EP2368407A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben von gruppen von leds mittels pwm - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben von gruppen von leds mittels pwm

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EP2368407A1
EP2368407A1 EP09799347A EP09799347A EP2368407A1 EP 2368407 A1 EP2368407 A1 EP 2368407A1 EP 09799347 A EP09799347 A EP 09799347A EP 09799347 A EP09799347 A EP 09799347A EP 2368407 A1 EP2368407 A1 EP 2368407A1
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EP
European Patent Office
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pwm
frequency
temporarily
arrangement
lamp
Prior art date
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EP09799347A
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English (en)
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Michael Zimmermann
Dominique Combet
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Tridonic AG
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Tridonic AG
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Publication date
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    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/38—Switched mode power supply [SMPS] using boost topology

Definitions

  • the invention relates to a device and method for operating lamps.
  • Such devices are used in lighting systems to provide colored or flat lighting
  • LED organic or inorganic light emitting diodes
  • Light source used The efficiency and luminous efficacy of light emitting diodes is being increased more and more so that they are already being used in various general lighting applications.
  • light emitting diodes are point sources of light and emit highly concentrated light.
  • the PWM control takes place simultaneously, i. the switch-on edges of all PWM signals are simultaneous.
  • the frequency of one or more PWM signals is at least temporarily not constant in time, and / or
  • the frequency of at least one PWM signal at least temporarily deviates from the at least one further PWM signal.
  • the inventive solution further relates to a device for operating at least two light sources, wherein by a common electrical supply unit electrical energy to at least two lamp assemblies, each consisting of one or more lamps, is provided, wherein a first lamp arrangement and at least one second lamp arrangement electrical Energy is supplied in the form of PWM packets, wherein the timing of the PWM packets is tuned between the different illuminant arrangements.
  • Fig. 2 shows a further device according to the invention for operating LED
  • FIGS 3 and 4 show sequences of the PWM packets according to the invention.
  • This device has a driver module, and an LED module controlled by the driver module with at least one LED 5, with a memory for
  • the memory may be contained either in the driver module or in the LED module and the information in the memory can be changed.
  • the memory may be included in a driver module 1.
  • the driver module 1 has terminals 2 and 3 to which an LED or a plurality of LEDs 5 can be connected via the wiring 4.
  • the LEDs 5 may be located on a common LED module.
  • the individual LEDs 5 can be controlled via different output stages, drivers or converters.
  • the information in the memory can be changed based on a calibration measurement.
  • the information in the memory can be changed by a correction factor.
  • the information in the memory may be modified by a correction factor that has become due to a calibration measurement.
  • the correction factor can be changed by a user, for example via a specification via an interface 7.
  • the interface can use both a wired and a wireless transmission.
  • the correction factor may depend on the aging or the operating time of the LED module.
  • the correction factor may depend on the temperature of the LED module.
  • a sensor 6 can be used, which is introduced into the illumination system for the calibration measurement.
  • the correction factor may depend on a color measurement.
  • the color measurement can be done by means of an RGB color measurement, for example a CCD sensor. In this case, the sensor 6 would be an RGB color sensor.
  • the determination of the correction factor can be repeated at regular intervals.
  • the memory can be read out by the driver module via a digital interface.
  • the memory can be located on the LED module and can be read by the user when the module is replaced.
  • the memory may be located on the LED module and prior to replacement of the module by the driver module due to user signaling be read out.
  • the memory may be placed in a Kalibriergerat.
  • the signaling for reading the memory on the LED module can be done by the user by a switching sequence on the supply voltage, a digital control command or by other signaling.
  • the information read out can be stored in the memory of the new LED module.
  • the driver module can forward the information stored in memory via a digital interface to other driver modules.
  • one or more LED modules can be switched off.
  • only one LED module can be switched on at a time.
  • the color measurement can be performed with a color sensor (eg CCD sensor).
  • a color sensor eg CCD sensor
  • the color sensor may be placed so that it can receive a portion of the light emitted by the LED modules.
  • the color sensor can be placed so that it is shielded from ambient light and can only receive light emitted by the LED modules. This foreclosure can be done by a cover that is specially designed for the calibration measurement. On this cover 11, the sensor 6 may be located. The sensor 6 can also be on the reflector 10 of the LED Luminaire be placed. The sensor 6 may be placed to directly or indirectly receive the light of the LED 5 of the LED module.
  • the color location and the intensity of the LED 5 can be stored.
  • the individual LED modules can be switched on and calibrated one after the other.
  • the calibration can be used to determine the colors of the connected LED modules.
  • the individual colors or color locations as well as the intensities of the respectively driven LEDs 5 are determined. From the combination of the individual calibration measurements, which are carried out in succession, the assignment of the colors and the mixture of the individual LEDs 5 required for the output of a desired color by the LED illumination can be determined.
  • the driver module may include a switching regulator, such as an AC-DC converter, a DC-DC converter, a current sink, or a power source.
  • the driver module may include a PFC (Active Power Factor Correction Circuit), or a PFC (Active Power Factor Correction Circuit) may precede the driver module.
  • the driver module can have a potential separation.
  • the operation of the LEDs can be such that the LED module is driven by at least one LED from a driver module, and a memory for storing information about the LED module is present, wherein Information can be stored or modified in memory. The information in the memory can be changed based on a calibration measurement.
  • the driver module can be formed by a switching regulator or by a current sink or a current source. If a switching regulator is used as the driver module, then it can internally operate at a higher frequency than the frequency with which the LED or the LED module is controlled.
  • the internal frequency with which the switch of the switching regulator is controlled can be in the range of 1OkHz to several MHz, while this internal frequency is superimposed on a low frequency corresponding to the frequency of the at least one PWM packet.
  • the information in the memory can be changed by a correction factor.
  • a method for operating at least two light sources wherein electric energy is provided to at least two illuminant arrangements, each consisting of one or more bulbs, by a common electrical supply unit, wherein a first illuminant arrangement and at least one second illuminant arrangement contains electrical energy Form of PWM packets is supplied, wherein the timing of the PWM packets is tuned between the different illuminant arrangements.
  • FIGS. 3 and 4 Examples for the control of three illuminant arrangements are shown in FIGS. 3 and 4 represented, wherein the lamp assemblies electrical energy can be supplied in the form of PWM packets.
  • the at least two illuminant arrangements can be controlled such that the time center of a
  • FIG. 4 shows an example of a control with an offset of the time centers of the individual PWM signals.
  • the timing of the PWM packets can be coordinated over the entire dimming range of the lamps.
  • the at least two illuminant arrangements can be controlled so that, alternatively or additionally, the time centers of the PWM packets of the illuminant arrangements are shifted in time relative to one another with an offset value, so that the flanks of the PWM packets to the illuminant arrangements do not occur at the same time.
  • the switch-on edge of at least one of a plurality of parallel PWM signals may be shifted in time to at least one further PWM signal, so that the problem of simultaneous PWM control no longer exists.
  • This offset (offset value) can be internally or externally variable or fixed.
  • the offset could correspond to the entire turn-off phase of a PWM signal, ie, with the keying ratio unchanged, the corresponding LED within a PWM period becomes first switched off and then turned on.
  • a PWM signal can therefore be inverted, ie at the start of each cycle, triggered by an interrupt signal, for example, the switch-off phase and only then the switch-on phase of the LED can be controlled.
  • the offset could also be chosen such that the turn-on edges for the PWM signals are generated uniformly distributed over the PWM period.
  • a third alternative is to randomly select offset.
  • FIG. 3 shows an example of a control with an offset of the individual PWM signals.
  • the offset may already be present during the generation of the PWM signals, or else be inserted deliberately in the case of simultaneously generated PWM signals on the path between the PWM generation and the LEDs.
  • the PWM signals can be generated starting from one or even from several clocks.
  • the offset value can depend on the dimming level of the
  • Illuminants are selected.
  • the frequency of at least one PWM signal at least temporarily from the distinguish at least one other PWM signal.
  • one or more clocks may be present.
  • one frequency may be a multiple of another frequency.
  • At least one frequency can be shifted after generation of uniform PWM switching frequencies, for example by a capacitor.
  • the required PWM control value can be calculated independently and the result written to a hardware register.
  • the hardware then adopts the new value at the next zero crossing of the period.
  • the center PWM method (triangle as shown in Fig. 4) comes at different PWM position none of the edges directly at the same time to change up to four channels.
  • the only exception here is that all flanks coincide with the same dimming position, but this could be integrated as an improvement after the calculation, which is played with the PWM resolution, i. that one consciously shifts the channels by 1 bit each PWM to achieve a blurring.
  • This shift can then be made e.g. per period additionally change, so that the mean value over time is again stable.
  • the luminous means of the first and / or at least the second luminous means arrangement can be inorganic or organic light-emitting diodes.
  • the lighting means of the first and / or at least the second lighting arrangement can emit a different light spectrum.
  • an operating device can be enabled in which the above-mentioned method can be performed.
  • an illumination system which has at least two light sources, in which a method or operating device mentioned above is used.
  • FIG. 2 schematically shows a circuit for the controlled operation of light-emitting diodes (LED), which represents an example of a driver module.
  • LED light-emitting diodes
  • FIG. 2 schematically shows a circuit for the controlled operation of light-emitting diodes (LED), which represents an example of a driver module.
  • LED light-emitting diodes
  • FIG. 2 schematically shows a circuit for the controlled operation of light-emitting diodes (LED), which represents an example of a driver module.
  • LED light-emitting diodes
  • the operating circuit is supplied with an input DC voltage Vm, which of course can also be a rectified AC voltage.
  • Vm an input DC voltage
  • a series circuit between a semiconductor power switch Sl (for example, a MOSFET) and a freewheeling diode Dl energizes in the on state of the switch Sl an inductance Ll by means of the current flowing through the switch.
  • the energy stored in the coil L1 is discharged in the form of a current i through a capacitor C1 and the light-emitting diode path LED.
  • control and / or regulating circuit SR which specifies the timing of the switch Sl, for example in the form of harnessfreuqenten modulated signals as a manipulated variable of the control of the LED power.
  • the control and / or regulating circuit SR can, for example, apply a hysteretic current regulation.
  • the control and / or regulating circuit SR detects the current through the switch Sl (in the switched state of the switch Sl).
  • control and / or regulating unit SR can detect the potential on the lower-potential side of the LED path.
  • Another voltage divider R3, R4 allows the detection of the supply voltage.
  • the driver module is formed in this example by a buck converter, but can also be formed for example by a boost converter, buck-boost converter or other switching regulator or by a current sink or a power source.
  • the switch Sl is driven internally by the control and / or regulating circuit SR with a higher frequency than the frequency, as with which the LED or the LED module are controlled.
  • the internal frequency with which the switch S1 of the switching regulator is controlled may be in the range of 10 kHz to several MHz, while this internal frequency is superimposed on a low frequency which corresponds to the frequency of the at least one PWM packet.
  • the LED module may be driven with a low-frequency PWM packet, which PWM packet may ripple due to the high-frequency operation of the switch S1 of the driver module during the turn-on time.
  • the ripple which may result from the high-frequency operation of the switch S1 of the driver module, can be reduced by the capacitor C1.
  • the low frequency of the at least one PWM packet that is superimposed may be dictated by an external controller such as a microcontroller or other central control unit.
  • an external controller such as a microcontroller or other central control unit.
  • the three colors of the RGB LED module can each be controlled by one driver module, the three driver modules being controlled via three PWM channels.

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Verfahren zum Betrieb von wenigstens zwei Leuchtmitteln, wobei durch eine gemeinsame elektrische Versorgungseinheit elektrische Energie an wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen, jeweils bestehend aus einem oder mehreren Leuchtmitteln, zur Verfügung gestellt wird, wobei einer ersten Leuchtmittelanordnung und wenigstens einer zweiten Leuchtmittelanordnung elektrische Energie in Form von PWM-Paketen zugeführt wird, wobei zwischen den unterschiedlichen Leuchtmittelanordnungen die zeitliche Abfolge der PWM-Pakete abgestimmt ist.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BETREIBEN VON GRUPPEN VON LEDS MITTELS PWM
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben von Leuchtmitteln.
Technisches Gebiet
Derartige Vorrichtungen werden in Beleuchtungssystemen verwendet, um eine farbige oder flachige Beleuchtung von
Räumen, Wegen oder auch Fluchtwegen zu erreichen. üblicherweise werden dabei die Leuchtmittel von
Betriebsgeraten angesteuert und bei Bedarf aktiviert. Für eine derartige Beleuchtung werden organische oder anorganische Leuchtdioden (LED) als Lichtquelle genutzt.
Stand der Technik
Zur Beleuchtung werden anstelle von Gasentladungslampen und Glühlampen immer häufiger auch Leuchtdioden als
Lichtquelle eingesetzt. Die Effizienz und Lichtausbeute von Leuchtdioden wird immer starker erhöht, so dass sie bei verschiedenen Anwendungen der Allgemeinbeleuchtung bereits zum Einsatz kommen. Allerdings sind Leuchtdioden Punktlichtquellen und strahlen stark gebündeltes Licht aus .
Heutige LED-Beleuchtungssystem haben oft jedoch den Nachteil, dass aufgrund von Alterung oder durch Austausch einzelner LEDs oder LED Module sich die Farbabgabe oder die Helligkeit verandern kann. Zudem hat die Sekundaroptik einen Einfluss auf das Thermomanagement , da die Warmeabstrahlung behindert wird. Zudem kann es aufgrund von Alterung und Wärmeeinwirkung zu einer Veränderung des Phosphors der LED kommen.
Aus der EP 1016062 ist es bekannt, LEDs mit mehreren parallelen PWM-Signalen anzusteuern. Dabei haben alle PWM-
Signale untereinander wie auch zeitlich für sich selbst betrachtet eine identische gleichförmige Frequenz.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die PWM-Ansteuerung simultan erfolgt, d.h. die Einschaltflanken aller PWM- Signale sind simultan.
Das gleiche Konzept der PWM-Signale für LEDs mit einheitlicher Frequenz und simultanen Einschaltflanken ist auch bekannt aus der US 5420482 (siehe bspw. dort die Figur 13) .
Bei diesen bekannten Ansätzen besteht das Problem, das das PWM-Schalten mit einheitlicher Frequenz und/oder mit simultanen Einschaltflanken einerseits Probleme hinsichtlich elektromagnetischer Störungen erzeugt („EMV- Vertraglichkeit") . Zusatzlich oder alternativ wird auch eine dem PWM-Modul vorgeschaltete Spannungsversorgung, bspw. ein vorzugsweise getakteter PFC, durch das simultane Schalten stark belastet.
Darstellung der Erfindung
Hintergrund der Erfindung ist die Verringerung von Lastsprungen und von Störungen und somit die Verbesserung des EMV-Verhaltens der LED-Treiber. Bei gleichzeitigem Einschalten aller Stufen kommt es zu hohen Lastwechseln und Schaltflanken. Diese müssen durch den PFC (Lastwechsel) bzw. die Filterschaltung (Schaltflanken) kompensiert werden.
Gemass dem zentralen Gedanken der Erfindung wird dies dadurch gelost, dass
- die Einschaltflanke wenigstens eines PWM-Signals von der wenigstens eines weiteren PWM-Signals zumindest zeitweise abweicht und somit nicht simultan ist, und/oder
- die Frequenz eines oder mehrerer PWM-Signale zumindest zeitweise zeitlich nicht konstant ist, und/oder
- die Frequenz wenigstens eines PWM-Signals wenigstens zeitweise von der wenigstens eines weiteren PWM-Signals abweicht .
Die Aufgabe wird gelost durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche, wobei die die Merkmale der abhangigen Ansprüche den zentralen Gedanken der Erfindung besonders vorteilhaft weiterbilden.
Die erfindungsgemaße Losung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Betrieb von wenigstens zwei Leuchtmitteln, wobei durch eine gemeinsame elektrische Versorgungseinheit elektrische Energie an wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen, jeweils bestehend aus einem oder mehreren Leuchtmitteln, zur Verfügung gestellt wird, wobei einer ersten Leuchtmittelanordnung und wenigstens einer zweiten Leuchtmittelanordnung elektrische Energie in Form von PWM-Paketen zugeführt wird, wobei zwischen den unterschiedlichen Leuchtmittelanordnungen die zeitliche Abfolge der PWM-Pakete abgestimmt ist.
Auf diese Weise ist es möglich, eine sehr gleichbleibende und gleichmaßige Ausleuchtung einer Flache durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden zu erreichen, wobei die Belastung der versorgenden Einheiten möglichst gering gehalten wird.
Beschreibung der bevorzugten Äusfuhrungsbeispiele
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beigefugten Zeichnung naher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemaße Vorrichtung zum Betreiben von LED,
Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemaße Vorrichtung zum Betreiben von LED, und
Fig. 3 und 4 zeigen erfindungsgemaße Abfolgen der PWM-Pakete.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausfύhrungsbeispiels einer Vorrichtung zum Betreiben von
LEDs erklart. Diese Vorrichtung weist ein Treiber-Modul auf, und ein von dem Treiber-Modul angesteuertes LED-Modul mit wenigstens einer LED 5, mit einem Speicher zur
Hinterlegung von Informationen über das LED-Modul, wobei der Speicher entweder im Treiber-Modul oder im LED-Modul enthalten sein kann und die Informationen im Speicher abgeändert werden können.
Der Speicher kann in einem Treiber-Modul 1 enthalten sein. Das Treiber-Modul 1 verfugt über Anschlüsse 2 und 3, an die über die Verdrahtung 4 eine LED oder mehrere LED 5 angeschlossen werden können. Die LEDs 5 können sich auf einem gemeinsamen LED-Modul befinden. Die einzelnen LED 5 können über verschiedene Ausgangsstufen, Treiber oder Konverter angesteuert werden.
Die Informationen im Speicher aufgrund einer Kalibrierungsmessung abgeändert werden können. Die Informationen im Speicher können um einen Korrekturfaktor abgeändert werden. Die Informationen im Speicher können um einen Korrekturfaktor abgeändert werden, der aufgrund einer Kalibrierungsmessung wurde. Der Korrekturfaktor kann von einem Benutzer geändert werden, beispielsweise über eine Vorgabe über eine Schnittstelle 7. Die Schnittstelle kann sowohl eine drahtgebundene als auch eine drahtlose Übertragung nutzen. Der Korrekturfaktor kann von der Alterung bzw. der Betriebsdauer des LED-Moduls abhangig sein. Der Korrekturfaktor kann von der Temperatur des LED- Moduls abhangig sein.
Für die Durchfuhrung der Kalibrierung kann ein Sensor 6 genutzt werden, der für die Kalibrierungsmessung in das Beleuchtungssystem eingeführt wird. Der Korrekturfaktor kann von einer Farbmessung abhangig sein. Die Farbmessung kann mittels einer RGB-Farbmessung, beispielsweise eines CCD Sensors, erfolgen. In diesem Falle wäre der Sensor 6 ein RGB-Farbsensor . Die Bestimmung des Korrekturfaktors kann in regelmäßigen Abstanden wiederholt werden. Der Speicher kann von dem Treiber-Modul über eine digitale Schnittstelle ausgelesen werden.
Der Speicher kann sich auf dem LED-Modul befinden und bei Austausch des Moduls durch den Benutzer ausgelesen werden. Der Speicher kann sich auf dem LED Modul befinden und vor einem Austausch des Moduls durch das Treiber-Modul aufgrund einer Signalisierung durch den Benutzer ausgelesen werden. Der Speicher kann in einem Kalibriergerat platziert sein.
Die Signalisierung zum Auslesen des Speichers auf dem LED- Modul kann durch den Benutzer durch eine Schaltfolge an der Versorgungsspannung, einen digitalen Steuerbefehl oder durch eine andere Signalisierung erfolgen.
Nach dem Austausch des LED-Moduls können die ausgelesenen Informationen in dem Speicher des neuen LED-Moduls abgelegt werden.
Das Treiber-Modul kann die im Speicher abgelegte Information über eine digitale Schnittstelle an andere Treiber-Module weiterleiten.
Zur Kalibrierung können eine oder mehrere LED Module abgeschaltet werden. Zur Kalibrierung kann jeweils auch nur ein LED Modul eingeschaltet werden.
Die Farbmessung kann mit einem Farbsensor (bspw. CCD Sensor) durchgeführt werden.
Der Farbsensor kann so platziert ist, dass er einen Teil des von den LED Modulen abgestrahlten Lichtes empfangen kann .
Der Farbsensor kann so platziert ist, dass er gegen Umgebungslicht abgeschottet ist und nur von den LED- Modulen abgestrahltes Licht empfangen kann. Diese Abschottung kann durch eine Abdeckung erfolgen, die speziell für die Kalibrierungsmessung angebracht wird. Auf dieser Abdeckung 11 kann sich der Sensor 6 befinden. Der Sensor 6 kann aber auch auf dem Reflektor 10 der LED Leuchte platziert werden. Der Sensor 6 kann so platziert sein, dass er direkt oder indirekt das Licht der LED 5 des LED-Modules empfängt.
Bei der Kalibrierung können der Farbort und die Intensität der LED 5 gespeichert werden.
Bei der Kalibrierung können die einzelnen LED Module nacheinander eingeschaltet und kalibriert werden.
Die Kalibrierung kann zur Bestimmung der Farben der angeschlossenen LED-Module dienen. Dabei werden die einzelnen Farben oder Farborte sowie die Intensitäten der jeweils angesteuerten LEDs 5 bestimmt. Aus der Kombination der einzelnen Kalibrierungsmessungen, die nacheinander durchgeführt werden, kann die Zuordnung der Farben und für die Ausgabe einer gewünschten Farbe durch die LED Beleuchtung erforderliche Mischung der einzelnen LED 5 ermittelt werden.
Es gemäß der Erfindung eine Leuchte mit LED aufgebaut werden. Das Treiber-Modul kann einen Schaltregler, beispielsweise einen AC-DC-Wandler , einen DC-DC-Wandler, eine Stromsenke oder eine Stromquelle enthalten. Das Treiber-Modul kann einen PFC (aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung) enthalten oder es kann dem Treiber-Modul ein PFC (aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung) vorgeschaltet sein. Das Treiber-Modul kann eine Potentialtrennung aufweisen.
Der Betrieb der LEDs kann derart erfolgen, daß das LED- Modul mit wenigstens einer LED von einem Treiber-Modul angesteuert wird, und ein Speicher zur Hinterlegung von Informationen über das LED-Modul vorhanden ist, wobei Informationen im Speicher abgelegt oder abgeändert werden können. Die Informationen im Speicher können aufgrund einer Kalibrierungsmessung abgeändert werden.
Das Treiber-Modul kann durch einen Schaltregler oder auch durch eine Stromsenke oder eine Stromquelle gebildet werden. Wenn als Treiber-Modul ein Schaltregler genutzt wird, dann kann dieser intern mit einer höheren Frequenz als der Frequenz arbeiten, mit der die LED oder das LED- Modul angesteuert werden. Die interne Frequenz, mit der der Schalter des Schaltreglers angesteuert wird, kann im Bereich von 1OkHz bis zu einigen MHz liegen, während dieser internen Frequenz eine niedrige Frequenz überlagert wird, die der Frequenz des wenigstens einen PWM-Paketes entspricht.
Die Informationen im Speicher können um einen Korrekturfaktor abgeändert werden.
Somit wird ein Verfahren zum Betrieb von wenigstens zwei Leuchtmitteln ermöglicht, wobei durch eine gemeinsame elektrische Versorgungseinheit elektrische Energie an wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen, jeweils bestehend aus einem oder mehreren Leuchtmitteln, zur Verfügung gestellt wird, wobei einer ersten Leuchtmittelanordnung und wenigstens einer zweiten Leuchtmittelanordnung elektrische Energie in Form von PWM-Paketen zugeführt wird, wobei zwischen den unterschiedlichen Leuchtmittelanordnungen die zeitliche Abfolge der PWM- Pakete abgestimmt ist.
Beispiele für die Ansteuerung von drei Leuchtmittelanordnungen sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt, wobei den Leuchtmittelanordnungen elektrische Energie in Form von PWM-Paketen zugeführt werden kann.
Die wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen können so angesteuert werden, dass der zeitliche Mittelpunkt eines
PWM-Pakets der ersten Leuchtmittelanordnung mit dem zeitlichen Mittelpunkt eines PWM-Pakets wenigstens einer zweiten Leuchtmittelanordnung übereinstimmt bzw. zeitlich nah aufeinanderfolgt. In Fig. 4 ist ein Beispiel für eine Ansteuerung mit einem Versatz der zeitlichen Mittelpunkte der einzelnen PWM-Signale dargestellt.
Die Abstimmung der zeitlichen Abfolge der PWM-Pakete kann über den gesamten Dimmbereich der Leuchtmittel erfolgen.
Die wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen können so angesteuert werden, dass alternativ oder zusatzlich die zeitlichen Mittelpunkte der PWM-Pakete der Leuchtmittelanordnungen mit einem Offset-Wert zeitlich gegeneinander verschoben sind, damit die Flanken der PWM- Pakete an die Leuchtmittelanordnungen nicht zeitgleich erfolgen .
Es kann wenigstens zeitweise die Einschaltflanke wenigstens eines von mehreren parallelen PWM-Signalen (d.h. die die PWM-Pakete etnhaltenden Signale) zeitlich zu wenigstens einem weiteren PWM-Signal verschoben sein, so dass das Problem der simultanen PWM-Ansteuerung nicht mehr besteht. Dieser Versatz (Offset-Wert ) kann intern oder extern variierbar sein oder aber fest vorgegeben sein. Insbesondere konnte beispielsweise der Versatz der gesamten Ausschaltphase eines PWM-Signals entsprechen, d.h., bei unverändertem Tastverhaltnis wird die entsprechende LED innerhalb einer PWM-Periode zunächst ausgeschaltet und dann eingeschaltet. Ein PWM-Signal kann also invertiert sein, d.h. beim Start eines jeden Zyklus, getriggert bspw. durch ein Interrupt-Signal, kann zuerst die Ausschaltphase und erst dann die Einschaltphase der LED angesteuert werden.
Alternativ hierzu könnte der Versatz auch derart gewählt werden, dass die Einschaltflanken für die PWM-Signale gleichmäßig verteilt über die PWM-Periode generiert werden. Eine dritte Alternative besteht darin, denn Versatz zufällig zu wählen. In Fig. 3 ist ein Beispiel eine Ansteuerung mit einem Versatz der einzelnen PWM- Signale dargestellt.
Der Versatz kann bereits bei der Erzeugung der PWM-Signale vorliegen, oder aber bei simultan erzeugten PWM-Signalen auf der Strecke zwischen der PWM-Erzeugung und den LEDs gezielt eingefügt werden.
Die PWM-Signale können ausgehend von einem oder aber auch von mehreren Taktgebern erzeugt werden.
Der Offset-Wert kann abhängig vom Dimmlevel der
Leuchtmittel gewählt werden.
Es kann sich auch die Frequenz wenigstens eines PWM-
Signals wenigstens zeitweise zeitlich verändern, so dass eine kombinierte PWM/FM (Frequenzmodulation vorliegt) .
Dabei wäre es beispielsweise denkbar, die Frequenz abhängig von dem Tastverhältnis des PWM-Signals einzustellen .
Alternativ oder zusätzlich kann sich auch die Frequenz wenigstens eines PWM-Signals wenigstens zeitweise von der wenigstens eines weiteren PWM-Signals unterscheiden. Dazu kann wiederum ein oder mehrere Taktgeber vorliegen. Bspw. kann eine Frequenz das Vielfache einer weiteren Frequenz betragen. Wenigstens eine Frequenz kann nach Erzeugung einheitlicher PWM-Schaltfrequenzen bspw. durch einen Kondensator verschoben werden.
Eine rein beispielsweise geschilderte und keineswegs einschränkende Implementierung kann bspw. wie folgt sein:
Für jeden PWM-Kanal oder wenigstens einen abweichenden PWM-Kanal kann unabhängig der notwendige PWM-Stellwert gerechnet wird und das Resultat in ein Hardwareregister geschrieben wird.
Die Hardware übernimmt dann den neuen Wert beim Nächsten Nulldurchgang der Periode. Durch das Center PWM Verfahren (Dreieck wie in Fig. 4 dargestellt) kommt bei unterschiedlicher PWM Stellung keine der Flanken direkt zur gleichen Zeit zum Wechsel bei bis zu vier Kanälen. Die einzige Ausnahme ist hier bei gleicher Dimmstellung fallen alle Flanken aufeinander, die konnte aber als Verbesserung nach der Berechnung so integriert werden, das mit der PWM Auflösung gespielt wird, d.h. dass man bewusst die Kanäle um jeweils 1 Bit PWM verschiebt um eine Verwischung zu erreichen .
Diese Verschiebung kann man dann z.B. pro Periode zusatzlich noch abändern, sodass der Mittelwert über die Zeit wiederum Stabil ist.
(TO = 1022,1024,1021,1025 -> TO+1 = 1024, 1022, 1025,1021 -> TO+2 = 1022,1024,1021,1025 ) da der Step dann alle 10ms ist, sollte es noch nicht als Flackern wahrgenommen werden, zudem wählen wir die Auflosung jeweils recht hoch, sodass ein Bit Versatz nicht viel ausmachen durfte.
Die Leuchtmittel der ersten und/oder wenigstens der zweiten Leuchtmittelanordnung können anorganische oder organische Leuchtdioden sein.
Die Leuchtmittel der ersten und/oder wenigstens der zweiten Leuchtmittelanordnung können ein unterschiedliches Lichtspektrum emittieren.
Somit kann ein Betriebsgerat ermöglicht werden, in dem oben angeführte Verfahren durchgeführt werden können.
Somit kann ein Beleuchtungssystem ermöglicht werden, welches wenigstens zwei Leuchtmittel aufweist, in dem ein oben angeführtes Verfahren bzw. Betriebsgerat zur Anwendung gelangt.
In Fig. 2 ist schematisch eine Schaltung zum geregelten Betrieb von Leuchtdioden (LED) gezeigt, die ein Beispiel für ein Treiber-Modul darstellt. Im dargestellten Beispiel sind zwei Leuchtdioden m Serie geschaltet, indessen ist es gerade ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sich die Betriebsschaltung sehr flexibel an die Art und die Anzahl der ebenfalls seriell verbundenen Leuchtdioden (LED) anpasst.
Der Betriebsschaltung wird eine Eingangs-Gleichspannung Vm zugeführt, die natürlich auch eine gleichgerichtete Wechselspannung sein kann. Eine Serienschaltung zwischen einem Halbleiter- Leistungsschalter Sl (beispielsweise einem MOSFET) und einer Freilaufdiode Dl energetisiert in eingeschaltetem Zustand des Schalters Sl eine Induktivität Ll mittels des durch den Schalter fliessenden Stroms . Im ausgeschalteten Zustand des Schalters Sl entladt sich die in der Spule Ll gespeicherte Energie in Form eines Stroms i durch einen Kondensator Cl und die Leuchtdiodenstrecke LED.
Es ist eine Steuer- und/oder Regelschaltung SR vorgesehen, die als Stellgrosse der Regelung der Leuchtdiodenleistung die Taktung des Schalters Sl beispielsweise in Form von hochfreuqenten modulierten Signalen vorgibt. Die Steuer- und/oder Regelschaltung SR kann beispielsweise eine hysteretische Stromregelung anwenden.
Mittels eines Messwiderstands RS erfasst die Steuer- und/oder Regelschaltung SR den Strom durch den Schalter Sl (im eingeschalteten Zustand des Schalters Sl) .
Über einen Spannungsteiler Rl, R2 kann die Steuer- und/oder Regeleinheit SR das Potential auf der potentialniedrigeren Seite der LED-Strecke erfassen.
Ein weiterer Spannungsteiler R3, R4 ermöglicht die Erfassung der Versorgungsspannung.
Das Treiber-Modul wird in diesem Beispiel durch einen Buck-Konverter gebildet, kann aber auch beispielweise durch einen Boost-Konverter, Buck-Boost-Konverter oder anderen Schaltregler oder auch durch eine Stromsenke oder eine Stromquelle gebildet werden. Der Schalter Sl wird intern durch die Steuer- und/oder Regelschaltung SR mit einer höheren Frequenz als der Frequenz angesteuert, als mit der die LED oder das LED-Modul angesteuert werden. Die interne Frequenz, mit der der Schalter Sl des Schaltreglers angesteuert wird, kann im Bereich von 1OkHz bis zu einigen MHz liegen, wahrend dieser internen Frequenz eine niedrige Frequenz überlagert wird, die der Frequenz des wenigstens einen PWM-Paketes entspricht. Somit kann das LED-Modul mit einem PWM-Paket mit niedriger Frequenz angesteuert werden, wobei das PWM-Paket einen Rippel aufgrund des hochfrequenten Betriebes des Schalters Sl des Treiber-Moduls wahrend der Einschaltzeit aufweisen kann. Der Rippel, der sich aufgrund des hochfrequenten Betriebes des Schalters Sl des Treiber-Moduls ergeben kann, kann durch den Kondensator Cl verringert werden.
Die niedrige Frequenz des wenigstens einen PWM-Paketes, die überlagert wird, kann durch einen externen Controller wie beispielsweise einen Microcontroller oder eine andere zentrale Steuereinheit vorgegeben werden. Durch die Ansteuerung des Treiber-Modul mit solchen niederfrequenten PWM-Paketen kann das Treiber-Modul zeitweise deaktiviert werden und somit durch die PWM-Pakete eine Helligkeitssteuerung und bei Einsatz verschiedener Lichtspektren der Leuchtmittel eine Farbmischung erreicht werden .
Beispielsweise können für eine RGB-Farbmischung die drei Farben des RGB-LED-Moduls von jeweils einem Treiber-Modul angesteuert werden, wobei die drei Treiber-Module über drei PWM-Kanale angesteuert werden.

Claims

Ansprüche :
1. Vorrichtung zum Betrieb von wenigstens zwei Leuchtmitteln, vorzugsweise LEDs, wobei durch eine gemeinsame elektrische Versorgungseinheit elektrische Energie an die wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen, jeweils bestehend aus einem oder mehreren Leuchtmitteln, zur Verfugung gestellt wird, wobei einer ersten Leuchtmittelanordnung und wenigstens einer zweiten Leuchtmittelanordnung elektrische Energie in Form von PWM-Paketen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den unterschiedlichen Leuchtmittelanordnungen die zeitliche Abfolge der PWM-Pakete abgestimmt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen so angesteuert werden, dass der zeitliche Mittelpunkt eines PWM-Pakets der ersten Leuchtmittelanordnung mit dem zeitlichen Mittelpunkt eines PWM-Pakets wenigstens einer zweiten Leuchtmittelanordnung übereinstimmt bzw. zeitlich nah aufeinanderfolgt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Abstimmung der zeitlichen Abfolge der PWM Pakete über den gesamten Dimmbereich der Leuchtmittel erfolgt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen so angesteuert werden, dass zusätzlich die zeitlichen Mittelpunkte der PWM Pakete der Leuchtmittelanordnungen mit einem Offset-Wert zeitlich gegeneinander verschoben sind, damit die Flanken der PWM-Pakete an die Leuchtmittelanordnungen nicht zeitgleich erfolgen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass der Offset-Wert abhängig vom Dimmlevel der Leuchtmittel gewählt wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Leuchtmittel der ersten und/oder wenigstens der zweiten Leuchtmittelanordnung anorganische oder organische Leuchtdioden sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Leuchtmittel der ersten und/oder wenigstens der zweiten Leuchtmittelanordnung ein unterschiedliches Lichtspektrum emittieren.
8. Vorrichtung zum Betrieb von wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen, jeweils bestehend aus einem oder mehreren Leuchtmitteln, vorzugsweise LEDs, wobei die Vorrichtung elektrische Energie an die wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen zur Verfügung stellt, und wobei einer ersten Leuchtmittelanordnung und wenigstens einer zweiten Leuchtmittelanordnung elektrische Energie in Form von PWM-Paketen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltflanke wenigstens eines PWM-Pakets einer ersten Leuchtrαittelanordnung wenigsten zeitweise von der Einschaltflanke wenigstens eines weiteren PWM-Pakets einer zweiten Leuchtmittelanordnung abweicht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zeitliche Abweichung der Einschaltflanke intern oder extern variierbar ist oder fest vorgegeben ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zeitliche Abweichung bereits bei der Erzeugung der PWM-Signale vorliegt, und/oder auf der Strecke zwischen der PWM-Erzeugung und den LEDs gezielt eingefügt wird.
11. Vorrichtung zum Betrieb von wenigstens zwei Leuchtmitteln, vorzugsweise LEDs, wobei die Vorrichtung elektrische Energie an die wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen, jeweils bestehend aus einem oder mehreren Leuchtmitteln, zur Verfügung stellt, wobei einer ersten Leuchtmittelanordnung und wenigstens einer zweiten Leuchtmittelanordnung elektrische Energie in Form von PWM-Paketen zugeführt wird, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Frequenz wenigstens eines PWM-Pakets wenigstens zeitweise variiert.
12. Vorrichtung zum Betrieb von wenigstens zwei
Leuchtmittelanordnungen, jeweils bestehend aus einem oder mehreren Leuchtmitteln, vorzugsweise LEDs, wobei die Vorrichtung elektrische Energie an die wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen zur Verfügung stellt, und wobei einer ersten Leuchtmittelanordnung und wenigstens einer zweiten Leuchtmittelanordnung elektrische Energie in Form von PWM-Paketen zugeführt wird, , insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz wenigstens eines PWM-Pakets wenigsten zeitweise von der Frequenz wenigstens eines weiteren PWM-Pakets einer zweiten Leuchtmittelanordnung abweicht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Frequenz eines PWM-Pakets das Vielfache einer weiteren Frequenz beträgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die abweichende Frequenz kein Vielfaches der anderen PWM-Frequenz (en) ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei wenigstens eine Frequenz nach Erzeugung einheitlicher PWM-Schaltfrequenzen bspw. durch einen Kondensator verschoben wird.
16. Vorrichtung zum Betrieb von wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen, jeweils bestehend aus einem oder mehreren Leuchtmitteln, vorzugsweise LEDs, wobei die Vorrichtung elektrische Energie an die wenigstens zwei Leuchtmittelanordnungen zur Verfugung stellt, und wobei einer ersten Leuchtmittelanordnung und wenigstens einer zweiten Leuchtmittelanordnung elektrische Energie in Form von PWM-Paketen zugeführt wird, , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Einschaltflanke wenigstens eines PWM-Signals von der wenigstens eines weiteren PWM-Signals zumindest zeitweise abweicht und somit nicht simultan ist, und/oder
- die Frequenz eines oder mehrere PWM-Signale zumindest zeitweise zeitlich nicht konstant ist, und/oder - die Frequenz wenigstens eines PWM-Signals wenigstens zeitweise von der wenigstens eines weiteren PWM-Signals abweicht.
17. Betriebsgerat , aufweisend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
18. Beleuchtungssystem aufweisend wenigstens zwei Leuchtmittel und zwei funktionell miteinander verbundene Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
19. Verfahren zur Verringerung der Belastung einer Spannungsversorgung und/oder zur Verbesserung der EMV-Vertraglichkeit bei einer Ansteuerung von LEDs mit PWM-Signalen, aufweisend einen oder mehrere der folgenden Optionen:
- die Einschaltflanke wenigstens eines PWM-Signals weicht zeitlich von der wenigstens eines weiteren PWM-Signals zumindest zeitweise ab und ist somit nicht simultan ist, und/oder
- die Frequenz eines oder mehrere PWM-Signale zumindest zeitweise ist zeitlich nicht konstant, und/oder
- die Frequenz wenigstens eines PWM-Signals weicht wenigstens zeitweise von der wenigstens eines weiteren PWM-Signals ab.
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