EP2833699A1 - Vorrichtung zur Energieversorgung von, unter Verringerung von Strom/Spannungsstössen an, Leuchtdioden - Google Patents

Vorrichtung zur Energieversorgung von, unter Verringerung von Strom/Spannungsstössen an, Leuchtdioden Download PDF

Info

Publication number
EP2833699A1
EP2833699A1 EP13178386.2A EP13178386A EP2833699A1 EP 2833699 A1 EP2833699 A1 EP 2833699A1 EP 13178386 A EP13178386 A EP 13178386A EP 2833699 A1 EP2833699 A1 EP 2833699A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
current
switch
consumers
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13178386.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andre Sudhaus
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.)
Elmos Semiconductor SE
Original Assignee
Elmos Semiconductor SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elmos Semiconductor SE filed Critical Elmos Semiconductor SE
Priority to EP13178386.2A priority Critical patent/EP2833699A1/de
Priority to US14/908,592 priority patent/US9686830B2/en
Priority to EP14742240.6A priority patent/EP3028544B1/de
Priority to EP16189851.5A priority patent/EP3128809B1/de
Priority to EP16189877.0A priority patent/EP3128813B1/de
Priority to PCT/EP2014/065943 priority patent/WO2015014713A1/de
Priority to EP16189871.3A priority patent/EP3128811B1/de
Priority to EP16189870.5A priority patent/EP3128810B1/de
Priority to EP16189873.9A priority patent/EP3128812B1/de
Publication of EP2833699A1 publication Critical patent/EP2833699A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/48—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices
    • 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]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/54—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a series array of LEDs
    • 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]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/56—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits involving measures to prevent abnormal temperature of the LEDs

Definitions

  • the invention relates to a circuit for powering a sequential circuit of typically non-linear loads by means of a current source.
  • the load is a series circuit of LEDs.
  • This current-driven load preferably an LED series circuit, consisting of one to N elements and is to be partially short-circuited or dimmed.
  • one switch For each of the non-linear loads connected in series, one switch is typically connected in parallel. These are each opened and / or closed.
  • the current through the resulting voltage change is a combination of the current of the current source and the changing voltage of a typically existing energy storage and thus is no longer determined directly from the power source.
  • a current source can be, for example, a current-controlled DC / DC converter.
  • the device should be able to detect faulty consumers.
  • current source in the context of this invention generally means a source for the supply of electrical energy.
  • a power source in the narrower sense alternatively offers a switching regulator. It is crucial that electrical energy can be introduced into the output node by the provision of electrical current and / or electrical voltage.
  • the object is achieved by an evaluation of the current in the loads 4 during the switching transition to the switching elements 3 by a current-measuring element 5 or by a regulator 6.
  • the task of the controller 6 is to evaluate either the voltage or the voltage change rate dU / dt at the energy storage 2 or the current change at the measuring element 5 or at both components in order to predetermine the operation within a predefined operating state space, to check and thus to ensure.
  • the life of the diodes can thereby be significantly increased by attenuating peak currents through the device described and controlled controlled.
  • Another advantage of the described apparatus and method is the possibility of adaptive control, which under given constraints such as e.g. the aging of components z. B. the age-related change in capacity 2, the shortest possible transient reversal of the switching elements 3 allows.
  • the power source 1 in FIG. 1 supplies the current and the energy for the series-connected consumers 4, 10.
  • these are, for example, a first light-emitting diode 4 and a second light-emitting diode 10.
  • light-emitting diodes are referred to as LEDs.
  • the energy storage device 2 in this case is a capacitor 2, which buffers the voltage at the output node 7 of the current source 1. This occurs in this exemplary case via an optional series resistor 14 between the output node 7 of the current source 1 and the terminal node 8 of the capacitor 2, which acts as an energy storage 2.
  • the other pole of the capacitor 2 is connected to ground in this example.
  • This exemplary arrangement advantageously enables the evaluation of the amount of energy or the change in the amount of energy on the memory 2.
  • the first LED 4 and the second LED 10 are respectively associated with a corresponding first switch 3 and a second switch 9, which bridge the LEDs 4, 10 by CLOSE or OPEN and so the energy distribution within the LED chain from these LEDs 4, 10 can change. To achieve the object according to the invention, therefore, not the energy source, that is, the current source 1, is regulated, but the entirety of the consumers 4, 10, which represents the essential inventive step for solving the problem.
  • the thus detected signal 11 is supplied to the controller 6, which typically also monitors the energy content of the energy storage device 2, for example by a potential measurement of the node 8 of a capacitor 2. In addition, it makes sense to also monitor the voltage of the feed node 7, whereby by means of the aforementioned second shunt resistor 14, a measurement of the current into and out of the energy storage is possible.
  • the energy content of the capacitor or the energy storage device 2 can be used to determine the rates of change of the energy content.
  • FIG. 2 shows a realization of a system in which only one consumer 10 in a chain of two Nutzsuitern 4, 10 is regulated.
  • the invention also includes much more complicated variants of the regulator 6, which will become apparent to those skilled in the art from the spirit of the invention.
  • the following describes some of the possible extensions of such a controller.
  • the controller 6 now compares the voltage drop across the exemplary shunt resistor 5 at the node 11 with an exemplary reference voltage V ref , which acts as a predefinable setpoint reference.
  • the controller can be designed, for example, as a P, PI, PID or PD controller. More complex control transfer functions of controller 6 with multi-dimensional, d. H. Multi-parameter input and output signals are naturally conceivable and, in particular in the case of more complicated topologies, as described below, makes sense.
  • the device according to the invention thus serves to supply a circuit with at least one consumer. It has at least one power source 1.
  • the energy supply is stabilized via at least one energy storage 2.
  • This 2 may also be a coil, for example, is serially inserted into the circuit.
  • Both current source 1 and energy storage 2 feed energy into a first output node 7.
  • said consumers 4 are at least temporarily supplied with energy.
  • the energy storage 2 always provides energy when the energy supply of the power source 1 for the supply of the consumer 4, 10 is not sufficient and the Energy storage 2 still has enough energy. This sufficient energy content is permanently measured and predicted by the controller 6 and suitable measuring points 8, 7 in the system.
  • the total load 4, 10 is changed as a manipulated variable for the correction of this situation.
  • This is another essential inventive idea. Therefore, in the case of two consumers to at least one of said two consumers 4 at least one switch 9 must be connected in parallel. This can thus bridge at least one of the load 10 in order to reduce the internal resistance of the total load of the consumer 4, 10 as needed or cancel such a bridge to increase the internal resistance of the total load of the consumer 4, 10.
  • the energy storage 14 and the energy conversion in the total load are useful.
  • the device according to the invention has a measuring device 5, which is capable of the current value for detecting the total load 4, 10 flowing through electric current and thus usually the rate of change of current or a higher time derivative of the current through the sequential interconnection of said Consumers 4, 10 to measure.
  • the measurement of the derivatives allows a prognosis of the current development and thus a timely counter-regulation of the load 4, 10. It also makes sense to capture the remaining energy content of the energy storage device 2 by means of at least one further measuring device 14. Again, it makes sense again to detect the rate of change of this energy content of the energy storage device 2 or a higher time derivative of this energy content of the said energy storage device 2 and perform a predictive control.
  • the energy conversion in the total load of the consumers 4, 10 can be calculated from the voltage drop between the nodes 7 and 11 and that between the node 11 and ground.
  • the control by the controller 6 is effected in such a way that, as already described, it opens or closes at least one of the switches 3, 9 depending on at least one of the previously determined values or changes its forward resistance so that the tolerance values of the current do not be exceeded or fallen below.
  • one of the switches 3, 9 it does not make sense for one of the switches 3, 9 to be opened or increased in its forward resistance if the measured current through the entirety of the consumers 4, 10 is below a predetermined value I min1 .
  • the analog applies to the case when the magnitude of the measured current slew rate is below a predetermined value I min_sp1 or when the magnitude of the measured higher time derivative of the current is below a predetermined value I min_ac1 .
  • the average duration of the closure or fürflußwiderstandsverring mecanic one of the switches 3, 9 is reduced at least temporarily with respect to a time period when the measured current through the totality of consumers 4.10 is above a predetermined value I max2 .
  • Analog is the mean duration of closure or On resistance reduction of one of the switches 3, 9 decreased in relation to a time period when the magnitude of the measured current slew rate is above a predetermined value I max_sp2 or when the magnitude of the measured higher time derivative of the current is above a predetermined value I max_ac2 .
  • the average duration of the closure or ON resistance reduction of one of the switches 3, 9 is increased at least temporarily when the measured current is below a predetermined value I min2 , the magnitude of the measured current slew rate is below a predetermined value I min_sp2 , or the magnitude the measured higher time derivative of the current is below a predetermined value I min_ac2 .
  • the average duration of the closure or fürflußwiderstandsverring mecanic one of the switches 3, 9 is reduced at least temporarily with respect to a time period when the measured energy content of the energy storage device 2 below a predetermined value W es_min2 or the amount of the measured energy content change rate of the energy storage device 2 above a predetermined value W es_max_sp2 is or the amount of the measured higher time derivative of the energy content of the energy storage is above a predetermined value W es_max_ac2 .
  • these capacitor voltages for the case of a capacitor can instead be taken as energy storage 2 in relation to corresponding voltage limits U es_min 2 , U es_max_sp 2 , U es_max_ac 2 as a measure of the decision to initiate these measures , If in the claims of the energy content and the comparison of the energy content and / or its temporal derivations with a value is mentioned, then this means not only an energy content and its derivatives, but also all physical quantities that allow an equivalent statement and their corresponding analog limit values.
  • the average duration of the closure or fürflußwiderstandsverring mecanic one of the switches 3, 9 relative to a time period increased at least temporarily, when the measured energy content of the energy storage device 2 is above a predetermined value U es_min3 or the amount of the measured energy content change rate is below a predetermined value U es_max_sp3 , or the average duration of the closure or ON resistance reduction of one of the switches 3, 9 is increased at least temporarily with respect to a time period when the magnitude of the measured higher time derivative of the energy content of the energy storage device 2 is below one predetermined value U es_min_ac3 is.
  • the switches 3, 9, which are typically power transistors, are driven by a regulating element 6, a regulator 6. This is done so that the current flowing through the entirety of the loads 4, 10 is detected during a switching operation by the measuring element 5 and is used as a controlled variable of this regulating element 6.
  • the control is done by a power transistor 3, 9, which then limits the current, for example, to a value less than 1.1 or 1.2 or 1.4 times or twice the value flowing without switching by the consumer. This means that the overshoot of the current is thereby limited to 10% or 20% or 40% or 100%.
  • an undershoot is limited, for example, to 10%, 20%, 50% or 70% of this value by the power transistor 3, 9 is suitably controlled by the regulating element 6 again.
  • the current through the totality of the consumers 4, 10 is also detected during a switching operation by the measuring element 5 and used as a controlled variable of the regulating element 6.
  • the power transistors 3, 9 limit the current to a value greater than the 0.9 or 0.8 or 0.5 or 0.3 times in turn of the value that flows through the consumers 4, 10 without switching operation.
  • a plurality of serial consumer strings for example, from a first consumer string of two serially connected consumers 4, 10 and a second consumer string from two other serially connected consumers 17, 19 are supplied in parallel from a power source 1.
  • This arrangement can be advantageously used for load distribution between the two consumer strands.
  • the switches 3, 9, 16, 18 are controlled by the controller 6 via the control lines 12, 13, 23, 24.
  • shunt resistors 14, 22, 5, 21 are used as exemplary current measuring points.
  • the corresponding potentials of the associated nodes 7, 8, 20, 11, 25 are supplied as exemplary input signals to the controller 6, which generates therefrom the control signals 12, 13, 23, 24 for the switches 3, 9, 16, 18.
  • the measuring element 22 may also consist of several such elements 5, 21 in the individual branches with subsequent summation or a vectorial range specification or in a measuring element 22 in star points.
  • a predetermined current distribution in these loads can advantageously be brought about by modulation of the switching elements 3 by the regulator 6.
  • This modulation of the switching elements 3 by the controller 6 can be done for example by means of analog impedance variations or discrete-time by PWM control. This is of particular interest because otherwise the current distribution on the at least two branches can change uncontrollably.
  • the number of switching operations in the consumer network that may overlap can be limited. It thus makes sense that during switching on and / or off, ie the OPENING or CLOSING, or the change of the forward resistance of a first switch, for example the switch 4, no second switch or only a predetermined number of second switch is turned on or off or is changed in his / her on-resistance.
  • An advantageous design of this overlap represents the simultaneous OPENING and CLOSING of two N switches N 3 in such a way that the predetermined nominal value remains constant during the transitions.
  • t min_s a minimum time interval, in this case designated t min_s , between two switching operations.
  • a device according to the invention can also have a plurality of branches of serial connections of consumers connected in parallel, these in turn each individually representing a device according to the invention.
  • a branch may be a device not according to the invention if its influence can be compensated for by the control capabilities of the branch according to the invention. In the simplest case, it may therefore be a single consumer, which is connected in parallel to a series circuit of two consumers or even only a single consumer and possibly also has a switch. In such a consumer network, there may be other energy stores and power sources at various points, which possibly stabilize and limit the power in individual branches.
  • the opening and closing operation of a switch can be interrupted by the controller 6, if the system response in the form of the temporal current change of one of the currents at one or more of the measuring points 14, 22, 5, 21 does not occur within a tolerance band around a temporal change setpoint function.
  • the tolerance band may also be a Tolerance band with a multi-dimensional cross-section act. In this case, for example, a four-dimensional cross-section.
  • a short circuit of the load 4 can be detected if the current does not rise when the switch 3 is CLOSED but, for example, remains the same.
  • the controller 6 can then depending on the specification on the one hand to change the controller function or even cancel the opening and closing process completely and / or other switches OPEN or CLOSE or otherwise change their state or change the topology of the device.
  • FIG. 4 After all FIG. 4 should be mentioned that in a series connection of multiple consumers 4, 10, 17, the energy consumption of the individual consumers 4, 10, 17 can be controlled in total and relative to each other. As an example, the control of an RGB light-emitting diode unit for the color irradiation of an object O will be described here.
  • a PWM modulation of the activity of the consumers 4, 10, 17 is used. If the three consumers 4, 10, 17 are, for example, three LEDs in the three primary colors red, yellow, blue, then the Y signal causes the brightness of all three diodes, with M and K the color vector, ie the relative brightness the three diodes regulated to each other. Since the perception by humans is strongly non-linear, it makes sense if, if necessary, a correction of the color vector by a correction function of the controller 6 takes place as a function of the Y signal and further brightness-determining parameters.
  • a brightness-determining parameter in this sense would be, for example, the energy supply of the power source and the energy content of the energy storage 2 and their derivatives.
  • FIG. 4 shows only the regulation of the color reflection from the object O, moreover.
  • the controller can exchange state data via an interface IF with a control device, for example a data processing system.
  • These status data may be, for example, error states, switching states of the switching signals 13, 12, 23 and thus control values, values of the sensors 26 and the current measuring points 14, 5 and voltages at the nodes 7, 11.
  • Another control parameter may be the temperature of the system or parts of the system, in particular the temperature of the consumer 4, 10, 17 or the switch 13, 12, 23 or the power source 1.
  • a corresponding sensor is however in FIG. 4 not shown, but is also evaluated by the controller 6.
  • a typical control algorithm of the controller 6 is then selected so that always the energy extraction from the two energy sources, the power source 1 and the energy storage 2 a maximum value or an internal or externally predetermined value or the current value of a predetermined external control function of the time corresponds, if not the energy extraction by other factors, for example, in this example, the brightness default or the temperature of system components is limited. For example, it is conceivable that a constant value is set or that at certain night times in the case of LEDs different brightnesses are set as loads.
  • the controller 6 or another component for example a ⁇ -controller, which receives data from the controller 6 via an interface IF, determines a measured value for the state of the consumer.
  • the control function of the controller 6 is changed depending on the deviation from such a desired function.
  • the measured value determined in this way can also be a binary measured value. For example, it is conceivable that the measured value means "defective" or "not defective".

Landscapes

  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Energieversorgung einer sequentiellen Schaltung typischerweise nichtlinearer Lasten, z.B. Leuchtdioden (LEDs), mit Hilfe einer Stromquelle (1). Die Last kann eine Serienschaltung aus LEDs (4, 10) sein. Die LEDs haben je einen Schalter (3, 9) parallel geschaltet und werden von einem Regler (6) gesteuert. Die Schalter (3, 9) werden wahlweise geschlossen und geöffnet um die LEDs (4, 10) zu dimmen. Um Stromspitzen im LED-Strom zu vermeiden werden die Schalter (4, 10) abhängig vom LED-Strom, und unter Beachtung des Ladezustandes eines Kondensators (2), gesteuert.

Description

    Einleitung und Stand der Technik
  • Die Erfindung behandelt eine Schaltung zur Energieversorgung einer sequentiellen Schaltung typischerweise nichtlinearer Lasten mit Hilfe einer Stromquelle. Vorzugsweise handelt es sich bei der Last um eine Serienschaltung aus LEDs. Diese strombetriebene Last, vorzugsweise eine LED-Serienschaltung, bestehend aus ein bis N Elementen und soll partiell kurzgeschlossen oder gedimmt werden.
  • Zu jedem der nichtlinearen Lasten, die in Serie geschaltet sind, ist typischerweise jeweils ein Schalter parallel geschaltet. Diese werden jeweils geöffnet und/oder geschlossen.
  • Es ergibt sich nun das Problem, dass der Strom durch die resultierende Spannungsänderung eine Kombination aus dem Strom der Stromquelle sowie der sich ändernden Spannung eines typischerweise vorhandenen Energiespeichers ist und damit nicht mehr direkt von der Stromquelle bestimmt wird. Eine solche Stromquelle kann beispielsweise ein stromgesteuerter DC/DC Konverter sein.
  • Es ergeben sich zwei Fälle:
    • a Der erste Fall, nämlich der Fall SCHLIESSEN, betrifft das Schließen oder die Durchlasswiderstandsverringerung eines oder mehrerer der besagten Schalter: Die daraus resultierende kurzfristige Stromüberhöhung kann unerwünschte Nebenwirkungen bis zur Beschädigung der nachfolgenden Last haben.
    • b Der zweite Fall, d. h. der Fall ÖFFNEN, betrifft das Öffnen oder die Durchlasswiderstandserhöhung eines oder mehrerer der besagten Schalter: Bis zur Ladung eines unterstützenden Energiespeichers auf einen erhöhten Energieinhalt - im Falle eines Kondensators auf eine erhöhte Spannung - steht möglicherweise kein oder ein nicht ausreichender Strom für die vergrößerte Last zur Verfügung. Dies kann die Funktion zeitweise einschränken. Beispielsweise kann es zu einer wahrnehmbaren Absenkung der Leuchtintensität einer LED-Kette kommen. Bei kurzen Transienten werden diese jedoch in der Regel durch LEDs als Lasten nicht wahrgenommen. Falls es sich allerdings um Motorphasen oder Relais handelt, könnte ein Abriss des Stromes, wie beschrieben, unerwünschte Nebeneffekte haben.
    Aufgabe der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, jederzeit eine konstante, gegebenenfalls maximale Energie abzugeben, ohne dass Grenzwerte insbesondere durch Transienten überschritten werden und ohne dass in den Stellgliedern wesentliche Änderungen der Energieumsätze stattfinden.
  • Gleichzeitig soll die Vorrichtung in der Lage sein, fehlerhafte Verbraucher zu erkennen.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und mittels eines Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst.
  • Mit Vorteil schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung einer Vorrichtung zur Energieversorgung einer mindestens einen ersten Verbraucher und mindestens eine Stromquelle ausweisenden Schaltung vor, wobei
    • mindestens eine erste Last in einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche betrieben wird,
      • o die mindestens eine Ermittlungsvorrichtung aufweist, die in der Lage ist,
        1. a) den Stromwert und/oder
        2. b) die Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder
        3. c) eine höhere zeitliche Ableitung des Stromwertes
        zumindest durch einen ersten Verbraucher oder eine sequentielle Verschaltung von mehreren ersten Verbrauchern oder ein Teilnetz von ersten Verbrauchern insbesondere messtechnisch zu erfassen und
      • o die Vorrichtung mindestens einen Regler aufweist, der in Abhängigkeit von zumindest einem der zuvor ermittelten Werte mindestens einen der Schalter öffnet oder schließt oder dessen Durchlasswiderstand verändert, wobei
      • o der besagte Regler gleichzeitig überprüft, ob die zeitliche Veränderung
        1. a) des Stromwerts und/oder
        2. b) der Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder
        3. c) einer höheren zeitlichen Ableitung des Stromwertes
        durch den besagten ersten Verbraucher oder durch eine sequentielle Verschaltung von mehreren ersten Verbrauchern oder einem Teilnetz einer vorgegebenen Soll-Funktion in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf des ÖFFNENs oder SCHLIESSENs oder der Änderung des Durchlasswiderstands innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes folgt und
      • o hieraus ein Messwert für den Zustand des Verbrauchers abgeleitet wird und/oder die Regelfunktion des Reglers in Abhängigkeit von der Abweichung von einer solchen Sollfunktion verändert wird, wobei der Messwert auch ein binärer sein kann, und/oder
    • mindestens ein Energiespeicher in einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche betrieben wird,
      • o die mindestens eine Messvorrichtung aufweist, die in der Lage ist,
        1. a) den verbleibenden Energieinhalt mindestens des Energiespeichers und/oder
        2. b) die Änderungsgeschwindigkeit des Energieinhalts mindestens des Energiespeichers und/oder
        3. c) eine höhere zeitliche Ableitung des Energieinhalts mindestens des besagten Energiespeichers
        zu messen und
      • o die Vorrichtung mindestens einen Regler aufweist, in Abhängigkeit von zumindest einem der zuvor ermittelten Werte mindestens einen der Schalter öffnet oder schließt oder dessen Durchlasswiderstand verändert, wobei
      • o der besagte Regler gleichzeitig überprüft, ob die zeitliche Veränderung
        1. a) des verbleibenden Energieinhalts mindestens des Energiespeichers und/oder
        2. b) der Änderungsgeschwindigkeit des Energieinhalts mindestens des Energiespeichers und/oder
        3. c) einer höheren zeitliche Ableitung des Energieinhalts mindestens des besagten Energiespeichers,
        einer vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf des ÖFFNENs oder SCHLIESSENs oder der Änderung des Durchlasswiderstands innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes folgt, wobei der Energieinhalt auch in Form einer signifikanten Größe ermittelt werden kann, und/oder
      • o hieraus ein Messwert für den Zustand des Energiespeichers abgeleitet wird und/oder die Regelfunktion des Reglers in Abhängigkeit von der Abweichung von einer solchen Sollfunktion verändert wird.
  • Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn
    • mindestens ein Zustandswert der Vorrichtung über eine Schnittstelle übertragen werden, wobei dieser Zustandswert einer der folgenden Zustandswerte oder deren zeitliche einfache oder höhere Ableitung sein kann:
      1. a) ein Regelwert eines der Ausgänge des Reglers
      2. b) ein interner Regelwert des Reglers
      3. c) ein Messwert oder Zustandswert eines der Sensoren
      4. d) der Stromwert einer der Strommessstellen
      5. e) der Spannungswert an einem der Knoten
      6. f) die Differenz zwischen Regelwert und Messwert am Regler
      7. g) der Zustand eines oder mehrerer der beteiligten Schaltelemente
      8. h) ein Messwert entsprechend der Spannung über mindestens einem der Schaltelemente
      9. i) ein Messwert entsprechend dem Strom in mindestens einem der Schaltelemente
  • Mit dem Begriff "Stromquelle" ist im Rahmen dieser Erfindung allgemein eine Quelle für die Lieferung von elektrischer Energie gemeint. Diesbezüglich bietet sich neben einer Stromquell im engeren Sinne alternativ auch ein Schaltregler an. Entscheidend ist, dass durch die Bereitstellung von elektrischem Strom und/oder elektrischer Spannung elektrische Energie in den Ausgangsknoten eingebracht werden kann.
    • Beschreibung der grundlegenden Erfindung
  • Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der beispielhaften Figuren beschrieben. Hierbei zeigen
    • Figur 1
    ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Figur 2
    einen beispielhaften sehr einfachen Regler für einen Schalter,
    Figur 3
    eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei parallelen Strängen,
    Figur 4
    eine Ausführung zur Ansteuerung einer farblich steuerbaren RGB Beleuchtung.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Bewertung des Stromes in den Lasten 4 während des Schaltüberganges an den Schaltelementen 3 durch ein strommessendes Element 5 oder durch einen Regler 6.
  • Die Aufgabe des Reglers 6 ist es, entweder die Spannung oder die Spannungsänderungsgeschwindigkeit dU/dt am Energiespeicher 2 oder die Stromänderung am messenden Element 5 oder an beiden Komponenten zu bewerten, um den Betrieb innerhalb eines vordefinierten Betriebszustandsraums vorzugeben, zu überprüfen und damit zu gewährleisten.
  • Die beschriebenen kritischen Störungen beim ÖFFNEN und SCHLIESSEN siehe oben können damit unterbunden werden. Somit kann eine unkontrollierte Überhöhung oder Reduktion des Stromes während der transienten Übergänge im System verhindert oder zumindest in ihrer Auswirkung kontrolliert begrenzt werden.
  • Insbesondere im Falle von LEDs als Verbraucher kann die Lebensdauer der Dioden hierdurch deutlich erhöht werden, indem Peak-Ströme durch die beschriebene Vorrichtung gedämpft und kontrolliert geregelt werden.
  • Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung und des beschriebenen Verfahrens ist die Möglichkeit einer adaptiven Regelung, die unter gegebenen Randbedingungen wie z.B. der Alterung von Komponenten z. B. der altersbedingten Änderung der Kapazität 2 die kürzest mögliche transiente Umsteuerung der Schaltelemente 3 ermöglicht.
  • Die Stromquelle 1 in Figur 1 liefert den Strom und die Energie für die in Serie geschalteten Verbraucher 4, 10. In diesem Fall sind dies beispielhaft eine erste Leuchtdiode 4 und eine zweite Leuchtdiode 10. Im Folgenden wird bei Leuchtdioden von LEDs gesprochen.
  • Der Energiespeicher 2 ist in diesem Falle ein Kondensator 2, der die Spannung am Ausgangsknoten 7 der Stromquelle 1 puffert. Dies geschieht in diesem beispielhaften Fall über einen optionalen Vorwiderstand 14 zwischen dem Ausgangsknoten 7 der Stromquelle 1 und dem Anschlussknoten 8 des Kondensators 2, der als Energiespeicher 2 agiert. Der andere Pol des Kondensators 2 ist in diesem Beispiel mit Masse verbunden. Diese beispielhafte Anordnung ermöglicht vorteilhafterweise die Bewertung der Energiemenge oder der Änderung der Energiemenge auf dem Speicher 2. Wie bereits beschrieben, sind der ersten LED 4 und der zweiten LED 10 jeweils ein erster Schalter 3 und ein zweiter Schalter 9 korrespondierend zugeordnet, die durch SCHLIESSEN oder ÖFFNEN die LEDs 4, 10 überbrücken und so die Energieverteilung innerhalb der LED-Kette aus diesen LEDs 4, 10 verändern können. Zur Erzielung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird also nicht die Energiequelle, also die Stromquelle 1, geregelt, sondern die Gesamtheit der Verbraucher 4, 10, was den wesentlichen erfinderischen Schritt zur Lösung des Problems darstellt.
  • Um das ÖFFNEN und SCHLIESSEN der Schalter 3, 9 so zu gestalten, dass die Toleranzen für den Strom durch die Verbraucherkette, also durch die LED-Kette bestehend aus den LEDs 4,10, nicht überschritten werden, kann beispielsweise über einen Shunt-Widerstand 5 der Strom durch die besagte Verbraucherkette durch Erfassung des Spannungsabfalls zwischen dem Stromerfassungsknoten 11 und Masse gemessen werden. Statt eines Shunt-Widerstands 5 sind natürlich auch andere Strommessmethoden wie beispielsweise ein Hall- oder AMR-Sensor denkbar. Auch kann beispielsweise der Widerstand 14 am Energiespeicher 2 zur Bewertung herangezogen werden, da der Strom in den Energiespeicher 2 hinein oder aus diesem heraus mit dem Strom durch die Verbraucherkette 4, 10 und die Schalter 3, 9 in Summe den Stromquellenstrom ergeben muss.
  • Das so erfasste Signal 11 wird dem Regler 6 zugeführt, der typischerweise auch den Energieinhalt des Energiespeichers 2, beispielsweise durch eine Potentialmessung des Knotens 8 eines Kondensators 2, überwacht. Außerdem ist es sinnvoll, die Spannung des Einspeiseknotens 7 ebenfalls zu überwachen, wodurch mittels des bereits genannten zweiten Shunt-Widerstands 14 eine Messung des Stromes in den Energiespeicher hinein und aus diesem heraus möglich wird.
  • Auf diese Weise kann auf den Energieinhalt des Kondensators oder des Energiespeichers 2 geschlossen werden. Auch können die zeitlichen Ableitungen der Größen zur Ermittlung der Veränderungsraten des Energieinhalts genutzt werden.
  • Wenn also von Messung des Energieinhalts die Rede ist, so ist nur eine Methode gemeint, mit der auf den Energieinhalt zumindest für die Anwendung ausreichend geschlossen werden kann. Natürlich sind auch weitere Messstellen denkbar.
  • Figur 2 zeigt eine Realisierung eines Systems, bei dem nur ein Verbraucher 10 in einer Kette aus zwei Nutzverbrauchern 4, 10 geregelt wird.
  • Die besonders einfache technische Realisierung einer sehr einfachen Variante des Reglers 6, die nicht alle möglichen Merkmale dieses Reglers aufweist, aber bereits zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gehören kann, ist in diesem Falle ein Transimpedanzverstärker 15, der die steuernden Ströme an einem Schaltelement 9 unter Nutzung des Miller-Effekts zur Regelung anpasst. Die Erfindung umfasst natürlich auch wesentlich kompliziertere Varianten des Reglers 6, die sich für den Fachmann aus dem Grundgedanken der Erfindung ergeben. Im Folgenden werden einige der möglichen Erweiterungen eines solchen Reglers beschrieben. Der Regler 6 vergleicht nun hierbei den Spannungsabfall über den beispielhaften Shunt-Widerstand 5 am Knoten 11 mit einer beispielhaften Referenzspannung Vref, die als eine vorgebbare Sollreferenz fungiert.
  • Durch entsprechende Filter kann der Regler beispielsweise unter anderem als P-, PI-, PID- oder PD-Regler ausgelegt werden. Komplexere Regel-Übertragungsfunktionen des Reglers 6 mit mehrdimensionalen, d. h. mehrparametrigen Ein- und Ausgangssignalen sind natürlich denkbar und, insbesondere bei komplizierteren Topologien, wie im Folgenden beschrieben, sinnvoll.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient somit zur Versorgung einer Schaltung mit mindestens einem Verbraucher. Sie verfügt über mindestens eine Stromquelle 1. Die Energiebereitstellung wird über mindestens einen Energiespeicher 2 stabilisiert. Bei diesem 2 kann es sich auch um eine Spule handeln, die beispielsweise seriell in den Stromkreis eingefügt ist. Sowohl Stromquelle 1 als auch Energiespeicher 2 speisen Energie in einen ersten Ausgangsknoten 7 ein. Über diesen Ausgangsknoten 7 werden die besagten Verbraucher 4 zumindest zeitweise mit Energie versorgt. Es ist nämlich auch denkbar, dass das System nicht immer aktiv ist. Der Energiespeicher 2 liefert immer dann Energie, wenn die Energielieferung der Stromquelle 1 für die Versorgung der Verbraucher 4, 10 nicht ausreichend ist und der Energiespeicher 2 noch genügend Energieinhalt aufweist. Dieser ausreichende Energieinhalt wird durch den Regler 6 und geeignete Messstellen 8, 7 im System permanent gemessen und prognostiziert. Ist die Energieentnahme durch die Lasten 4,10 aus der kombinierten Energiequelle aus der Stromquelle 1 und dem Energiespeicher 2 zu hoch oder zu niedrig, so wird die Gesamtlast 4,10 als Stellgröße für die Korrektur dieser Situation verändert. Dies ist ein weiterer wesentlicher erfinderischer Gedanke. Daher muss im Falle von zwei Verbrauchern zu mindestens bei einem der besagten zwei Verbraucher 4 mindestens ein Schalter 9 parallel geschaltet sein. Dieser kann somit zumindest einen der Verbraucher 10 überbrücken, um den Innenwiderstand der Gesamtlast der Verbraucher 4, 10 bei Bedarf zu erniedrigen oder eine solche Überbrückung aufzuheben, um den Innenwiderstand der Gesamtlast der Verbraucher 4, 10 anzuheben. Zum Zwecke dieser Regelung sind Sensoren zur Zustandsmessung der Gesamtlast 5, des Energiespeichers 14 und des Energieumsatzes in der Gesamtlast sinnvoll. Daher weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Messeinrichtung 5 auf, die in der Lage ist, den Stromwert zur Erfassung des die Gesamtlast 4, 10 durchströmenden elektrischen Stromes und damit in der Regel auch die Stromänderungsgeschwindigkeit oder eine höhere zeitliche Ableitung des Stromes durch die sequentielle Verschaltung der besagten Verbraucher 4, 10 zu messen. Die Messung der Ableitungen erlaubt eine Prognose der Stromentwicklung und damit ein rechtzeitiges Gegenregeln der Last 4, 10. Ebenso ist es sinnvoll, mittels mindestens einer weiteren Messvorrichtung 14 den verbleibenden Energieinhalt des Energiespeichers 2 zu erfassen. Auch hier ist es wieder sinnvoll die Änderungsgeschwindigkeit dieses Energieinhalts des Energiespeichers 2 oder einer höheren zeitlichen Ableitung dieses Energieinhalts des besagten Energiespeichers 2 zu erfassen und eine vorausschauende Regelung durchzuführen. Der Energieumsatz in der Gesamtlast der Verbraucher 4, 10 lässt sich dabei aus dem Spannungsabfall zwischen den Knoten 7 und 11 und dem zwischen dem Knoten 11 und Masse berechnen. Die Regelung durch den Regler 6 erfolgt dabei in der Weise, dass er, wie bereits beschrieben, in Abhängigkeit von zumindest einem der zuvor ermittelten Werte mindestens einen der Schalter 3, 9 öffnet oder schließt oder dessen Durchlasswiderstand so verändert, dass die Toleranzwerte des Stromes nicht über- oder unterschritten werden.
  • Hierzu ist anzumerken, dass ein vollständiges SCHLIESSEN oder ÖFFNEN bei Leistungstransistoren zwar sinnvoll ist, dies aber gerade zu den besagten Stromspitzen führen kann. Es ist daher besonders günstig, mit dem beschriebenen Transimpedanzverstärker 15 die Leistungstransistoren 3, 9 so langsam aufzusteuern oder zu schließen, dass keine oder definierte, vorgegebene Stromspitzen entstehen. Hierdurch wird die Lebensdauer der LEDs 4, 10 signifikant verlängert. Wenn also von ÖFFNEN oder SCHLIESSEN die Rede ist, so ist damit ein kontrolliertes ÖFFNEN und SCHLIESSEN gemeint, bei dem die vorgegebenenToleranzen des Stromes nicht über- oder unterschritten werden.
  • Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass es sinnvoll ist, wenn kein weiterer Schalter 3, 9 geschlossen oder in seinem Durchlasswiderstand erhöht wird, wenn der gemessene Strom durch die Gesamtheit der Verbraucher 4, 10 oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax1 liegt, da dies zu einer Verschärfung der Situation führen würde. Gleiches gilt, wenn der Betrag der gemessene Stromanstiegsgeschwindigkeit oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax_sp1 liegt oder wenn der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Stromes oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax_ac1 liegt.
  • Ebenso ist es nicht sinnvoll, dass einer der Schalter 3, 9 geöffnet oder in seinem Durchlasswiderstand erhöht wird, wenn der gemessene Strom durch die Gesamtheit der Verbraucher 4, 10 unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin1 liegt. Wiederum gilt das Analoge für den Fall, wenn der Betrag der gemessenen Stromanstiegsgeschwindigkeit unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin_sp1 liegt oder wenn der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Stromes unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin_ac1 liegt.
  • Natürlich ist es unter der Annahme allgemeiner stromgetriebener Lasten denkbar, eine PWM Modulation anstelle der analogen Einstellung der Druchlasswiderstände der Schalter 3, 9 vorzunehmen. Dabei wird beispielsweise die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines der Schalter 3, 9 bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise gesenkt, wenn der gemessene Strom durch die Gesamtheit der Verbraucher 4,10 oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax2 liegt. Analog wird die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines der Schalter 3, 9 bezogen auf eine Zeitperiode gesenkt, wenn der Betrag der gemessenen Stromanstiegsgeschwindigkeit oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax_sp2 liegt oder wenn der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Stromes oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax_ac2 liegt. Umgekehrt wird die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines der Schalter 3, 9 bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise erhöht, wenn der gemessene Strom unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin2 liegt, der Betrag der gemessene Stromanstiegsgeschwindigkeit unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin_sp2 liegt oder der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Stromes unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin_ac2 liegt.
  • Ebenso wird die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines der Schalter 3, 9 bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise gesenkt, wenn der gemessene Energieinhalt des Energiespeichers 2 unterhalb eines vorgegebenen Wertes Wes_min2 liegt oder der Betrag der gemessenen Energieinhaltsänderungsgeschwindigkeit des Energiespeichers 2 oberhalb eines vorgegebenen Wertes Wes_max_sp2 liegt oder der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Energieinhalts des Energiespeichers oberhalb eines vorgegebenen Wertes Wes_max_ac2 liegt. Da die Spannung am Knoten 8 ein gutes Maß für den Energieinhalt ist, können stattdessen diese Kondensatorspannungen für den Fall eines Kondensators als Energiespeicher 2 in Relation zu korrespondierenden Spannungsgrenzen Ues_min2, Ues_max_sp2, Ues_max_ac2 als Maß für die Entscheidung zur Einleitung dieser Maßnahmen genommen werden. Wenn also in den Ansprüchen vom Energieinhalt und vom Vergleich des Energieinhalts und/oder dessen zeitlichen Ableitungen mit einem Wert die Rede ist, dann sind damit nicht nur ein Energieinhalt und dessen Ableitungen gemeint, sondern auch alle physikalischen Größen, die eine äquivalente Aussage erlauben und deren entsprechenden analogen Grenzwerte. Umgekehrt wird in analoger Weise die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines der Schalter 3, 9 bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise erhöht, wenn der gemessene Energieinhalt des Energiespeichers 2 oberhalb eines vorgegebenen Wertes Ues_min3 liegt oder der Betrag der gemessenen Energieinhaltsänderungsgeschwindigkeit unterhalb eines vorgegebenen Wertes Ues_max_sp3 liegt oder die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines der Schalter 3, 9 bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise erhöht wird, wenn der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Energieinhaltes des Energiespeichers 2 unterhalb eines vorgegebenen Wertes Ues_min_ac3 liegt.
  • Wie bereits beschrieben, werden die Schalter 3, 9, die typischerweise Leistungstransistoren sind, durch ein regelndes Element, einen Regler 6 angesteuert. Dies geschieht so, dass der Strom, der durch die Gesamtheit der Lasten 4, 10 fließt, während eines Schaltvorgangs durch das messende Element 5 erfasst wird und als eine Regelgröße dieses regelnden Elementes 6 verwendet wird. Die Regelung geschieht durch einen Leistungstransistor 3, 9, der dann den Strom beispielsweise auf einen Wert kleiner als das 1,1 oder 1,2 oder 1,4 fache oder doppelte des Wertes begrenzt, der ohne Schaltvorgang durch die Verbraucher fließt. Dies bedeutet nichts anderes, als dass das Überschwingen des Stromes hierdurch auf 10% oder 20% oder 40% oder 100% begrenzt wird.
  • Umgekehrt wird ein Unterschwingen beispielsweise auf 10%, 20%, 50% oder 70% dieses Wertes begrenzt, indem der Leistungstransistor 3, 9 wieder geeignet durch das regelnde Element 6 angesteuert wird. Auch hierbei wird der Strom durch die Gesamtheit der Verbraucher 4, 10 ebenfalls während eines Schaltvorgangs durch das messende Element 5 erfasst und als Regelgröße des regelnden Elements 6 verwendet. In diesem Fall begrenzen die Leistungstransistoren 3, 9 den Strom auf einen Wert größer als das 0,9 oder 0,8 oder 0,5 oder 0,3 fache wiederum des Wertes, der ohne Schaltvorgang durch die Verbraucher 4, 10 fließt.
  • Im Folgenden wird die beispielhafte Figur 3 beschrieben.
  • Nun ist es auch denkbar, dass mehrere serielle Verbraucherstränge beispielsweise aus einem ersten Verbraucherstrang aus zwei seriell verschalteten Verbrauchern 4, 10 und einem zweiten Verbraucherstrang aus zwei weiteren seriell verschalteten Verbrauchern 17, 19 parallel von einer Stromquelle 1 versorgt werden. Diese Anordnung kann vorteilhafterweise zur Lastverteilung zwischen den beiden Verbrauchersträngen genutzt werden. Hierbei kann es beispielsweise sinnvoll sein, dass zum einen eine Strommessstelle 22 für den Gesamtstrom in beide Verbraucherstränge hinein vorgesehen wird und zum anderen jeder Verbraucherstrang für sich über je eine Strommesseinrichtung 5, 21 verfügt.
  • Die Schalter 3, 9, 16, 18 werden über die Steuerleitungen 12, 13, 23, 24 durch den Regler 6 angesteuert. In diesem Beispiel werden Shunt-Widerstände 14, 22, 5, 21 als beispielhafte Strommessstellen verwendet. Die entsprechenden Potenziale der zugehörigen Knoten 7, 8, 20, 11, 25 werden als beispielhafte Eingangssignale dem Regler 6 zugeführt, der daraus die Steuersignale 12, 13, 23, 24 für die Schalter 3, 9, 16,18 erzeugt.
  • In diesem und in dem Fall, dass alle Verbraucher 4, 10, 17, 19 zumindest zeitweise innerhalb einer Periode mit Energie versorgt werden sollen, ist es sinnvoll, die Überbrückung der Verbraucher 4, 10, 17, 19 abwechselnd durchzuführen. Beispielsweise kann es erforderlich sein, mehrere der Verbraucher 4, 10, 17, 19, beispielsweise LEDs, zumindest zeitweise anzuschalten. Hierbei kann es erforderlich sein, dass die Zeit der Energiezufuhr innerhalb einer Zeitperiode anteilig aufgeteilt wird, wobei bei mehreren Verbrauchern sich Aktivitätsintervalle überlappen können, aber nicht müssen. Es können ebenso Zeiten vorkommen, in denen kein Verbraucher 4, 10, 17, 19 Energie verbraucht und ggf. der Energiespeicher 2, wenn notwendig, mit Energie beladen wird oder beladen werden kann. Bei einem Kondensator 2 sind dies Lade- und Entladevorgänge. Soll dieser Fall vorkommen, so müssen alle Verbraucher abgetrennt werden können. Ein solcher Schalter, der seriell zu allen Verbrauchern wäre, ist in den Figuren nicht eingezeichnet.
  • Bei einem solchen Umschaltvorgang von einer Last zur anderen ist es sinnvoll, dass durch gleichzeitiges SCHLIESSEN oder eine gleichzeitige Verringerung des Durchlasswiderstands eines ersten Schalters, beispielsweise des Schalters 3, und gleichzeitiges ÖFFNEN oder eine gleichzeitige Erhöhung des Durchlasswiderstands eines zweiten Schalters, beispielsweise des Schalters 16, der Strom im messenden Element 22 oder die Stromänderungsgeschwindigkeit im messenden Element 22 oder eine höhere Zeitableitung der Stromänderungsgeschwindigkeit im messenden Element 22 innerhalb des vorgegebenen oder programmierten Bereichs bleibt.
  • Im Falle der Parallelschaltung mehrerer serieller Verbraucherzweige kann das messende Element 22 auch aus mehreren solchen Elementen 5, 21 in den einzelnen Zweigen mit anschließender Summierung oder einer vektoriellen Bereichsvorgabe oder in einem messenden Element 22 in Sternpunkten bestehen.
  • Es ist daher möglich, dass diese Bedingungen für den Gesamtstrom eines seriellen Teilzweiges und/oder für den Gesamtstrom mehrerer serieller Teilzweige und/oder für den Gesamtstrom aller von der Stromquelle versorgten Verbraucher gelten. Es ist auch denkbar, sowohl Bedingungen für mehrere Teilzweige und/oder den Gesamtstrom vorzugeben.
  • Für den Fall mindestens zweier parallel zu versorgender Lasten aus einer Quelle 1 kann vorteilhafterweise durch Modulation der Schaltelemente 3 durch den Regler 6 eine vorgegebene Stromverteilung in diesen Lasten herbeigeführt werden. Diese Modulation der Schaltelemente 3 durch den Regler 6 kann beispielsweise mithilfe analoger Impedanz-Variationen oder zeitdiskret durch PWM-Ansteuerung erfolgen. Dies ist insbesondere deshalb von Interesse, weil ansonsten sich die Stromverteilung auf die mindestens zwei Zweige unkontrolliert ändern kann.
  • Analog kann die Anzahl der Schaltvorgänge im Verbrauchernetzwerk, die sich überlappen dürfen, begrenzt werden. Es ist somit sinnvoll, dass während des Ein- und/oder Ausschaltens, also der ÖFFNENs oder SCHLIESSENs, oder der Änderung des Durchlasswiderstands eines ersten Schalters, beispielsweise des Schalters 4, kein zweiter Schalter oder nur eine vorgegebene Anzahl zweiter Schalter ein- oder ausgeschaltet wird oder in seinem/ihrem Durchlasswiderstand verändert wird/werden. Eine vorteilhafte Auslegung dieser Überlappung stellt das zeitgleiche ÖFFNEN und SCHLIESSEN von zweimal N Schaltern 3 in der Art dar, das die vorgegebene Sollgröße während der Übergänge konstant bleibt.
  • Darüber hinaus ist es sinnvoll, wenn sichergestellt wird, dass der Abstand solcher Ereignisse in der Art erfolgt, dass das von der Vorrichtung abgestrahlte elektromagnetische Störspektrum den jeweiligen Anforderungen der Anwendung genügt. Beispielsweise ist es denkbar, einen zeitlichen Mindestabstand, hier bezeichnet mit tmin_s, zwischen zwei Schaltvorgängen vorzugeben.
  • Typischerweise kann also eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch mehrere parallelgeschaltete Zweige serieller Verschaltungen von Verbrauchern aufweisen, wobei diese wiederum jede für sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung darstellen. Natürlich kann es sich bei einem Zweig um eine nicht erfindungsgemäße Vorrichtung handeln, wenn deren Einfluss durch die Regelfähigkeiten des erfindungsgemäßen Zweiges kompensiert werden kann. Im einfachsten Fall kann es sich also um einen einzelnen Verbraucher handeln, der zu einer Serienschaltung aus zwei Verbrauchern oder sogar nur einem einzelnen Verbraucher parallel geschaltet ist und ggf. auch über einen Schalter verfügt. In einem solchen Verbrauchernetzwerk kann es an verschiedenen Stellen weitere Energiespeicher und Stromquellen geben, die ggf. den Strom in einzelnen Zweigen stabilisieren und begrenzen.
  • In einem solchen Netzwerk muss, damit die Regelung greifen kann, mindestens einem Verbraucher ein Schalter parallel geschaltet sein. Natürlich kann es ebenso sinnvoll sein, jeden der Zweige einzeln oder mehrere Zweige in Summe durch gesonderte Messvorrichtungen zu überwachen. Auch hierbei können jeweils der Stromwert selbst oder die Stromänderungsgeschwindigkeit oder eine höhere zeitliche Ableitung des Stromes durch den jeweils betroffen sequentiellen Teilbaum der besagten Verbraucher gemessen und für die Regelung verwendet werden.
  • Schließlich ist noch zu erwähnen, dass der Öffnungs- und Schließvorgang eines Schalters, beispielsweise des Schalters 3, durch den Regler 6 abgebrochen werden kann, wenn, die Systemantwort in Form der zeitlichen Stromänderung eines der Ströme an einer oder mehrerer der Messstellen 14, 22, 5, 21 nicht innerhalb eines Toleranzbandes um eine zeitliche Änderungssollfunktion herum erfolgt. In dem Beispiel handelt es sich um vier Ströme an den Messstellen 14, 5, 22, 21, also einem Stromvektor. Dementsprechend kann es sich bei dem Toleranzband auch um ein Toleranzband mit einem mehrdimensionalen Querschnitt handeln. In diesem Fall also beispielsweise um einen vierdimensionalen Querschnitt.
  • Dies eröffnet die Möglichkeit, auf einen Fehler zu schließen. Dies ist insbesondere bei der Detektion sicherheitsrelevanter Ausfälle, beispielsweise bei Heckleuchten von Kraftfahrtzeugen von Vorteil. Sollte also nun beispielsweise der Strom bei einem ÖFFNEN des Schalters 3 einbrechen, so könnte ein Fehler in der entsprechenden Last 4, beispielsweise einer LED, derart vorliegen, dass der Stromkreis in dieser Last 4 aufgrund eines Fehlers dieser Last 4 unterbrochen ist.
  • Umgekehrt kann ein Kurzschluss der Last 4 detektiert werden, wenn der Strom bei einem SCHLIESSEN des Schalters 3 nicht ansteigt, sondern beispielsweise gleichbleibt.
  • Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also auf den Zustand der Verbraucherkette, in diesem Beispiel bestehend aus den Verbrauchern 4, 10, 17, 19, und insbesondere auf deren korrekte Funktion geschlossen werden.
  • Der Regler 6 kann dann je nach Vorgabe zum einen die Reglerfunktion ändern oder sogar den Öffnungs- und Schließvorgang ganz abbrechen und/oder andere Schalter ÖFFNEN oder SCHLIESSEN oder sonst wie deren Zustand ändern oder die Topologie der Vorrichtung ändern.
  • Diese Überwachung hat ihre Relevanz bei Buck-Schaltreglern, die im Falle geringer Eingangsspannung maximal eben diese auf den Ausgang legen würden. Dies ist beispielsweise in Fahrzeugen oft der Fall. So weisen Kraftfahrzeuge typischerweise einen Spannungseinbruch während des Anlassens oder des Start/Stop-Vorgangs auf.
  • Schließlich Figur 4 soll noch erwähnt werden, dass bei einer Serienschaltung von mehreren Verbrauchern 4, 10, 17, die Energieaufnahme der einzelnen Verbraucher 4, 10, 17 in Summe und relativ zueinander geregelt werden kann. Als Beispiel soll hier die Steuerung einer RGB-Leuchtdioden-Einheit zur farblichen Bestrahlung eines Objekts O beschrieben werden.
  • So ist es beispielsweise bei drei Verbrauchern 4, 10, 17 in Serie mit je einem Schalter 3, 9, 16 denkbar, das ÖFFNEN und SCHLIESSEN der Schalter 3, 9, 16 von drei Parametern, in der Folge als Y, M, K beschrieben, abhängig zu machen.
  • Dabei wird beispielsweise eine PWM-Modulation der Aktivität der Verbraucher 4, 10, 17 verwendet. Handelt es sich bei den drei Verbrauchern 4, 10, 17 beispielsweise um drei LEDs in den drei Grundfarben rot, gelb, blau, so wird mit dem Y-Signal die Helligkeit aller drei Dioden, mit M und K der Farbvektor, also die relative Helligkeit der drei Dioden zueinander geregelt. Da die Wahrnehmung durch den Menschen stark nichtlinear ist, ist es sinnvoll, wenn ggf. eine Korrektur des Farbvektors durch eine Korrekturfunktion des Reglers 6 in Abhängigkeit vom Y-Signal und weiteren helligkeitsbestimmenden Parametern erfolgt.
  • Ein helligkeitsbestimmender Parameter in diesem Sinne wäre beispielsweise die Energielieferung der Stromquelle und der Energieinhalt des Energiespeichers 2 sowie deren Ableitungen.
  • Natürlich ist die Anwendung beliebiger anderer Farbraummodelle als eines YMK Farbraums denkbar. Beispiele hierfür wären
    • der LMS-Farbraum - der physiologische Farbraum, der auf den spektralen Empfindlichkeiten der L-, M-, S-Zapfen aufbaut,
    • der XYZ-Farbraum - von der CIE ursprünglich aufgestellter Normfarbraum, auf rechnerischen Koordinaten X, Y, Z konstruiert, die aus Zapfenempfindlichkeiten erstellt sind,
    • der RGB-Farbraum - der für Computermonitore und als Internetstandard genutzt wird,
    • das CMYK-Farbmodell - das beim Desktoppublishing und in der Druck-Endstufe genutzt wird,
    • der HSV-Farbraum mit den Varianten HSL, HSB, HSI - Design die typischerweise für Dokumentation von Malerei und in der Videokunst benutzt werden,
    • der Lab-Farbraum - ein CIE-Farbenraum, der aus XYZ abgeleitet ist und der ebenfalls alle wahrnehmbaren Farben umfasst; und dessen Weiterentwicklung der DIN99-Farbraum darstellt,
    • der LCh°-Farbraum, welcher keinen weiteren Farbraum im eigentlichen Sinne, bezeichnet, sondern eine Darstellung von HSV, LUV oder LAB in Polarkoordinaten ist,
    • der I1I2I3-Farbraum, welcher ein rechentechnisch optimierter Farbraum für die Bildverarbeitung ist,
    • das YCbCr-Farbmodell - kurz YCC -, das im digitalen Fernsehen insbesondere im digitales PAL, als auch im digitalen NTSC, DVB, JPEG, MPEG, DVD-Video Verwendung findet,
    • den xvYCC Farbraum, einem gegenüber YCbCr erweiterten Farbraum, der die gesamten 8 Bit pro Farbkanal nutzt und für Flachbildschirme verwendet wird,
    • das YPbPr-Farbmodell, das für analoges HDTV und analoge Component-Video-Signale verwendet wurde,
    • das YUV-Farbmodell, das beim für analogen PAL und NTSC verwendet wurde,
    • das YIQ-Farbmodell bei älteren Formen des analogen NTSC Verwendung fand,
    • das YDbDr-Farbmodell das bei analogem SECAM Verwendung fand
      und
    • das YCC-Farbmodell das für spezielle Photo CDs verwendet wird.
  • Diese beispielhaften Formate sind offensichtlich nur ein Ausschnitt der möglichen Farbformate.
  • Es ist sinnvoll, wenn ein Farbsensor 26 entweder
    1. 1. die Abstrahlung der Leuchtdioden und/oder
    2. 2. die Rückstrahlung vom zu beleuchtenden Objekt
    misst und diese Werte in den Regler 6 einfließen.
  • Dies ist ein Beispiel für den allgemeinen Fall, dass die Wirkung der Verbraucher 4, 10, 17 überwacht wird und ebenfalls durch den Regler 6 nachgesteuert wird.
  • Der Regler 6 sorgt nun dafür, dass
    1. 1. die Helligkeit der Beleuchtung und damit der Energieverbrauch der Lasten 4, 10, 17 der durch die Stromquelle 1 und dem Energiespeicher 2 zur Verfügung gestellten Energiemenge entspricht und
    2. 2. die Energiemengenaufteilung auf die Verbraucher 4, 10, 17 dem Ziel - hier einer vorgegebenen farblichen Beleuchtung oder farblichen Rückstrahlung durch ein bestrahltes Objekt O - entspricht.
  • Figur 4 zeigt im Übrigen nur die Regelung der farblichen Rückstrahlung vom Objekt O.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass dabei fehlerhafte Zustände der Verbraucher 4, 10, 17, wie oben beschrieben detektiert werden können.
  • Daher ist es sinnvoll, wenn der Regler über eine Schnittstelle IF mit einem Steuergerät, beispielsweise einer Datenverarbeitungsanlage Zustandsdaten austauschen kann.
  • Diese Zustandsdaten können beispielsweise unter anderem Fehlerzustände, Schaltzustände der Schaltsignale 13, 12, 23 und somit Regelwerte, Werte der Sensoren 26 und der Strommessstellen 14, 5 und Spannungen an den Knoten 7, 11 sein.
  • Ein weiterer Regelparameter kann die Temperatur des Systems oder von Teilen das Systems, insbesondere die Temperatur der Verbraucher 4, 10, 17 oder der Schalter 13, 12, 23 oder der Stromquelle 1 sein. Ein entsprechender Sensor ist allerdings in Figur 4 nicht eingezeichnet, wird aber ebenfalls von dem Regler 6 ausgewertet.
  • Ein typischer Regelalgorithmus des Reglers 6 wird dann so gewählt, dass immer die Energieentnahme aus den beiden Energiequellen, der Stromquelle 1 und dem Energiespeicher 2 einem Maximalwert oder einem intern oder extern vorgegebenen Wert oder dem aktuellen Wert einer vorgegebenen externen Regelfunktion der Zeit entspricht, wenn nicht die Energieentnahme durch andere Faktoren, beispielsweise in diesem Beispiel der Helligkeitsvorgabe oder der Temperatur von Systemkomponenten eingeschränkt wird. Beispielsweise ist es denkbar, dass ein Konstantwert eingestellt wird oder aber, dass zu bestimmten Nachtzeiten im Falle von LEDs als Lasten unterschiedliche Helligkeiten eingestellt werden.
  • Somit ergibt sich ein Verfahren zur Prüfung einer solchen Vorrichtung bei dem eine oder mehrere Lasten in einer Vorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde, betrieben werden. Die Vorrichtung weist dabei eine Messvorrichtung 5 aufweist, die in der Lage ist,
    • den Stromwert und/oder
    • die Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder
    • eine höhere zeitliche Ableitung des Stromwertes
    zumindest durch einen ersten Verbraucher oder eine sequentielle Verschaltung von mehreren ersten Verbrauchern 4 oder ein Teilnetz von ersten Verbrauchern 4 zu messen. Weiter weist die Vorrichtung einen Regler 6 auf, der in Abhängigkeit von einem der zuvor ermittelten Werte einen der Schalter 3 öffnet oder schließt oder dessen Durchlasswiderstand verändert. Natürlich sind Vorrichtungen mit mehreren Schaltern und Verbrauchern denkbar, wie zuvor beschrieben. Der besagte Regler 6 überprüft dabei typischerweise gleichzeitig, ob die zeitliche Veränderung
    • des Stromwerts und/oder
    • der Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder
    • einer höheren zeitlichen Ableitung des Stromwertes
    durch den besagten - Verbraucher oder eine sequentielle Verschaltung von mehreren ersten Verbrauchern 4 oder einem erfindungsgemäßen Teilnetz vorgabegerecht erfolgt. Die Überprüfung gegenüber einer Vorgabe erfolgt dabei in der Weise, dass der zu überprüfende Wert einer vorgegebenen Soll-Funktion in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf des ÖFFNENs oder SCHLIESSENs oder der Änderung des Durchlasswiderstands innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes folgen muss.
  • Hieraus ermittelt der Regler 6 oder eine andere Komponente, beispielsweise ein µ-Controller, der Daten vom Regler 6 über eine Schnittstelle IF erhält, einen Messwert für den Zustand des Verbrauchers. Die Regelfunktion des Reglers 6 wird in Abhängigkeit von der Abweichung von einer solchen Sollfunktion verändert. Der so ermittelte Messwert kann dabei auch auch ein binärer Messwert sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Messwert "defekt" oder "nicht defekt" bedeutet.
  • Natürlich kann dabei ein Energiespeicher 2 in einer solchen so betrieben werden, dass diese Vorrichtung eine Messvorrichtung aufweist, die in der Lage ist,
    • den verbleibenden Energieinhalt des Energiespeichers 2 und/oder
    • die Änderungsgeschwindigkeit des Energieinhalts mindestens des Energiespeichers 2 und/oder
    • eine höhere zeitliche Ableitung des Energieinhalts mindestens des besagten Energiespeichers 2
    zu messen. Dabei weist die Vorrichtung typischerweise einen Regler 6 auf, der in Abhängigkeit von zumindest einem der zuvor ermittelten Werte typischerweise einen der Schalter 3 öffnet oder schließt oder dessen Durchlasswiderstand verändert. Dabei prüft der besagte Regler 6 gleichzeitig, ob die zeitliche Veränderung
    • des verbleibenden Energieinhalts des Energiespeichers 2 und/oder
    • der Änderungsgeschwindigkeit des Energieinhalts des Energiespeichers 2 und/oder
    • einer höheren zeitlichen Ableitung des Energieinhalts des besagten Energiespeichers 2 ,
    einer vorgegebenen Funktion folgt. Diese vorgegebene Funktion ist typischerweise abhängig von dem zeitlichen Verlauf des ÖFFNENs oder SCHLIESSENs oder der Änderung des Durchlasswiderstands. Dabei darf der gemessene Wert ein vorgegebenes Toleranzband nicht verlassen. Natürlich kann der Energieinhalt wieder auch in Form einer signifikanten Größe ermittelt werden. Beispielsweise ist es denkbar, nur den Strom in einen Kondensator, der als Energiespeicher dient, hinein oder aus diesem heraus aufzuintegrieren und daraus auf den Ladungszustand zu schließen. Analog könnte auch die Kondensatorspannung gemessen werden. Wie oben kann hieraus wieder ein Messwert für den Zustand des Energiespeichers abgeleitet werden. Auch kann wieder die Regelfunktion des Reglers 6 in Abhängigkeit von der Abweichung von einer solchen Sollfunktion verändert werden. Da diese Informationen für höher geordnete Systeme wichtig sein können, ist es sinnvoll, diese Zustandswerte der Vorrichtung über eine Schnittstelle IF an das höher geordnete System, beispielsweise ein Rechnersystem zu übertragen. Hierbei können beispielsweise
    • ○ ein Regelwert eines der Ausgänge des Reglers,
    • ○ ein interner Regelwert des Reglers,
    • ○ ein Messwert oder Zustandswert eines der Sensoren 26,
    • ○ der Stromwert einer der Strommessstellen 14, 5,
    • ○ der Spannungswert an einem der Knoten 7, 11,
    • ○ die Differenz zwischen Regelwert und Messwert am Regler 6,
    • ○ der Zustand eines oder mehrerer der beteiligten Schaltelemente 3,
    • ○ ein Messwert entsprechend der Spannung über mindestens einem der Schaltelemente 3,
    • ○ ein Messwert entsprechend dem Strom in mindestens einem der Schaltelemente 3
    als Werte übertragen werden

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Energieversorgung einer mindestens einen ersten Verbraucher (4) und mindestens eine Stromquelle (1) aufweisenden Schaltung, mit
    • mindestens einem Energiespeicher (2),
    • wobei durch die mindestens eine Stromquelle (1) und den mindestens einen Energiespeicher (2) Energie in einen ersten Ausgangsknoten (7) einspeisbar ist,
    • wobei über diesen Ausgangsknoten (7) der mindestens eine erste Verbraucher (4) zumindest zeitweise mit Energie versorgbar ist,
    • wobei der Energiespeicher (2) dann Energie liefert, wenn die Energielieferung der Stromquelle (1) nicht ausreichend ist und der Energiespeicher (2) noch genügend Energieinhalt aufweist,
    • mindestens einem zum mindestens einen ersten Verbraucher (4) parallel geschalteten Schalter (3) zur Überbrückung und/oder zur Aufhebung einer Überbrückung des dem Schalter (3) zugeordneten ersten Verbrauchers (4) und
    • mindestens einer Strom- und/oder Stromveränderungs-Ermittlungsvorrichtung (5) und/oder einer Energie- und/oder Energieveränderungs-Ermittlungsvorrichtung,
    • wobei die Strom- und/oder Stromveränderungs-Ermittlungsvorrichtung (5)
    a) den Stromwert und/oder
    b) die Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder
    c) eine höhere zeitlichen Ableitung des Stromwertes durch den besagten ersten Verbraucher (4) oder eine sequentielle Verschaltung von mehreren ersten Verbrauchern (4)
    insbesondere messtechnisch ermittelt und/oder
    • wobei die Energie- und/oder Energieveränderungs-Ermittlungsvorrichtung (14),
    a) den verbleibenden Energieinhalt des mindestens einen Energiespeichers (2) und/oder
    b) die Änderungsgeschwindigkeit des Energieinhalts des mindestens einen Energiespeichers (2) und/oder
    c) eine höhere zeitliche Ableitung des Energieinhalts des mindestens einen Energiespeichers (2)
    insbesondere messtechnisch ermittelt, wobei der Energieinhalt auch in Form der Ermittlung einer ihn repräsentierenden Größe ermittelbar ist, und
    • mindestens einem Regler (6), der in Abhängigkeit von zumindest einem der zuvor ermittelten Werte mindestens einen der Schalter (3) öffnet oder schließt oder dessen Durchlasswiderstand verändert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    • sie mehr als einen ersten Verbraucher (4) aufweist und dass diese ersten Verbraucher (4) in Serie geschaltet sind und
    • dass die ersten Verbraucher (4) von zumindest einem Teilstrom der Stromquelle (1) versorgbar sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    • kein Schalter geschlossen oder in seinem Durchlasswiderstand verringert wird,
    a) wenn der gemessene Stromwert oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax1 liegt und/oder
    b) wenn der Betrag der gemessenen Stromänderungsgeschwindigkeit oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax_sp1 liegt und/oder
    c) wenn der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Stromwertes oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax_ac1 liegt und/oder
    • kein Schalter geöffnet oder in seinem Durchlasswiderstand erhöht wird,
    a) wenn der gemessene Stromwert unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin1 liegt und/oder
    b) wenn der Betrag der gemessene Stromänderungsgeschwindigkeit unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin_sp1 liegt und/oder
    c) wenn der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Stromwertes unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin_ac1 liegt.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise gesenkt wird, wenn der gemessene Stromwert oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax2 liegt und/oder
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise gesenkt wird, wenn der Betrag der gemessenen Stromänderungsgeschwindigkeit oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax_sp2 liegt und/oder
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise gesenkt wird, wenn der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Stromwertes oberhalb eines vorgegebenen Wertes Imax_ac2 liegt und/oder
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise erhöht wird, wenn der gemessene Stromwert unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin2 liegt und/oder
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise erhöht wird, wenn der Betrag der gemessenen Stromänderungsgeschwindigkeit unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin_sp2 liegt und/oder
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise erhöht wird, wenn der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Stromwertes unterhalb eines vorgegebenen Wertes Imin_ac2 liegt
  5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise gesenkt wird, wenn der gemessene Energieinhalt des Energiespeichers 2 unterhalb eines vorgegebenen Wertes Ues_min2 liegt und/oder
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise gesenkt wird, wenn der Betrag der gemessenen Energieinhaltsänderungsgeschwindigkeit des Energiespeichers 2 oberhalb eines vorgegebenen Wertes Ues_max_sp2 liegt und/oder
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise gesenkt wird, wenn der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Energieinhalts des Energiespeichers oberhalb eines vorgegebenen Wertes Ues_max_ac2 liegt und/oder
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise erhöht wird, wenn der gemessene Energieinhalt des Energiespeichers 2 oberhalb eines vorgegebenen Wertes Ues_min3 liegt und/oder
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise erhöht wird, wenn der Betrag der gemessenen Energieinhaltsänderungsgeschwindigkeit unterhalb eines vorgegebenen Wertes Ues_max_sp3 liegt und/oder
    • die mittlere Dauer der Schließung oder Durchlasswiderstandsverringerung eines Schalters bezogen auf eine Zeitperiode zumindest zeitweise erhöht wird, wenn der Betrag der gemessenen höheren Zeitableitung des Energieinhaltes des Energiespeichers 2 unterhalb eines vorgegebenen Wertes Ues_min_ac3 liegt
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    • der mindestens eine Schalter ein Leistungstransistor ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    • der Leistungstransistor durch einen Regler ansteuerbar ist, so dass der Stromwert während eines Schaltvorgangs durch das messende Element erfasst wird und als mindestens eine Regelgröße dieses Reglers verwendbar ist und der Leistungstransistor den Stromwert auf einen Wert kleiner als das 1,1 oder 1,2 oder 1,4 fache oder doppelte desjenigen Wertes begrenzt, der ohne Schaltvorgang durch die Verbraucher fließt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
    • der Leistungstransistor durch einen Regler ansteuerbar ist, so dass der Stromwert während eines Schaltvorgangs durch das messende Element erfasst wird und als mindestens eine Regelgröße dieses Reglers verwendbar ist und der Leistungstransistor den Stromwert auf einen Wert größer als das 0,9 oder 0,8 oder 0,5 oder 0,3 fache desjenigen Wertes begrenzt, der ohne Schaltvorgang durch die Verbraucher fließt.
  9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    • durch gleichzeitiges SCHLIESSEN oder eine gleichzeitige Verringerung des Durchlasswiderstands mindestens eines ersten Schalters und gleichzeitiges ÖFFNEN oder eine gleichzeitige Erhöhung des Durchlasswiderstands mindestens eines zweiten Schalters
    a) der Stromwert im messenden Element und/oder
    b) die Stromänderungsgeschwindigkeit im messenden Element und/oder
    c) eine höhere Zeitableitung der Stromänderungsgeschwindigkeit im messenden Element
    innerhalb eines vorgegebenen oder programmierten Bereichs bleibt.
  10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    • während des Ein- und/oder Ausschaltens oder der Änderung des Durchlasswiderstands mindestens eines ersten Schalters kein zweiter Schalter ein- oder ausgeschaltet wird oder in seinem Durchlasswiderstand verändert wird und/oder
    • der zeitliche Abstand zwischen dem Ein- und/oder Ausschalten oder der Änderung des Durchlasswiderstands mindestens eines ersten Schalters und dem Ein- und/oder Ausschalten oder der Änderung des Durchlasswiderstands mindestens eines zweiten Schalters einen Minimalwert tmin_s nicht unterschreitet.
  11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
    • eine Vorrichtung zur Versorgung einer Schaltung von mindestens drei Verbrauchern (4),
    • wobei diese mindestens drei Verbraucher in mindestens zwei parallelgeschalteten Serienschaltungen verschaltet sind, wobei
    o mindestens eine dieser mindestens zwei Serienschaltungen eine Serienschaltung aus mindestens zwei Verbrauchern (4) ist und
    o die andere Serienschaltung der mindestens zwei Serienschaltungen ein einzelner dritter Verbraucher (4) oder eine Serienschaltung aus zwei und mehr Verbrauchern (4) sein kann,
    • wobei durch mindestens eine Stromquelle (1) und einen Energiespeicher (2) in einen ersten Ausgangsknoten (7) Energie einspeisbar ist,
    • wobei über diesen Ausgangsknoten (7) die mindestens drei Verbraucher (4) zumindest zeitweise mit Energie versorgbar sind und
    • wobei zu mindestens einem der besagten mindestens drei Verbraucher (4) mindestens ein Schalter (3) zum Überbrücken und/oder zur Aufhebung einer Überbrückung des betreffenden Verbrauchers (4) parallel geschaltet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch11, gekennzeichnet durch
    • mindestens eine Vorrichtung (5), die
    a) den Stromwert und/oder
    b) die Stromänderungsgeschwindigkeit und/oder
    c) eine höhere zeitliche Ableitung des Stromwertes
    durch die sequentielle Verschaltung der besagten Verbraucher (4) mindestens einer oder mehrerer oder aller der besagten mindestens zwei Serienschaltungen insbesondere messtechnisch ermittelt.
  13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    • sie mindestens zwei Verbraucher aufweist,
    • und mindestens je einen zugeordneten Schalter, als mindestens zwei Schalter in Summe, aufweist,
    • der Regler (6) den gemeinsamen Energieverbrauch zumindest dieser beiden Verbraucher so regelt, dass dieser mit einem durch den Regler (6) oder von außerhalb des Systems vorgegebenen Wert linear oder nichtlinear korrespondiert und
    • der Regler (6) den relativen Energieverbrauch zumindest dieser beiden Verbraucher für jeden dieser Verbraucher jeweils einzeln so regelt, dass der besagte gemeinsame Energieverbrauch, im Sinne einer Wirkung innerhalb der zulässigen Toleranzen der Anwendung, in der die Vorrichtung betrieben wird, nicht von den einzelnen relativen Energieverbräuchen zumindest dieser beiden Verbraucher abhängt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Verbrauchern um Leuchtmittel oder Leuchtdioden in einer oder mehreren Leuchtfarben handelt.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieumsatz in Energieumsatzhöhe und/oder in der Aufteilung auf die Verbraucher von einem oder mehreren der folgenden Parameter abhängt oder abhängen kann:
    a. einem über eine Schnittstelle empfangenen oder programmierten Wert und/oder
    b. dem Messwert eines oder mehrerer Farbsensoren und/ oder
    c. dem Messwert eines Temperaturfühlers und/oder
    d. dem Messwert eines anderen Sensors, der eine Wirkung mindestens eines der Verbraucher misst.
EP13178386.2A 2013-07-29 2013-07-29 Vorrichtung zur Energieversorgung von, unter Verringerung von Strom/Spannungsstössen an, Leuchtdioden Withdrawn EP2833699A1 (de)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13178386.2A EP2833699A1 (de) 2013-07-29 2013-07-29 Vorrichtung zur Energieversorgung von, unter Verringerung von Strom/Spannungsstössen an, Leuchtdioden
US14/908,592 US9686830B2 (en) 2013-07-29 2014-07-24 Device for supplying light sources with energy in a manner extending service life
EP14742240.6A EP3028544B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden versorgung von leuchtmitteln mit energie
EP16189851.5A EP3128809B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur energieversorgung von, unter verringerung von strom/spannungsstössen an, leuchtdioden
EP16189877.0A EP3128813B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden energieversorgung von leuchtmitteln, unter verringerung von strom/spannungssprüngen
PCT/EP2014/065943 WO2015014713A1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden versorgung von leuchtmitteln mit energie
EP16189871.3A EP3128811B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden energieversorgung von leuchtmitteln, unter verringerung von strom/spannungssprünge
EP16189870.5A EP3128810B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden energieversorgung von leuchtmitteln, unter verringerung von strom/spannungssprünge
EP16189873.9A EP3128812B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur energieversorgung von, unter verringerung von strom/spannungsstössen an, leuchtdioden

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13178386.2A EP2833699A1 (de) 2013-07-29 2013-07-29 Vorrichtung zur Energieversorgung von, unter Verringerung von Strom/Spannungsstössen an, Leuchtdioden

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2833699A1 true EP2833699A1 (de) 2015-02-04

Family

ID=48914068

Family Applications (7)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13178386.2A Withdrawn EP2833699A1 (de) 2013-07-29 2013-07-29 Vorrichtung zur Energieversorgung von, unter Verringerung von Strom/Spannungsstössen an, Leuchtdioden
EP16189873.9A Active EP3128812B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur energieversorgung von, unter verringerung von strom/spannungsstössen an, leuchtdioden
EP16189870.5A Active EP3128810B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden energieversorgung von leuchtmitteln, unter verringerung von strom/spannungssprünge
EP16189877.0A Active EP3128813B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden energieversorgung von leuchtmitteln, unter verringerung von strom/spannungssprüngen
EP14742240.6A Active EP3028544B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden versorgung von leuchtmitteln mit energie
EP16189871.3A Active EP3128811B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden energieversorgung von leuchtmitteln, unter verringerung von strom/spannungssprünge
EP16189851.5A Active EP3128809B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur energieversorgung von, unter verringerung von strom/spannungsstössen an, leuchtdioden

Family Applications After (6)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16189873.9A Active EP3128812B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur energieversorgung von, unter verringerung von strom/spannungsstössen an, leuchtdioden
EP16189870.5A Active EP3128810B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden energieversorgung von leuchtmitteln, unter verringerung von strom/spannungssprünge
EP16189877.0A Active EP3128813B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden energieversorgung von leuchtmitteln, unter verringerung von strom/spannungssprüngen
EP14742240.6A Active EP3028544B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden versorgung von leuchtmitteln mit energie
EP16189871.3A Active EP3128811B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden energieversorgung von leuchtmitteln, unter verringerung von strom/spannungssprünge
EP16189851.5A Active EP3128809B1 (de) 2013-07-29 2014-07-24 Vorrichtung zur energieversorgung von, unter verringerung von strom/spannungsstössen an, leuchtdioden

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9686830B2 (de)
EP (7) EP2833699A1 (de)
WO (1) WO2015014713A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3235683B1 (de) * 2016-04-22 2024-04-10 Rohm Co., Ltd. Lichtemittierendes element ansteuernde integrierte halbleiterschaltung, lichtemittierendes element ansteuernde vorrichtung, lichtemittierende vorrichtung und fahrzeug

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3040853A1 (fr) * 2015-09-07 2017-03-10 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Optical pulse emitter
CN105611679B (zh) * 2016-03-18 2017-06-16 黎辉 一种led灯单火线智能控制装置
US9769898B1 (en) * 2016-12-08 2017-09-19 Nxp B.V. Adjusted pulse width modulation (PWM) curve calculations for improved accuracy
JP6988467B2 (ja) * 2017-12-27 2022-01-05 株式会社デンソー 車両用前方照明装置、断線検出方法
US11330689B2 (en) * 2019-10-30 2022-05-10 Innolux Corporation Display device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100194274A1 (en) * 2007-07-23 2010-08-05 Nxp B.V. Light emitting diode (led) arrangement with bypass driving
DE102009025752A1 (de) * 2009-05-06 2010-12-09 Lear Corp. Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last
US20120153844A1 (en) * 2010-12-15 2012-06-21 Cree, Inc. Lighting apparatus using a non-linear current sensor and methods of operation thereof
US20120223649A1 (en) * 2009-08-18 2012-09-06 Eldolab Holding B.V. Control unit for led assembly and lighting system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI495389B (zh) * 2008-09-05 2015-08-01 Eldolab Holding Bv 以發光二極體為光源之照明系統
JP5471330B2 (ja) * 2009-07-14 2014-04-16 日亜化学工業株式会社 発光ダイオード駆動回路及び発光ダイオードの点灯制御方法
US8456095B2 (en) * 2010-03-19 2013-06-04 Active-Semi, Inc. Reduced flicker AC LED lamp with separately shortable sections of an LED string
JP5486388B2 (ja) * 2010-04-23 2014-05-07 パナソニック株式会社 点灯装置およびそれを用いた前照灯装置並びに車両
US9398656B2 (en) * 2012-05-16 2016-07-19 Beijing EffiLED Opto-Electronics Technology Co., Ltd. Device and method for driving an LED light

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100194274A1 (en) * 2007-07-23 2010-08-05 Nxp B.V. Light emitting diode (led) arrangement with bypass driving
DE102009025752A1 (de) * 2009-05-06 2010-12-09 Lear Corp. Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last
US20120223649A1 (en) * 2009-08-18 2012-09-06 Eldolab Holding B.V. Control unit for led assembly and lighting system
US20120153844A1 (en) * 2010-12-15 2012-06-21 Cree, Inc. Lighting apparatus using a non-linear current sensor and methods of operation thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3235683B1 (de) * 2016-04-22 2024-04-10 Rohm Co., Ltd. Lichtemittierendes element ansteuernde integrierte halbleiterschaltung, lichtemittierendes element ansteuernde vorrichtung, lichtemittierende vorrichtung und fahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
EP3128812B1 (de) 2018-09-12
EP3028544B1 (de) 2018-01-03
US9686830B2 (en) 2017-06-20
US20160165678A1 (en) 2016-06-09
EP3128812A1 (de) 2017-02-08
EP3028544A1 (de) 2016-06-08
EP3128810B1 (de) 2018-09-12
EP3128811B1 (de) 2018-09-12
EP3128810A1 (de) 2017-02-08
EP3128813B1 (de) 2018-09-19
EP3128809B1 (de) 2018-07-18
EP3128809A1 (de) 2017-02-08
EP3128811A1 (de) 2017-02-08
WO2015014713A1 (de) 2015-02-05
EP3128813A1 (de) 2017-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3028544B1 (de) Vorrichtung zur lebensdauererhöhenden versorgung von leuchtmitteln mit energie
DE102012100360A1 (de) Lichtquellen-Betriebseinrichtung und Leuchte
DE102012107882A1 (de) Treiberschaltung zum effizienten Ansteuern einer grossen Anzahl von LEDs
DE102016101549A1 (de) Automatische Leuchtdioden-Kurzschlussdetektierung für eine Last aus Leuchtdioden-Arrays
EP2540139B1 (de) Led-spannungsmessung
WO2011101368A2 (de) Vorrichtung zur energieversorgung von mehreren led-einheiten
WO2015055396A1 (de) Lichtquellenmodul, netzgerät zum betreiben eines derartigen lichtquellenmoduls sowie beleuchtungsanlage
DE102014217070A1 (de) Vorrichtung zur Versorgung mindestens eines Verbrauchers mit elektrischer Energie bzw. zur Bereitstellung elektrischer Leistung für mindestens einen Verbraucher
EP3973745A1 (de) Verfahren und vorrichtungen zur regelung der ausgangsspannung eines spannungsreglers
EP3032920B1 (de) Verfahren und schaltung zur versorgung eines led-leuchtmittels
DE102006056148B4 (de) Verfahren zur Funktionsüberwachung einer Lichtsignalanlage und Verkehrssteuerungs-Lichtsignalanlage
EP2882263B1 (de) Treiberschaltung und Verfahren zum Betrieb einer dimmbaren LED-Strecke in einem Dimmbereich mit zwei Bereichen
DE202013004095U1 (de) LED-Beleuchtungssystem
DE102018007410A1 (de) Led-dimmen
DE102007004834A1 (de) Lichtgerät und Verfahren zur Realisierung einer gewünschten Farbmischung
DE102010055296A1 (de) Leuchtmittel mit Farbortdimmung
WO2016156030A1 (de) Schaltungsanordnung zum betreiben zumindest einer ersten und genau einer zweiten kaskade von leds
DE102012013039A1 (de) Beleuchtungsvorrichtung sowie Verfahren zum Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung in einem Dimmbetrieb
DE102015100672A1 (de) Beleuchtungsbaugruppe und Beleuchtungssystem mit dieser
DE102014104548A1 (de) Schaltung zur Ansteuerung von einer oder mehreren LEDs mit gesteuertem Kompensationsglied
DE102014102872A1 (de) Schaltungsanordnung zur Regelung eines elektrischen Stroms
EP3393207A1 (de) Schaltregler zum betreiben von leuchtmitteln mit nachleuchtunterdrückung
DE102013108689B3 (de) Schaltung zur Regelung der Leistungsaufnahme einer LED-Einheit sowie LED-Leuchte mit einer solchen LED-Einheit
AT525308A2 (de) Stromversorgungsanordnung und leuchtensystem
DE102014017308A1 (de) Abwärtswandelnder LED Treiber mit einem mittelwertbasierenden Regelkonzept für die Verwendung im Kfz mit minimaler Aus-Periode eines Schalters

Legal Events

Date Code Title Description
17P Request for examination filed

Effective date: 20130729

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150805