EP2163133A1 - SCHALTUNG ZUM BETRIEB VON LEUCHTDIODEN (LEDs) - Google Patents

SCHALTUNG ZUM BETRIEB VON LEUCHTDIODEN (LEDs)

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EP2163133A1
EP2163133A1 EP08773794A EP08773794A EP2163133A1 EP 2163133 A1 EP2163133 A1 EP 2163133A1 EP 08773794 A EP08773794 A EP 08773794A EP 08773794 A EP08773794 A EP 08773794A EP 2163133 A1 EP2163133 A1 EP 2163133A1
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EP
European Patent Office
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operating current
light
driver circuit
current
emitting diode
Prior art date
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EP08773794A
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English (en)
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Michael Zimmermann
Eduardo Pereira
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Tridonic AG
Original Assignee
TridonicAtco Schweiz AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for the operation of light emitting diodes or a method thereof.
  • FIG. 1 shows, for example, spectra of a blue 1, green 2, yellow 3 and red 4 light-emitting diode.
  • Modules are known in which light emitting diodes of different colors, e.g. Blue and yellow (two LEDs) or red, green and blue (RGB) are combined so that their light, for example, mixed by means of a diffusing screen and that the mixed light appears white or that the spectrum of the resulting light 5 over the entire visible area extends.
  • valleys 6, 7 are present in the spectrum of this emitted light. These valleys have the disadvantage that, for example, objects with colors in the region of these gaps are rendered very dull with the photometric size color rendering index or CRI (Color Rendering Index) is accordingly dependent on these gaps.
  • the color rendering index expresses how close the color rendering of an artificial illuminant comes to the widely distributed continuous spectrum of natural sunlight. As you know, this can not be expressed solely by the color temperature, because the color temperature does not indicate whether there may be gaps in the spectrum of an artificial illuminant.
  • Fig. 2 shows the spectrum of such a white light emitting diode.
  • a short-wave light such as blue light 8
  • long-wave light for example in the yellow or red wavelength range 9.
  • the object of the present invention to provide a drive circuit for light-emitting diodes or light-emitting diode modules with which the color rendering index or the quality of the color reproduction of light-emitting diodes can be increased.
  • the invention now makes targeted use of the fact that the color spectrum of a light-emitting diode depends on the intensity or current with which it is operated.
  • the invention now improves the color rendering index CRI by slightly reducing the gaps, in which the light-emitting diode is selectively operated with different intensity over time.
  • the change in intensity is preferably faster than the temporal resolving power of the eye (for example, over 100 Hz), as is known in PWM-modulated light-emitting diodes known.
  • PWM-modulated light-emitting diodes known.
  • at least one further positive (ie nonzero) intensity value is used.
  • a driver circuit is provided for providing an operating current for at least one light emitting diode (LED). At a given supplied setpoint for the lamp current, the driver circuit spreads this time into different values, the time average corresponding to the setpoint.
  • the operating current can be changed periodically.
  • the operating current can accommodate predetermined discrete values.
  • the time period during which a discrete value is recorded may be smaller than the temporal resolving power of the human eye.
  • the duration of a discrete value may be less than 1/100 s.
  • the operating current can vary continuously at least temporarily.
  • the intensity of the operating current can be reduced to zero.
  • the power source may have an input for receiving information regarding the timing of the operating current.
  • the power source may have an input for receiving a setpoint for the average time intensity of the operating current.
  • the current source can have an input for receiving the actual value of the operating current. It can be provided on the basis of the setpoint value and the detected actual value of the operating current, a control circuit for controlling the operating current.
  • the course of the operating current can be selected such that no flicker is perceptible to the human eye.
  • an apparatus for operating at least one light-emitting diode, comprising such a current source.
  • the device can have a plurality of current sources for driving a plurality of light-emitting diodes.
  • a method for improving the color rendering index of at least one light-emitting diode in which the current flowing through the light-emitting diode has different intensities in time.
  • a method for operating at least one light-emitting diode with an operating current, wherein the operating current has different positive intensities.
  • the invention thus relates to a circuit or a method for improving the color rendering index of LEDs, wherein the LED with a frequency higher than that temporal resolving power of the human eye is operated at different intensities.
  • a color rendering index modulation unit is present, to which an average current setpoint value is supplied, wherein the modulation unit then spreads this average setpoint time into widely spaced permissible currents.
  • the present invention is essentially concerned with the possibility of specifically using the drift of the dominant wavelength in light-emitting diodes depending on the applied forward current.
  • the forward current is applied in such a way that the amplitude value per time period is varied to a certain extent. This ensures that the emitting light, resp. whose emitting wavelength is deliberately shifted over the time period, so that the typical narrow-band light-emitting diode light emission is slightly widened ("Wavelength Jittering”) . This means that the color rendering index in a mixing system can be increased in a targeted manner.
  • the waveform to form such a system can be chosen differently. For example, different control signals are possible from triangle, 2-3 or multi-level signals. However, the signal shape should be chosen so that the desired jitter width can be achieved.
  • the signal shape can also be made dependent on which average current is desired.
  • an RGBY (red, green, blue, yellow) system can be used as an example, whereby each color is driven separately, eg with a step signal, and thus the said jitter is generated.
  • Fig. 2 shows the spectrum of one with the aid of a
  • Color conversion layer produced known white light emitting diode
  • Fig. 3 shows an embodiment of a
  • Fig. 4 shows the dependence between the
  • Fig. 5 shows an operating current according to a particular embodiment of the present invention
  • FIG. 6 shows the various spectrums generated with the operating current shown in FIG. 5 as well as the wider spectrum detected by the human eye.
  • FIGS. 7 to 12 show alternative forms of operating current according to further embodiments of the invention.
  • Fig. 13 shows another embodiment of a circuit arrangement according to the present invention.
  • Fig. 3 now shows an embodiment of a circuit arrangement according to the present invention.
  • the circuit arrangement 30 essentially comprises a drive circuit (driver circuit) 31, a current source 32 and a light-emitting diode module 33 for one or more light-emitting diodes 34.
  • the light-emitting diode 34 is operated with the current source 32.
  • the current source 32 has a bipolar transistor, wherein the light-emitting diode 34 is connected to the collector of an NPN transistor 35.
  • the emitter of the transistor 35 is connected to ground by means of an ohmic resistor 36.
  • the transistor 35 is also coupled to the drive circuit 31 via a further ohm 1 see resistor 37.
  • the drive circuit 31 controls the switching on and off of the transistor 35 via a control terminal 38.
  • a second transistor or switch 35 'in the current source 32 is arranged.
  • the second transistor 35 ' is controlled by a control terminal 38' of the drive circuit 31.
  • the second transistor 35 ' is likewise connected to ground and to the control terminal 38' by means of ohmic resistors 36 ', 37'.
  • the respective NPN transistor 35, 35 ' which generally the
  • the diode current can be detected and controlled by changing the base voltage to a desired value. It is used to control the light emitting diode
  • a control signal according to the invention is applied to the base terminal of the transistors 35, 35 '.
  • the light-emitting diode 34 is operated by a current Il. If, in contrast, the first transistor 35 is switched off and only the second transistor 35 'is switched on, then the light-emitting diode 34 is operated by a current 12. When the transistors 35, 35 'are switched on at the same time, an operating current 11 + 12 results.
  • the control of the light-emitting diode 34 can thus be effected by a current source 32, which can provide, for example, three different strictly positive current intensities II, 12, 11 + 12.
  • the drive circuit (driver) 31 and the current source 32 can be known to be constructed differently. It is important that from the power source 32 at least two positive current amplitudes are provided for the operation of the light emitting diode.
  • the control circuit 31 can be supplied externally and / or internally setpoints that specify the time-averaged desired current through the light emitting diodes.
  • the drive circuit spreads this setpoint in at least two different values greater than zero, which are controlled sequentially, wherein the time average in turn corresponds to the predetermined target value.
  • Color locus correction command can selectively the
  • the color locus correction command thus provides an adjustment of the spectrum.
  • the drive circuit can then determine and output, for example by means of previously stored values (look-up table) or by means of an implemented function, the associated amplitude values for the color location correction command, which are then actuated in succession.
  • the drive circuit may specify an operating mode (continuous vs. discrete) of the amplitude spread as a function of the color locus correction command.
  • Alternative drive circuits and current sources according to the present invention are capable of providing a time varying and continuous operating current.
  • current sources are included, which only partially generate a continuous operating current in certain time periods.
  • the current flowing through the light-emitting diode or light-emitting diodes can furthermore be detected and regulated to a predetermined desired value. This setpoint can further be chosen such that the LEDs are operated in the highest possible efficiency.
  • the transistors or switches 35, 35 ' are connected to the control terminals 38, 38' of the drive circuit 31.
  • the operating current of the light emitting diode or the forward current is shaped such that it operates the light emitting diode 34 with different intensity.
  • the fact is exploited that the color spectrum of a light-emitting diode depends on the current with which it is operated.
  • the invention now proposes to operate the light emitting diode in succession with different intensities.
  • the light emitting diode may be e.g. successively with 1, 5, 10 and 20 mA.
  • FIG. 5 shows a concrete example of an operating current or forward current 50 for the light-emitting diode 34 generated by the current source 32.
  • the operating current 50 successively receives the values ⁇ I2, ⁇ I1, Inom, ⁇ I1 and ⁇ I2 during a respective time t1, t2, t3, t4 and t5. In this embodiment, this results in an average current intensity of
  • Im [(tl + t5). ⁇ I2 + (t2 + t4). ⁇ I1 + t3. Inom] / [t on + t off]
  • the duty cycle of the operating current 50 can be changed.
  • the time period t off can be reduced or increased, or even omitted.
  • Fig. 6 shows the various spectra which can be achieved with the operating intensities Inom, ⁇ I1 and ⁇ I2. As the current intensity decreases, the spectrum produced by the light-emitting diode is shifted more and more to higher wavelengths.
  • the change in intensity is preferably faster than the temporal resolving power of the human eye, so that the eye perceives only the time average of the emitted light. Accordingly, the frequency, is varied with the operating current 50, are above 100 Hz. Accordingly, the respective time duration t1, t2, t3, t4, t5 should be less than 1/100 s.
  • the spectrum 60 detected by the eye is thus wider than the spectrum which is generated during operation with the nominal intensity Inom.
  • Figs. 7 to 12 show alternative forms of the operating current and the forward current for the light-emitting diode according to further embodiments of the invention.
  • the operating currents shown in FIGS. 7 to 11 are preferably periodic and preferably have a time t off during which the intensity is equal to zero.
  • the operating currents 50, 70 of Figs. 5 and 7 may be different single values, i. different discrete values, record: 0, All, ⁇ I2 or Inom. It is important that the light emitting diode is operated at least with two different strictly positive intensities, such as ⁇ I1 and Inom. In this way, the spectrum of the emitted light can be disseminated.
  • FIGS. 8 to 11 show operating currents 80, 90, 100, 110 according to the invention which have a continuous intensity.
  • the intensity varies between zero and a maximum strictly positive value ⁇ I.
  • the LED is operated by more than two different positive current intensities.
  • Operating current or the LED current increases substantially triangular to a maximum value .DELTA.I and then drops back to zero, to rise immediately again.
  • the mode of operation according to FIG. 10 ensures a high spread and thus a high color correction.
  • the reason for this is that in this mode of operation, the maximum value of the current is twice the time average. At times, therefore, the LED may be operated at twice the nominal value specified by the LED manufacturer for continuous operation.
  • the time t Off is nearly zero so that there is no area where no energy is transferred.
  • the necessary detection of the reaching of the zero point and the switching times of the activation it can come to zero over a certain period of time t off , which is not intended.
  • the operating current 110 shown in FIG. 11 similar to the operating current 100 has a slope phase of zero to a maximum value .DELTA.I during the period of time tr and a sinking phase of this maximum value .DELTA.I to zero in a time tf. In between, however, is the operating current 110 is kept constant at the maximum value ⁇ I during a period of time tnom.
  • operating currents or forward currents 80 are conceivable which have a plurality of rise and / or fall phases in a period (t on + t off).
  • the current is kept constant at ⁇ I1 between two rising phases trOl, tl2 during a time period t1. After the second rise phase tl2 the current remains during the
  • Time t2 at the maximum value .DELTA.I2 and decreases linearly until
  • the operating current or forward current 120 can also be selected such that an almost constant amplitude of the current is established. As a result, ⁇ I is reduced to a minimum. It is the LED 34 so operated with only a single-level current level. In this case, the LED 34 would operate at the nominal value specified by the LED manufacturer for continuous operation.
  • a light-emitting diode 34 is operated with current in such a way that the spectrum of the light emitted by this light-emitting diode 34 can be broadened or has smaller valleys.
  • the relative intensity of the spectrum can be increased compared to the maximum intensity.
  • FIG. 13 shows a further exemplary embodiment of a circuit arrangement 130 for controlling the light-emitting diode 34 according to the invention.
  • the circuit arrangement 130 comprises a switching regulator which is formed by the choke L 1, the capacitor C 1, the freewheeling diode D 1, the switch S 1 and the light-emitting diodes 34.
  • the switching regulator is designed as a step down converter, but other topologies such as a boost converter, a flyback converter or a buck-boost converter are also applicable.
  • a plurality of resistors are provided for monitoring the currents and voltages in the switching regulator and the light-emitting diodes 34 .
  • the resistor Rs serves to monitor the current through the switch Sl during the duty cycle of the switch Sl.
  • the two voltage dividers R3 / R4 and Rl / R2 are used to monitor the voltage across the LEDs 34.
  • the LEDs 34 can also be connected in an alternative embodiment in series with the throttle Ll.
  • the switch Sl of the switching regulator is driven by the drive circuit IC.
  • the drive circuit IC can be fed externally and / or internally setpoints that specify the time-averaged desired current through the light emitting diodes. The drive circuit spreads this setpoint into at least two different values greater than zero, which are controlled one after the other, wherein the time average in turn corresponds to the predetermined setpoint.
  • the drive circuit IC can be supplied as external setpoint a Farbortkorrekturbetation.
  • This color locus correction command can selectively trigger the amplitude spread and possibly also specify the extent of the amplitude spread.
  • the color locus correction command thus provides an adjustment of the spectrum.
  • the circuit arrangement 130 is an advantageous embodiment in order to achieve as low-loss control of the light-emitting diodes 34 according to the invention.
  • the circuit arrangement 130 When operating the LEDs 34 with a nearly constant amplitude, at least for a certain period of time period T, it can be achieved that the circuit arrangement 130 is operated in the so-called continuous conduction mode. In this case, the circuit arrangement 130 is controlled such that the current through the inductor Ll never drops to zero, but maintains a constant value on average.
  • the inductor Ll in a first phase, the inductor Ll is magnetized by turning on the switch Sl. The current through the inductor Ll can be monitored in this phase by means of the resistor Rs. When a certain current value (upper limit) is reached, the switch Sl is opened. Now, the current due to the magnetization of the inductor Ll is driven by the freewheeling diode Dl and the LEDs 34.
  • the current through the choke Ll slowly decreases. Due to the current flow through the freewheeling diode Dl and the LEDs 34 and the capacitor Cl is charged. The drop of the demagnetization and the current through the inductor Ll can be monitored by the two voltage dividers R3 / R4 and Rl / R2. When the current reaches a certain lower limit, the switch Sl is turned on again and the inductor Ll is magnetized again. While now the freewheeling diode Dl blocks the current flow, there is the discharge of the capacitor Cl via the light-emitting diodes 34. The operation of the circuit arrangement 130 takes place in the high-frequency range.
  • the amplitude spread of the current through the LEDs 34 can be adjusted.
  • the observer has an almost constant current.
  • the respective current t1, t2, t3, t4 and t5 can be set successively to the value ⁇ I2, ⁇ I1, Inom, ⁇ I1 and ⁇ I2 by setting the two limit values.
  • the circuit arrangement 130 can also be operated in the so-called borderline or critical mode. This operation results in an operating current 100 according to FIG. 10.
  • the inductor L1 is magnetized starting from a complete demagnetization by closing the switch S1 until the maximum value .DELTA.I has been reached. Now, the switch Sl is opened and the throttle Ll demagnetized, resulting in a drop in the operating current.
  • a measurement at the two voltage divider R3 / R4 and Rl / R2 or at least at the voltage divider Rl / R2, the time of reaching the zero point of the operating current can be determined.
  • the switch S1 can be closed again and the inductor L1 can be magnetized again.
  • the circuit arrangement 130 can also be operated in an operating mode according to FIG. 11, for example.
  • the throttle Ll is magnetized starting from a complete demagnetization by closing the switch Sl until the maximum value .DELTA.I has been reached. Now, the switch Sl is opened and the throttle Ll demagnetized, but only until an internally set lower limit just below the maximum value .DELTA.I is reached. If this value has been reached, the switch Sl is turned on again. Now, the circuit 130 is operated in a so-called continuous conduction mode until the time period Tnom has elapsed.
  • the switch S1 is permanently opened and the throttle Ll is demagnetized, which leads to a drop in the operating current.
  • the switch Sl can be closed again and the throttle Ll be magnetized again.
  • the switch Sl has two different switching frequencies, during the period Tnom it is driven at a higher clock frequency compared to the periods Tr, Tf and Toff.
  • the operating mode of the circuitry 130 may be selected and adjusted.
  • an operation in the so-called continuous conduction mode, in the so-called borderline or critical mode or a combination of both operating modes are selected.
  • Fig. 2 shows the effect of the invention when driving a white light emitting diode with phosphor layer by means of a forward current of FIG. 5. Accordingly, the white light emitting diode is operated with different strictly positive current intensities, namely .DELTA.I1, .DELTA.I2 and Inom.
  • the curves 11, 12, 13 denote the spectra of the white LEDs in an operation with the respective intensities Inom, ⁇ I2 and ⁇ I1. With decreasing intensity, the spectrum shifts to higher wavelengths.
  • the white LED is operated in succession with the different intensities. Over a period (t on + t off) then results in a spectrum 14, which is wider overall than the respective spectra 11, 12, 13. Thus, the side valleys 16, 17 can be reduced. It is also important that the spectral valley 15 between the blue spectrum 8 and the converted yellow spectrum 9 could be significantly reduced.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung und zur Steuerung von Leuchtdioden zu Beleuchtungszwecken bzw. ein Verfahren hierfür. Es wird eine Treiberschaltung (32) zur Bereitstellung eines Betriebsstroms zum Betreiben von wenigstens einer Leuchtdiode (34) vorgeschlagen, wobei der Betriebsstrom unterschiedliche positive Intensitäten aufweist.

Description

Schaltung zum Betrieb von Leuchtdioden (LEDs)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Leuchtdioden bzw. ein Verfahren hierfür.
Herkömmliche Leuchtdioden (oder LED für Light Emitting Diode bzw. lichtemittierende Diode) emittieren Licht in einem begrenzten Spektralbereich. Fig. 1 zeigt dabei beispielsweise Spektren einer blauen 1, grünen 2, gelb 3 und roten 4 Leuchtdiode. Bekannt sind Module, bei denen Leuchtdioden verschiedener Farben z.B. Blau und Gelb (zwei LEDs) oder Rot, Grün und Blau (RGB) so kombiniert werden, dass sich ihr Licht bspw. mittel einer Streuscheibe mischt und dass das gemischte Licht weiß erscheint bzw. dass das Spektrum 5 des daraus resultierenden Lichts sich über den gesamten sichtbaren Bereich erstreckt.
Dieses Licht erscheint zwar grundsätzlich „weiß", doch im Spektrum dieses emittierten Lichts sind Täler 6, 7 vorhanden. Diese Täler wirken sich nachteilig dahingehend aus, dass beispielsweise Objekte mit Farben im Bereich dieser Lücken sehr matt wiedergegeben werden. Die Qualität der Farbwiedergabe, welche mit der photometrische Größe Farbwiedergabe-Index oder CRI (Color Rendering Index) ausgedrückt wird, ist dementsprechend von diesen Lücken abhängig. Der Farbwiedergabe-Index drückt aus, wie nahe die Farbwiedergabe eines künstlichen Leuchtmittels dem breit verteilten kontinuierlichen Spektrum des natürlichen Sonnenlichts kommt. Dies kann bekanntlich alleine durch die Farbtemperatur nicht ausgedrückt werden, weil ja die Farbtemperatur nicht angibt, ob ggf. im Spektrum eines künstlichen Leuchtmittels Lücken vorliegen.
Diese spektralen Lücken ergeben sich also, wenn man RGB- Leuchtdioden miteinander verbindet. Diese Täler hat man indessen auch, wenn sogenannte weiße Leuchtdioden benutzt werden. Dabei handelt es sich um eine Leuchtdiode, die mit photolumineszierendem Material (Fluoreszenzfarbstoff, Leuchtstoff) kombiniert wird. Das Licht von dem LED -Chip in einem ersten Spektrum wird teilweise durch die dadurch gebildete Farbkonversionsschicht oder Phosphorschicht in ein zweites Spektrum konvertiert. Die Mischung des ersten und des zweiten Spektrums ergibt dann das Spektrum von weissem Licht.
Fig. 2 zeigt das Spektrum einer derartigen weißen Leuchtdiode. Mit Hilfe einer Farbkonversionsschicht kann ein kurzwelliges Licht wie beispielsweise blaues Licht 8 in langwelliges Licht umgewandelt werden, beispielsweise im gelben oder roten Wellenlängen-Bereich 9.
Üblicherweise gibt es aber auch zwischen dem eigentlichen (beispielsweise blauen) Spektrum 8 des Leuchtmittel-Chips und dem zweiten (gelben oder roten) verschobenen Spektrum 9 der Konversionsschicht eine spektrale Lücke bzw. zumindest ein spektrales Tal 10, so dass die Qualität der Farbwiedergabe bzw. der Farbwiedergabe-Index darunter leidet . Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ansteuerschaltung für Leuchtdioden oder Leuchtdioden- Module vorzusehen, mit der der Farbwiedergabe-Index bzw. die Qualität der Farbwiedergabe von Leuchtdioden erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst .
Die Erfindung nutzt nunmehr gezielt aus, dass das Farbspektrum einer Leuchtdiode von der Intensität bzw. vom Strom abhängt, mit dem sie betrieben wird. Die Erfindung verbessert nunmehr den Farbwiedergabe-Index CRI, indem die Lücken etwas abgemildert werden, in dem zeitlich die Leuchtdiode gezielt mit unterschiedlicher Intensität betrieben wird.
Das Betreiben mit unterschiedlicher Intensität führt dazu, dass bei dem Auflösungsvermögen des menschlichen Auges das Spektrum sozusagen zeitlich verschmiert wird, was zeitlichen gemittelt den Farbwiedergabe-Index CRI verbessert .
Die Änderung der Intensität ist vorzugsweise schneller als das zeitliche Auflösungsvermögen des Auges (beispielsweise über 100 Hz) , wie es bekanntlich auch bei PWM-modulierten Leuchtdioden bekannt ist. Im Gegensatz zu der PWM- Modulation, bei der nur der Pegel Hoch oder Null für die Intensität der Leuchtmittel verwendet wird, wird gemäß der Erfindung wenigstens ein weiterer positiver (d.h. ungleich Null) Intensitätswert verwendet. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Treiberschaltung zur Bereitstellung eines Betriebsstroms für wenigstens eine Leuchtdiode (LED) vorgesehen. Bei einem vorgegebenen zugeführten Sollwert für den Lampenstrom spreizt die Treiberschaltung diesen zeitlich in unterschiedliche Werte auf, wobei der zeitliche Mittelwert dem Sollwert entspricht.
Der Betriebsstrom kann periodisch geändert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der Betriebsstrom vorgegebene diskrete Werte aufnehmen kann. In diesem Fall kann die Zeitdauer, während der ein diskreter Wert aufgenommen wird, kleiner als das zeitliche Auflösungsvermögen des menschlichen Auges sein. Insbesondere kann die Zeitdauer eines diskreten Wertes kleiner als 1/100 s sein.
Der Betriebsstrom kann zumindest zeitweise kontinuierlich variieren.
Während einer Tot-Zeit kann die Intensität des Betriebsstroms auf Null reduziert werden.
Die Stromquelle kann einen Eingang zum Empfang von Informationen bezüglich des zeitlichen Ablaufs des Betriebsstroms aufweisen.
Genauso kann die Stromquelle einen Eingang zum Empfang eines Sollwertes für die zeitliche Durchschnittsintensität des Betriebsstroms aufweisen.
Weiterhin kann die Stromquelle einen Eingang zum Empfang des Istwertes des Betriebsstroms aufweisen. Es kann eine Regelungsschaltung zur Regelung des Betriebsstroms anhand des Sollwertes und des erfassten Istwertes des Betriebsstroms vorgesehen sein.
Der Verlauf des Betriebsstroms kann derart ausgewählt werden, dass für das menschliche Auge kein Flackern wahrnehmbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Betreiben von wenigstens einer Leuchtdiode vorgesehen, aufweisend eine derartige Stromquelle .
Die Vorrichtung kann mehrere Stromquellen zur Ansteuerung von mehreren Leuchtdioden aufweisen.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung des Farbwiedergabe-Indexes zumindest einer Leuchtdiode vorgesehen, bei dem der durch die Leuchtdiode fließende Strom zeitlich abfolgend unterschiedliche Intensitäten aufweist .
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben von wenigstens einer Leuchtdiode mit einem Betriebsstrom vorgesehen, wobei der Betriebsstrom unterschiedliche positive Intensitäten aufweist .
Die Erfindung betrifft also eine Schaltung bzw. ein Verfahren zur Verbesserung des Farbwiedergabe-Indexes von LEDs, bei dem die LED mit einer Frequenz höher als das zeitliche Auflösungsvermögen des menschlichen Auges mit unterschiedlichen Intensitäten betrieben wird.
Es ist ebenso vorgesehen, dass eine Farbwiedergabeindex- Modulationseinheit vorliegt, der ein Durchschnittsstrom- Sollwert zugeführt wird, wobei die Modulationseinheit dann diesen Durchschnitts-Sollwert zeitlich in weit auseinanderliegende zulässige Ströme aufspreizt.
Die vorliegende Erfindung befasst sich im wesentlichen mit der Möglichkeit, den Drift der dominanten Wellenlänge bei Leuchtdioden abhängig vom angelegten Vorwärtsstrom gezielt zu nutzen.
Der Vorwärtsstrom wird je nach Anwendung so angelegt, dass der Amplitudenwert je Zeitperiode in einem bestimmten Maß variiert wird. Dadurch wird erreicht, dass das emittierende Licht, resp. dessen emittierende Wellenlänge über die Zeitperiode bewusst verschoben wird, sodass die typische schmalbandige Leuchtdiode-Lichtemittierung etwas verbreitert wird („Wavelength Jittering"). Dadurch kann gezielt der Farbwiedergabe-Index in einem Mischsystem erhöht werden.
Die Signalform um ein solche System zu bilden, kann unterschiedlich gewählt werden. So sind beispielsweise von Dreieck, 2-3 oder Mehrstufensignalen verschiedene Steuersignale möglich. Die Signalform ist jedoch so zu wählen, dass die gewünschte Jitterweite erzielt werden kann.
Weiterhin kann auch die Signalform davon abhängig gemacht werden, welcher Durchschnittsstrom gewünscht ist. Als Beispiel kann z.B. ein RGBY (rot, grün, blau, gelb) System herangezogen werden, wobei jede Farbe separat z.B. mit einem Stufensignal angesteuert wird und damit der besagte Jitter erzeugt wird.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt das Spektrum von einzelnen bekannten einfarbigen Leuchtdioden sowie von einer bekannten RGB-Leuchtdiode,
Fig. 2 zeigt das Spektrum einer mit Hilfe einer
Farbkonversionsschicht erzeugten bekannten weißen Leuchtdiode,
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit zwischen dem
Betriebsstrom einer Leuchtdiode und dem
Spektrum des von dieser Leuchtdiode emittierten Lichts,
Fig. 5 zeigt ein Betriebsstrom gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 6 zeigt die verschiedenen Spektren, die mit dem in Fig. 5 gezeigten Betriebsstrom erzeugt werden, sowie das vom menschlichen Auge erfasste breitere Spektrum, Fig. 7 bis 12 zeigen alternative Formen eines Betriebsstroms gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung, und
Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt nunmehr ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Schaltungsanordnung 30 umfasst im wesentlichen eine Ansteuerschaltung (Treiberschaltung) 31, eine Stromquelle 32 und ein Leuchtdioden-Modul 33 für eine oder mehrere Leuchtdioden 34.
Die Leuchtdiode 34 wird dabei mit der Stromquelle 32 betrieben. Die Stromquelle 32 weist einen Bipolartransistor auf, wobei die Leuchtdiode 34 mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 35 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 35 ist mittels eines Ohm' sehen Widerstands 36 mit Masse verbunden. Der Transistors 35 ist auch über einen weiteren Ohm1 sehen Widerstands 37 mit der Ansteuerschaltung 31 gekoppelt. Die Ansteuerschaltung 31 steuert das Ein- bzw. Ausschalten des Transistors 35 über einen Steueranschluss 38.
Parallel zum ersten Transistor bzw. Schalter 35 ist ein zweiter Transistor bzw. Schalter 35' in der Stromquelle 32 angeordnet. Der zweite Transistor 35' wird ähnlich wie der erste Transistor 35 von einem Steueranschluss 38' der Ansteuerschaltung 31 gesteuert. Der zweite Transistor 35' ist ebenso mittels Ohm' sehe Widerstände 36', 37' jeweils an Masse und an den Steueranschluss 38' angeschlossen. Der jeweilige NPN-Transistor 35, 35', der allgemein die
Funktion eines steuerbaren Schalters erfüllt, stellt einen schaltbaren Stromabfluss (auch als Stromsenke oder auf Englisch „current sink" bezeichnet) dar. Mittels die
Ohm' sehen Widerstände 36, 36' kann der Diodenstrom erfasst und mittels Änderung der Basisspannung auf einen Sollwert geregelt werden. Dabei wird zum Steuerung der Leuchtdiode
34 ein erfindungsgemäßes Steuersignal an den Basisanschluss der Transistore 35, 35' gelegt.
Wird nur der erste Transistor 35 eingeschaltet, so wird die Leuchtdiode 34 von einem Strom Il betrieben. Wird dagegen der erste Transistor 35 ausgeschaltet und nur der zweite Transistor 35' eingeschaltet, so wird die Leuchtdiode 34 von einem Strom 12 betrieben. Bei gleichzeitigem Einschalten der Transistore 35, 35' ergibt sich ein Betriebsstrom 11+12.
Die Ansteuerung von der Leuchtdiode 34 kann also durch eine Stromquelle 32 erfolgen, die beispielsweise drei verschiedene strikt positive Stromintensitäten II, 12, 11+12 bereitstellen kann.
Die Ansteuerschaltung (Treiber) 31 sowie die Stromquelle 32 können bekannterweise auch anders aufgebaut werden. Wichtig ist dabei, dass von der Stromquelle 32 zumindest zwei positive Stromamplituden zum Betrieb der Leuchtdiode zur Verfügung gestellt werden.
Der Ansteuerschaltung 31 können extern und/oder intern Sollwerte zugeführt werden, die den zeitlich gemittelten Sollstrom durch die Leuchtdioden vorgeben. Die Ansteuerschaltung spreizt diesen Sollwert in wenigstens zwei unterschiedliche Werte grösser Null auf, die nacheinander angesteuert werden, wobei das zeitlich Mittel wiederum dem vorgegeben Sollwert entspricht.
Dabei kann der Ansteuerschaltung ein
Farbortkorrekturbefehl zugeführt werden. Dieser
Farbortkorrekturbefehl kann selektiv die
Amplitudenspreizung auslösen und ggf. auch das Mass der
Amplitudenspreizung vorgeben kann. Der Farbortkorrekturbefehl gibt somit eine Anpassung des Spektrums vor.
Abhängig von dem Farbortkorrekturbefehl kann die Ansteuerschaltung dann bspw. mittels vorab gespeicherter Werte (Look-up Tabelle) oder mittels einer implementierten Funktion die zugehörigen Amplitudenwerte zu dem Farbortkorrekturbefehl ermitteln und ausgeben, die dann nacheinander angesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Ansteuerschaltung abhängig von dem Farbortkorrekturbefehl eine Betriebsweise (kontinuierlich vs. Diskret) der Amplitudenspreizung angeben.
Alternative erfindungsgemäße Ansteuerschaltungen und Stromquellen sind in der Lage, einen zeitlich variierenden und kontinuierlichen Betriebsstrom bereitzustellen. Mit erfasst sind natürlich derartige Stromquellen, die nur teilweise in bestimmten Zeitabschnitten einen kontinuierlichen Betriebsstrom erzeugen.
Der durch die Leuchtdiode bzw. Leuchtdioden fließende Strom kann weiterhin erfasst und auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt werden. Dieser Sollwert kann weiterhin derart gewählt, dass die Leuchtdioden in einem möglichst hohen Wirkungsgrad betrieben werden. Zur Steuerung bzw. Regelung des Stroms für die Leuchtdiode 34 sind die Transistore bzw. Schalter 35, 35' an die Steueranschlüsse 38, 38' der Ansteuerschaltung 31 angeschlossen.
Der Betriebsstrom der Leuchtdiode bzw. der Vorwärtsstrom wird derart geformt, dass dieser die Leuchtdiode 34 mit unterschiedlicher Intensität betreibt. Dabei wird gezielt die Tatsache ausgenutzt, dass das Farbspektrum einer Leuchtdiode von dem Strom, mit dem sie betrieben wird, abhängt.
Fig. 4 zeigt eine derartige Abhängigkeit zwischen dem Betriebsstrom einer Leuchtdiode und dem Spektrum des von dieser Leuchtdiode emittierten Lichts. Bei unterschiedlichen Werten vom Betriebsstrom bzw. vom Vorwärtsstrom ergeben sich auch unterschiedliche Verteilungen des Spektrums, sehe insbesondere die Kurven 40, 41, 42, 43 bei einem jeweiligen Betriebsstrom von 1, 5, 10 und 20 mA.
Die Erfindung schlägt nunmehr vor, die Leuchtdiode nacheinander mit unterschiedlichen Intensitäten zu betreiben. Bei dem Beispiel der Fig. 4 kann also die Leuchtdiode z.B. nacheinander mit 1, 5, 10 und 20 mA.
Da die jeweiligen Spektren im Frequenzbereich unterschiedlich bzw. verschoben sind, ergibt sich als Mittelwert ein Spektrum, das breiter als die einzelnen Spektren 40, 41, 42, 43 ist, bzw. das kleinere Täler als die einzelnen Spektren 40, 41, 42, 43 aufweist. Somit kann der Farbwiedergabe-Index auch erhöht werden. Fig. 5 zeigt ein konkretes Beispiel eines von der Stromquelle 32 erzeugten Betriebsstroms bzw. Vorwärtsstroms 50 für die Leuchtdiode 34. Der mehrstufigförmige Betriebsstrom 50 weist eine gewisse Zeitperiode T = (t on + t off) auf, wobei während der Zeitdauer t on der Betriebsstrom 50 verschiedene positive Intensitätswerte aufnimmt. In der Zeitdauer t off, die nicht zwingend vorhanden sein muss, wird der Wert des Betriebsstroms 50 auf Null herabgesetzt.
In der Zeitdauer t on nimmt der Betriebsstrom 50 nacheinander den Wert ΔI2, ΔI1, Inom, ΔI1 und ΔI2 während einer jeweiligen Zeit tl, t2, t3, t4 und t5 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich dadurch eine mittlere Stromintensität von
Im = [ (tl + t5) . ΔI2 + (t2 + t4) . ΔI1 + t3 . Inom ] / [t on + t off]
Zum Dimmen kann zusätzlich das Tastverhältnis des Betriebsstroms 50 geändert werden. Alternativ kann auch die Zeitdauer t off verkleinert bzw. vergrößert werden, oder gar weggelassen werden.
Fig. 6 zeigt die verschiedenen Spektren die mit den Betriebsintensitäten Inom, ΔI1 und ΔI2 erreicht werden können. Mit sinkender Stromintensität wird das von der Leuchtdiode erzeugte Spektrum immer mehr nach höheren Wellenlängen verschoben.
Die Änderung der Intensität erfolgt vorzugsweise schneller als das zeitliche Auflösungsvermögen des menschlichen Auges, so dass das Auge nur den zeitlichen Mittelwert des emittierten Lichts wahrnimmt. Demnach sollte die Frequenz, mit der Betriebsstrom 50 variiert wird, über 100 Hz liegen. Entsprechend sollte die jeweilige Zeitdauer tl, t2, t3, t4, t5 kleiner als 1/100 s lang sein.
Das vom Auge erfasste Spektrum 60 ist also breiter als das Spektrum, das beim Betrieb mit der nominalen Intensität Inom erzeugt wird.
Fig. 7 bis 12 zeigen alternative Formen des Betriebsstroms bzw. des Vorwärtsstroms für die Leuchtdiode gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
Die in Fig. 7 bis 11 gezeigten Betriebsströme sind vorzugsweise periodisch und weisen vorzugsweise eine Zeitdauer t off auf, während der die Intensität gleich Null ist.
Die Betriebsströme 50, 70 gemäß Fig. 5 und 7 können verschiedene Einzelwerte, d.h. verschiedene diskrete Werte, aufnehmen: 0, All, ΔI2 oder Inom. Dabei ist es wichtig, dass die Leuchtdiode zumindest mit zwei unterschiedlichen strikt positiven Intensitäten betrieben wird, wie beispielsweise ΔI1 und Inom. Derart kann das Spektrum des emittierten Lichts verbreitet werden.
Fig. 8 bis 11 zeigen indessen erfindungsgemäße Betriebsströme 80, 90, 100, 110, die eine kontinuierliche Intensität aufweisen. Die Intensität variiert zwischen Null und einem maximalen strikt positiven Wert ΔI. Naturgemäß wird also die Leuchtdiode von mehr als zwei unterschiedlichen positiven Stromintensitäten betrieben.
In Fig. 9 wird ein Betriebsstrom 90 beschrieben, der in einer ersten Phase tr = t on von Null auf einen maximalen Wert ΔI ansteigt und in einer zweiten Phase t off den Wert Null aufnimmt.
Somit wird der Farbwiedergabe-Index von Leuchtdioden erhöht. Dieser Effekt ist beispielsweise bei dem
Betriebsstrom 100 der Fig. 10 gegeben. Dabei wird die
Leuchtdiode im sogenannten Borderline oder Critical mode betrieben, d.h. mit Ansteuerungen, bei denen der
Betriebsstrom bzw. der Leuchtdioden-Strom im wesentlichen dreieckförmig auf einen Maximalwert ΔI ansteigt und dann wieder auf Null absinkt, um sofort wieder anzusteigen.
Die Betriebsweise gemäss Figur 10 sorgt für eine hohe Aufspreizung und somit eine hohe Farbkorrektur. Grund dafür ist, dass bei dieser Betriebsweise der Maximalwert des Stroms das Doppelte des zeitlichen Mittelwerts ist. Zeitweise kann daher die LED mit dem doppelten des vom LED-Hersteller spezifizierten Nominalwerts für den Dauerbetrieb betrieben sein.
Im Idealfall ist die Zeitdauer tOff nahezu Null, damit es keinen Bereich gibt, indem keine Energie übertragen wird. Allerdings kann es aufgrund von der technischen Realisierung, der notwendigen Erkennung des Erreichens des Nullpunktes und durch die Schaltzeiten der Ansteuerung zu einer gewissen Zeitdauer toff grösser Null kommen, die nicht beabsichtigt ist.
Der in Fig. 11 gezeigte Betriebsstrom 110 weist ähnlich wie der Betriebsstrom 100 eine Steigungsphase von Null auf einen Maximalwert ΔI während der Zeitdauer tr und eine Absinkungsphase von diesem Maximalwert ΔI auf Null in einer Zeitdauer tf. Dazwischen wird aber der Betriebsstrom 110 während einer Zeitdauer tnom konstant auf den Maximalwert ΔI gehalten.
Wie in Fig. 8 ersichtlich sind auch Betriebsströme bzw. Vorwärtsströme 80 denkbar, die in einer Periode (t on+ t off) mehrere Anstiegs- und/oder Abstiegsphasen aufweisen.
Bei einer Ansteuerung der Leuchtdiode gemäß Fig. 8 wird zwischen zwei Anstiegsphasen trOl, tl2 der Strom während einer Zeitdauer tl auf ΔIl konstant gehalten. Nach der zweiten Anstiegsphase tl2 bleibt der Strom während der
Zeitdauer t2 bei dem Maximalwert ΔI2 und sinkt linear bis
Null.
Wie in Fig. 12 ersichtlich, kann der Betriebsstrom bzw. Vorwärtsstrom 120 aber auch so gewählt werden, dass sich eine nahezu konstante Amplitude des Stromes einstellt. Dadurch ist ΔI auf ein Minimum reduziert. Es wird die Leuchtdiode 34 also mit nur einem einstufigen Strompegel betrieben. In diesem Fall würde die Leuchtdiode 34 mit dem vom LED-Hersteller spezifizierten Nominalwert für den Dauerbetrieb betrieben.
Es ist also vorgesehen, dass eine Leuchtdiode 34 derart mit Strom betrieben wird, dass das Spektrum des von dieser Leuchtdiode 34 emittierten Licht verbreitert werden kann bzw. kleinere Täler aufweist.
Im Falle einer einfarbigen Leuchtdiode, beispielsweise blau, grün, gelb oder rot, kann die relative Intensität des Spektrums gegenüber der Maximalintensität erhöht werden.
Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung 130 zur Ansteuerung der Leuchtdiode 34 gemäß der Erfindung. Die Schaltungsanordnung 130 umfasst einen Schaltregler, der durch die Drossel Ll, den Kondensator Cl, die Freilaufdiode Dl, den Schalter Sl und die Leuchtdioden 34 gebildet. In diesem Beispiel ist der Schaltregler als Tiefsetzsteiler ausgeführt, es sind aber auch andere Topologien wie ein Hochsetzsteller, ein Flyback-Konverter oder auch ein Buck-Boost-Konverter anwendbar. Zur Überwachung der Ströme und Spannungen im Schaltregler und an den Leuchtdioden 34 sind mehrere Widerstände ("Shunts") vorgesehen. Der Widerstand Rs dient dabei der Überwachung des Stromes durch den Schalter Sl während der Einschaltdauer des Schalters Sl. Die beiden Spannungsteiler R3/ R4 und Rl/ R2 dienen der Überwachung der Spannung an den Leuchtdioden 34. Die Leuchtdioden 34 können aber auch in einer alternativen Ausführungsform in Serie zu der Drossel Ll geschaltet sein. Der Schalter Sl des Schaltreglers wird durch die Ansteuerschaltung IC angesteuert. Der Ansteuerschaltung IC können extern und/oder intern Sollwerte zugeführt werden, die den zeitlich gemittelten Sollstrom durch die Leuchtdioden vorgeben. Die Ansteuerschaltung spreizt diesen Sollwert in wenigstens zwei unterschiedliche Werte grösser Null auf, die nacheinander angesteuert werden, wobei das zeitlich Mittel wiederum dem vorgegebenen Sollwert entspricht.
Dabei kann der Ansteuerschaltung IC als externer Sollwert ein Farbortkorrekturbefehl zugeführt werden. Dieser Farbortkorrekturbefehl kann selektiv die Amplitudenspreizung auslösen und ggf. auch das Mass der Amplitudenspreizung vorgeben. Der Farbortkorrekturbefehl gibt somit eine Anpassung des Spektrums vor. Die Schaltungsanordnung 130 ist eine vorteilhafte Ausführung, um eine möglichst verlustarme Ansteuerung der Leuchtdioden 34 gemäß der Erfindung zu erreichen.
Bei Betrieb der Leuchtdioden 34 mit nahezu konstanter Amplitude, zumindest für eine gewisse Zeitdauer der Zeitperiode T, kann erreicht werden, dass die Schaltungsanordnung 130 im sogenannten Continuous conduction mode betrieben wird. Dabei wird die Schaltungsanordnung 130 derart angesteuert, dass der Strom durch die Drossel Ll nie auf Null abfällt, sondern einen im Mittel konstanten Wert aufrecht erhält. Um einen solchen Betrieb zu erreichen, wird in einer ersten Phase die Drossel Ll durch Einschalten des Schalters Sl aufmagnetisiert . Der Strom durch die Drossel Ll kann in dieser Phase mittels des Widerstands Rs überwacht werden. Wenn ein gewisser Stromwert (oberer Grenzwert) erreicht ist, wird der Schalter Sl geöffnet. Jetzt wird der Strom aufgrund der Magnetisierung der Drossel Ll weiter durch die Freilaufdiode Dl und die Leuchtdioden 34 getrieben. Dabei sinkt der Strom durch die Drossel Ll langsam ab. Aufgrund des Stromflusses durch die Freilaufdiode Dl und die Leuchtdioden 34 wird auch der Kondensator Cl geladen. Der Abfall der Entmagnetisierung und des Stromes durch die Drossel Ll kann durch die beiden Spannungsteiler R3/ R4 und Rl/ R2 überwacht werden. Wenn der Strom einen gewissen unteren Grenzwert erreicht, wird der Schalter Sl wieder eingeschaltet und die Drossel Ll wieder aufmagnetisiert. Während nun die Freilaufdiode Dl den Stromfluß sperrt, kommt es zur Entladung des Kondensators Cl über die Leuchtdioden 34. Der Betrieb der Schaltungsanordnung 130 erfolgt im hochfrequenten Bereich. Durch entsprechende Wahl der beiden Grenzwerte für den maximalen und minimalen Drosselstrom und somit des Stromes durch die Leuchtdioden 34 kann die Amplitudenspreizung des Stromes durch die Leuchtdioden 34 eingestellt werden. Bei entsprechende enger Wahl der beiden Grenzwerte ergibt sich für den Beobachter ein nahezu konstanter Strom. Für das Beispiel gemäß Fig. 5 kann für die jeweiligen Zeiten tl, t2, t3, t4 und t5 durch Setzen der beiden Grenzwerte jeweils der Strom nacheinander auf den Wert ΔI2, ΔI1, Inom, ΔI1 und ΔI2 eingestellt werden.
Bei Betrieb gemäß Fig. 12 wird nur der Nominalstrom durch 2 enge Grenzwerte knapp oberhalb bzw. unterhalb dieses Nominalstromes eingestellt.
Die Schaltungsanordnung 130 kann jedoch auch im sogenannten Borderline oder Critical mode betrieben werden. Dieser Betrieb ergibt einen Betriebsstrom 100 gemäß der Figur 10. Die Drossel Ll wird ausgehend von einer völligen Entmagnetisierung durch Schliessen des Schalters Sl aufmagnetisiert, bis der maximale Wert ΔI erreicht worden ist. Jetzt wird der Schalter Sl geöffnet und die Drossel Ll entmagnetisiert, was zu einem Abfallen des Betriebsstromes führt. Über eine Messung an den beiden Spannungsteiler R3/ R4 und Rl/ R2 oder zumindest am Spannungsteiler Rl/ R2 kann der Zeitpunkt des Erreichens des Nullpunktes des Betriebsstromes ermittelt werden. Sobald über eine direkte oder indirekte Messgrösse das Erreichen des Nullpunktes des Betriebsstromes erkannt wird (bzw. darauf geschlossen werden kann) , kann der Schalter Sl wieder geschlossen werden und die Drossel Ll wieder aufmagnetisiert werden. Die Schaltungsanordnung 130 kann beispielsweise auch in einem Betriebsmodus gemäß Fig. 11 betrieben werden. Die Drossel Ll wird ausgehend von einer völligen Entmagnetisierung durch Schliessen des Schalters Sl aufmagnetisiert , bis der maximale Wert ΔI erreicht worden ist. Jetzt wird der Schalter Sl geöffnet und die Drossel Ll entmagnetisiert, allerdings nur bis ein intern gesetzter unterer Grenzwert knapp unterhalb des maximalen Wertes ΔI erreicht wird. Ist dieser Wert erreicht worden, wird der Schalter Sl wieder eingeschaltet. Jetzt wird die Schaltungsanordnung 130 in einem sogenannten Continuous conduction mode betrieben, bis die Zeitdauer Tnom abgelaufen ist. Jetzt wird während der Zeitdauer tf der Schalter Sl dauerhaft geöffnet und die Drossel Ll entmagnetisiert, was zu einem Abfallen des Betriebsstromes führt. Über eine Messung an den beiden Spannungsteiler R3/ R4 und Rl/ R2 oder zumindest am Spannungsteiler Rl/ R2 kann der Zeitpunkt des Erreichens des Nullpunktes des Betriebsstromes ermittelt werden. Sobald das Erreichen des Nullpunktes des Betriebsstromes erkannt wird bzw. die Zeitdauer toff abgelaufen ist, kann der Schalter Sl wieder geschlossen werden und die Drossel Ll wieder aufmagnetisiert werden. In diesem Betriebsmodus hat der Schalter Sl zwei verschiedene Schaltfrequenzen, während der Zeitdauer Tnom wird er im Vergleich zu den Zeitdauern Tr, Tf und Toff mit einer höheren Taktfrequenz angesteuert .
Somit kann durch die Zuführung eines externen Signals wie beispielsweise eines Farbortkorrekturbefehls der Betriebsmodus der Schaltungsanordnung 130 und somit des Schaltreglers gewählt und angepasst werden. Dabei kann beispielsweise ein Betrieb im sogenannten Continuous conduction mode, im sogenannten Borderline oder Critical mode oder auch eine Kombination von beiden Betriebsmodi gewählt werden.
Fig. 2 zeigt die Auswirkung der Erfindung bei Ansteuerung einer weißen Leuchtdiode mit Phosphorschicht mit Hilfe eines Vorwärtsstrom gemäß Fig. 5. Die weiße Leuchtdiode wird demnach mit unterschiedlichen strikt positiven Stromintensitäten betrieben, nämlich ΔI1, ΔI2 und Inom.
Die Kurven 11, 12, 13 bezeichnen die Spektren der weißen Leuchtdioden bei einem Betrieb mit den jeweiligen Intensitäten Inom, ΔI2 und ΔI1. Mit abnehmender Intensität verschiebt sich das Spektrum nach höheren Wellenlängen.
Die weiße Leuchtdiode wird nacheinander mit den verschiedenen Intensitäten betrieben. Über eine Periode (t on + t off) ergibt sich dann ein Spektrum 14, das insgesamt breiter ist als die jeweiligen Spektren 11, 12, 13. Somit können die Neben-Täler 16, 17 verkleinert werden. Wichtig ist auch noch, dass sich das spektrale Tal 15 zwischen dem blauen Spektrum 8 und dem konvertierten gelben Spektrum 9 deutlich verringert werden konnte.
Möglich ist auch eine Ansteuerung von mehreren Leuchtdioden mit einer erfindungsgemäßen Stromquelle 32 bzw. mit einem erfindungsgemäßen Betriebsstrom.
Mehrere Leuchtdioden können auch parallel von verschiedenen erfindungsgemäßen Betriebsströme angesteuert werden.

Claims

Ansprüche
1. Treiberschaltung zur Bereitstellung eines
Betriebsstroms für wenigstens eine Leuchtdiode (LED) , wobei ein Sollwert für den Betriebsstrom vorgegeben ist und dieser durch eine Steuereinheit zeitlich in wenigstens zwei unterschiedliche Betriebsstromwerte grösser Null aufgespreizt wird, derart, dass der zeitliche Mittelwert dem Sollwert entspricht.
2. Treiberschaltung nach Anspruch 1 wobei das Betriebsstromverhalten periodisch ist.
3. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein externes Signal zuführbar ist, das die Steuereinheit auswertet und abhängig davon wenigstens einen Parameter des Aufspreizens des Betriebsstroms anzusteuern.
4. Treiberschaltung nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das Ausmass und/oder die Betriebsweise der Aufspreizung durch das externe Signal anzusteuern.
5. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betriebsstrom diskrete Werte aufnimmt.
6. Treiberschaltung nach Anspruch 5, wobei die Zeitdauer, während der ein diskreter Wert aufgenommen wird, kleiner als das zeitliche Auflösungsvermögen des menschlichen Auges ist.
7. Treiberschaltung nach Anspruch 6, wobei die Zeitdauer eines diskreten Wertes kleiner als 1/100 s ist.
8. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betriebsstrom zumindest zeitweise kontinuierlich variiert .
9. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während einer Totzeit die Intensität des Betriebsstroms auf Null reduziert wird.
10. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Eingang zum Empfang von Informationen bezüglich des zeitlichen Ablaufs des Betriebsstroms.
11. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Eingang zum Empfang eines Sollwertes für die Durchschnittsintensität des Betriebsstroms.
12. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Eingang zum Empfang des Istwertes des Betriebsstroms .
13. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Regelungsschaltung zur Regelung des Betriebsstroms anhand des Sollwertes und des Istwertes des Betriebsstroms .
14. Treiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verlauf des Betriebsstroms derart ausgewählt wird, dass für das menschliche Auge kein Flackern wahrnehmbar ist.
15. Vorrichtung (30) zum Betreiben von wenigstens einer Leuchtdiode (34), aufweisend eine Treiberschaltung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
16. Vorrichtung (30) nach Anspruch 15, aufweisend mehrere Treiberschaltungen (32) zur Ansteuerung von mehreren Leuchtdioden.
17. Verfahren zur Verbesserung des Farbwiedergabe-Indexes zumindest einer Leuchtdiode (34), bei dem der durch die Leuchtdiode (34) fließende Strom unterschiedliche positive Intensitäten aufweist.
18. Verfahren zur Einstellung der Farbe des von zumindest einer Leuchtdiode (34) emittierten Lichts, bei dem der Betriebsstrom für die Leuchtdiode (34) unterschiedliche positive Intensitäten aufweist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei der Betriebsstrom periodisch ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Betriebsstrom diskrete Werte aufnimmt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Zeitdauer, während der ein diskreter Wert aufgenommen wird, kleiner als das zeitliche Auflösungsvermögen des menschlichen Auges ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Zeitdauer eines diskreten Wertes kleiner als 1/100 s ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei der Betriebsstrom zumindest zeitweise kontinuierlich variiert .
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei während einer Totzeit die Intensität des Betriebsstroms auf Null reduziert wird.
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