EP2772120B1 - Pwm-dimmen von leuchtmitteln - Google Patents

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EP2772120B1
EP2772120B1 EP12810032.8A EP12810032A EP2772120B1 EP 2772120 B1 EP2772120 B1 EP 2772120B1 EP 12810032 A EP12810032 A EP 12810032A EP 2772120 B1 EP2772120 B1 EP 2772120B1
Authority
EP
European Patent Office
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pulse
width
light
brightness
duty cycle
Prior art date
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Active
Application number
EP12810032.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2772120A1 (de
Inventor
Eduardo Pereira
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Tridonic GmbH and Co KG filed Critical Tridonic GmbH and Co KG
Publication of EP2772120A1 publication Critical patent/EP2772120A1/de
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Publication of EP2772120B1 publication Critical patent/EP2772120B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an electrical load, preferably for dimming a light source, by supplying the consumer with a series of pulses whose pulse width is variable, for example, in discrete steps.
  • the invention also relates to a method for adjusting a color location.
  • DALI Digital Addressable Lighting Interface
  • digital control signals are transmitted by the control unit, which are converted on the receiver side into discrete analogue dimming values and then processed into a pulse sequence whose pulses are then pulse width modulated in accordance with the discrete analogue dimming values.
  • microprocessors For the conversion of the digital control signals first into discrete analogue dimming values and then into pulse width modulated pulses, microprocessors are used which, for reasons of price, usually only operate at a rate of 10 to 12 bits. The problem may arise that the corresponding required color value can not be set by the existing hardware stable and without side effects such as noise generation.
  • the invention is based on the object to improve a method for dimming or controlling an electrical load.
  • the invention has for its object to propose a stable setting of a required color value or brightness value, so as to prevent side effects such as noise generation.
  • a method for dimming at least one luminous means such as LED or OLED, which is operated with a pulse width modulated current.
  • the duty cycle and / or the amplitude of the pulse width modulated current is / are adjustable depending on a desired color intensity or brightness of the light source.
  • At least one pulse of the pulse width modulated current is omitted or omitted.
  • pulses are selectively merged.
  • the at least one pulse can be omitted in such a way that the lighting means is a current that is constantly controlled or regulated on a time average to reach the current desired color intensity or brightness is provided.
  • the at least one pulse may be omitted such that the desired color intensity or brightness of the illuminant is achieved and at the same time the duty cycle or the amplitude of the pulse width modulated current remains greater than a minimum value, the minimum value for the duty cycle preferably half of the maximum possible Duty cycle is.
  • a duty cycle or amplitude designed / designed to achieve the desired color intensity or brightness of the light source is determined. If the determined duty cycle or amplitude is less than a minimum value, the desired color intensity or brightness of the light source is achieved such that the duty cycle or the amplitude is increased at least to the minimum value and at least one pulse of the pulse width modulated current is omitted.
  • the pulse-width-modulated current may have pulses periodically.
  • at least one pulse of the pulse width modulated current can be omitted.
  • the dimming ranges can be definable by the dimming preset value with respect to the desired color intensity or brightness of the luminous means.
  • the dimming default values may be greater in the first dimming range than in the second dimming range.
  • pulses of different pulse-width-modulated currents for respective groups of lamps are offset in time or not at the same time.
  • a pulse of one of the different pulse width modulated currents is omitted, a pulse of the other pulse width modulated currents can be omitted at the same time, wherein preferably then the duty cycle of all pulse width modulated currents is increased. Indeed, if different sets of lamps are controlled by different pulse width modulated currents, it may indeed happen that not all pulse width modulated currents would fall below the minimum duty cycle value. Nevertheless, a pulse can be omitted at the same time in all pulse width modulated currents.
  • Every nth pulse can be omitted.
  • the duty cycle or the amplitude of the pulse-width-modulated current can preferably be increased by the factor n / (n-1).
  • the duty cycle or the amplitude can be increased to a minimum value.
  • pulses of the pulse width modulated current corresponding to the color intensity or brightness can be omitted.
  • At least one pulse is periodically omitted. In two successive periods, this at least one pulse is omitted at the same time or preferably at random or quasi-randomly determined different times.
  • the pulse width modulated current can be generated by a supply unit controlled by a corresponding pulse width modulated control signal such that the pulse width modulated control signal defines the pulse sequence of the pulse width modulated current.
  • the frequency of the pulse-width-modulated current may preferably be selected to be so high that, due to the omission of pulses, any flickering of the brightness of the light emitted by the illuminant is no longer perceived by the inertia of the human eye.
  • the frequency of the pulse width modulated current may preferably be chosen higher than 200 Hz.
  • the dimming default value can be digital.
  • a method for setting a color location or a color intensity in a dimming control of an electrical load, preferably a light source, such as, for example, LED or OLED.
  • the luminous means has at least one, preferably two independently controllable, in their color rendering or in their color spectrum different illuminant groups.
  • the luminous means is driven with PWM signals having a duty cycle that is preferably settable in discrete steps.
  • PWM signals having a duty cycle that is preferably settable in discrete steps.
  • a plurality of successive PWM signals can be combined. Thus, instead of the sequence of PWM signals only a combined PWM signal is generated, to which then one or more subsequent PWM signals are omitted accordingly.
  • the PWM signals may be the aforementioned pulse width modulated current or the aforementioned pulse width modulated control signal or a pulse of the aforementioned pulse width modulated current or the aforementioned pulse width modulated control signal.
  • an integrated circuit in particular ASIC, microprocessor or hybrid thereof, which circuit is designed to carry out such a method.
  • a dimmable operating device for lighting means in particular LEDS or OLEDs, comprising such a circuit.
  • a lighting module comprising lighting means, in particular LEDs or OLEDs, and such a control gear.
  • a method for dimming control of an electrical load preferably a light source, such as, for example, LED or OLED.
  • This aspect relates to a method for adjusting a color locus in a dimming control of an electrical load, preferably a light source, such as LED or OLED, wherein the light source has at least two independently controllable light source groups, which differ in their color reproduction or in their color spectrum, wherein, in order to achieve a dimming preset value for a color locus to be set, the luminous means is driven with PWM signals with a duty cycle which can be set in discrete steps, wherein a plurality of successive PWM signals can be combined to set the color locus for at least one light source group and thus instead of the sequence of PWM signals only a combined PWM signal is generated, to which then one or more subsequent PWM signals are omitted accordingly.
  • a summed PWM signal can be generated when the pulse width of a PWM signal is less than half the maximum possible pulse width of a PWM signal.
  • the combined PWM signals can be output offset from one another, so that a combined PWM signal for one light-emitting means group is generated at the same time for a combined PWM signal for a further light-emitting means group.
  • the position of the combined PWM signals or the PWM pulses within the group can be changed periodically or randomly, for example in order to reduce resonances.
  • the dimming preset value can be digital. This can be resolved over a dimming range into a higher number of steps than the number of steps provided for the change of the duty cycle.
  • the frequency of the PWM pulses or of the pulse sequence can be selected to be so high that a flickering of the brightness of the light emitted by the light source due to the generation of the combined PWM signals is no longer perceived by the inertia of the human eye.
  • the frequency of the PWM pulses can be selected, for example, higher than 200 Hz.
  • the invention also relates to an integrated circuit, in particular ASIC, microprocessor or hybrid thereof, which circuit is designed for carrying out a method of the above-mentioned type.
  • a further aspect relates to a dimmable operating device for lamps, in particular LEDS or OLEDs, comprising such an integrated circuit.
  • the invention also relates to a lighting module, comprising lighting means, in particular LEDs or OLEDs, and a control gear.
  • the invention also proposes a lighting system, comprising at least one lighting module, which is connected via a signal line to a central unit, which is designed for the transmission of dimming specifications, in particular according to the DALI standard.
  • the method according to the invention also has the advantage that a change in color or color locus can be relatively slow and continuous.
  • FIG. 1 illustrated known generation of a PWM pulse train for adjusting the color location on the basis of the radiated light from a lamp by changing the pulse width of the pulses of the pulse train and thus of the duty cycle.
  • a central digital control signals generated (or otherwise generates control signals) from which by means of a microprocessor provided on the receiving side, a pulse train for control with pulse width-modulated pulses, which ultimately serve to adjust the brightness of the light emitted by the light source.
  • the change in the duty cycle of the PWM pulses is carried out according to the resolution of the microprocessor in discrete steps.
  • the resolution for example, between 10 and 14 bits may be less than the resolution of the dimming preset value, if this is digital or analog (quasi infinitely fine resolution).
  • FIG. 1 shows an example of the setting of the duty cycle of the pulse train or the PMW setting of three different groups of bulbs, here for the colors red, green and blue. In this way, any color can be set in RGB space.
  • the pulse width is set accordingly for each of the lighting groups. In this prior art method, however, the problem may arise that too narrow pulse widths can not be generated stably or produce, for example, perceptible noise.
  • FIG. 2 is a section of a pulse train according to the invention with a pulse repetition frequency of eg 100 Hz (1 / T) shown.
  • a method for adjusting a color locus in a dimming control of an electrical load allows, wherein the light source has at least two independently controllable lighting groups, which differ in their color reproduction or in their color spectrum.
  • the luminous means is driven with PWM signals with a duty cycle which can be set in discrete steps.
  • a plurality of successive PWM signals can be combined for at least one group of lamps and thus instead of the sequence of PWM signals only a combined PWM signal is generated, to which then one or more subsequent PWM signals are omitted.
  • the individual lamp groups can be driven by a respective driver circuit, wherein preferably a common control circuit can influence or regulate the control of the individual lamp groups.
  • a combined PWM signal is preferably generated when the pulse width of a PWM signal is less than a predetermined minimum proportion of the possible pulse width of a PWM signal, for example half the maximum possible pulse width of a PWM signal.
  • the combined PWM signals can be output offset from one another, so that at the same time a omitted PWM signal for a Illuminant group a summarized PWM signal for another group of lamps is generated.
  • the position of the combined PWM signals can be changed periodically or randomly within the group.
  • the dimming default value can be digital.
  • the pulse repetition frequency can be selected to be high enough so that a flickering of the brightness of the light emitted by the light source due to the generation of the combined PWM signals is no longer perceived by the inertia of the human eye.
  • the frequency of the PWM pulses can also be selected higher than 200 Hz.
  • the existing hardware for driving bulbs for a color mixture can be optimally utilized and existing limitations can thus be overcome.
  • the variation of the pulse width does not always have to be in the direction of larger values, but can also be done in the other direction.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a schematic block diagram for an inventive operating device 1 for operating LEDs 6 and LED modules 14, 15, 16.
  • the operating device 1 is part of a lighting system 10 and comprises a control unit 2, a first driver circuit 3, a second driver circuit 4, a third driver circuit 5, and a DC power source 7.
  • the operating device 1 has two inputs, namely a first input 8 for the power supply via the power supply line 9 and a second input 11 for receiving data.
  • the DC power source 7 is supplied via the first input 8 from the AC mains with AC voltage. At its output, the DC power source 7 provides a constant DC current I0 available.
  • the DC power source 7 may preferably include a rectifier for rectifying the mains voltage, a voltage converter for lowering the rectified mains voltage, and a converter for generating the direct current I0.
  • the DC power source 7 can be controlled by the control unit 2 such that the DC current I0 generated by the DC power source 7 is e.g. is adjustable depending on dimming default values.
  • the data received via input 11 is e.g. Dimming default values, i. Control signals for controlling the brightness of the connected LEDs 6. These data are preferably transmitted over a bus 12 e.g. sent from a central processing unit 13.
  • An example of such a bus 12 is a DALI (Digital Addressable Lighting Interface) bus for implementing the DALI protocol for controlling lighting equipment.
  • the data can thus be in digital form via the bus 12 are transmitted.
  • the control unit 2 of the operating device 1 is connected to the bus 12, so that the brightness of the LEDs 6 and the LED modules 14, 15, 16, for example. Centrally controlled by the central processing unit 13.
  • the control unit 2 of the operating device 1 utilizes the data or dimming specifications received via the second input 11 and accordingly controls the LEDs 6 or the LED modules 14, 15, 16.
  • the supply of the LED modules 14, 15, 16 takes place via a respective driver circuit in which a first driver circuit 3, the first LED module 14, a second driver circuit 4, the second LED module 15, and a third driver circuit 5, the third LED module 16 with power.
  • the operating device 1 can thus control several LED modules independently of each other.
  • one or more of the LED modules may be an LED array of blue LEDs that emit white light using a color conversion agent. It is also possible that each LED module drives a different LED color. It is also e.g. It is conceivable that one module activates red LEDs, one module green LEDs and one module blue LEDs in order to achieve every desired point in the RGB color space.
  • one, two or more than three LED modules can be controlled.
  • several LED modules can be powered by a common driver circuit.
  • the present invention relates to LED modules 14, 15, 16 that emit white light, wherein the characteristic, i. in particular, the color temperature within the Planck's white light curve is changeable.
  • the invention further relates in particular to the use of LED modules which have a blue-emitting LED, a red-emitting LED and a dye-converted LED (blue LED with dye in the yellow / green region).
  • the invention is not limited to such combinations of colored LEDs, but rather the invention may relate to an LED module having at least two LEDs having different color emission spectra.
  • the two emission spectra can preferably be combined so that at least two different color coordinates in the region of the Planck's white light curve can be set.
  • the driver circuit 3, 4, 5 is a circuit known per se, which generates a pulse-width-modulated current i3, i4, i5 on the basis of the constant direct current I0.
  • the driver circuit 3, 4, 5 comprises at least one switch (not shown) which can be controlled by a control signal PWM3, PWM4, PWM5 such that a desired pulse-width-modulated current i3, i4, i5 operates the LEDs at the output.
  • the control signal is preferably a pulse width modulated (PWM) control signal generated by the control unit 2.
  • PWM pulse width modulated
  • the brightness of the LEDs 6 can be controlled in a known manner via the amplitude of the current i3, i4, i5 and / or via the duty cycle of the control signal PWM3, PWM4, PWM5.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the course of the control signals PWM3, PWM4, PWM5, so that the illumination system 10, a color temperature of 2700 Kelvin can be achieved.
  • the control signals PWM3, PWM4, PWM5 control driver circuits 3, 4, 5 for respectively supplying an LED module 14 with red emitting LEDs, an LED module 15 with dye converted LEDs such as blue LEDs with yellow / green dye, and an LED Module 16 with blue emitting LEDs.
  • each LED module 14, 15, 16 is dimmed in accordance with the pending control command or the upcoming dimming default up to the possible with the PWM hardware limit with respect to the duty cycle. Now, if the total light output is to be dimmed further, the duty cycle for the LED module concerned is not further reduced. Rather, turn-on pulses are completely omitted, and therefore increases the duty cycle in the remaining pulses.
  • FIG. 5 a known periodic PWM control signal 50 is shown in which the dimming default values to a Fall below a predetermined minimum value TL for the duty cycle should result.
  • This value TL is preferably defined by the fact that above this value, the duty cycle can be kept stable.
  • the duty cycle T5setpoint of a periodic control signal which has a pulse in each period T0, is first calculated in accordance with the dimming setpoint values.
  • This theoretical PWM signal is in FIG. 5 shown in dashed lines.
  • the minimum duty cycle value TL is undershot.
  • the control unit 2 is then designed to increase the duty ratio at least to the value TL, but to omit individual pulses, so that in the time averaging the same overall brightness is achieved as in FIG. 5 illustrated periodic control signal PWM5 with duty cycle T5soll.
  • FIG. 6 For example, an embodiment for a control signal 60 according to the present invention is shown in which the pulse has been widened in the first period [0, T0].
  • the duty cycle is tripled to a value higher than the minimum value TL, for example.
  • the pulses in the following two periods [T0, 2T0] and [2T0, 3T0] are not generated and completely omitted.
  • Over the time period TW results compared to in Fig. 5 shown known control signal 50, the same brightness of the LED module.
  • every nth electrical switching pulse for the respective LED module is completely omitted, and instead the duty cycle for this LED module in the remaining pulses multiplied by n / (n-1). What matters is that the new value for the duty cycle is higher than the minimum value TL.
  • n 3. Every third switch-on pulse of the control signal 71 according to the invention is completely omitted.
  • control signal 72 is constructed.
  • the third pulse is skipped between 2T0 and 3T0, whereas in the following period TW2 it is the second pulse between 4T0 and 5T0.
  • the omission of pulses can be carried out according to the invention, either only for each standing on the PWM boundary TL PWM signal.
  • the human eye will not be able to resolve the resulting color changes or variations in color temporally.
  • the frequency is thus preferable for the frequency to be still above the temporal resolution of the human eye, even if the pulses for all or only one selected color channel are omitted. for example, above 60 to 65 Hz, preferably above 80 Hz, preferably above 100 Hz.
  • this dimming method can be combined as desired with other dimming methods, in particular with a continuous or stepwise variation of the current amplitude by the respective driver circuit 3, 4, 5.
  • Both amplitude modulation and PWM are performed in the upper dimming range.
  • Upon reaching the lower limit for current and / or duty cycle can be switched to the inventive selective omission of pulses.
  • the invention can also be applied, for example, to pure amplitude dimming, for example in the upper dimming range.
  • the amplitude dimming may be stably performed up to a lower predetermined value AL.
  • the amplitude A0 for the matching current 80 for the LED module is calculated.
  • the lower limit AL for the possible reduction of current for an LED module can be switched to the above-mentioned selective omission of pulses or collapse of pulses.
  • the pulse between 2T0 and 3T0 is omitted, so that the resulting brightness of the LED module can be reduced according to the dimming specifications, but at the same time the minimum amplitude AL is not exceeded.
  • the color locus remains averaged over time in terms of the resolving power of the human eye, i. at a frequency of, for example, 100 hertz - constant.
  • the method according to the invention can also be used for dimming a single LED module or for generating a single pulse-modulated current.
  • the invention then contributes to the fact that preferably at low dimming values, the brightness of the LED module can be kept stable.
  • An advantage of the invention is that the resulting color intensity of a single LED module or the entire illumination system 10 is kept stable.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Verbrauchers, vorzugsweise zum Dimmen eines Leuchtmittels, indem dem Verbraucher eine Folge von Impulsen zugeführt wird, deren Impulsweite beispielsweise in diskreten Schritten veränderbar ist. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Einstellung eines Farbortes.
  • In der Beleuchtungstechnik hat sich die Steuerung der Leuchtmittel von einer Zentrale über einen Bus weitgehend durchgesetzt, wobei die Zentrale mit den Betriebsgeräten für die Leuchtmittel mittels digitaler Signale korrespondiert, die in der Regel dem DALI-Standard (DALI = Digital Adressable Lighting Interface) entsprechen. Zur Steuerung der Helligkeit (Dimmen) des von den Leuchtmitteln abzugebenden Lichtes werden von der Zentrale digitale Steuersignale ausgesendet, die empfangsseitig in diskrete analoge Dimmwerte umgewandelt und dann zu einer Impulsfolge verarbeitet werden, deren Impulse dann entsprechend den diskreten analogen Dimmwerten pulsweitenmoduliert sind.
  • Für die Umwandlung der digitalen Steuersignale zunächst in diskrete analoge Dimmwerte und dann in pulsweitenmodulierte Impulse werden Mikroprozessoren verwendet, die aus Preisgründen in der Regel nur mit einer Rate von 10 bis 12 Bit arbeiten. Dabei kann das Problem auftreten, dass der entsprechend erforderliche Farbwert nicht durch die vorhandene Hardware stabil und ohne Nebenwirkungen wie eine Geräuscherzeugung eingestellt werden kann.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dimmen oder Steuern eines elektrischen Verbrauchers zu verbessern. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein stabiles Einstellen eines erforderlichen Farbwerts oder Helligkeitswerts vorzuschlagen, um so Nebenwirkungen wie eine Geräuscherzeugung zu verhindern.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen zum Dimmen mindestens eines Leuchtmittels, wie bspw. LED oder OLED, welches mit einem pulsweitenmodulierten Strom betrieben wird. Das Tastverhältnis und/oder die Amplitude des pulsweitenmodulierten Stroms ist/sind dabei abhängig von einer gewünschten Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels einstellbar. Zur Einstellung der Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels wird mindestens ein Impuls des pulsweitenmodulierten Stroms weggelassen bzw. ausgelassen.
  • Anders ausgedrückt, werden Impulse selektiv zusammengelegt.
  • Der mindestens eine Impuls kann derart weggelassen werden, dass dem Leuchtmittel einen im zeitlichen Mittel konstant gesteuerten oder geregelten Strom zum Erreichen der gewünschten Farbintensität bzw. Helligkeit bereitstellt wird.
  • Der mindestens eine Impuls kann derart weggelassen wird, dass die gewünschte Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels erreicht wird und gleichzeitig das Tastverhältnis oder die Amplitude des pulsweitenmodulierten Stroms größer als ein minimaler Wert bleibt, wobei der minimale Wert für das Tastverhältnis vorzugsweise die Hälfte des maximal möglichen Tastverhältnisses ist.
  • Vorzugsweise wird ein/eine zum Erreichen der gewünschten Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels ausgelegtes/ausgelegte Tastverhältnis oder Amplitude ermittelt. Falls das/die ermittelte Tastverhältnis oder Amplitude kleiner ist als ein minimaler Wert, wird die gewünschte Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels derart erreicht, dass das Tastverhältnis oder die Amplitude zumindest auf den minimalen Wert erhöht wird und mindestens ein Impuls des pulsweitenmodulierten Stroms weggelassen wird.
  • In einem ersten Dimmbereich kann der pulsweitenmodulierte Strom periodisch Impulse aufweisen. In einem zweiten Dimmbereich kann mindestens ein Impuls des pulsweitenmodulierten Stroms weggelassen werden.
  • Die Dimmbereiche können durch Dimmvorgabewert bzgl. der gewünschten Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels definierbar sein. Die Dimmvorgabewerte können im ersten Dimmbereich größer sein als im zweiten Dimmbereich.
  • Es sind zumindest zwei, vorzugsweise sich in ihrer Farbwiedergabe oder in ihrem Farbspektrum unterscheidenden Leuchtmittelgruppen mittels eines jeweiligen pulsweitenmoduliertes Stroms unabhängig voneinander dimmbar sind.
  • Vorzugsweise werden Impulse von unterschiedlichen pulsweitenmodulierten Strömen für jeweilige Leuchtmittelgruppen zeitversetzt bzw. nicht gleichzeitig weggelassen.
  • Wenn ein Impuls eines der unterschiedlichen pulsweitenmodulierten Ströme weggelassen wird, kann gleichzeitig auch ein Impuls der anderen pulsweitenmodulierten Ströme weggelassen werden, wobei vorzugsweise dann das Tastverhältnis aller pulsweitenmodulierten Ströme erhöht wird. Wenn unterschiedliche Leuchtmittelgruppen von unterschiedlichen pulsweitenmodulierten Strömen gesteuert werden, kann es in der Tat vorkommen, dass nicht alle pulsweitenmodulierte Ströme den minimale Tastverhältnis-Wert unterschreiten würden. Trotzdem kann gleichzeitig bei allen pulsweitenmodulierte Strömen ein Impuls weggelassen werden.
  • Jeder n-te Impuls kann weggelassen werden. Dafür kann zur Einstellung der Farbintensität bzw. Helligkeit das Tastverhältnis oder die Amplitude des pulsweitenmodulierten Stroms vorzugsweise um den Faktor n/(n-1) erhöht werden.
  • Das Tastverhältnis oder die Amplitude kann auf einen minimalen Wert erhöht werden. Dafür können zur Einstellung der Farbintensität bzw. Helligkeit entsprechende Impulse des pulsweitenmodulierten Stroms weggelassen werden.
  • Vorzugsweise wird periodisch mindestens ein Impuls weggelassen. In zwei aufeinanderfolgenden Perioden wird - dieser mindestens eine Impuls zum selben Zeitpunkt oder zu vorzugsweise zufällig oder quasi-zufällig bestimmten unterschiedlichen Zeitpunkten weggelassen.
  • Der pulsweitenmodulierte Strom kann von einer durch ein entsprechendes pulsweitenmoduliertes Steuersignal gesteuerten Versorgungseinheit derart erzeugt werden, dass das pulsweitenmodulierte Steuersignal die Impulsfolge des pulsweitenmoduliertes Stroms definiert.
  • Die Frequenz des pulsweitenmodulierten Stroms kann vorzugsweise so hoch gewählt sein, dass durch das Weglassen von Impulsen ein etwaiges Flackern der Helligkeit des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichtes durch die Trägheit des menschlichen Auges nicht mehr wahrgenommen wird. Die Frequenz des pulsweitenmodulierten Stroms kann vorzugsweise höher als 200 Hz gewählt werden.
  • Der Dimmvorgabewert kann digital vorliegen.
  • Die optionalen Merkmale des ersten Aspekts der Erfindung sind auch im Zusammenhang mit den weiteren Aspekten der Erfindung vorgesehen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen zur Einstellung eines Farbortes bzw. einer Farbintensität bei einer Dimmsteuerung eines elektrischen Verbrauchers, vorzugsweise eines Leuchtmittels, wie bspw. LED oder OLED. Das Leuchtmittel weist zumindest eine, vorzugsweise zwei unabhängig voneinander ansteuerbare, sich in ihrer Farbwiedergabe oder in ihrem Farbspektrum unterscheidende Leuchtmittelgruppen auf. Zum Erreichen eines Dimmvorgabewertes für einen einzustellenden Farbort bzw. Farbintensität wird das Leuchtmittel mit PWM-Signalen mit vorzugsweise in diskreten Schritten einstellbarem Tastverhältnis angesteuert. Zur Einstellung des Farbortes bzw. der Farbintensität für zumindest eine Leuchtmittelgruppe können mehrere aufeinanderfolgende PWM-Signale zusammengefasst werden. Somit wird anstelle der Folge von PWM-Signalen nur ein zusammengefasstes PWM-Signal erzeugt, auf welches dann entsprechend ein oder mehrere nachfolgende PWM-Signale weggelassen werden.
  • Bei den PWM-Signalen kann es sich um den vorher genannten pulsweitenmodulierten Strom oder das vorher genannte pulsweitenmodulierte Steuersignal bzw. um einen Impuls des vorher genannten pulsweitenmodulierten Stroms oder des vorher genannten pulsweitenmodulierten Steuersignals handeln.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen ein Verfahren zum Betreiben mindestens eines dimmbaren Leuchtmittels, wie bspw. LED oder OLED, aufweisend die Schritte:
    • Erzeugung eines PWM-Signals mit einstellbarem/einstellbarer Tastverhältnis oder Amplitude,
    • Erzeugung eines pulsmodulierten Stroms zum Betreiben des Leuchtmittels abhängig vom PWM-Signal,
    wobei
    • ein/eine zum Erreichen einer gewünschten Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels ausgelegtes/ausgelegte Tastverhältnis oder Amplitude ermittelt wird,
    • falls das/die ermittelte Tastverhältnis oder Amplitude kleiner ist als ein minimaler Wert, wird die gewünschte Farbintensität bzw. Helligkeit derart erreicht, dass das Tastverhältnis oder die Amplitude zumindest auf den minimalen Wert erhöht wird und Impulse des PWM-Signals weggelassen werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen ein Verfahren zum Betreiben mindestens eines dimmbaren Leuchtmittels, wie bspw. LED oder OLED, aufweisend die Schritte:
    • Erzeugung eines PWM-Signals mit einstellbarem Tastverhältnis,
    • Erzeugung eines pulsmodulierten Stroms zum Betreiben des Leuchtmittels abhängig vom PWM-Signal,
    wobei
    • eine zum Erreichen einer gewünschten Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels ausgelegte Amplitude des pulsmodulierten Stroms ermittelt wird,
    • falls die ermittelte Amplitude kleiner ist als eine minimale Amplitude, wird die gewünschte Farbintensität bzw. Helligkeit derart erreicht, dass die Amplitude zumindest auf die minimale Amplitude erhöht wird und, dass Impulse des PWM-Signals weggelassen werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen eine integrierte Schaltung insbesondere ASIC, Mikroprozessor oder Hybrid davon, welche Schaltung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgebildet ist. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen ein dimmbares Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere LEDS oder OLEDs, aufweisend eine derartige Schaltung.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Beleuchtungsmodul vorgesehen, aufweisend Leuchtmittel, insbesondere LEDs oder OLEDs, sowie ein derartiges Betriebsgerät.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Dimmsteuerung eines elektrischen Verbrauchers, vorzugsweise eines Leuchtmittels, wie bspw. LED oder OLED, vorgeschlagen. Dieser Aspekt betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Farbortes bei einer Dimmsteuerung eines elektrischen Verbrauchers, vorzugsweise eines Leuchtmittels, wie bspw. LED oder OLED, wobei das Leuchtmittel zumindest zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Leuchtmittelgruppen aufweist, die sich in ihrer Farbwiedergabe oder in ihrem Farbspektrum unterscheiden,
    wobei zum Erreichen eines Dimmvorgabewertes für einen einzustellenden Farbort das Leuchtmittel mit PWM-Signalen mit in diskreten Schritten einstellbarem Tastverhältnis angesteuert wird,
    wobei zur Einstellung des Farbortes für zumindest eine Leuchtmittelgruppe mehrere aufeinanderfolgende PWM-Signale zusammengefasst werden können und somit anstelle der Folge von PWM-Signalen nur ein zusammengefasstes PWM-Signal erzeugt wird, auf welches dann entsprechend ein oder mehrere nachfolgende PWM-Signale weggelassen werden.
  • Im Folgenden sind Alternativen für die zuvor genannten Verfahren erwähnt.
  • Ein zusammengefasstes PWM-Signal kann erzeugt werden, wenn die Pulsbreite eines PWM-Signals kleiner als die Hälfte der maximal möglichen Pulsbreite eines PWM-Signals ist.
  • Im Falle der gleichzeitigen Erzeugung mehrerer zusammengefasster PWM-Signale für die verschiedenen Leuchtmittelgruppen, können die zusammengefassten PWM-Signale zueinander versetzt ausgegeben werden, so dass gleichzeitig zu einem weggelassenen PWM-Signal für eine Leuchtmittelgruppe ein zusammengefasstes PWM-Signal für eine weitere Leuchtmittelgruppe erzeugt wird.
  • Die Position der zusammengefassten PWM-Signale bzw. der PWM-Impulsen innerhalb der Gruppe kann periodisch oder zufällig bzw. quasi-zufällig verändert werden, bspw. um Resonanzen zu verringern.
  • Der Dimmvorgabewert kann dabei digital vorliegen. Dieser kann über einen Dimmbereich in eine höhere Anzahl an Schritten aufgelöst sein als die Anzahl der Schritte, die für die Veränderung des Tastverhältnisses bereitgestellt sind.
  • Die Frequenz der PWM-Impulse bzw. der Pulsfolge kann so hoch gewählt werden, dass ein durch die Erzeugung der zusammengefassten PWM-Signale entstehendes Flackern der Helligkeit des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichtes durch die Trägheit des menschlichen Auges nicht mehr wahrgenommen wird.
  • Die Frequenz der PWM-Impulse kann bspw. höher als 200 Hz gewählt werden.
  • Die Erfindung betriff auch eine Integrierte Schaltung insbesondere ASIC, Mikroprozessor oder Hybrid davon,
    welche Schaltung zur Durchführung eines Verfahrens der oben genannten Art ausgebildet ist.
  • Ein weiterer Aspekt betrifft ein dimmbares Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere LEDS oder OLEDs,
    aufweisend eine derartige Integrierte Schaltung.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Beleuchtungsmodul, aufweisend Leuchtmittel, insbesondere LEDs oder OLEDs, sowie ein Betriebsgerät.
  • Schließlich schlägt die Erfindung auch ein Beleuchtungssystem vor, aufweisend wenigstens ein Beleuchtungsmodul, das über eine Signalleitung mit einer Zentraleinheit verbunden ist, die zur Aussendung von Dimmvorgaben ausgelegt ist, insbesondere gemäß dem DALI-Standard.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat auch den Vorteil, dass eine Änderung der Farbe oder des Farbortes relativ langsam und kontinuierlich erfolgen kann.
  • Das Dokument US 7,258,463 B2 offenbart ein Verfahren zum Dimmen mindestens eines Leuchtmittels, welches Leuchtmittel mit einer Reihe von Stromimpulsen mit der gleichen Breite betrieben wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine grafische Darstellung der Einstellung des Farbortes gemäß dem Stand der Technik,
    Figur 2
    eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einstellung des Farbortes,
    Figur 3
    ein Ausführungsbeispiel eines schematisierten Blockschaltbildes für eine erfindungsgemäße Betriebsschaltung zum Betreiben von drei LED-Modulen,
    Figur 4
    ein Ausführungsbeispiel für eine Farbtemperatur von 2700 Kelvin,
    Figur 5
    ein periodisches PWM-Steuersignal bzw. PWM-Strom gemäß dem Stand der Technik,
    Figur 6
    ein Ausführungsbeispiel für ein PWM-Steuersignal bzw. für einen PWM-Strom gemäß der vorliegenden Erfindung,
    Figur 7
    ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein PWM-Steuersignal bzw. für einen PWM-Strom gemäß der vorliegenden Erfindung, und
    Figur 8
    ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit Amplitudendimmen.
  • Grundlage ist die anhand von Figur 1 dargestellte bekannte Erzeugung einer PWM-Impulsfolge zum Einstellen des Farbortes anhand des von einem Leuchtmittel abgestrahlten Lichtes durch Veränderung von Pulsweite der Impulse der Impulsfolge und damit von deren Tastverhältnis. Dazu werden bspw. in einer Zentrale digitale Steuersignale erzeugt (oder anderweitig Steuersignale erzeugt), aus denen mittels eines empfangsseitig vorgesehenen Mikroprozessors eine Impulsfolge zur Steuerung mit pulsweiten-modulierten Impulsen, die letztendlich zur Einstellung der Helligkeit des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichtes dienen. Die Änderung des Tastverhältnisses der PWM-Impulse erfolgt dabei entsprechend der Auflösung des Mikroprozessors in diskreten Schritten. Die Auflösung, bspw. zwischen 10 und 14 Bit kann dabei geringer sein als die Auflösung des Dimmvorgabewertes, wenn dieser digital oder auch analog ist (quasi unendlich feine Auflösung).
  • Figur 1 zeigt beispielhaft die Einstellung des Tastverhältnisses der Impulsfolge bzw. der PMW-Einstellung von drei verschiedenen Leuchtmittelgruppen, hier für die Farben Rot, Grün und Blau. Auf diese Weise kann eine beliebige Farbe im RGB Raum eingestellt werden. Je nach einzustellender Farbe oder Farbort wird dabei für jede der Leuchtmittelgruppen die Pulsbreite entsprechend eingestellt.
    Bei diesem Verfahren nach dem Stand der Technik kann aber das Problem auftreten, dass zu schmale Pulsbreiten nicht stabil erzeugt werden können oder beispielsweise wahrnehmbare Geräusche erzeugen.
  • In Figur 2 ist ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Impulsfolge mit einer Pulsfolgefrequenz von z.B. 100 Hz (1/T) dargestellt.
  • Dabei wird ein Verfahren zur Einstellung eines Farbortes bei einer Dimmsteuerung eines elektrischen Verbrauchers, vorzugsweise eines Leuchtmittels, wie bspw. LED oder OLED, ermöglicht, wobei das Leuchtmittel zumindest zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Leuchtmittelgruppen aufweist, die sich in ihrer Farbwiedergabe oder in ihrem Farbspektrum unterscheiden. Zum Erreichen eines Dimmvorgabewertes für einen einzustellenden Farbort wird das Leuchtmittel mit PWM-Signalen mit in diskreten Schritten einstellbarem Tastverhältnis angesteuert. Zur Einstellung des Farbortes können für zumindest eine Leuchtmittelgruppe mehrere aufeinanderfolgende PWM-Signale zusammengefasst werden und somit wird anstelle der Folge von PWM-Signalen nur ein zusammengefasstes PWM-Signal erzeugt, auf welches dann entsprechend ein oder mehrere nachfolgende PWM-Signale weggelassen werden.
  • Die einzelnen Leuchtmittelgruppen können dabei von jeweils einer Treiberschaltung angesteuert werden, wobei vorzugsweise eine gemeinsame Steuerschaltung die Ansteuerung der einzelnen Leuchtmittelgruppen beeinflussen oder auch regeln kann.
  • Ein zusammengefasstes PWM-Signal wird vorzugsweise dann erzeugt, wenn die Pulsbreite eines PWM-Signals kleiner als ein vorgegebener Minimalanteil der möglichen Pulsbreite eines PWM-Signals, beispielsweise die Hälfte der maximal möglichen Pulsbreite eines PWM-Signals, ist.
  • Im Falle der gleichzeitigen Erzeugung mehrerer zusammengefasster PWM-Signale für die verschiedenen Leuchtmittelgruppen können die zusammengefassten PWM-Signale zueinander versetzt ausgegeben werden, so dass gleichzeitig zu einem weggelassenen PWM-Signal für eine Leuchtmittelgruppe ein zusammengefasstes PWM-Signal für eine weitere Leuchtmittelgruppe erzeugt wird.
  • Die Position der zusammengefassten PWM-Signale kann innerhalb der Gruppe periodisch oder zufällig verändert werden.
  • Der Dimmvorgabewert kann digital vorliegen.
  • Die Pulsfolge-Frequenz kann so hoch gewählt werden, dass ein durch die Erzeugung der zusammengefassten PWM-Signale entstehendes Flackern der Helligkeit des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichtes durch die Trägheit des menschlichen Auges nicht mehr wahrgenommen wird.
  • Die Frequenz der PWM-Impulse kann auch höher als 200 Hz gewählt werden.
    Auf diese Weise kann die existierende Hardware zur Ansteuerung von Leuchtmitteln für eine Farbmischung optimal ausgenutzt werden und bestehende Einschränkungen können somit überwunden werden.
    Die Variation der Pulsweite muss im übrigen nicht immer in Richtung zu größeren Werten erfolgen, sondern kann ebenso in die andere Richtung erfolgen.
  • Auf diese Weise kann ein großer Farbbereich über einen weiten Helligkeitsbereich abgedeckt und sicher erzeugt werden.
  • Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines schematisierten Blockschaltbildes für ein erfindungsgemäßes Betriebsgerät 1 zum Betreiben von LEDs 6 bzw. von LED-Modulen 14, 15, 16.
  • Das Betriebsgerät 1 ist Teil eines Beleuchtungssystems 10 und umfasst eine Steuereinheit 2, eine erste Treiberschaltung 3, eine zweite Treiberschaltung 4, eine dritte Treiberschaltung 5, und eine Gleichstromquelle 7. Das Betriebsgerät 1 verfügt über zwei Eingänge, nämlich einen ersten Eingang 8 für die Stromversorgung über die Stromversorgungsleitung 9 und einen zweiten Eingang 11 zum Empfang von Daten.
  • Die Gleichstromquelle 7 wird über den ersten Eingang 8 vom Wechselstromnetz mit Wechselspannung versorgt. An ihrem Ausgang stellt die Gleichstromquelle 7 einen konstanten Gleichstrom I0 zur Verfügung. Die Gleichstromquelle 7 kann vorzugsweise einen Gleichrichter zum Gleichrichten der Netzspannung, einen Spannungswandler zum Herabsetzen der gleichgerichteten Netzspannung, und einen Konverter zum Generieren des Gleichstroms I0 umfassen. Die Gleichstromquelle 7 kann von der Steuereinheit 2 derart angesteuert werden, dass der von der Gleichstromquelle 7 generierte Gleichstrom I0 z.B. abhängig von Dimmvorgabewerten einstellbar ist.
  • Die über den Eingang 11 empfangenen Daten sind z.B. Dimmvorgabewerte, d.h. Steuerungssignale zur Steuerung der Helligkeit der angeschlossenen LEDs 6. Diese Daten werden vorzugsweise über einen Bus 12 z.B. von einer Zentraleinheit 13 aus gesendet.
  • Ein Beispiel für einen derartigen Bus 12 ist ein DALI (Digital Addressable Lighting Interface)-Bus zur Ausführung des DALI Protokolls zur Steuerung lichttechnischer Betriebsgeräte. Die Daten können somit in digitaler Form über den Bus 12 übermittelt werden. Die Steuereinheit 2 des Betriebsgeräts 1 ist am Bus 12 angeschlossen, so dass die Helligkeit der LEDs 6 bzw. der LED-Module 14, 15, 16 bspw. zentral von der Zentraleinheit 13 steuerbar ist.
  • Die Steuereinheit 2 des Betriebsgeräts 1 verwertet die über den zweiten Eingang 11 empfangenen Daten bzw. Dimmvorgabewerte und steuert entsprechend die LEDs 6 bzw. die LED-Module 14, 15, 16. Die Versorgung der LED-Module 14, 15, 16 erfolgt über eine jeweilige Treiberschaltung, in dem eine erste Treiberschaltung 3 den ersten LED-Modul 14, eine zweite Treiberschaltung 4 den zweiten LED-Modul 15, und eine dritte Treiberschaltung 5 den dritten LED-Modul 16 mit Strom versorgt.
  • Das Betriebsgerät 1 kann somit mehrere LED-Module unabhängig voneinander ansteuern. Dabei kann es sich bei einem oder mehreren der LED-Module beispielsweise um ein LED-Array mit blauen LEDs handeln, die mithilfe eines Farbkonversionsmittels weißes Licht ausstrahlen. Möglich ist auch, dass jeder LED-Modul eine unterschiedliche LED-Farbe ansteuert. Es ist auch z.B. denkbar, dass ein Modul rote LEDs, ein Modul grüne LEDs und ein Modul blaue LEDs ansteuert, um so jeden gewünschten Punkt im RGB-Farbraum zu erzielen.
  • Es können alternativ auch einen, zwei oder mehr als drei LED-Module angesteuert werden. Dabei können auch mehrere LED-Module von einer gemeinsamen Treiberschaltung versorgt werden.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf LED-Module 14, 15, 16, die weißes Licht emittieren, wobei die Charakteristik, d.h. insbesondere die Farbtemperatur innerhalb der Planckschen Weißlichtkurve veränderbar ist. Die Erfindung bezieht sich weiterhin insbesondere auf die Verwendung von LED-Modulen, die eine blau emittierende LED, eine rot emittierende LED sowie eine farbstoffkonvertierte LED (blaue LED mit Farbstoff im gelb/grünen Bereich) aufweisen.
  • Die Erfindung ist nicht auf derartige Kombinationen von farbigen LEDs beschränkt, vielmehr kann auch die Erfindung ein LED-Modul mit wenigstens zwei LEDs betreffen, die farblich unterschiedliche Emissionsspektren aufweisen. Die beiden Emissionsspektren sind vorzugsweise so kombinierbar, dass wenigstens zwei unterschiedliche Farbkoordinaten im Bereich der Planckschen Weißlichtkurve einstellbar sind.
  • Die Treiberschaltung 3, 4, 5 ist eine an sich bekannte Schaltung, die ausgehend von dem konstanten Gleichstrom I0 einen pulsweitenmodulierten Strom i3, i4, i5 generiert. In der Regel umfasst die Treiberschaltung 3, 4, 5 mindestens einen Schalter (nicht gezeigt), der von einem Steuersignal PWM3, PWM4, PWM5 derart ansteuerbar ist, dass am Ausgang ein gewünschter pulsweitenmodulierten Strom i3, i4, i5 die LEDs betreibt. Das Steuersignal ist vorzugsweise ein vom der Steuereinheit 2 erzeugtes pulsweitenmoduliertes (PWM) Steuersignal. Die Helligkeit der LEDs 6 kann in bekannter Art und Weise über die Amplitude des Stroms i3, i4, i5 und / oder über das Tastverhältnis des Steuersignals PWM3, PWM4, PWM5 gesteuert bzw. geregelt werden.
  • Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 mit drei LED-Modulen, die jeweils unterschiedliche LED-Farben ansteuern, können Situationen entstehen, dass auch bei einem 100% (Nominal- oder Sollwert)-Dimmbetrieb wenigstens einer der genannten LED-Modulen stark gedimmt betrieben werden muss, um den gewünschten Farbpunkt auf der Planckschen Weißlichtkurve zu erreichen. Beispielsweise, wenn sehr "warm" - beispielsweise mit einer Farbtemperatur von 2700 Kelvin - erscheinendes Weißlicht erzeugt werden soll, werden die blau emittierenden LEDs in dem LED-Modul sehr stark gedimmt betrieben werden müssen, wie gesagt auch bei einem Dimmwert von 100 % des Gesamt-Lichtoutputs.
  • Somit können Probleme auftreten, wenn diese bereits stark gedimmte beispielsweise blaue LED zur Erzielung eines stark gedimmten Gesamtlichtoutputs - beispielsweise 1% - extrem stark herabgedimmt werden muss, was zu Instabilitäten führen kann.
  • Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Verlauf der Steuersignale PWM3, PWM4, PWM5, so dass vom Beleuchtungssystem 10 eine Farbtemperatur von 2700 Kelvin erzielt werden kann. Die Steuersignale PWM3, PWM4, PWM5 steuern Treiberschaltungen 3, 4, 5 zum jeweiligen Versorgen eines LED-Moduls 14 mit rot emittierenden LEDs, eines LED-Moduls 15 mit farbstoffkonvertierten LEDs wie z.B. blauen LEDs mit Farbstoff im gelb/grünen Bereich, und eines LED-Moduls 16 mit blau emittierenden LEDs.
  • Um beispielsweise die Gesamtfarbtemperatur von 2700 Kelvin zu erreichen, sollte z.B. das Steuersignal PWM3 für die rote LEDs ein Tastverhältnis von T3/T0=60%. Das Tastverhältnis für die phosphorkonvertierten blauen LEDs liegt bei T4/TO=80%. Weiterhin soll das Tastverhältnis des Steuersignals PWM5 zur Steuerung der blauen LEDs bei dem vergleichsweise niedrigen Wert von T5/T0=20% liegen.
  • Beim Dimmen werden diese Werte entsprechend heruntergestuft. Für eine Dimmwertvorgabe von 10% verringert sich das Tastverhältnis auf T5/T0=2%. Wird weiter auf 1% heruntergedimmt, erzeugt die Steuereinheit 2 ein Steuersignal PWM5 mit einem Tastverhältnis von T5/T0=0,2%. Im letzteren Fall gelten für die zwei anderen Steuersignale gelten proportional höhere Tastverhältnisse von T3/T0=0,6% und T4/T0=0,8%.
  • Erfindungsgemäß wird erkannt, dass z.B. derartig niedrige Tastverhältnisse abhängig von der verwendeten Hardware möglicherweise nicht stabil gehalten werden können. Durch reines PWM-Dimmen besteht nach unten eine Grenze hinsichtlich der möglichen Dimmbarkeit, wobei diese Grenze von der Hardware abhängig ist.
  • Erfindungsgemäß wird jeder LED-Modul 14, 15, 16 entsprechend dem anstehenden Ansteuerbefehl bzw. der anstehenden Dimmvorgabe bis auf das durch die PWM-Hardware mögliche Limit hinsichtlich des Tastverhältnisses gedimmt. Wenn nunmehr weiter der Gesamtlichtoutput gedimmt werden soll, wird nicht das Tastverhältnis für den betreffenden LED-Modul weiter verringert. Vielmehr werden Einschalt-Impulse komplett ausgelassen, und dafür das Tastverhältnis in den verbleibenden Impulsen erhöht.
  • In Figur 5 ist ein bekanntes periodisches PWM-Steuersignal 50 gezeigt, bei dem die Dimmvorgabewerte zu einem Unterschreiten eines vorgegebenen minimalen Werts TL für das Tastverhältnis führen soll.
  • Dieser Wert TL wird vorzugsweise dadurch definiert, dass oberhalb dieses Werts das Tastverhältnis stabil gehalten werden kann.
  • Es wird vorzugsweise zunächst das entsprechend den Dimmvorgabewerten erforderliche Tastverhältnis T5soll eines periodischen Steuersignals, das in jeder Periode T0 einen Impuls aufweist, berechnet. Dieses theoretische PWM-Signal ist in Figur 5 gestrichelt dargestellt.
  • Erfindungsgemäß wird nun erkannt, dass bei einem periodischen PWM-Signal PWM5 bzw. bei einem periodischen PWM-Strom i5 der minimale Tastverhältnis-Wert TL unterschritten wird. Die Steuereinheit 2 ist dann dazu ausgelegt, das Tastverhältnis zumindest auf den Wert TL zu erhöhen, dafür aber einzelne Impulse auszulassen, so dass in der zeitlichen Mittelung insgesamt die selbe Helligkeit erreicht wird, wie beim in Figur 5 dargestellten periodischen Steuersignal PWM5 mit Tastverhältnis T5soll.
  • In Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Steuersignal 60 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem der Impuls in der ersten Periode [0, T0] verbreitert worden ist. Das Tastverhältnis wird auf einen Wert höher als der minimale Wert TL z.B. verdreifacht. Die Impulse in den zwei folgenden Perioden [T0, 2T0] und [2T0, 3T0] werden dagegen nicht erzeugt und komplett ausgelassen. Über die Zeitdauer TW ergibt sich gegenüber dem in Fig. 5 gezeigten bekannten Steuersignal 50 dieselbe Helligkeit des LED-Moduls.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird jeder n-te Eirischaltimpuls für den betreffenden LED-Modul komplett ausgelassen, und dafür das Tastverhältnis für diesen LED-Modul in den verbleibenden Impulsen mit n/(n-1) multipliziert. Entscheidend ist, dass der neue Wert für das Tastverhältnis höher als der minimale Wert TL liegt.
  • In Figur 7 ist eine besondere Ausführungsform gezeigt, bei der n=3. Jeder dritte Einschaltimpuls des erfindungsgemäßen Steuersignals 71 wird komplett ausgelassen. Um für das LED-Modul dieselbe Helligkeit zu erzielen, wird das Tastverhältnis gegenüber des rein periodischen Steuersignals 70 der übrig gebliebenen Impulse wird mit n/(n-1)=3/2 multipliziert, so dass der vorgegebene minimale Wert TL überschritten werden kann.
  • Vorzugsweise wird nicht immer nur der dritte Impuls in einer Periode TW ausgelassen. Um z.B. irgendwelche Resonanzprobleme zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, in aufeinanderfolgenden Perioden TW unterschiedliche Impulse wegzulassen. Das in Figur 7 gezeigte Steuersignal 72 ist so aufgebaut. In einer ersten Periode TW1 wird der dritte Impuls zwischen 2T0 und 3T0 ausgelassen, in der folgenden Periode TW2 ist es dagegen der zweite Impuls zwischen 4T0 und 5T0.
  • Das Auslassen von Impulsen kann gemäß der Erfindung entweder nur für das jeweils an der PWM-Grenze TL stehende PWM-Signal durchgeführt werden. Das menschliche Auge wird die sich ergebenden Farbveränderungen bzw. Farbortschwankungen zeitlich nicht auflösen können. Alternativ ist es aber auch möglich, dass bei Erreichen des PWM-Limits TL durch ein PWM-Signal sämtliche PWM-Signale in diesen neuen Modus umschalten, so dass also insgesamt Impulse des PWM-Betriebs ausgelassen werden.
  • Bevorzugt ist es also so, dass die Frequenz auch bei ausgelassenen Impulsen für alle oder nur einen ausgewählten Farbkanal immer noch über der zeitlichen Auflösung des menschlichen Auges, d.h. beispielsweise über 60 bis 65 Hz, vorzugsweise über 80 Hz, vorzugsweise über 100 Hz liegt.
  • Selbstverständlich lässt sich dieses Dimmverfahren beliebig kombinieren mit anderen Dimmverfahren, insbesondere mit einer kontinuierlichen oder stufenweisen Veränderung der Stromamplitude durch die jeweilige Treiberschaltung 3, 4, 5. Somit kann z.B. in dem oberen Dimmbereich sowohl eine Amplitudenmodulation wie auch ein PWM durchgeführt werden. Beim Erreichen der unteren Grenze für Strom und/oder Tastverhältnis kann auf das erfindungsgemäße selektive Weglassen von Impulsen umgeschaltet werden.
  • Die Erfindung lässt sich auch beispielsweise auf ein reines Amplitudendimmen z.B. im oberen Dimmbereich anwenden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist z.B. in Figur 8 gezeigt. Das Amplitudendimmen kann stabil bis zu einem unteren vorgegebenen Wert AL durchgeführt werden. Nach Erhalt von Dimmvorgabewerten wird die Amplitude A0 für den passenden Strom 80 für das LED-Modul berechnet.
  • Wenn beim Herunterdimmen die untere Grenze AL für die mögliche Reduzierung des Stroms für einen LED-Modul erreicht ist, kann auf das oben angeführte selektive Weglassen von Impulsen bzw. Zusammenlegen von Impulsen umgeschaltet werden. Im Stromsignal 82 für den LED-Modul wird z.B. den Impuls zwischen 2T0 und 3T0 weggelassen, so dass die sich ergebende Helligkeit des LED-Moduls entsprechend den Dimmvorgaben reduziert werden kann, gleichzeitig aber die minimale Amplitude AL nicht unterschritten wird.
  • Gemäß der Erfindung gibt es also Schwankungen des Farborts, indessen bleibt der Farbort im zeitlichen Mittel - Mittelung hinsichtlich des Auflösungsvermögens des menschlichen Auges, d.h. bei einer Frequenz von beispielsweise 100 Hertz - konstant.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Dimmen eines einzelnen LED-Moduls bzw. zum Generieren eines einzelnen pulsmodulierten Stroms dienen. Die Erfindung trägt dann dazu bei, dass vorzugsweise bei niedrigen Dimmwerten die Helligkeit des LED-Moduls stabil gehalten werden kann.
  • Vorteilhaft bei der Erfindung ist es, dass die sich ergebende Farbintensität eines einzelnen LED-Moduls oder des gesamten Beleuchtungssystems 10 stabil gehalten wird.
    • Liste der Referenzzeichen:
    • 1
    Betriebsgerät
    2
    Steuereinheit
    3, 4, 5
    Treiberschaltung
    6
    LED
    7
    Gleichstromquelle
    8
    erster Eingang für Stromversorgung
    9
    Stromversorgungsleitung
    10
    Beleuchtungssystem
    11
    zweiter Eingang für Datenempfang
    12
    Bus
    13
    Zentraleinheit
    14, 15, 16
    LED-Modul

Claims (13)

  1. Verfahren zum Dimmen mindestens eines Leuchtmittels (6), wie bspw. einer oder mehreren LED(s) oder OLED(S), welches Leuchtmittel mit einem pulsweitenmodulierten Strom (i3, i4, i5) betrieben wird,
    bei dem das Tastverhältnis und/oder die Amplitude des pulsweitenmodulierten Stroms (i3, i4, i5) abhängig von einer gewünschten Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels (6) einstellbar ist, wobei zur Einstellung der Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels (6) gezielt mindestens ein Impuls des Impulszugs des pulsweitenmodulierten Stroms weggelassen bzw. ausgelassen wird, und
    bei dem ein/eine zum Erreichen der gewünschten Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels (6) ausgelegtes/ausgelegte Tastverhältnis und/oder Amplitude ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass, falls das/die ermittelte Tastverhältnis und/oder Amplitude kleiner ist als ein minimaler Wert, die gewünschte Farbintensität bzw.
    Helligkeit des Leuchtmittels (6) dadurch erreicht wird, dass das Tastverhältnis und/oder die Amplitude zumindest auf den minimalen Wert erhöht wird und mindestens ein Impuls des pulsweitenmodulierten Stroms weggelassen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei der mindestens eine Impuls derart weggelassen wird, dass dem Leuchtmittel (6) einen im zeitlichen Mittel konstant gesteuerten oder geregelten Strom zum Erreichen der gewünschten Farbintensität bzw. Helligkeit bereitstellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
    wobei der mindestens eine Impuls derart weggelassen wird, dass die gewünschte Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels (6) erreicht wird und gleichzeitig das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Stroms vergrössert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
    bei dem in einem ersten Dimmbereich der pulsweitenmodulierte Strom (i3, i4, i5) periodisch mit einer ersten Periode (T0) Impulse aufweist, und
    in einem zweiten Dimmbereich mindestens ein Impuls des pulsweitenmodulierten Stroms weggelassen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
    wobei die Dimmbereiche durch Dimmvorgabe bzgl. der gewünschten Farbintensität bzw. Helligkeit des Leuchtmittels (6) definierbar sind, und die Dimmvorgabewerte im ersten Dimmbereich größer sind als im zweiten Dimmbereich.
  6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
    wobei zumindest zwei, vorzugsweise sich in ihrer Farbwiedergabe oder in ihrem Farbspektrum unterscheidenden Leuchtmittelgruppen (14, 15, 16) mittels eines jeweiligen pulsweitenmoduliertes Stroms (i3, i4, i5) unabhängig voneinander dimmbar sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    wobei Impulse von unterschiedlichen pulsweitenmodulierten Strömen (i3, i4, i5) für jeweilige Leuchtmittelgruppen (14, 15, 16) zeitversetzt bzw. nicht gleichzeitig weggelassen werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    wobei wenn ein Impuls eines der unterschiedlichen pulsweitenmodulierten Ströme (i3, i4, i5) weggelassen wird, gleichzeitig auch ein Impuls der anderen pulsweitenmodulierten Ströme (i3, i4, i5) weggelassen wird, wobei vorzugsweise dann das Tastverhältnis und/oder die Amplitude aller pulsweitenmodulierten Ströme (i3, i4, i5) erhöht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
    wobei jeder n-te Impuls weggelassen wird, dafür zur Einstellung der Farbintensität bzw. Helligkeit das Tastverhältnis und/oder die Amplitude des pulsweitenmodulierten Stroms (i3, i4, i5) vorzugsweise um den Faktor n/(n-1) erhöht wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    wobei das Tastverhältnis und/oder die Amplitude auf einen minimalen Wert erhöht wird, dafür zur Einstellung der Farbintensität bzw. Helligkeit Impulse des pulsweitenmodulierten Stroms (i3, i4, i5) weggelassen werden.
  11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem periodisch mit einer zweiten Periode (Tw) mindestens ein Impuls weggelassen wird,
    wobei in zwei aufeinanderfolgenden Perioden (Tw) dieser mindestens eine Impuls zum selben Zeitpunkt oder zu vorzugsweise zufällig oder quasi-zufällig bestimmten unterschiedlichen Zeitpunkten weggelassen wird.
  12. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
    wobei der pulsweitenmodulierte Strom (i3, i4, i5) von einer durch ein entsprechendes pulsweitenmoduliertes Steuersignal (PWM3, PWM4, PWM5) gesteuerten Versorgungseinheit (3, 4, 5) derart erzeugt wird, dass das pulsweitenmodulierte Steuersignal (PWM3, PWM4, PWM5) die Impulsfolge des pulsweitenmoduliertes Stroms (i3, i4, i5) definiert.
  13. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
    wobei die Frequenz des pulsweitenmodulierten Stroms (i3, i4, i5) so hoch gewählt ist, dass durch das Weglassen von Impulsen ein etwaiges Flackern der Helligkeit des von dem Leuchtmittel (6) abgegebenen Lichtes durch die Trägheit des menschlichen Auges nicht mehr wahrgenommen wird, wobei die Frequenz des pulsweitenmodulierten Stroms (i3, i4, i5) vorzugsweise höher als 200 Hz gewählt wird.
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