eine Arbeitsperiode Ta (wenigstens) eine stromlose Leerperiode To, also zunächst noch keine erneute Ansteuerung von Stromsenken 16 folgt, ehe mit Zeitablauf eines Ansteuer-Zyklus von nun Z = Ta+To wieder eine Arbeitsperiode Ta mit Stromfluss-Zeitspanne t einsetzt. Da so das zeitliche Stromflussintegral, auch bei während der Arbeitsperiode Ta nicht veränderter Stromflusszeitdauer t, über den verlängerten Zyklus Z insgesamt absinkt, reduziert sich die abgestrahlte Helligkeit, ohne etwa hierfür im Prozessor 18 die Kodierungstiefe vergrößern zu müssen. Gegenüber dem bisher stärksten erreichbaren Dimmen von etwa 0,1% bedeutet das eine um wenigstens den Faktor 10 gesteigerte Auflösung des Stromflusses über die Arrays 12 und deshalb auch verbesserte Möglichkeiten der Lichtortbeeinflussung sogar noch bei extrem kleinen Dimm-Werten. Darüber hinaus können gemäß Fig.3, zu weiterer Variation von Zykluslängen Z' und damit des resultierenden Stromintegrals ohne Beeinflussung der Zeitspannen t, die Leerperioden To verändert (verkürzt und verlängert) werden. Das ergibt bei gleichbleibender Kodierungstiefe eine weiter verfeinerte Rasterung des Stromflussintegrals und dadurch eine Steigerung des Lichtfarbeindruckes gerade bei niedrigsten Helligkeiten.
  • Wenn die Leerperioden To zu Null geschrumpft sind, kann zur Variation der Stromintegrale auch ohne Änderung der Zeitspannen t immer noch eine Beeinflussung der Längen der nun unmittelbar aufeinander folgenden und dadurch bereits die Zyklus-Längen Z ausmachenden, im Vergleich zu den Zeitspannen t sehr niederfrequenten Arbeitsperioden Ta aus dem Prozessor 18 heraus erfolgen, wie in Fig.4 skizziert. Ein fließender Wechsel der Ansteuerung nach Fig.3 auf diejenige nach Fig.4 ermöglicht wegen der zunehmend feiner resultierenden Stromrasterung gewissermaßen einen dynamischen Übergang von niedriger auf niedrigste Helligkeit unter Kompensation der sonst dabei auftretenden Farbortverschiebungen in den Abstrahlungen der einzelnen Arrays 12, bis schließlich in den ganz abgeschalteten Zustand der Lichtabstrahlung hinein - ohne dass dafür die Funktionsgrenzen des Prozessors 18 überbeanspruchende, da frequenzkritisch kurze, Stromfluss-Zeitspannen t erforderlich wären.
  • Eine andererseits hellere Abstrahlung aus der Leuchte 11, also weniger starke Dimmung, ist für den Betrieb des Prozessors 18 wegen der dann verlängerten Stromfluss-Zeitspannen t unkritisch. Deshalb kann dann auf eine Variation der Zykluslängen Z zur Beeinflussung des Stromintegrals durch die Arrays 12 ganz verzichtet werden, und es wird auf herkömmlichen Betrieb mit variablen Zeitspannen t in der unmittelbaren Aufeinanderfolge eines starren Periodenrasters Ta (also auch ohne zwischengeschaltete Leerperioden To) umgeschaltet. Auch solch ein Umschalten von variablen auf starre Zyklen Z = Ta erfolgt zweckmäßigerweise am Ende eines Zyklus Z, um Farbwechsel gleich zu vermeiden, die sonst sofort über die einzelnen Zeitspannen t erst wieder ausgeregelt werden müssten.
  • In den Zeitdiagrammen der Fig.2 bis Fig.4 ist berücksichtigt, dass die innerhalb der Arbeitsperioden Ta, T'a auftretenden, variablen Stromfluss-Zeitspannen tr, tg und tb möglichst gegeneinander versetzt einsetzen sollen, nämlich ab Periodenbeginn, um die Periodenmitte herum und vor Periodenende.
  • Solche Verschachtelung vermeidet visuell störende Stroboskopeffekte, wie sie auftreten können, wenn Farben derart sequentiell angesteuert werden, dass stets nur gerade eine der Grundfarben leuchtet; bzw. allgemein, wenn Licht mit sehr niedriger Frequenz (wesentlich unter 100 Hz) erzeugt wird.
  • Aus einem hochfrequenten (typisch 400 Hz aufweisenden) Wechselspannungs-Bordnetz 20 wird ein Netzgerät 21 mit Spannungswandler 22 zum Bereitstellen der Versorgungsspannung 14 gespeist. Durch einen Puffer 23 hoher Kapazität (und eine in der Zeichnung nicht berücksichtigte Spannungsregelung) werden Lastwechsel abgefangen. Insbesondere steht die im Puffer 23 gespeicherte Energie zur Verfügung, wenn eine LED gerade während des Spannungsnulldurchganges des Bordnetzes 20 eingeschaltet wird. Der Puffer 23 wird dann bis zum nächsten Nulldurchgang des Bordnetzes 20 nachgeladen. Um dabei vom Wirkungsgrad abhängige Brummerscheinungen zu vermeiden, muss der Puffer 23, typischerweise ein Elektrolytkondensator, recht groß bemessen sein, was einen erheblichen Kostenfaktor darstellt. Die Einschalt-Verschachtelung der Dioden reduziert aber die Beanspruchung des Netzgerätes 21, so dass ein preisgünstigerer kleinerer Puffer 23 eingesetzt werden kann.
  • Bei einer Arbeitsperiode Ta von im Mittel 3 ms Länge (entsprechend 333 Hz) entsteht mit der Bordfrequenz von 400 Hz eine Schwebung um 67 Hz, die sich ohne schaltungstechnischen Mehrsaufwand gut ausregeln lässt. Vor allem ist diese Wiederholrate so hoch, dass ein Lichtflimmern aufgrund von Schwebungserscheinungen wegen Ansteuerung von Lichtquellen in einander benachbarten Frequenzbändern nicht auftritt.
  • Zum Herabdimmen der Helligkeit des Mischfarben-Lichts aus einer LED-Leuchte 11 mit LED-Arrays 12r, 12g, 12b unterschiedlicher Farbabstrahlungen, insbesondere in der Fluggastkabine eines Verkehrsflugzeuges, werden also während zunächst herkömmlicherweise konstanter Arbeitsperioden-Längen Ta die über die verschiedenen Arrays 12 unterschiedlich einstellbaren Stromfluss-Zeitspannen tr, tg, tb - ausgehend vom Nennstrom (typisch um 25 mA) für maximale Helligkeit - schrittweise verkürzt, bis in einem der Arrays 12 eine Aussteuerung (ein Dimmgrad) von typisch nur noch 1% der normalen Helligkeit erreicht ist. Ehe dann in der Array-Ansteuerung Frequenzkomponenten auftreten, die mit Licht der Frequenz des Bordnetzes 20 etwa zu Schwebungserscheinungen führen können, oder wenn die Kodierungstiefe des stromsteuernden Prozessors 18 bzw. das Ansprechverhalten der Konstantstromsenken 16 hinter den LED-Arrays 12 ein weiteres Abdimmen durch weitere Verkürzung der Stromflussdauern t in jedenfalls einem der Arrays 12 nicht mehr zulassen, erfolgt erfindungsgemäß zu weiterem und noch feinstufigerem Abdimmen eine Verlängerung der Zyklen Z durch Verlängern der Arbeitsperioden Ta und / oder durch Einfügen konstanter oder variierbarer Längen von stromlosen Leerperioden To zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden Ta, nämlich zu weiterer Verringerung der Stromintegrale in den Arrays 12 über dem aktuellen Zyklus Z auch ohne weiteres Verkürzen einer schon kritisch kurzen Stromfluss-Zeitspanne t selbst, erforderlichenfalls unter Anpassen der Stromfluss-Zeitspannen t an die gewünschte Abstrahl-Intensität und Farbe bei den anderen Arrays 12. Das ermöglicht mit der eingeführten Schaltungstechnologie für die Konstantstromsenken 16 in den LED-Arrays 12 und ohne Steigerung der Kodierungstiefe im Prozessor 18 für die stufige Stromfluss-Zeitsteuerung t eine feine Farbkorrektur für konstant bleibenden Mischfarbeneindruck auch noch bei extrem kleinen Helligkeiten, bis hin zu einem gleitenden Übergang in die Licht-AUS-Situation; bzw. umgekehrt beim Einschalten trotz sehr langsamen Aufdimmens ein farbkonstantes Mischfarben-Licht aus der LED-Leuchte 11. Dabei ermöglicht diese mit herkömmlicher Hardware im Ergebnis extrem feinstufig erreichte wirksame Stromvariation eine Gamut-Farbkorrektur (also Kompensation der bei Stromverringerung zum Langwelligen hin auftretenden Farbortverschiebung in der Normfarbtafel, durch geringfügige Beeinflussen der Helligkeiten der beigemischten Grundfarben) auch schon bei geringster Helligkeit, sowie eine Kompensation alterungsbedingter, farbabhängig unterschiedlicher Helligkeitsverluste in den verschiedenen LED-Arrays 12.
    • Bezugszeichenliste
    • 11
    Leuchte (mit 12)
    12
    Array (aus 13)
    13
    Leuchtdiode (LEDs)
    14
    Versorgungsspannung (für 12)
    15
    Gerätemasse (von 11)
    16
    Konstantstromsenke (in Serie zu 12)
    17
    Emitterwiderstand (bei 16)
    18
    Prozessor
    19
    Steuersignal (an 18 für t und gegebenenfalls für T)
    20
    Bordnetz
    21
    Netzgerät (an 20)
    22
    Spannungswandler (in 21)
    23
    Puffer (in 21 zwischen 22 und 11)
    t
    Zeitspannen (tr, tg, tb für 12r, 12g, 12b während Ta)
    T, T'
    Perioden (Ta = Arbeitsperiode; To = Leerperiode)
    Z, Z'
    Zyklen (Ta bzw. Ta+To)

Claims (10)

  1. Verfahren zum Dimmen des von LED-Leuchten abgestrahlten Lichts, insbesondere in der Fluggastkabine eines Verkehrsflugzeuges, durch Verändern von LED-Stromfluss-Zeitspannen während zyklisch aufeinanderfolgender Arbeitsperioden, gekennzeichnet durch einen Ansteuer-Zyklus für über mehrfarbige LED-Arrays unabhängig voneinander vorgebbare Stromfluss-Zeitspannen, der einer Variation seiner Zyklus-Länge unterworfen wird.
  2. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zyklus-Länge variiert wird, wenn wenigstens eines der LED-Arrays über eine im Verhältnis zur jeweiligen Arbeitsperioden-Länge nur kurze Zeitspanne bestromt wird.
  3. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Zyklus-Länge einsetzt, wenn in wenigstens einem der LED-Arrays eine hardwaretechnisch kürzestmögliche Stromfluss-Zeitspanne auftritt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen der Arbeitsperioden, in denen die Stromfluss-Zeitspannen auftreten, variiert werden.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folge der Zyklen sich je aus der Aufeinanderfolge einer bestromten Arbeitsperiode und wenigstens einer stromlosen Leerperiode zusammensetzt.
  6. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Längen der Leerperioden variiert werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschalten zwischen unterschiedlichen Zyklus-Längen jeweils an einem Zyklusende erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne des jeweiligen Stromflusses in den LED-Arrays bezogen auf den Beginn einer Arbeitsperiode zeitlich gegeneinander versetzt einsetzt.
  9. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss in einem der LED-Arrays zu Beginn einer jeden Arbeitsperiode, aber in einem andersfarbigen LED-Array vor dem Ende der jeweiligen Arbeitsperiode einsetzt.
  10. Verfahren nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromfluss-Zeitspanne in einem weiteren der LED-Arrays jeweils zeitsymmetrisch zur Mitte der Arbeitsperiode liegt.
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