EP2412206B2

EP2412206B2 - Dimmbares betriebsgerät und beleuchtungssystem zur erhöhung der lebenserwartung bei leds und oleds

Info

Publication number: EP2412206B2
Application number: EP10711056.1A
Authority: EP
Inventors: Heinz Seyringer
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2026-06-17
Anticipated expiration: 2030-03-25
Also published as: DE102009014998A1; WO2010108982A1; WO2010108982A9; DE112010001271A5; EP2412206B1; EP2412206A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsgerät zum Betreiben einer LED oder einer OLED sowie auf ein Beleuchtungssystem mit einem derartigen Betriebsgerät.
Für eine korrekte Ansteuerung einer LED, muss ein Versorgungsstrom, beispielsweise vom Stromnetz zugeführt, so angepasst werden, dass er den Betriebseigenschaften der LED entspricht.
Hierbei ist insbesondere zumeist ein AC/DC-Wandler notwendig. Weiterhin muss der Strom bzw. die Spannung so begrenzt werden, dass beide dem optimalen Arbeitspunkt der LED entsprechen. Dieser Arbeitspunkt wird so gewählt, dass ein Maximum an Licht emittiert wird. Der Arbeitspunkt muss sich dabei jedoch noch in einem zulässigen Bereich befinden.
Es ist bekannt, dass die Lichtleistung einer LED im Laufe des Betriebs nachlässt. Bei konstanter Stromversorgung fällt die Intensität im einfachsten Fall mit der Zeit exponentiell ab.
Je nach Hersteller unterscheidet sich die Steilheit dieses Abfalls und bei manchen Herstellern kann auch eine Überlagerung aus zwei verschiedenen Abfallskurven beobachtet werden.
Qualitativ gesehen läuft es jedoch immer auf einen exponentiellen Abfall hinaus. Auf Grund dessen ist der Abfall insbesondere in einer ersten Betriebsphase, beispielsweise in den ersten 20 bis 200 Stunden besonders stark.
Dies hat auch den Nachteil, dass bei einer Beleuchtung durch LEDs langfristig betrachtet keine zeitlich konstante Helligkeit garantiert werden kann.
Die Lebenserwartung von Leuchtdioden - insbesondere Leuchtdioden mit organischen Komponenten (OLEDs) - sind heute recht begrenzt und müssen durch teure Verkapselungen und aufwendige Produktionsverfahren sichergestellt werden. Es wäre daher sehr wünschenswert, wenn man die Lebenserwartung dieser Komponenten erhöhen könnte, ohne auf noch teurere Produktions- oder Verkapselungsverfahren zurück zu greifen.
US 7138 970 B2 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines LED-Beleuchtungssystem innerhalb einer Zeilenabtastungskamera, aufweisend eine LED und einen Lichtsensor. Die LED wird bei Pulsweitenmodulation mit einer Tastrate betrieben, die weniger als 100% darstellt, um so die Alterung der LED zu verringern und so die Lebenserwartung zu vergrößern. Der Lichtsensor wird dafür auf eine höhere Empfindlichkeit eingestellt. Nachdem während des Betriebs die Helligkeit der LED nachlässt, wird die Tastrate stufenweise bis auf 100% erhöht.
US 6236 331 B1 zeigt ein elektronisches Steuergerät für eine LED-Verkehrsampel. Die Steuerschaltung sorgt für eine konstante Leuchtstärke der Ampel, die den gesetzlichen Vorschriften entspricht und unterhalb der der maximal möglichen Leuchtstärke der LEDs liegt. Die Konstanthaltung der Leuchtstärke wird durch einen Lichtsensor erreicht, der die Helligkeit einer separaten LED misst. Bei Bedarf wird die Helligkeit vom Steuergerät nachgeregelt. Dadurch wird die Lebenserwartung der LEDs erhöht und die Ampel kann länger dem gesetzlichen Standard entsprechen. In einer besonderen Ausführung ist die Lampe auf maximale Helligkeit eingestellt und während der Dämmerung und der Nacht auf eine geringere Helligkeit eingestellt. Die Erkennung der Umgebungshelligkeit erfolgt über einen weiteren Lichtsensor.
Nun besteht das Problem, dass eine Konstanthaltung der Leuchtintensität einer LED über ihr Lebenszeit hinweg zwar erwünscht ist, gleichzeitig aber eine aktive Regelung der Leuchtintensität ermöglicht werden soll. Dies ist besonders dann entscheiden, wenn die Beleuchtung über eine Dimmfunktion verfügen soll.
Die Erfindung setzt an diesem Problem an und stellt eine Lösung bereit, wie die Betriebseigenschaften von LEDs konstanter und adaptierbarer werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Erfindungsgemäß wird also die Verwendung einer geeigneten Ansteuerung in einer ersten Betriebsphase der LED oder OLED vorgeschlagen.
Hierfür ist ein Betriebsgerät so ausgelegt, dass es mindestens eine LED oder OLED betreiben kann. Dabei weist es eine Ansteuerelektronik zur Anpassung eines Versorgungsstroms an die Betriebseigenschaften der mindestens einen LED auf. Das Betriebsgerät schränkt die Maximalleistung der mindestens einen LED oder OLED in einer ersten Betriebsphase auf einen vorbestimmten Pegel ein. Das Betriebsgerät ignoriert dabei einen eingehenden externen Dimmbefehl oder setzt ihn bspw. durch Skalierung nach unten derart um, dass die LED- oder OLED-Leistung den vorbestimmten Pegel in der ersten Betriebsphase nicht überschreitet.
Bei OLEDs kann es von Vorteil sein, wenn sie während der ersten Betriebsstunden mit einem vorgegebenen Strom eingebrannt werden, also bspw. eingehende Dimmbefehle in dieser Zeit ignoriert werden und die OLED mit einem vorgegebenen Strom bzw. einem Strom in einem vorgegebenen Stromkorridor betrieben wird. Innerhalb des Korridors können eingehende Dimmbefehle optional umgesetzt werden.
Der vorbestimmte Pegel liegt dabei unterhalb der maximal zulässigen Leistungszufuhr der mindestens einen LED. Dadurch wird erreicht, dass bei einem Erstbetrieb die maximal mögliche Lichtintensität der LED bewusst verhindert wird.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass sich der vorbestimmte Pegel über die Betriebszeit in der ersten Betriebsphase der mindestens einen LED hinweg dahingehend ändert, dass er sich der maximal zulässigen Leistungszufuhr annähert.
Die erste Betriebsphase ist dann beendet, wenn der vorbestimmte Pegel die maximal zulässige Leistungszufuhr erreicht hat.
Der vorbestimmte Pegel ändert sich dabei über die Betriebszeit der ersten Betriebsphase der mindestens einen LED hinweg so, dass die Lichtintensität der mindestens einen LED konstant bleibt.
Der vorbestimmte Pegel kann in einer Ausführungsform über die Betriebszeit hinweg linear ansteigen.
Der vorbestimmte Pegel kann in einer weiteren Ausführungsform über die Betriebszeit hinweg logarithmisch ansteigen.
Alternativ kann der vorbestimmte Pegel über die Betriebszeit hinweg aber auch jeder anderen nichtlinearen Kurve folgend ansteigen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Betriebsstundenzähler, mittels dessen die Änderung des vorbestimmten Pegels in Abhängigkeit von der Betriebszeit geregelt wird.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf einen Speicher, beispielsweise einen One Time Programmable Memory, der die zeitliche Veränderung des vorbestimmten Pegels vorgibt.
Außerdem kann die Erfindung eine Messvorrichtung, vorzugsweise einen Lichtsensor, aufweisen, die die Lichtintensität der mindestens einen LED bei Betrieb mit der Leistung des vorbestimmten Pegels erfasst und die Messwerte der Steuereinheit zuführt.
Die Steuereinheit kann dabei den vorbestimmten Pegel mittels zugeführter Messwerte so anpassen, dass die Lichtintensität der mindestens einen LED bei Betrieb mit der Leistung des vorbestimmten Pegels konstant bleibt.
Über eine Schnittstelle kann ein von außen eingehender Dimmbefehl der Lichtintensität erfolgen.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass bei einem von außen eingehenden Dimmbefehl der Lichtintensität der tatsächlich an der mindestens einen LED eingestellte Dimmwert in Abhängigkeit des vorbestimmten Pegels erfolgt.
Dies bedeutet, dass die tatsächliche Dimmung der mindestens einen LED dem aktuellen Wert des vorbestimmten Pegels entsprechend herunterskaliert wird.
Denkbar ist hierbei, dass ein von außen eingehender Dimmbefehl mittels einer Nutzereingabe erfolgen kann.
Möglich ist auch, dass ein von außen eingehender Dimmbefehl mittels adaptiver Anpassung an äußere Bedingungen, beispielsweise das Tageslicht, erfolgen kann.
Darüber hinaus kann ein von außen eingehender Dimmbefehl mittels einer Eingabe eines anderen Systems, beispielsweise einer externen Sensorvorrichtung oder einer Zentralschaltung, erfolgen.
Die Einstellung der Helligkeit der mindestens einen LED kann über eine Leistungsregelung mit begrenztem Wert, beispielsweise über eine Pulsweitenmodulation erfolgen.
Alternativ ist eine Einstellung der Helligkeit der mindestens einen LED über eine Stromregelung denkbar.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass an Stelle der mindestens einen LED auch mindestens eine OLED oder eine Kombination von LEDs und OLEDs betrieben werden kann.
Schließlich sieht die Erfindung ein System vor, das eine zentrale Steuereinheit, einen Bus und mindestens zwei an den Bus angeschlossene Betriebsgeräte zum Betreiben von jeweils mindestens einer LED aufweist. Jedes Betriebsgerät umfasst dabei eine Ansteuerelektronik zur Anpassung eines Busversorgungsstroms an die Betriebseigenschaften der mindestens jeweils einen LED. Die Maximalleistung jeder LED wird in einer ersten Betriebsphase auf einen vorbestimmten Pegel unterhalb der maximal zulässigen Leistungszufuhr beschränkt.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Betriebsgerät zum Betreiben von mindestens einer LED oder OLED aufweisend eine Schnittstelle zur Zuführung von externen Dimmbefehlen ausgehend von eine zentralen Steuereinheit oder einem Sensor und eine Ansteuerelektronik zur Steuerung oder Regelung eines Versorgungsstroms an die Betriebseigenschaften der mindestens einen LED oder OLED abhängig von eingehenden Dimmbefehlen, wobei das Betriebsgerät die zugeführte Leistung oder den zugeführten Strom der mindestens einen LED in einer ersten Betriebsphase auf einen vorbestimmten Pegel regelt oder festlegt, und das Betriebsgerät dabei einen externen Dimmbefehl ignoriert oder derart umsetzt, insbesondere herunterskaliert, dass die LED- oder OLED-Leistung den vorbestimmten Pegel in der ersten Betriebsphase nicht über- oder unterschreitet.
Außerdem wird ein von außen eingehenden Dimmbefehl auf geeignete Weise umgesetzt.
Der vorbestimmte Pegel nähert sich innerhalb der ersten Betriebsphase dem Wert der maximal zulässigen Leistungszufuhr an.
Die zentrale Steuereinheit weist darüber hinaus eine Schnittstelle auf, über die ein von außen eingehender Dimmbefehl der Lichtintensität erfolgen kann.
Ein eingehender Dimmbefehl kann während der ersten Betriebsphase einer LED vom entsprechenden Betriebsgerät ignoriert werden.
Alternativ kann aber auch ein eingehender Dimmbefehl so umskaliert werden, dass die tatsächliche Dimmung jeder LED in Abhängigkeit des vorbestimmten Pegels erfolgt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr anhand der Figuren der beigefügten Zeichnungen sowie der detaillierten Erläuterung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Fig. 1: zeigt qualitativ den zeitlichen Verlauf des Intensitätsabfalls bei konventionellem und bei erfindungsgemäßem Betrieb einer LED,
Fig. 2: zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts,
Fig. 3: zeigt ein beispielhaftes Verfahren, wie ein Dimmbefehl in Abhängigkeit des vorbestimmten Pegels skaliert werden kann, und
Fig. 4: zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems mit zwei Betriebsgeräten.

Fig.1 zeigt qualitativ den zeitlichen Verlauf des Intensitätsabfalls bei LEDs. Hierbei ist die Lichtintensität vertikal und die Zeit horizontal, beide mit willkürlichen Einheiten, eingezeichnet.
Reihe 1 stellt dabei den Intensitätsabfall einer LED dar, die konstant mit den für sie normalen Betriebsparametern betrieben wird. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Intensität Anfangs sehr stark abfällt und im weiteren Verlauf der Abfall immer mehr stagniert. Dies entspricht in etwa einer exponentiellen Kurve.
Reihe 2 dagegen stellt den Intensitätsabfall einer LED bei erfindungsgemäßem Betrieb dar. Es ist ersichtlich, dass die LED in der ersten Betriebsphase, d.h. in der Startphase des Betriebs mit einer Leistung betrieben wird, die unterhalb der maximal zulässigen Leistung liegt. Dabei soll die maximal zulässige Leistung den normalen Betriebsparametern der LED entsprechen. Die Dauer dieser ersten Betriebsphase hängt vom Aufbau und der Geometrie der verwendeten Komponenten (LED/OLED) ab und dauert typischerweise zwischen 20 und 200 Stunden. Im einfachsten Fall könnte eine geeignete Ansteuerung so aussehen, dass man die Lichtintensität der OLED z.B. auf 80% der anfangs möglichen maximalen Lichtstärke konstant hält.
Da aufgrund der natürlichen Alterung die Lichtstärke kontinuierlich abnimmt, muss fortlaufend nachgeregelt werden. Damit kann eine konstant bleibende Lichtstärke erreicht werden.
Das Ende der ersten Betriebsphase ist dann erreicht, wenn die LED mit der maximal zulässigen Leistung betrieben wird. In Fig. 1 ist also das Ende der Startphase etwa zum Zeitpunkt 12 erreicht.
Im Anschluss an die erste Betriebsphase werden die Ansteuerparameter konstant gehalten, wie dies bei normalem Betrieb üblich wäre. Dadurch wird die Lichtintensität nun langsam abfallen.
Dabei ist jedoch ersichtlich, dass die Intensität selbst jetzt langsamer abfällt, als wenn man die Leuchtdiode (LED/OLED) während der ersten Betriebsphase ganz normal angesteuert hätte.
In Fig. 2 ist ein schematisches Ausführungsbeispiel des Betriebsgeräts 1 zum Betreiben mindestens einer LED und/oder OLED 9 dargestellt.
Das Betriebsgerät besteht im Wesentlichen aus einer Ansteuerelektronik 2 und einer Steuereinheit 3. Ansteuerelektronik 2 und Steuereinheit 3 kommunizieren über eine Schnittstelle 7. Optional kann das Betriebsgerät noch einen Speicher 4 und/oder einen Betriebsstundenzähler 11 aufweisen.
Die Ansteuerelektronik 2 passt den Versorgungsstrom 5 so an, dass er geeignete Betriebsparameter zur Stromversorgung 6 von mindestens einer LED und/oder mindestens einer OLED 9 aufweist. Die Ansteuerelektronik kann hierfür einen AC-DC-Wandler, und eine elektronische Schaltung zur Strom- und Spannungsanpassung bzw. Begrenzung umfassen.
Die Steuereinheit 3 ist dagegen für eine intelligente Regelung der Ansteuerelektronik zuständig. Die Steuereinheit 3 regelt die Ansteuereinheit nach dem erfindungsgemäßen Prinzip, wie es in der Beschreibung zu Fig.1 erläutert worden ist. Außerdem ist sie für weitere, beispielsweise benutzerinitiierte Eingaben und der entsprechenden Regelung der Ansteuerelektronik zuständig. Ebenfalls ist es möglich, dass sie die Ansteuerelektronik adaptiv regelt. Die Steuereinheit stellt also im Allgemeinen eine intelligente Steuerung dar, die mathematische Berechnungen vornehmen kann, bzw. eine elektronische Datenverarbeitung darstellt.
Es soll hierbei betont werden, dass diese Anordnung als rein logisch-funktional zu betrachten ist. Sie stellt keine hardwaretechnische Anordnung dar. Dies bedeutet dass die hardwaretechnisch realisierte Anordnung hiervon abweichen kann. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Steuereinheit als integrierter Schaltkreis realisiert ist. Dabei ist es jedoch möglich, dass ein Teil der Ansteuerelektronik in demselben integrierten Schaltkreis implementiert ist. Ebenfalls ist es möglich, dass sich auch der Speicher und/oder der Betriebsstundenzähler in demselben integrierten Schaltkreis oder auf demselben Substrat befinden.
In einer Ausführung weist die Steuereinheit einen Betriebsstundenzähler 11 auf. Dieser wird dazu eingesetzt, die Betriebsstunden zu zählen und so die der mindestens einen LED zugeführte Leistung sukzessive während des Betriebs zu erhöhen. Im einfachsten Fall wäre ein linearer Anstieg der Leistung denkbar. Vorzugsweise ist der Anstieg jedoch logarithmisch, um so die exponentiell mit der Betriebszeit abfallende Lichtintensität der mindestens einen LED optimal zu kompensieren. Alternativ kann der zeitliche Verlauf der Leistung jeder anderen nichtlinearen Kurve folgen.
Auch kann der zeitliche Verlauf nicht nur aus einer kontinuierlichen Kurve bestehen, sondern auch einzelne diskrete Werte aufweisen.
In einer anderen Ausführungsform erfolgt keinerlei Messung, auch keine Betriebsstundenzählung. Stattdessen weist ein Speicher 4 einen zeitlich vorbestimmten Verlauf des vorbestimmten Pegels auf. Hierfür kann vorgesehen sein, dass für den zeitlichen Verlauf ein unter 100%-Stromwert liegender Startwert gewählt wird (beispielsweise 80%), der gemäß einer vorgegebenen Kurve über einen definierten Zeitraum auf 100% Stromwert erhöht wird. Dieses Ansteigen kann wie oben beschrieben linear oder vorzugsweise auch logarithmisch oder exponentiell sein, um so einen exponentiell Abfall der Intensität zu kompensieren.
Eine Implementierung ist mittels sogenannter OTPs (One Time Programmable Memory) denkbar. Die programmierte Kurve wird in der ersten Betriebsphase auf 100% Stromwert durchfahren. Danach wird die mindestens eine LED beim erneuten Einschalten mit 100% Stromwert betrieben.
Diese Information des zeitlichen Verlaufs kann der Steuereinheit 3 zugeführt werden, die wiederum mittels der Ansteuerelektronik den LED Betrieb regelt.
In einer dritten Ausführungsform erfolgt die Kompensation des Intensitätsabfalls der mindestens einen LED durch eine Messvorrichtung 12. Diese ist mittels einer Schnittstelle 8 mit der Steuereinheit verbunden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Messvorrichtung sowohl extern als auch in die Steuereinheit integriert, beispielsweise sich auf demselben Substrat oder in demselben integrierten Schaltkreis befinden kann.
Bei der Messvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Lichtsensor.
Dieser erfasst die Intensität des von der mindestens einen LED emittierten Lichts. Dieser Wert wird an die Steuereinheit übermittelt. Diese kann so die Diskrepanz zwischen dem Ist - Wert der Lichtintensität und dem Soll - Wert berechnen. Als Soll - Wert wird hierfür die Licht - Intensität verwendet, die zu Beginn der ersten Betriebsphase eingestellt worden ist. Die Steuereinheit regelt nun die Ansteuerung der mindestens einen LED so, dass die Diskrepanz zwischen Ist- und Soll - Wert ausgeglichen wird. Auf diese Weise leuchtet die mindestens eine LED in der ersten Betriebsphase immer gleich hell.
Nun ist es weiterhin vorgesehen, dass die Helligkeit der mindestens einen LED ebenfalls von außen einstellbar ist. Das bedeutet, dass eine von außen erzwungene Dimmung möglich ist.
Diese kann als Benutzereingabe als Dimmbefehl erfolgen. Außerdem ist denkbar, dass diese adaptiv erfolgt. In letzterem Fall kann so die Beleuchtung durch die mindestens eine LED an das Umgebungslicht angepasst werden. Hierfür ist es sinnvoll, einen weiteren Sensor, beispielsweise einen Tageslichtsensor, der das Umgebungslicht misst, einzusetzen.
Darüber hinaus ist denkbar, dass ein Dimmbefehl von einem anderen System, beispielsweise einer zentralen Steuerung initiiert wird. Insbesondere ist es möglich, dass das Betriebsgerät über eine Schnittstelle 12 an einen Bus angeschlossen ist. Die sich daraus ergebenden vorteilhaften Merkmale werden in der Beschreibung zu Fig.4 näher erläutert.
Es ist nun notwendig, dass die Steuereinheit in Abhängigkeit der von dem eingehenden Dimmbefehl und der Diskrepanz von Ist- und Soll - Wert bzw. des zeitlichen Verlaufs des vorbestimmten Pegels die Ansteuerparameter der mindestens einen LED berechnet.
Fig. 3 stellt ein beispielhaftes Verfahren dar, wie die Berechnung erfolgen kann. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Anpassung des Pegels mit Hilfe eines Lichtsensors erfolgt.
Bei einem ersten Einschalten der LED in Schritt S101 wird eine Erstinitialisierung ausgelöst. Bei dieser wird in S102 das Licht der LED auf den vorbestimmten Pegel, beispielsweise 80% der maximal zulässigen Leistung, eingestellt. Daraufhin wird die Lichtintensität I_{IST, MAX} gemessen. In S103 wird dieser Wert der Variablen I_{SOLL, MAX} zugewiesen. Dieser Wert dient als Referenz für die weitere Anpassung des vorbestimmten Pegels im Laufe der ersten Betriebsphase. Selbstverständlich erfolgt diese Erstinitialisierung aus S101 bis S103 nur einmalig bei der ersten Inbetriebnahme der LED.
In S104 wird erneut die tatsächliche Lichtintensität I_IST gemessen. Diese wird in S105 mit dem Sollwert verglichen. Falls eine Diskrepanz zwischen den beiden auftritt, wird der vorbestimmte Pegel so angepasst, dass Ist- und Sollwert gleich sind.
Wie bereits erwähnt ist denkbar, zur Anpassung des vorbestimmten Pegels ein Betriebsstundenzähler und/oder ein Speicher zu verwenden.
In diesem Fall wird die Erstinitialisierung aus S101 bis S103 überflüssig.
Die Anpassung des vorbestimmten Pegels in S104 und S105 kann in diesem Fall direkt erfolgen. Das bedeutet, dass keine Messung der Lichtintensität und keine Berechnung des zu verwenden Pegels notwendig ist. Stattdessen kann der Pegel direkt im Laufe des Betriebs sukzessive einer vorgegebenen Kurve folgend erhöht werden.
In S106 wird ein externer Dimmbefehl D gemessen, der beispielsweise an einer Benutzerschnittstelle eingestellt worden ist. Daraufhin wird die tatsächliche Lichtintensität I_IST abhängig vom voreingestelltem Pegel P und dem Dimmwert D ausgerechnet.
Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um eine Multiplikation der beiden Werte, wie durch Formel (1) gezeigt. $I_{IST} = P \times D$
Wenn z.B. der aktuell gültige Pegel 90% der maximal zulässigen Leistung wären und der Dimmwert 50%, so wäre die Lichtintensität I_IST 45%. Dabei ist zu beachten, dass der voreingestellte Pegel sich über die Betriebszeit hinweg auch auf lineare oder nicht lineare Weise verändert. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, dass die tatsächlich einzustellenden Lichtintensität I_IST aus einer nichtlinearen Formel berechnet wird. Das bedeutet dass die tatsächlich einzustellenden Lichtintensität I_IST auf nichtlineare Weise herunterskaliert wird.
In einer weiteren Ausführung könnte die Bestimmung des tatsächlich einzustellenden Lichtintensität I_IST jedoch auch über eine Tabelle (look-up table) erfolgen. Diese kann beispielsweise im Speicher 4 abgelegt sein. Die Tabelle kann dabei jeder Kombination aus einem Dimmwert und einem voreingestelltem Pegel eine tatsächlich einzustellende Lichtintensität I_IST zuweisen.
Es ist jedoch auch jede andere Form der Berechnung möglich. Entscheidend ist lediglich, dass einerseits die Alterungserscheinung der LED kompensiert wird und andererseits die tatsächliche Lichtintensität, insbesondere ihre auf den Betrachter subjektiv wirkende Eigenschaften, dem eingestelltem Wert entsprechen. Eine Kompensation des eingestellten Dimmwerts muss also in der ersten Betriebsphase immer zeitlich dynamisch, d.h dem aktuell gültigen voreingestellten Pegel entsprechend, erfolgen.
Der in S107 ermittelte Intensitätswert wird von der Steuereinheit in entsprechende Betriebsparameter für die LED umgerechnet. Diese werden der Ansteuerelektronik so zugeführt, dass die LED auf die gewünschte Weise leuchtet. Hierfür kann beispielsweise eine Pulsweitenmodulation oder eine Stromregelung eingesetzt werden.
In S108 wird festgestellt, ob sich die LED noch in der ersten Betriebsphase befindet. Dies kann vorzugsweise über den aktuellen Pegel bestimmt werden. Ist dieser geringer als die maximal zulässige Leistung, so befindet sich die LED noch in der ersten Betriebsphase.
Bei Verwendung eines Betriebsstundezählers kann ebenfalls eine vorgegebene Betriebszeit als erste Betriebsphase definiert sein.
Im Falle, dass einer vorgegebenen Kurve durchlaufen wird, kann definiert sein, dass die erste Betriebsphase dann vorüber ist, wenn die Kurve vollständig durchlaufen ist.
Ist die erste Betriebsphase noch nicht vorüber, so wird zu S104 zurückgesprungen. Optional kann eine Zeit t gewartet werden, bevor in S104 eine erneute Anpassung des Pegels erfolgt.
Ist die erste Betriebsphase bereits vorüber, so wird der Pegel nicht mehr verändert. In diesem Fall wird direkt zu S106 gesprungen. Optional kann erneut eine Zeit t gewartet werden.
Es kann noch hinzugefügt werden, dass zur Anpassung des vorbestimmten Pegels in S104 und S105 zwei verschiedene Möglichkeiten bestehen.
In einer ersten Ausführung wird die Lichtintensität kurzzeitig auf den vorbestimmten Pegel, d.h. die maximal vom Betriebsgerät zugelassene Lichtintensität, eingestellt und so ein Vergleich zwischen Ist- und Sollwert durchgeführt. Als Sollwert wird derjenige verwendet, der in S103 festgelegt worden ist.
In einer zweiten Ausführungsform wird die mittels der Dimmung eingestellte Lichtintensität beibehalten. Der Dimmwert wird so in die gemessene Lichtintensität einberechnet, dass der Istwert bei Betreiben der LED mit dem vorbestimmten Pegel rechnerisch ermittelt werden kann.
Auf diese Weise kann wieder ein Vergleich mit dem Sollwert, der in S103 festgelegt worden ist, durchgeführt werden.
Da die erste Ausführung möglicherweise zu einer Art Blitzen führen kann, ist Ausführung 2 zu bevorzugen, solange eine fehlerfreie Kompensation des Dimmwerts möglich ist. Daher ist es ebenfalls denkbar, diese Verfahrensweise in S102 und S103 zur Bestimmung von I_{SOLL, MAX} zu verwenden.
In Fig.4 werden die erfindungsgemäßen Merkmale in vorteilhafter Weise auf ein System angewandt.
Das System 16 besteht aus einer zentralen Buseinheit 17 und drei Betriebsgeräten 15, wobei nur das erste Betriebsgerät detailliert dargestellt ist.
Die zentrale Buseinheit ist mit einer elektrischen Energieversorgung 10 verbunden. Des Weiteren weist sie eine Schnittstelle 8 auf über die ein Dimm - Befehl eingehen kann. Dieser kann von einer Nutzereingabe aus erfolgen. Ein Eingabegerät, beispielsweise ein Drehknopf, kann hierfür auf der zentralen Buseinheit oder extern vorhanden sein. Auch ein Anzeigegerät, beispielsweise ein Display ist denkbar, beispielsweise zur Anzeige des voreingestellten Pegels pro LED/LED-Modul oder des eingestellten Dimmwerts. Darüber hinaus kann diese von einer Messvorrichtung 12 aus erfolgen. Dabei kann es sich um einen Lichtsensor und/oder einen Bewegungssensor handeln. Es ist ebenfalls denkbar, dass sich eine solche Sensorik als Vorrichtung 13 auf der zentralen Buseinheit befindet. Außerdem kann der Dimmbefehl von einem Fremdsystem aus erfolgen.
Zur Kommunikation mit den Betriebsgeräten bzw. zu deren Stromversorgung existiert ein Bus 14, der zentrale Buseinheit und Betriebsgeräte verbindet. Dabei ist es jedoch denkbar, dass der Kommunikationsbus (bzw. Adressbus) und der Stromversorgungsbus zwei unterschiedliche Vorrichtungen sind. Beispielsweise kann die Kommunikation über einen Funkschnittstelle und die Stromversorgung über ein Kabel erfolgen.
Jedes Betriebsgerät weist eine eigene "Intelligenz" in Form einer zentralen Steuereinheit 3 und optional einem Speicher 4 und/oder einem Betriebsstundenzähler 11 auf. Darüber hinaus umfasst es eine Ansteuerelektronik 2 und einen Anschluss 6 zum Anschließen mindestens einer LED 9. Anstelle der mindestens einen LED kann erneut auch eine beliebige Kombination aus LEDs und OLEDs verwendet werden. Ebenfalls denkbar ist das Anschließen eines LED-Moduls oder einer LED-Kette, bestehend aus einer beliebigen Kombination aus LEDs und OLEDs.
Erneut wird jede LED bzw. jedes LED-Modul in einer ersten Betriebsphase mit einem vorbestimmten Pegel, der unterhalb der maximal zulässigen Leistungszufuhr liegt, betrieben. Dieser wird auf oben beschriebene Weise während der ersten Betriebsphase erhöht. Dabei erfolgt die Regelung des vorbestimmten Pegels durch jedes Betriebsgerät für die daran angeschlossene LED bzw. das LED-Modul einzeln. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine einzelne LED oder ein einzelnes LED-Modul einmal ausgetauscht wird und somit dieses am Anfang der ersten Betriebsphase steht.
Dies wäre auch realisierbar, indem die zentrale Buseinheit für jedes Betriebsgerät (bzw. für die angeschlossenen LEDs) einen vorbestimmten Pegel berechnen würde. Der Pegel könnte im Anschluss mittels einer eindeutigen Adresse dem Betriebsgerät zugewiesen werden.
Ein in die zentrale Buseinheit eingehender Dimmbefehl, bzw. ein von der zentralen Buseinheit eingestellter Dimmbefehl kann an jedes Betriebsgerät weitergeleitet werden. Dieser wird dann vorzugsweise in jedem Betriebsgerät lokal verarbeitet. Dabei wird erneut eine Anpassung 'der Lichtintensität an den Dimmbefehl in Abhängigkeit des vorbestimmten Pegels durchgeführt.
In einer anderen Ausführung werden Dimmbefehle von jedem Betriebsgerät ignoriert, dessen LEDs sich noch in der ersten Betriebsphase befinden. Auf diese Weise leuchten die LEDs in der ersten Betriebsphase immer gleich hell.

Bezugszeichenliste:

1: Betriebsgerät
2: Ansteuerelektronik
3: Steuereinheit
4: Speicher
5: Stromversorgung vom Netzstrom
6: Stromversorgung der LED
7: Schnittstelle zwischen Ansteuerelektronik und Betriebsgerät
8: Schnittstelle zur Einstellung der Betriebsweise
9: LED oder OLED
10: Netzstrom
11: Betriebsstundenzähler
12: Messvorrichtung
13: Sensorik
14: Bus
15: Betriebsgerät
16: System
17: Zentrale Buseinheit

Claims

Betriebsgerät (1) zum Betreiben von mindestens einer LED (9) oder OLED, aufweisend:
- eine Schnittstelle zur Zuführung von externen Dimmbefehlen ausgehend von eine zentralen Steuereinheit oder einem Sensor,

- eine Ansteuerelektronik (2) zur Steuerung oder Regelung eines Versorgungsstroms an die Betriebseigenschaften der mindestens einen LED oder OLED abhängig von eingehenden Dimmbefehlen,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Betriebsgerät die Maximalleistung der mindestens einen LED oder OLED in einer ersten Betriebsphase auf einen vorbestimmten Pegel unterhalb der maximal zulässigen Leistungszufuhr der mindestens einen LED oder OLED beschränkt, wobei die erste Betriebsphase mit dem ersten Einschalten der LED ausgelöst wird,

- das Betriebsgerät in der ersten Betriebsphase einen externen Dimmbefehl ignoriert oder herunterskaliert, sodass die Maximalleistung der mindestens einen LED den vorbestimmten Pegel in der ersten Betriebsphase nicht überschreitet,

- das Betriebsgerät das Ende der ersten Betriebsphase feststellt und bei festgestelltem Ende der ersten Betriebsphase den Pegel der Maximalleistung nicht mehr verändert, und

- sich der vorbestimmte Pegel über die Betriebszeit in der ersten Betriebsphase der mindestens einen LED oder OLED hinweg dahingehend ändert, dass er sich der maximal zulässigen Leistungszufuhr annähert.
Betriebsgerät (1) gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Betriebsgerät die zugeführte Leistung oder den zugeführten Strom der mindestens einen LED in der ersten Betriebsphase regelt oder festlegt.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Betriebsphase dann beendet ist, wenn der vorbestimmte Pegel die maximal zulässige Leistungszufuhr erreicht hat.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der vorbestimmte Pegel über die Betriebszeit der ersten Betriebsphase der mindestens einen LED hinweg so ändert, dass die Lichtintensität der mindestens einen LED konstant bleibt.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der vorbestimmte Pegel über die Betriebszeit hinweg linear ansteigt, oder

der vorbestimmte Pegel über die Betriebszeit hinweg logarithmisch ansteigt, oder

der vorbestimmte Pegel über die Betriebszeit hinweg nichtlinear ansteigt.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Betriebsgerät einen Betriebsstundenzähler (11) aufweist, mittels dessen die Änderung des vorbestimmten Pegels in Abhängigkeit von der Betriebszeit geregelt wird.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Betriebsgerät einen Speicher (4) aufweist, beispielsweise ein One Time Programmable Memory, der die zeitliche Veränderung des vorbestimmten Pegels vorgibt.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Betriebsgerät eine Messvorrichtung (12), vorzugsweise einen Lichtsensor aufweist, wobei die Messvorrichtung die Lichtintensität der mindestens einen LED bei Betrieb mit der Leistung des vorbestimmten Pegels erfasst und die Messwerte der Steuereinheit zuführt.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (3) den vorbestimmten Pegel mittels zugeführter Messwerte so anpasst, dass die Lichtintensität der mindestens einen LED bei Betrieb mit der Leistung des vorbestimmten Pegels konstant bleibt.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Betriebsgerät eine Schnittstelle (8) aufweist, über die ein von außen eingehender Dimmbefehl der Lichtintensität empfangen werden kann.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einem von außen eingehenden Dimmbefehl der Lichtintensität der tatsächlich an der mindestens einen LED eingestellte Dimmwert in Abhängigkeit des vorbestimmten Pegels erfolgt.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einem von außen eingehenden Dimmbefehl der tatsächlich an der mindestens einen LED eingestellte Dimmwert entsprechend des aktuellen Werts des vorbestimmten Pegels herunterskaliert wird.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- ein von außen eingehenden Dimmbefehl während der ersten Betriebsphase ignoriert wird, und/oder

- ein von außen eingehender Dimmbefehl mittels adaptiver Anpassung an äußere Bedingungen, beispielsweise das Tageslicht, erfolgen kann, und/oder

- ein von außen eingehender Dimmbefehl mittels einer Eingabe eines anderen Systems, beispielsweise einer externen Sensorvorrichtung oder einer Zentralschaltung, erfolgen kann.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anpassung der Helligkeit der mindestens einen LED über eine Leistungsregelung mit begrenztem Wert, vorzugsweise über eine Puls-Weiten-Modulation erfolgt.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anpassung der Helligkeit der mindestens einen LED über eine Stromregelung erfolgt.
Betriebsgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
an Stelle der mindestens einen LED (9) auch mindestens eine OLED oder eine Kombination von LEDs und OLEDs betrieben wird.
System (16), aufweisend eine zentrale Steuereinheit (13), einen Bus (14) und mindestens ein mittels einer Schnittstelle an den Bus angeschlossenes Betriebsgerät (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum optimierten Betrieb von LEDs mittels eines Betriebsgeräts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 mit den Verfahrensschritten:
- Zuführen eines externen Dimmbefehls ausgehend von einer zentralen Steuereinheit oder einem Sensor mittels der Schnittstelle des Betriebsgeräts;

- Steuern oder Regeln eines Versorgungsstroms an die Betriebseigenschaften der LEDs abhängig vom eingehenden Dimmbefehl mittels der Ansteuerelektronik des Betriebsgeräts,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Maximalleistung der LED in einer ersten Betriebsphase auf einen vorbestimmten Pegel unterhalb der maximal zulässigen Leistungszufuhr der mindestens einen LED mittels des Betriebsgeräts beschränkt wird, wobei sich der vorbestimmte Pegel innerhalb einer ersten Betriebsphase dem Wert der maximal zulässigen Leistungszufuhr annähert, wobei die erste Betriebsphase mit dem ersten Einschalten der LED ausgelöst wird, wobei in der ersten Betriebsphase ein externer Dimmbefehl ignoriert oder herunterskaliert wird, sodass die Maximalleistung der mindestens einen LED den vorbestimmten Pegel in der ersten Betriebsphase nicht überschreitet,

- das Betriebsgerät das Ende der ersten Betriebsphase der LED feststellt und

- bei festgestelltem Ende der ersten Betriebsphase der Pegel der Maximalleistung nicht mehr verändert wird, und

- sich der vorbestimmte Pegel über die Betriebszeit in der ersten Betriebsphase der mindestens einen LED oder OLED hinweg dahingehend ändert, dass er sich der maximal zulässigen Leistungszufuhr annähert.