EP2796001B1 - Dimmbarer konverter und dimmverfahren für leds - Google Patents

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EP2796001B1
EP2796001B1 EP12813334.5A EP12813334A EP2796001B1 EP 2796001 B1 EP2796001 B1 EP 2796001B1 EP 12813334 A EP12813334 A EP 12813334A EP 2796001 B1 EP2796001 B1 EP 2796001B1
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EP
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led
current
value
dimming
converter
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Eduardo Pereira
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Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
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Publication date
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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]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H05B45/24—Controlling the colour of the light using electrical feedback from LEDs or from LED modules

Definitions

  • the present invention relates to a dimmable LED converter and a method for operating, in particular dimming, LED lines.
  • the invention can be used, for example, to control one or more LED paths of an LED module.
  • the invention can achieve increased color stability of the light emitted by such an LED module.
  • An LED track is provided with one or more inorganic or organic LEDs. It is known to provide one or more LED circuits with an LED converter with power. It is also known from the prior art to dim LED lines starting from a dimming preset with an LED converter. Usually, two known methods are used in dimming.
  • the temporal mean value of the amplitude of the current can be changed directly by means of an LED route.
  • This method is referred to as amplitude dimming and is shown schematically in FIG Fig. 1 shown.
  • the amplitude of the current through the LED path is set constant in time to a value I A.
  • the current amplitude is changed to a time-constant value I B.
  • the LED track with current pulses, wherein the current pulses are generated for example by turning on and off a current of fixed amplitude.
  • This method is called pulse width modulation (PWM) dimming and is in Fig. 2 shown schematically.
  • PWM pulse width modulation
  • the duration of the current pulses and the pauses between the individual current pulses determine the effective current which flows through an LED path in the time average.
  • the pulse duration (t on) and the duration of the pulse pauses (t off) define a duty cycle (t on / t on + t off). By changing the duty cycle, an LED track can be dimmed.
  • amplitude dimming and PWM dimming have specific disadvantages.
  • amplitude dimming in addition to the change in the light intensity (i.e., the desired dimming effect), an undesirable shift in the wavelength of the light may occur, which can change the light color markedly.
  • PWM dimming is disadvantageous at low dimming levels, as it is difficult to set the required very small duty cycles (i.e., very small effective currents).
  • the EP 1 689 212 B1 Therefore proposes to use amplitude dimming at very low dimming values and to use PWM dimming at higher dimming values.
  • the spectrum ie the color
  • the power of the light emitted by an LED track especially at low dimming values
  • the parameters mentioned depend strongly on the temperature of the LED track.
  • the temperature of an LED track can be influenced, for example, by the ambient temperature.
  • LED modules in which several different colored LED tracks are integrated in order to emit altogether a certain light color, for example white light it can lead to an instability of the light color or to nonlinearities of the light output when dimming come.
  • the light color is defined as a color coordinate or tristimulus in a so-called CIE standard color system or CIE diagram.
  • CIE diagram is in Fig. 3 shown.
  • Each combination of the primary colors red, blue, and green (ie RGB) lies within the coordinates of the diagram.
  • the horizontal axis indicates the green component (X component)
  • the vertical axis indicates the red component (Y component)
  • the gray encoding indicates the blue component (Z component) of the color coordinate.
  • white light can be generated by mixtures of light whose color coordinates are on the line of a blackbody radiator in the CIE diagram.
  • the color coordinate of the light emitted by an LED track depends on both the current flowing through the LED track and the temperature of the LED track.
  • Fig. 4 For example, it shows how the normalized color coordinate (plotted on the vertical axis, showing only the Y component of the color coordinate) is changed non-linearly with the current (plotted on the horizontal axis) through the LED path.
  • Fig. 5 It is also shown how different temperatures of the LED track affect the same normalized color coordinate (only the Y component of the color coordinate is shown). Changing the color coordinate results in a shift in the CIE diagram. In particular, for a LED module having a plurality of LED paths, a color shift of one of the LED paths can greatly influence the color coordinate of the total emitted light of the LED module.
  • an actual change in a color coordinate of an LED module is not a simple addition of the changes caused on the one hand by the temperature dependence and on the other hand by the current dependence. Rather, the actual change in the color coordinate results only from a complex calculation that is highly dependent on the specific combination of temperature and current amplitude.
  • the present invention therefore has for its object to solve the above-mentioned problems of the prior art.
  • the disadvantages of the known dimming method should at least be mitigated.
  • the invention has the object of providing a dimmable LED converter and a corresponding method for operating and dimming LED lines or LED modules with which the color coordinate of the emitted light is stable both over the entire dimming range and over a predetermined temperature range can be held.
  • the light output should change linearly with the specified dimming value when dimming.
  • the present invention relates to a dimmable LED converter, which is adapted to supply starting from a dimming preset at least one LED track with a current, wherein at least the time average of the amplitude of the current through the at least one LED track (2) also the duty cycle of pulses adjustable are, during which the on-time LED current flows, wherein in at least a portion of the total dimming range towards lower dimming values, the duty cycle of the pulses is preferably reduced at constant current amplitude until the duty cycle reaches a predetermined lower limit, at which further reduction of the dimming value, the duty cycle is increased abruptly by a predetermined value and at the same time the current amplitude is suddenly reduced to a reduced value, whereupon the duty cycle is reduced again to reduce the dimming value even further while the current amplitude is reduced.
  • the LED converter determines by means of the microcontroller or a memory of the LED converter, a correction value for the duty cycle to compensate for a change in the imitated light of the LED track, so that when jumping the current amplitude, the color coordinate of the light of the LED track remains unchanged.
  • the LED converter allows so is suitable for operating and dimming at least one LED track or an LED module (multiple LED routes). Both the disadvantages of amplitude dimming and PWM dimming can be at least greatly attenuated. On the one hand, on the one hand, no continuous amplitude dimming at low dimming values has to be carried out. A strong color shift in this area of the total dimming range can thus be avoided. Because otherwise only discrete current amplitudes are set, too no continuous shift of the wavelength of the emitted light, ie a continuous change in the color coordinate, expected in other areas. The sudden changes of the current amplitude to discrete values can be compensated more easily. On the other hand, the duty ratio of the PWM dimming up to the predetermined lower limit value can be easily performed. So it can be achieved a large total dimming without extremely small - as described above problematic - duty cycles are needed.
  • this number is on the one hand advantageously large enough to span a large total dimming range due to the multiple jumps in the current amplitude, without ever having to set extremely low duty cycles.
  • the number is advantageously limited to only a few discrete current amplitudes, which facilitates compensation of current-related and / or temperature-related color shifts (changes in the color coordinate of the emitted light).
  • an associated current amplitude is stored in the dimmable LED converter for each section of the total dimming range of the at least one LED track.
  • the dimmable LED converter is adapted to cause a non-linear change in the light output of the light emitted by the at least one LED track caused by a sudden decrease in the current amplitude of the at least one LED track and / or a change in temperature to compensate by adjusting the duty cycle.
  • the dimmable LED converter can measure the ambient temperature and / or the temperature of the LED track indirectly or directly, for example via a suitably positioned temperature sensor. For example, when the current amplitude is suddenly halved, the duty cycle is not merely doubled but jumped to an additionally corrected value so that the light output remains the same before and after the sudden changes.
  • the correction value of the duty cycle can be calculated, for example, by a ⁇ C of the dimmable LED converter. Correction values can also be stored in advance in a memory of the dimmable LED converter.
  • the dimmable LED converter is adapted to selectively compensate for a non-linear change in the light output for a plurality of LED paths.
  • both the light output and the color coordinate of the total emitted light can be better controlled.
  • a plurality of LED circuits to be supplied with power can each be assigned to a color channel of an LED module.
  • the multiple LED routes may be e.g. be the color channels of a white light LED module.
  • the dimmable LED converter is adapted to change a color coordinate of the light emitted together from a plurality of LED paths, which is caused by a sudden decrease in the current amplitude by at least one LED paths Adjusting the duty cycle of the at least one LED track to compensate.
  • the dimmable LED converter is arranged to change a color coordinate of the light emitted together by a plurality of LED strips caused by a sudden decrease in the current amplitude by at least one LED track, by adjusting the duty cycle of at least one other LED Route to compensate.
  • the color stability of an LED module with at least two LED paths over the entire dimming range can be improved. Since no continuous compensation of the color coordinate, but only a discrete compensation of the color coordinate must be performed with each sudden change in the current amplitude, a simple and inexpensive implementation in a ⁇ C of the dimmable LED converter is possible.
  • the maximum dimming range of an LED module can be increased in color stability.
  • the adjustment of the duty cycle can for example be calculated independently of the ⁇ C based on stored calculation formulas. Due to the limited number of discrete jumps in the current amplitude, the necessary measurement time for calibration processes of an LED module is also reduced.
  • a dependency of the color coordinate on the discretely adjustable current amplitudes of each of the plurality of LED paths is stored.
  • the current dependency may be, for example, a value list or table or one or more color coordinate curves (such as in FIG Fig. 4 shown) in one Memory of the dimmable LED converter are stored.
  • the LED converter can also be calibrated by storing new current dependencies. It is also conceivable to store several current dependencies in parallel, for example for different age levels of an LED track or an LED module. As a result, age-related changes can be compensated.
  • the dimmable LED converter is adapted to compensate for a change in a color coordinate of the light emitted by a plurality of LED paths caused by a change in temperature by adjusting the duty cycle of at least one LED path.
  • a temperature dependence of the color coordinate for each discretely adjustable current amplitude of the at least one LED path is stored in the dimmable LED converter.
  • the temperature dependence can be stored as the current dependence in a memory of the LED converter. It is advantageous to store value tables or trajectories of combined dependencies. A combination of a temperature and a current dependence does not have to be calculated complex, but can be easily read out. The light of an LED module can be dimmed by this color-stable. Alternatively, a calculation scheme may be filed that uses a microcontroller to determine the duty cycle that is capable of compensating for a current or temperature change in the color coordinate.
  • the adjustment of the duty cycle can be performed selectively for each LED track as well as selectively for a group of LED tracks.
  • a group can e.g. a color channel of an LED module.
  • the present invention also relates to a method for operating based on a dimming input of at least one LED track, which is supplied with a current, wherein at least the time average of the amplitude of the current through the LED track as well as the duty cycle of pulses are adjustable during LED current flows, wherein in at least a portion of the total dimming range in the direction of lower dimming values, the duty cycle of the pulses is preferably reduced at a constant current amplitude until the duty cycle reaches a predetermined lower limit, at which the further reduction of the dimming value Duty cycle is increased abruptly by a predetermined value and at the same time the current amplitude is suddenly reduced to a reduced value, whereupon the duty cycle is reduced again for further reduction of the dimming value at a constant reduced current amplitude.
  • Fig. 6 shows a simplified block diagram of a dimmable LED converter 1, which supplies at least one LED track 2 with a current.
  • An LED track 2 has at least one LED, where LED is understood as meaning both inorganic and organic LEDs (OLEDs).
  • the LEDs can also be provided with luminous and / or scattering particles, for example coated, which influence the light emitted by the LED.
  • the LED converter 1 controls the at least one LED track based on a dimming preset 3, for example, by an external control circuit.
  • the LED converter is preferably a high-frequency clocked switching regulator, such as a buck converter or boost converter.
  • the dimming preset 3 can predefine the current state amplitude (at least in the time average) and preferably a pulse duty factor of current pulses that are adjustable for each of the at least one LED line 2.
  • the current pulses can be superimposed low-frequency of the high-frequency clocking of the switching regulator, in particular such that the high-frequency clocking takes place only during the switch-on period of the pulses.
  • the LED converter 1 can set the predetermined current amplitude for current pulses at least in the time average.
  • the dimmable LED converter 1 can generate the current amplitude as the time average of a high-frequency fluctuation of the current through the LED path 2, wherein the high-frequency fluctuation is again generated, for example, by a switching regulator, for example a buck converter or boost converter can.
  • the LED converter 1 may further set the predetermined duty cycle of the current pulses during which current flows through the at least one LED track 2.
  • the dimmable LED converter 1 of the present invention is in addition to PWM dimming (as described above with reference to FIGS Fig. 2 also described for amplitude dimming (as described above with reference to FIGS Fig. 1 described) suitable.
  • PWM dimming is generally referred to a method in which a brightness change is effected via a pulsed signal.
  • pulse width modulation it is also possible, for example, to use pulse width modulation or pulse code modulation.
  • PWM dimming refers to a method in which the ratio of on-time to off-time and thus the duty cycle is changed.
  • the LED converter 1 may further be provided with a memory 4 such as an EEPROM, ROM or the like in which information can be stored as data.
  • the LED converter 1 can write data to the memory 4 and read out data therefrom. This can be done, for example a microcontroller ( ⁇ C) 5 or ASIC of the LED converter 1 are performed.
  • ⁇ C 5 and the memory 4 can also be integrated in one component.
  • Fig. 7 shows how the LED converter 1 drives the at least one LED track 2 over a total dimming range according to the present invention.
  • the percentage dimming value in relation to the maximum light output
  • the vertical axis shows the percentage duty cycle in the lower part and the percentage current amplitude (in relation to the maximum current) in the upper part.
  • the dimming value for lower dimming values is initially controlled exclusively via PWM dimming.
  • the current amplitude preferably remains constant, in Fig. 7 for example, to 100%, ie the maximum current.
  • the duty cycle is continuously reduced from about 70% to about 20%, thereby continuously reducing the effective current amplitude through the LED link 2. Since, in fact, only a constant current amplitude (in this case the maximum current amplitude of 100%) flows through the LED path, which is only switched on and off, the color coordinate of the light emitted by the LED path 2 changes in CIE diagram not. Incidentally, a duty cycle of about 20% can be easily set without having to accept the disadvantageous effects of PWM dimming described above.
  • a dimming value of about 32% becomes a lower limit of the displayed portion of the total dimming range reached.
  • the lower limit value is defined, for example, by a minimum duty cycle to be set (in order, for example, to avoid the aforementioned problems of PWM dimming).
  • the limit value can also be permanently assigned to a dimming value. If the limit value is reached, the current amplitude is suddenly reduced to further reduce the dimming value.
  • a change with a rise can take place. Even if there is a sudden change in the amplitude, the change in the signal at the converter can increase as a result of the first transhipment (for example of parasitic elements).
  • the current amplitude is reduced from 100% to 50% of the maximum current.
  • a compensating increase in the duty cycle must be performed at the same time.
  • the duty cycle would therefore have to be increased abruptly from approximately 20% to approximately 40%.
  • the duty cycle is increased to only about 38%, as an additional compensation is performed as described below.
  • the color coordinate of the emitted light of the LED track 2 is changed in the CIE diagram. Consequently, this also leads to an undesirable color shift in an LED module with multiple LED lines 2.
  • the color coordinate of the light emitted by a plurality of LED lines 2 of an LED module is made up of an overlay of the light of the single LED stretches 2 together.
  • the individual LED sections 2 of an LED module can be weighted differently.
  • the LED converter 1 can now determine a correction value which changes the weighting of the color-changed LED path 2 by adjusting the duty cycle such that the color coordinate of the light of the LED module as a whole remains unchanged in the CIE diagram remains.
  • the adjustment of the duty cycle may be in accordance with dependencies stored in memory 4, for example curves representing the color coordinate over the current and / or the temperature (as in FIG Fig. 4 and 5 shown).
  • the light output is not linear with the set current amplitude. Therefore, there could be an undesirable change in the light output as the current amplitude and duty cycle jumps.
  • the pC 5 of the LED converter 1 can also correct the duty cycle to the non-linear light output, ie, it can make an adjustment for compensating both the light output and the color coordinate.
  • the duty cycle is only increased abruptly at the limit to about 38%. So this is a correction value to allow a continuously adjustable light output and a color stability over the entire dimming range.
  • the current amplitude is again kept constant (in Fig. 6 now constant at 50%) and only the duty cycle changes continuously.
  • the dashed line shows an example of a dimming scheme with three sections of the total dimming range. Accordingly, there are two lower limits (for the highest section and the middle section).
  • the current amplitude is ramped down while the duty cycle is increased dramatically. Again, this is done to continuously control the dimming value on the one hand and to balance both the non-linearity of the light output with the current amplitude and the change of the color coordinate with the current amplitude in an LED module.
  • the lower limits may each be defined by reaching a certain minimum duty cycle, or may be set at predetermined dimming levels.
  • the duty cycle of individual LED sections 2 may change at different speeds (ie, vary greatly with the same change in the dimming value). If, for each LED path, the limit value is predetermined by the minimum duty cycle, the LED paths 2 reach this duty cycle at different dimming values. Whenever an LED track 2 undergoes a sudden change in the current amplitude, either a correction value of the duty cycle of this LED track 2 or another LED track 2 'is determined, thereby performing a compensation of the color coordinate.
  • the dimming method performed by the LED converter 1 allows only a few discrete current amplitudes, for example, two to four discrete current amplitudes for two to four sections of the total dimming range for at least one LED track 2, only a limited number are stored by temperature dependencies in the memory 4, to also perform an adjustment of the duty cycle to a temperature-induced change in the color coordinate.
  • the method works equivalently from low dimming values to high dimming values.
  • the current amplitude increases suddenly and at the same time the duty cycle of the current pulses abruptly reduced to a reduced value.
  • recourse is made to the stored temperature and current dependencies of the color coordinate and / or the light output and a corresponding compensation of the duty cycle is performed.
  • FIG. 9 shows an exemplary transition at a lower limit of a portion of the total dimming range.
  • Both the upper diagram and the lower diagram show a dimming value A at which the transition from one section to the other section takes place.
  • this threshold value is switched from the current pulses of the upper diagram to the current pulses of the lower diagram.
  • the Current amplitude is abruptly reduced while the duty cycle is increased abruptly.
  • the pulse width is a widened abruptly, during the pauses of t can be shortened abruptly between the individual current pulses t.
  • the effective current remains nearly the same, so that there is a continuous transition between the two sections of the total dimming range.
  • the absolute current amplitude is changed. Resulting light power and color coordinate changes in an LED module are compensated as described by adjusting the duty cycle to a correction value.
  • the present invention thus solves the aforementioned problems of the prior art with the LED converter 1 and the correspondingly executed method. It is possible to compensate for a nonlinear change in the color coordinate of an LED module as a function of the current through an LED path 2. In addition, the temperature dependence of the color coordinate of the LED module can be compensated. Due to the proposed method, this must be done only for a few discrete current amplitudes. For this information can be stored in advance in a memory. The amount of information is small due to the discrete current amplitudes, and therefore, an LED converter 1 having a simple design and inexpensive to manufacture can be provided. Nevertheless, the LED converter 1 can ensure a high color stability for the light of a driven LED module over the entire dimming range.
  • the pulse duty factor of the pulses is preferably constant Current amplitude is increased until the duty cycle reaches a predetermined upper limit, at the further increase of the dimming value, the duty cycle is abruptly reduced by a predetermined value and at the same time the current amplitude is increased abruptly to an increased value, whereupon for even further increase the dimming value at constant increased current amplitude again the duty cycle is increased.

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

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen dimmbaren LED-Konverter und ein Verfahren zum Betreiben, insbesondere Dimmen, von LED-Strecken. Die Erfindung ist beispielweise zur Steuerung einer oder mehrerer LED-Strecken eines LED-Moduls verwendbar. Insbesondere kann die Erfindung eine erhöhte Farbstabilität des von einem solchen LED-Modul emittierten Lichts erreichen.
  • Eine LED-Strecke ist mit einer oder mehreren anorganischen oder organischen LEDs versehen. Es ist bekannt, eine oder mehrere LED-Strecken durch einen LED-Konverter mit Strom zu versorgen. Es ist ferner aus dem Stand der Technik bekannt, LED-Strecken ausgehend von einer Dimmvorgabe mit einem LED-Konverter zu dimmen. Üblicherweise werden beim Dimmen zwei bekannte Verfahren angewendet.
  • Zum einen kann der zeitliche Mittelwert der Amplitude des Stroms durch eine LED-Strecke direkt verändert werden. Dieses Verfahren wird als Amplitudendimmen bezeichnet und ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Um einen Dimmwert A einzustellen, wird die Amplitude des Stroms durch die LED-Strecke zeitlich konstant auf einen Wert IA gesetzt. Um einen anderen Dimmwert B einzustellen, wird die Strom-Amplitude auf einen zeitlich konstanten Wert IB geändert.
  • Zum anderen ist auch bekannt, die LED-Strecke mit Strom-Impulsen zu betreiben, wobei die Strom-Impulse beispielweise durch Ein- und Ausschalten eines Stroms fester Amplitude erzeugt werden. Dieses Verfahren wird als Pulsweitenmodulation (PWM)-Dimmen bezeichnet und ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Dauer der Strom-Impulse und die Pausen zwischen den einzelnen Strom-Impulsen bestimmen den effektiven Strom, der im zeitlichen Mittel durch eine LED-Strecke fließt. Die Impulsdauer (tein) und die Dauer der Impuls-Pausen (taus) definieren ein Tastverhältnis (tein/tein+taus). Durch eine Veränderung des Tastverhältnisses kann eine LED-Strecke gedimmt werden.
  • Sowohl das Amplitudendimmen als auch das PWM-Dimmen weisen spezifische Nachteile auf. Beim Amplitudendimmen kann zusätzlich zu der Änderung der Lichtintensität (d.h. dem gewünschten Dimmeffekt) eine nicht gewünschte Verschiebung der Wellenlänge des Lichts auftreten, welche die Lichtfarbe merklich verändern kann. Das PWM-Dimmen ist dagegen bei niedrigen Dimmwerten nachteilig, da es schwierig ist die benötigten sehr kleinen Tastverhältnisse (d.h. sehr kleine effektive Ströme) einzustellen.
  • Die EP 1 689 212 B1 schlägt deshalb vor bei sehr niedrigen Dimmwerten Amplitudendimmen einzusetzen und bei höheren Dimmwerten PWM-Dimmen einzusetzen.
  • Es ist allerdings ferner bekannt, dass das Spektrum, d.h. die Farbe, als auch die Leistung des von einer LED-Strecke emittierten Lichts insbesondere bei niedrigen Dimmwerten nichtlinear mit dem Strom verschieben (dies ist bei der EP 1 689 212 B1 nicht berücksichtigt). Außerdem hängen die genannten Parameter stark von der Temperatur der LED-Strecke ab. Die Temperatur einer LED-Strecke kann beispielweise durch die Umgebungstemperatur beeinflusst werden. Vor allem bei LED-Modulen, in denen mehrere verschiedenfarbige LED-Strecken integriert sind, um insgesamt eine bestimmte Lichtfarbe, beispielweise weißes Licht, zu emittieren, kann es zu einer Instabilität der Lichtfarbe oder zu Nichtlinearitäten der Lichtleistung beim Dimmen kommen. Diese Probleme werden von der EP 1 689 212 B1 insbesondere bei niedrigen Dimmwerten nicht zufriedenstellend gelöst.
  • Es sind Ansätze im Stand der Technik bekannt, welche die Temperaturabhängigkeit der Farbe des Lichts eines LED-Moduls im Vorfeld messen. Die Lichtfarbe wird als Farbkoordinate oder Tristimulus in einem sogenannten CIE-Normfarbsystem oder CIE-Diagramm definiert. Ein solches CIE-Diagramm ist in Fig. 3 dargestellt. Jede Kombination der Grundfarben Rot, Blau, und Grün (also RGB) liegt innerhalb der Koordinaten des Diagramms. Die horizontale Achse gibt die Grünkomponente (X-Komponente), die vertikale Achse gibt die Rotkomponente (Y-Komponente) und die Graukodierung gibt die Blaukomponente (Z-Komponente) der Farbkoordinate an. In der Mitte des Diagramms liegt der Weißpunkt. Weißes Licht kann beispielweise von Lichtmischungen, deren Farbkoordinaten auf der Linie eines Schwarzkörper-Strahlers im CIE-Diagramm liegt, erzeugt werden.
  • Die Farbkoordinate des Lichts, das von einer LED-Strecke emittiert wird, hängt sowohl von dem Strom ab, der die LED-Strecke durchfließt, als auch von der Temperatur der LED-Strecke. In Fig. 4 ist beispielweise gezeigt, wie sich die normalisierte Farbkoordinate (auf der vertikale Achse angetragen, es ist nur die Y-Komponente der Farbkoordinate gezeigt) nichtlinear mit dem Strom (auf der horizontalen Achse angetragen) durch die LED-Strecke verändert. In Fig. 5 ist ferner gezeigt, wie sich unterschiedliche Temperaturen der LED-Strecke auf dieselbe normalisierte Farbkoordinate (es ist nur die Y-Komponente der Farbkoordinate gezeigt) auswirken. Die Änderung der Farbkoordinate führt zu einer Verschiebung im CIE-Diagramm. Insbesondere für ein LED-Modul mit mehreren LED-Strecken kann eine Farbverschiebung einer der LED-Strecken die Farbkoordinate des insgesamt emittierten Lichts des LED-Moduls stark beeinflussen.
  • Im Stand der Technik wurde deswegen vorgeschlagen, die Abhängigkeit der Farbkoordinate von unterschiedlichen Strom-Amplituden bei konstanter Temperatur zu erfassen und in einem EEPROM eines LED-Moduls abzulegen. Es wurde auch vorgeschlagen, die Temperaturabhängigkeit der Farbkoordinate bei einer bestimmten Strom-Amplitude zu messen und eine erkannte (beispielweise lineare) Abhängigkeit in einem EEPROM eines LED-Moduls abzulegen.
  • Allerdings ist eine tatsächliche Änderung einer Farbkoordinate eines LED-Moduls nicht eine einfache Addition der Änderungen, die einerseits durch die Temperaturabhängigkeit und andererseits durch die Stromabhängigkeit verursacht werden. Vielmehr ergibt sich die tatsächliche Änderung der Farbkoordinate nur aus einer komplexen Berechnung, die stark von der spezifischen Kombination der Temperatur und der Strom-Amplitude abhängt.
  • Es stellt sich daher das Problem, dass für jeden Wert der Strom-Amplitude eine entsprechende Temperaturabhängigkeit (wie in Fig. 5 gezeigt) ermittelt werden müsste, wenn dann im Zuge eines Dimmvorgangs kontinuierliche Strom-Amplituden verwendet werden sollen (wie es z. B. im unteren Dimmwert-Bereich der EP 1 689 212 B1 zu sehen ist). Eine Kompensation einer solchen nichtlinearen Abhängigkeit der Farbkoordinate zu implementieren, beispielweise durch Programmieren eines Mikrocontrollers (µC) oder ASICs des LED-Moduls, wäre aber äußerst aufwendig und würde zu komplizierten Schaltkreis-Designs und höheren Kosten führen. Außerdem dann eine Kalibrierung des LED-Moduls deutlich verlangsamt. Allerdings darf die temperaturabhängige und/oder stromabhängige Verschiebung der Farbkoordinate eins LED-Moduls nicht über ein vorbestimmtes Maß hinaus ignoriert werden.
  • Aus der DE 103 49 553 A1 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Helligkeitsregelung von zumindest einer LED bekannt.
    Die vorliegende Erfindung stellt sich daher zur Aufgabe, die oben genannten Probleme des Stands der Technik zu lösen. Die Nachteile der bekannten Dimmverfahren sollen zumindest abgeschwächt werden. Insbesondere stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen dimmbaren LED-Konverter und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben und Dimmen von LED-Strecken oder LED-Modulen bereitzustellen, mit dem die Farbkoordinate des emittierten Lichts sowohl über den gesamten Dimmbereich als auch über einen vorbestimmten Temperaturbereich stabil gehalten werden kann. Zudem soll sich beim Dimmen die Lichtleistung linear mit dem vorgegebenen Dimmwert ändern.
  • Die oben genannten Aufgaben werden von der vorliegenden Erfindung gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche entwickeln die Vorteile des Erfindungsgedankens weiter.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen dimmbaren LED-Konverter, der dazu ausgelegt ist, ausgehend von einer Dimmvorgabe wenigstens eine LED-Strecke mit einem Strom zu versorgen, wobei zumindest der zeitliche Mittelwert der Amplitude des Stroms durch die wenigstens eine LED-Strecke (2) wie auch das Tastverhältnis von Impulsen einstellbar sind, während derer Einschaltdauer LED-Strom fliesst, wobei in wenigstens einem Abschnitt des Gesamt-Dimmbereichs in Richtung niedrigerer Dimmwerte das Tastverhältnis der Impulse vorzugsweise bei konstanter Strom-Amplitude verringert wird, bis das Tastverhältnis einen vorgegeben unteren Grenzwert erreicht, an dem bei weiterer Verringerung des Dimmwerts das Tastverhältnis sprunghaft um einen vorgegebenen Wert erhöht wird und gleichzeitig die Strom-Amplitude sprunghaft auf einen verringerten Wert herabgesetzt wird, worauf zur noch weiteren Verringerung des Dimmwerts bei konstant verringerter Strom-Amplitude wieder das Tastverhältnis verringert wird.
  • Dabei bestimmt der LED-Konverter mittels des Mikrocontrollers oder eines Speichers des LED-Konverters einen Korrekturwert für das Tastverhältnis um eine Veränderung des imitierten Lichts der LED-Strecke zu kompensieren, sodass bei einem Sprung der Strom-Amplitude die Farbkoordinate des Lichts der LED-Strecke unverändert bleibt.
  • Der LED-Konverter ermöglicht ist also zum Betreiben und Dimmen wenigstens einer LED-Strecke oder eines LED-Moduls (mehrere LED-Strecken) geeignet. Sowohl die Nachteile des Amplitudendimmens als auch des PWM-Dimmens können zumindest stark abgeschwächt werden. Es muss nämlich einerseits kein kontinuierliches Amplitudendimmen bei niedrigen Dimmwerten durchgeführt werden. Eine starke Farbverschiebung in diesem Bereich des Gesamt-Dimmbereichs kann also vermieden werden. Dadurch, dass auch sonst nur diskrete Strom-Amplituden eingestellt werden ist auch keine kontinuierliche Verschiebung der Wellenlänge des emittierten Lichts, d.h. eine kontinuierliche Veränderung der Farbkoordinate, in anderen Bereichen zu erwarten. Die sprunghaften Veränderungen der Strom-Amplitude auf diskrete Werte können leichter ausgeglichen werden. Andererseits kann das Tastverhältnis des PWM-Dimmens bis zu dem vorgegebenen unteren Grenzwert problemlos durchgeführt werden. Es kann also ein großer Gesamt-Dimmbereich erzielt werden, ohne dass äußerst kleine - wie oben beschrieben problematische - Tastverhältnisse nötig sind.
  • Vorteilhafterweise beträgt eine Anzahl der Abschnitte des Gesamt-Dimmbereichs, in denen das Tastverhältnis der Impulse vorzugsweise bei konstanter Strom-Amplitude verringert wird, bis das Tastverhältnis einen vorgegeben unteren Grenzwert erreicht, an dem bei weiterer Verringerung des Dimmwerts das Tastverhältnis sprunghaft um einen vorgegebenen Wert erhöht wird und gleichzeitig die Strom-Amplitude sprunghaft auf einen verringerten Wert herabgesetzt wird, 2, 3, oder 4.
  • Diese Anzahl ist einerseits vorteilhafterweise groß genug, um durch die mehrfachen Sprünge der Strom-Amplitude einen großen Gesamt-Dimmbereich aufzuspannen, ohne dass jemals extrem niedrige Tastverhältnisse eingestellt werden müssen. Andererseits ist die Anzahl vorteilhafterweise auf nur einige diskrete Strom-Amplituden begrenzt, was eine Kompensation einer strombedingten und/oder einer temperaturbedingten Farbverschiebungen (Änderungen der Farbkoordinate des emittierten Lichts) erleichtert.
  • Vorteilhafterweise ist in dem dimmbaren LED-Konverter für jeden Abschnitt des Gesamt-Dimmbereichs der wenigstens einen LED-Strecke eine zugeordnete Strom-Amplitude abgelegt.
  • Vorteilhafterweise ist der dimmbare LED-Konverter dazu ausgelegt, eine nichtlineare Änderung der Lichtleistung des von der wenigstens einen LED-Strecke emittierten Lichts, die durch eine sprunghafte Verringerung der Strom-Amplitude der wenigstens einen LED-Strecke und/oder eine Änderung der Temperatur verursacht wird, durch eine Anpassung des Tastverhältnisses zu kompensieren.
  • Der dimmbare LED-Konverter kann dafür die Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur der LED-Strecke indirekt oder direkt messen, beispielweise über einen entsprechend positionierten Temperaturfühler. Beispielweise wird, wenn die Strom-Amplitude sprunghaft halbiert wird, das Tastverhältnis nicht lediglich sprunghaft verdoppelt, sondern auf einen zusätzlich korrigierten Wert gesetzt, so dass die Lichtleistung vor und nach den sprunghaften Änderungen gleich bleibt. Der Korrekturwert des Tastverhältnisses kann beispielweise von einem µC des dimmbaren LED-Konverters berechnet werden. Korrekturwerte können auch im Vorfeld in einem Speicher des dimmbaren LED-Konverters abgelegt werden.
  • Vorteilhafterweise ist der dimmbare LED-Konverter dazu ausgelegt, eine nichtlineare Änderung der Lichtleistung für mehrere LED-Strecken selektiv zu kompensieren. Dadurch kann in einem LED-Modul mit mehreren LED-Strecken sowohl die Lichtleistung als auch die Farbkoordinate des insgesamt emittierten Lichts besser kontrolliert werden.
  • Für den dimmbaren LED-Konverter können mehrere mit Strom zu versorgende LED-Strecken jeweils einem Farbkanal eines LED-Moduls zugeordnet sein. Die mehreren LED-Strecken können z.B. die Farbkanäle eines Weißlicht-LED-Moduls sein. Durch die selektive Anpassung und die dadurch erzielte Stabilisierung der Farbkoordinate kann ein gleichmäßigeres Weißlicht realisiert werden.
  • Vorteilhafterweise ist der dimmbare LED-Konverter dazu ausgelegt, eine Änderung einer Farbkoordinate des zusammen von mehreren LED-Strecken emittierten Lichts, die durch eine sprunghafte Verringerung der Strom-Amplitude durch wenigstens eine LED-Strecken verursacht wird, durch Anpassen des Tastverhältnisses der wenigstens einen LED-Strecke zu kompensieren.
  • Mehrere von dem LED-Konverter betriebene LED-Strecken können einen unteren Grenzwert des Tastverhältnisses bei unterschiedlichen Dimmwerten erreichen und damit bei unterschiedlichen Dimmwerten eine sprunghafte Veränderung der Strom-Amplitude und des Tastverhältnisses erfahren. Ändert sich dadurch für eine von mehreren LED-Strecken die Strom-Amplitude, ändert sich auch die Farbkoordinate dieser LED-Strecke und damit auch die Farbkoordinate des insgesamt emittierten Lichts, welches eine Überlagerung des Lichts der einzelnen LED-Strecken ist. Durch die Bestimmung eines Korrekturwerts für das Tastverhältnis kann der absolute Beitrag einer LED-Strecke zum insgesamt emittierten Licht verändert werden. Dadurch kann die Farbkoordinate verschoben werden. Der Korrekturwert kann von einem µC des LED-Konverters berechnet werden, wozu abgelegte Berechnungsformeln, Tabellen oder Abhängigkeiten verwendet werden können.
  • Vorteilhafterweise ist der dimmbare LED-Konverter dazu ausgelegt, eine Änderung einer Farbkoordinate des zusammen von mehreren LED-Strecken emittierten Lichts, die durch eine sprunghafte Verringerung der Strom-Amplitude durch wenigstens eine LED-Strecke verursacht wird, durch Anpassen des Tastverhältnisses wenigstens einer anderen LED-Strecke zu kompensieren.
  • Der Beitrag zum insgesamt emittierten Licht der LED-Strecke, deren Farbkoordinate sich verändert hat, kann sowohl durch eine Anpassung, beispielweise einer Erhöhung, des Tastverhältnisses dieser LED-Strecke als auch einer entgegengesetzten Anpassung, beispielweise einer Erniedrigung, des Tastverhältnisses von wenigstens einer anderen LED-Strecke erreicht werden.
  • Durch die Kompensation der Farbkoordinate kann die Farbstabilität eines LED-Moduls mit wenigstens zwei LED-Strecken über den Gesamt-Dimmbereich verbessert werden. Da keine kontinuierliche Kompensation der Farbkoordinate, sondern nur eine diskrete Kompensation der Farbkoordinate bei jeder sprunghaften Änderung der Strom-Amplitude durchgeführt werden muss, ist eine einfache und kostengünstige Implementierung in einem µC des dimmbaren LED-Konverters möglich. Der maximale Dimmbereich eines LED-Moduls kann farbstabil vergrößert werden. Das Anpassen des Tastverhältnisses kann beispielsweise von dem µC selbständig basierend auf abgelegten Berechnungsformeln berechnet werden. Durch die limitierte Anzahl an diskreten Sprüngen der Strom-Amplitude verringert sich auch die notwendige Messzeit für Kalibrierungsvorgänge eines LED-Moduls.
  • Vorteilhafterweise ist in dem dimmbaren LED-Konverter eine Abhängigkeit der Farbkoordinate von den diskret einstellbaren Strom-Amplituden jeder der mehreren LED Strecken abgelegt.
  • Durch das Ablegen der Stromabhängigkeit muss ein µC des LED-Konverters keine selbstständige Berechnung der Anpassung, d.h. eines Korrekturwerts des Tastverhältnisses, durchführen. Dadurch kann sowohl das Dimmen als auch ein Kalibrierungsprozess deutlich vereinfacht bzw. beschleunigt werden. Die Stromabhängigkeit kann beispielweise als eine Werteliste oder -tabelle oder als eine oder mehrere Farbkoordinaten-Kurven (wie beispielweise in Fig. 4 gezeigt) in einem Speicher des dimmbaren LED-Konverters abgelegt werden. Der LED-Konverter kann auch kalibriert werden, indem neue Stromabhängigkeiten abgespeichert werden. Es ist auch denkbar mehrere Stromabhängigkeiten parallel abzulegen, beispielsweise für verschiedene Altersstufen einer LED-Strecke oder eines LED-Moduls. Dadurch können altersbedingte Änderungen kompensiert werden.
  • Vorteilhafterweise ist der dimmbare LED-Konverter dazu ausgelegt, eine Änderung einer Farbkoordinate des zusammen von mehreren LED-Strecken emittierten Lichts, die durch eine Änderung der Temperatur verursacht wird, durch Anpassen des Tastverhältnisses von wenigstens einer LED-Strecke zu kompensieren.
  • Vorteilhafterweise ist in dem dimmbaren LED-Konverter eine Temperaturabhängigkeit der Farbkoordinate für jede diskret einstellbare Strom-Amplitude der wenigstens einen LED-Strecke abgelegt.
  • Die Temperaturabhängigkeit kann wie die Stromabhängigkeit in einem Speicher des LED-Konverters abgelegt werden. Es ist vorteilhaft Wertetabellen oder Verlaufskurven kombinierter Abhängigkeiten abzulegen. Eine Kombination aus eine Temperatur- und einer Stromabhängigkeit muss dann nicht komplex berechnet werden, sondern kann einfach ausgelesen werden. Das Licht eines LED-Moduls kann dadurch farbstabiler gedimmt werden. Alternativ kann ein Berechnungsschema abgelegt werden, das ein Mikrocontroller verwendet, um das Tastverhältnis zu ermitteln, das dazu geeignet ist eine strombedingte oder temperaturbedingte Änderung der Farbkoordinate zu kompensieren.
  • Die Anpassung des Tastverhältnisses kann sowohl für jede LED-Strecke selektiv als auch selektiv für eine Gruppe von LED-Strecken ausgeführt werden. Eine Gruppe kann z.B. ein Farbkanal eines LED-Moduls sein.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben ausgehend von einer Dimmvorgabe wenigstens einer LED-Strecke, die mit einem Strom versorgt wird, wobei zumindest der zeitliche Mittelwert der Amplitude des Stroms durch die LED-Strecke wie auch das Tastverhältnis von Impulsen einstellbar sind, während derer Einschaltdauer LED-Strom fließt, wobei in wenigstens einem Abschnitt des Gesamt-Dimmbereichs in Richtung niedrigerer Dimmwerte das Tastverhältnis der Impulse vorzugsweise bei konstanter Strom-Amplitude verringert wird, bis das Tastverhältnis einen vorgegeben unteren Grenzwert erreicht, an dem bei weiterer Verringerung des Dimmwerts das Tastverhältnis sprunghaft um einen vorgegebenen Wert erhöht wird und gleichzeitig die Strom-Amplitude sprunghaft auf einen verringerten Wert herabgesetzt wird, worauf zur noch weiteren Verringerung des Dimmwerts bei konstant verringerter Strom-Amplitude wieder das Tastverhältnis verringert wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Weiteren in Bezug auf die beigefügen Figuren beschrieben.
    • Fig. 1 zeigt bekanntes Amplitudendimmen.
    • Fig. 2 zeigt bekanntes PWM-Dimmen.
    • Fig. 3 zeigt Farbkoordinaten im CIE-Diagramm.
    • Fig. 4 zeigt eine Stromabhängigkeit einer Farbkoordinate.
    • Fig. 5 zeigt eine Strom- und Temperaturabhängigkeit einer Farbkoordinate.
    • Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines dimmbaren LED-Konverters der vorliegenden Erfindung.
    • Fig. 7 zeigt den Verlauf der Amplitude und des Tastverhältnisses des Stroms durch eine LED-Strecke.
    • Fig. 8 zeigt das kombinierte Dimmverfahren der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 6 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines dimmbaren LED-Konverters 1, der wenigstens eine LED-Strecke 2 mit einem Strom versorgt. Eine LED-Strecke 2 weist wenigstens eine LED auf, wobei unter LED sowohl anorganische als auch organische LEDs (OLEDS) zu verstehen sind. Die LEDs können auch mit Leucht- und oder Streupartikeln versehen, bspw. beschichtet sein, welche das von der LED emittierte Licht beeinflussen. Der LED-Konverter 1 steuert die wenigstens eine LED-Strecke basierend auf einer Dimmvorgabe 3, beispielsweise von einer externen Steuerschaltung. Der LED-Konverter ist vorzugsweise ein hochfrequent getakteter Schaltregler, beispielsweise einen Buck-Konverter oder Boost-Konverter. Die Dimmvorgabe 3 kann dem LED-Konverter 1 eine Strom-Amplitude (zumindest im zeitlichen Mittel) und vorzugsweise ein Tastverhältnis von Strom-Impulsen vorgeben, die für jede der wenigstens einen LED-Strecke 2 einstellbar sind. Die Strom-Impulse können niederfrequent der hochfrequenten Taktung des Schaltreglers überlagert sein, insbesondere derart, dass die hochfrequente Taktung nur während der Einschaltzeitdauer der Impulse erfolgt.
  • Der LED-Konverter 1 kann die vorgegebene Strom-Amplitude für Strom-Impulse zumindest im zeitlichen Mittel einstellen. Der dimmbare LED-Konverter 1 kann dafür die Strom-Amplitude als zeitlichen Mittelwert einer hochfrequenten Fluktuation des Stroms durch die LED-Strecke 2 erzeugen, wobei die hochfrequente Fluktuation wiederum beispielweise durch einen Schaltregler, beispielsweise einen Buck-Konverter oder Boost-Konverter, erzeugt werden können. Der LED-Konverter 1 kann ferner das vorgegebene Tastverhältnis der Strom-Impulse, während denen Strom durch die wenigstens eine LED-Strecke 2 fließt, einstellen. Der dimmbare LED-Konverter 1 der vorliegenden Erfindung ist neben PWM-Dimmen (wie oben in Bezug auf Fig. 2 beschrieben) auch für Amplitudendimmen (wie oben in Bezug auf Fig. 1 beschrieben) geeignet. Er kann also auch einen kontinuierlichen, d.h. einen nicht gepulsten Strom durch die wenigstens eine LED-Strecke 2 fließen lassen und die Amplitude dieses Stroms diskret oder kontinuierlich verändern. Als PWM-Dimmen wird dabei allgemein ein Verfahren bezeichnet, bei dem über ein gepulstes Signal eine Helligkeitsänderung bewirkt wird. Es kann neben einer Pulsweitenmodulation beispielsweise auch eine Pulsdauermodulation oder Puls-Code-Modulation angewendet werden. Grundsätzlich betrifft PWM-Dimmen ein Verfahren, in dem das Verhältnis Einschaltzeitdauer zu Ausschaltzeitdauer und somit das Tastverhältnis geändert wird.
  • Der LED-Konverter 1 kann ferner mit einem Speicher 4, wie einem EEPROM, ROM oder ähnlichem versehen sein, in dem Information als Daten abgelegt werden kann. Der LED-Konverter 1 kann Daten in den Speicher 4 schreiben und Daten aus diesem auslesen. Dies kann beispielweise durch einen Mikrocontroller (µC) 5 oder ASIC des LED-Konverters 1 durchgeführt werden. Der µC 5 und der Speicher 4 können auch in einem Bauteil integriert sein.
  • Fig. 7 zeigt wie der LED-Konverter 1 die wenigstens eine LED-Strecke 2 über einen Gesamt-Dimmbereich gemäß der vorliegenden Erfindung ansteuert. Auf der horizontalen Achse ist in Fig. 7 der prozentuale Dimmwert (in Bezug auf die maximale Lichtleistung) angezeigt, auf der vertikalen Achse ist im unteren Bereich das prozentuale Tastverhältnis und im oberen Bereich die prozentuale Strom-Amplitude (in Bezug auf den Maximalstrom) angezeigt.
  • Ausgehend von einem maximalen Dimmwert von 100% wird der Dimmwert zu niedrigeren Dimmwerten hin zunächst ausschließlich über PWM-Dimmen gesteuert. Die Strom-Amplitude bleibt dabei vorzugsweise konstant, in Fig. 7 beispielsweise auf 100%, also dem Maximalstrom. Über einen ersten Abschnitt des Gesamt-Dimmbereichs wird das Tastverhältnis kontinuierlich von etwa 70% auf etwa 20% verringert, wodurch die effektive Strom-Amplitude durch die LED-Strecke 2 kontinuierlich verringert wird. Da faktisch aber immer nur eine gleichbleibende Strom-Amplitude (hier die maximale Strom-Amplitude von 100%) durch die LED-Strecke fließt, die lediglich ein- und ausgeschaltet wird, ändert sich die Farbkoordinate des von der LED-Strecke 2 emittierten Lichts im CIE-Diagramm nicht. Ein Tastverhältnis von etwa 20% ist übrigens problemlos einstellbar, ohne die oben beschriebenen nachteiligen Effekte des PWM-Dimmens in Kauf nehmen zu müssen.
  • Bei einem Dimmwert von ungefähr 32% wird ein unterer Grenzwert des angezeigten Abschnitts des Gesamt-Dimmbereichs erreicht. Der untere Grenzwert ist beispielweise durch ein minimal einzustellendes Tastverhältnis definiert (um etwa die genannten Probleme des PWM-Dimmens zu vermeiden). Alternativ kann der Grenzwert aber auch fest einem Dimmwert zugeordnet sein. Ist der Grenzwert erreicht wird zur weiteren Verringerung des Dimmwerts die Strom-Amplitude sprunghaft verringert.
  • Alternativ kann auch ein Wechsel mit einem Anstieg erfolgen. Es kann sich auch bei einem sprunghaften Wechsel der Amplitude der Wechsel des Signals am Konverter mit einem Anstieg einstellen, da erst eine Umladung (z.B. von parasitären Elementen) erfolgen muß.
  • In dem gezeigten Beispiel in Fig. 7 wird die Strom-Amplitude von 100% auf 50% des Maximalstroms herabgesetzt. Um dadurch nicht nur noch den halben Dimmwert (d.h. in diesem Fall etwa 16%) zu bekommen, muss gleichzeitig eine kompensierende Erhöhung des Tastverhältnisses vollzogen werden. Im einfachsten Fall, falls der dimmbare LED-Konverter 1 keine Korrekturwerte berechnet, müsste das Tastverhältnis also von ca. 20% auf ca. 40% sprunghaft erhöht werden. In Fig. 7 wird das Tastverhältnis allerdings auf nur etwa 38% erhöht, da eine zusätzliche Kompensation wie im Folgenden beschrieben durchgeführt wird.
  • Beim sprunghaften Verringern der Strom-Amplitude wird die Farbkoordinate des emittierten Lichts der LED-Strecke 2 im CIE-Diagramm verändert. Dies führt folglich auch bei einem LED-Modul mit mehreren LED-Strecken 2 zu einer nicht erwünschten Farbverschiebung. Die Farbkoordinate des von mehreren LED-Strecken 2 emittierten Lichts eines LED-Moduls setzt sich aus einer Überlagerung des Lichts der einzelnen LED Strecken 2 zusammen. Je nach Dimmwert können die einzelnen LED-Strecken 2 eines LED-Moduls unterschiedlich gewichtet sein. Bei einem Sprung der Strom-Amplituden kann der LED-Konverter 1 nun einen Korrekturwert bestimmen, der die Gewichtung der farbveränderten LED-Strecke 2 durch eine Anpassung des Tastverhältnisses so verändert, dass die Farbkoordinate des Lichts des LED-Moduls insgesamt im CIE-Diagramm unverändert bleibt.
  • Die Anpassung des Tastverhältnisses kann gemäß im Speicher 4 abgelegten Abhängigkeiten, beispielsweise Kurven, welche die Farbkoordinate über den Strom und/oder die Temperatur (wie in Fig. 4 und 5 gezeigt) darstellen, vorgenommen werden. Wie oben beschrieben verläuft auch die Lichtleistung nicht linear mit der eingestellten Strom-Amplitude. Daher könnte es bei den Sprüngen der Strom-Amplitude und dem Tastverhältnis zu einer nicht erwünschten Änderung der Lichtleistung kommen. Der pC 5 des LED-Konverters 1 kann aber das Tastverhältnis auch auf die nichtlineare Lichtleistung korrigieren, d.h. er kann eine Anpassung zum Kompensieren sowohl der Lichtleistung als auch der Farbkoordinate vornehmen. In Fig. 6 wird daher das Tastverhältnis am Grenzwert lediglich auf etwa 38% sprunghaft erhöht. Dies ist also ein Korrekturwert, um eine kontinuierlich einstellbare Lichtleistung und eine Farbstabilität über den gesamten Dimmbereich zu ermöglichen.
  • Um nach dem erreichten Grenzwert noch weiter hin zu niedrigeren Dimmwerten zu Dimmen, wird wiederum die Strom-Amplitude konstant gehalten (in Fig. 6 nunmehr konstant auf 50%) und nur das Tastverhältnis kontinuierlich verändert. Es können auch mehr als zwei Abschnitte des Gesamt-Dimmwertbereichs für eine LED-Strecke 2 definiert sein. Dementsprechend gibt es mehrere Grenzwerte, an denen eine sprunghafte Verringerung der Strom-Amplitude bei einer gleichzeitigen sprunghaften Erhöhung des Tastverhältnisses vollzogen wird. In Fig. 6 ist dies durch die gestrichelte Linie dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt ein Beispiel eines Dimmschemas mit drei Abschnitten des Gesamt-Dimmbereichs. Dementsprechend gibt es zwei untere Grenzwerte (für den höchsten Abschnitt und den mittleren Abschnitt). Bei jedem unteren Grenzwert wird von hohen Dimmwerten hin zu niedrigen Dimmwerten die Strom-Amplitude sprunghaft verringert, während das Tastverhältnis sprunghaft erhöht wird. Wiederum geschieht dies, um einerseits den Dimmwert kontinuierlich zu regeln und andererseits, um sowohl die Nichtlinearität der Lichtleistung mit der Strom-Amplitude als auch die Veränderung der Farbkoordinate mit der Strom-Amplitude in einem LED-Modul auszugleichen. Die unteren Grenzwerte können jeweils durch Erreichen eines bestimmten minimalen Tastverhältnisses definiert sein, oder können bei vorbestimmten Dimmwerten festgelegt sein.
  • In einem LED-Modul wird das Tastverhältnis einzelner LED-Strecken 2 unter Umständen unterschiedlich schnell (d.h. unterschiedlich stark bei gleicher Änderung des Dimmwerts) verändert. Wenn für jede LED-Strecke der Grenzwert durch das die minimale Tastverhältnis vorgegeben ist, erreichen die LED-Strecken 2 dieses Tastverhältnis also bei unterschiedlichen Dimmwerten. Immer wenn eine LED-Strecke 2 eine sprunghafte Änderung der Strom-Amplitude erfährt, wird entweder ein Korrekturwert des Tastverhältnisses dieser LED-Strecke 2 oder einer anderen LED-Strecke 2' bestimmt und dadurch eine Kompensation der Farbkoordinate durchgeführt.
  • Da das Dimmverfahren, das der LED-Konverter 1 durchführt, nur wenige diskrete Strom-Amplituden, beispielsweise zwei bis vier diskrete Strom-Amplituden für zwei bis vier Abschnitte des Gesamt-Dimmbereichs für wenigstens eine LED-Strecke 2 zulässt, muss nur eine begrenzte Anzahl von Temperaturabhängigkeiten im Speicher 4 abgelegt werden, um auch eine Anpassung des Tastverhältnisses auf eine temperaturbedingte Veränderung der Farbkoordinate durchzuführen.
  • Selbstverständlich funktioniert das Verfahren äquivalent von niedrigen Dimmwerten kommend hin zu hohen Dimmwerten. Dabei wird, wenn ein Grenzwert erreicht wird, die Strom-Amplitude sprunghaft erhöht und gleichzeitig das Tastverhältnis der Strom-Impulse sprunghaft auf einen verringerten Wert herabgesetzt. Es findet also bei einem Übergang von einem Abschnitt des Gesamt-Dimmbereichs zu einem anderen Abschnitt des Gesamt-Dimmbereichs eine sprunghafte Änderung von sowohl der Strom-Amplitude als auch dem Tastverhältnis der Strom-Impulse statt. Dabei wird auf die abgelegten Temperatur- und Stromabhängigkeiten der Farbkoordinate und/oder der Lichtleistung zurückgegriffen und eine entsprechende Kompensation des Tastverhältnisses durchgeführt.
  • Fig. 9 zeigt einen beispielhaften Übergang an einem unteren Grenzwert eines Abschnitts des Gesamt-Dimmbereichs. Sowohl das obere Diagramm als auch das untere Diagramm zeigen einen Dimmwert A, an dem der Übergang von dem einem Abschnitt zu dem anderen Abschnitt stattfindet. Zu niedrigeren Dimmwerten hin wird an diesem Grenzwert von den Strom-Impulsen des oberen Diagramms zu den Strom-Impulsen des unteren Diagramms geschaltet. Die Strom-Amplitude wird sprunghaft herabgesetzt, während das Tastverhältnis sprunghaft erhöht wird. Dabei wird die Pulsweite tein sprunghaft verbreitert, während die Pausen taus zwischen den einzelnen Strom-Impulsen sprunghaft verkürzt werden. Der effektive Strom bleibt insgesamt nahezu gleich, so dass ein kontinuierlicher Übergang zwischen den zwei Abschnitten des Gesamt-Dimmbereichs stattfindet. Allerdings wird die absolut angelegte Strom-Amplitude geändert. Daraus resultierende Lichtleistungs- und Farbkoordinatenänderungen in einem LED-Modul werden wie beschrieben durch die Anpassung des Tastverhältnisses auf einen Korrekturwert ausgeglichen.
  • Die vorliegende Erfindung löst also mit dem LED-Konverter 1 und dem entsprechend ausgeführten Verfahren die oben genannten Probleme des Stands der Technik. Es kann eine nichtlineare Änderung der Farbkoordinate eines LED-Moduls in Abhängigkeit vom Strom durch eine LED-Strecke 2 ausgeglichen werden. Zudem kann die Temperaturabhängigkeit der Farbkoordinate des LED-Moduls ausgeglichen werden. Aufgrund des vorgeschlagenen Verfahrens muss dies nur für wenige diskrete Strom-Amplituden durchgeführt werden. Dafür können vorab Informationen in einem Speicher abgelegt werden. Die Menge an Information ist aufgrund der diskreten Strom-Amplituden gering und es kann deshalb ein LED-Konverter 1 bereitgestellt werden, der ein einfaches Design aufweist und kostengünstig in seiner Herstellung ist. Trotzdem kann der LED-Konverter 1 eine hohe Farbstabilität für das Licht eines angesteuerten LED-Moduls über den gesamten Dimmbereich gewährleisten.
  • Es ist auch möglich, dass in wenigstens einem Abschnitt des Gesamt-Dimmbereichs in Richtung höherer Dimmwerte das Tastverhältnis der Impulse vorzugsweise bei konstanter Strom-Amplitude erhöht wird, bis das Tastverhältnis einen vorgegeben oberen Grenzwert erreicht, an dem bei weiterer Erhöhung des Dimmwerts das Tastverhältnis sprunghaft um einen vorgegebenen Wert herabgesetzt wird und gleichzeitig die Strom-Amplitude sprunghaft auf einen erhöhten Wert heraufgesetzt wird, worauf zur noch weiteren Erhöhung des Dimmwerts bei konstant erhöhter Strom-Amplitude erneut das Tastverhältnis erhöht wird.

Claims (15)

  1. Dimmbarer LED-Konverter (1), der dazu ausgelegt ist, ausgehend von einem vorgegebenen Dimmwert (3) einer externen Steuerschaltung wenigstens eine an den LED-Konverter (1) angeschlossene LED-Strecke (2) mit einem Strom (IeffA, IeffB) zu versorgen,
    wobei zum Einstellen des vorgegebenen Dimmwerts (3) zumindest der zeitliche Mittelwert der Amplitude des Stroms (IeffA, IeffB) durch die wenigstens eine LED-Strecke (2) wie auch das Tastverhältnis (tein/tein-taus) von Strom-Impulsen mittels eines Mikrokontrollers (5) einstellbar sind, während derer Einschaltdauer (tein) der Strom (IeffA, IeffB) fließt,
    wobei in wenigstens einem Abschnitt des Gesamt-Dimmbereichs in Richtung niedrigerer Dimmwerte (3) das Tastverhältnis (tein/tein-taus) der Strom-Impulse bei konstanter Strom-Amplitude (Imax) verringerbar ist, bis das Tastverhältnis (tein/tein-taus) einen vorgegeben unteren Grenzwert erreicht, an dem bei weiterer Verringerung des Dimmwerts (3) das Tastverhältnis (tein/tein-taus) sprunghaft um einen vorgegebenen Wert erhöhbar ist und gleichzeitig die Strom-Amplitude (Imax) sprunghaft auf einen verringerten Wert herabsetzbar ist, wobei zur noch weiteren Verringerung des Dimmwerts (3) bei konstant verringerter Strom-Amplitude (Imax) erneut das Tastverhältnis (tein/tein-taus) verringerbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der LED-Konverter (1) mittels des Mikrokontrollers (5) oder eines Speichers (4) des LED-Konverters (1) einen Korrekturwert für das Tastverhältnis bestimmt, um eine Veränderung des emittierten Lichts der LED-Strecke (2) zu kompensieren, so dass bei einem Sprung der Strom-Amplitude die Farbkoordinate des Lichts der LED-Strecke unverändert bleibt.
  2. Dimmbarer LED-Konverter (1) gemäß Anspruch 1, wobei eine Anzahl der Abschnitte des Gesamt-Dimmbereichs 2, 3, oder 4 beträgt.
  3. Dimmbarer LED-Konverter (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, in dem für jeden Abschnitt des Gesamt-Dimmbereichs der wenigstens einen LED-Strecke (2) eine zugeordnete Strom-Amplitude (Imax) im Speicher (4) abgelegt ist.
  4. Dimmbarer LED-Konverter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der dazu ausgelegt ist, eine nichtlineare Änderung der Lichtleistung des von der wenigstens einen LED-Strecke (2) emittierten Lichts, die durch eine sprunghafte Verringerung der Strom-Amplitude (Imax) der wenigstens einen LED-Strecke (2) und/oder eine Änderung der Temperatur verursacht wird, durch eine Anpassung des Tastverhältnisses (tein/tein-taus) mittels des bestimmten Korrekturwerts zu kompensieren.
  5. Dimmbarer LED-Konverter (1) gemäß Anspruch 4, der dazu ausgelegt ist, eine Änderung der Lichtleistung für mehrere LED-Strecken (2) selektiv mittels jeweils bestimmter Korrekturwerte zu kompensieren.
  6. Dimmbarer LED-Konverter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mehrere mit Strom zu versorgende LED-Strecken (2) jeweils einem Farbkanal eines LED-Moduls zugeordnet sind.
  7. Dimmbarer LED-Konverter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, der dazu ausgelegt ist, eine Änderung einer Farbkoordinate des zusammen von mehreren LED-Strecken (2) emittierten Lichts, die durch eine sprunghafte Verringerung der Strom-Amplitude (Imax) durch wenigstens eine LED-Strecken (2) verursacht wird, durch Anpassen des Tastverhältnisses (tein/tein-taus) mittels des bestimmten Korrekturwerts der wenigstens einen LED-Strecke (2) zu kompensieren.
  8. Dimmbarer LED-Konverter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, der dazu ausgelegt ist, eine Änderung einer Farbkoordinate des zusammen von mehreren LED-Strecken (2) emittierten Lichts, die durch eine sprunghafte Verringerung der Strom-Amplitude (Imax) durch wenigstens eine LED-Strecke (2) verursacht wird, durch Anpassen des Tastverhältnisses (tein/tein-taus) wenigstens einer anderen LED-Strecke (2) mittels des bestimmten Korrekturwerts zu kompensieren.
  9. Dimmbarer LED-Konverter (1) gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, in dem eine Abhängigkeit der Farbkoordinate von den diskret einstellbaren Strom-Amplituden (Imax) jeder der mehreren LED Strecken (2) abgelegt ist.
  10. Dimmbarer LED-Konverter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, der dazu ausgelegt ist, eine Änderung einer Farbkoordinate des zusammen von mehreren LED-Strecken (2) emittierten Lichts, die durch eine Änderung der Temperatur verursacht wird, durch Anpassen des Tastverhältnisses (tein/tein-taus) von wenigstens einer LED-Strecke (2) mittels des bestimmten Korrekturwerts zu kompensieren.
  11. Dimmbarer LED-Konverter gemäß Anspruch 10, in dem eine Temperaturabhängigkeit der Farbkoordinate für jede diskret einstellbare Strom-Amplitude (Imax) der wenigstens einen LED-Strecke (2) in dem Speicher (4) abgelegt ist.
  12. Dimmbarer LED-Konverter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Bestimmen des Korrekturwerts durch Berechnen mittels im Speicherbereich (4) abgelegten Berechnungsformeln des Mikrocontrollers (5) erfolgt.
  13. Dimmbarer LED-Konverter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Bestimmen des Korrekturwerts in Abhängigkeit des Alters der LED-Strecke (2) erfolgt.
  14. LED-Lampe, insbesondere Retrofit LED-Lampe, aufweisend einen LED-Konverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  15. Verfahren zum Betreiben eines LED-Konverters (1), wobei der LED-Konverter (1) ausgehend von einem vorgegebenen Dimmwert (3) einer externen Steuerschaltung wenigstens eine an den LED-Konverter (1) angeschlossenen LED-Strecke (2) mit einem Strom (IeffA, IeffB) versorgt, mit den Verfahrensschritten:
    - Einstellen zumindest des zeitlichen Mittelwerts der Amplitude des Stroms (IeffA, IeffB) durch die LED-Strecke (2) wie auch das Tastverhältnis (tein/tein-taus) von Strom-Impulsen, während derer Einschaltdauer (tein) der Strom (IeffA, IeffB) fließt, zum Erhalten des vorgebenen Dimmwerts (3)
    - Verringern des Tastverhältnisses (tein/tein-taus) der Strom-Impulse bei konstanter Strom-Amplitude (Imax) in wenigstens einem Abschnitt des Gesamt-Dimmbereichs in Richtung niedrigerer Dimmwerte, bis das Tastverhältnis (tein/tein-taus) einen vorgegeben unteren Grenzwert erreicht,
    - Sprunghaftes Erhöhen des Tastverhältnisses (tein/tein-taus) um einen vorgegebenen Wert und gleichzeitiges sprunghaftes Herabsetzen der Strom-Amplitude (Imax) auf einen verringerten Wert bei weiterer Verringerung des Dimmwerts, wobei zur noch weiteren Verringerung des Dimmwerts bei konstant verringerter Strom-Amplitude (Imax) wieder das Tastverhältnis (tein/tein-taus) verringert wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der LED-Konverter (1) einen Korrekturwert berechnet oder ausliest, um eine Veränderung des emittierten Lichts der LED-Strecke (2) zu kompensieren, so dass bei einem Sprung der Strom-Amplitude die Farbkoordinate des Lichts der LED-Strecke unverändert bleibt.
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