EP2989857A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum betreiben einer led-lichtquelle - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zum betreiben einer led-lichtquelle

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EP2989857A1
EP2989857A1 EP14719302.3A EP14719302A EP2989857A1 EP 2989857 A1 EP2989857 A1 EP 2989857A1 EP 14719302 A EP14719302 A EP 14719302A EP 2989857 A1 EP2989857 A1 EP 2989857A1
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EP
European Patent Office
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light source
led light
led
factor
determined
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EP14719302.3A
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EP2989857B1 (de
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Cristian OLARIU
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Zumtobel Lighting GmbH Austria
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Zumtobel Lighting GmbH Austria
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Publication date
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Publication of EP2989857B1 publication Critical patent/EP2989857B1/de
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    • 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]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/18—Controlling the intensity of the light using temperature feedback
    • 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
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    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
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    • 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 present invention relates to a method for operating an LED light source, with the help of aging phenomena of the LED can be compensated during operation in order to ensure a constant light output permanently. Furthermore, the invention relates to a corresponding circuit arrangement for carrying out the method.
  • luminaires or LED-based light sources have a limited service life of typically approximately 50,000 operating hours. It is assumed that, after these 50,000 hours of operation, the light output would be below a threshold value below 70%, for example - a limit value of e.g. 80% or 90%> - of the original value.
  • the simplest variant is to make no compensation when controlling the LEDs, which takes into account the light fall.
  • the lighting is planned from the beginning so that the light output at the beginning of the commissioning of the lamp has a certain surplus and only at the end of the above life, the light output has dropped to a value corresponding to the actual desired lighting. That is, most of the time, the light source is operated oversized, such that it emits too much light, which obviously results in reduced efficiency. However, this is still the most prevalent way of doing it
  • luminaires are also known in which the light output is detected directly by a sensor and the light sources are then controlled in such a way in the context of a regulation that a constant light output is achieved.
  • this approach is relatively expensive due to the sensor and a required optical system, with the help of which light is directed in a reliable manner to the sensor and thereby influences the outside light can be eliminated.
  • a corresponding brightness sensor
  • a third known procedure is based on the fact that, on the basis of statistical measurements and theoretical models, the decrease in brightness over time is determined. Based on these calculations, the light sources are then increasingly operated at increased power to counteract this effect.
  • these are theoretical models many factors that influence the aging process - for example, temperature, humidity, parameters during operation, and so on - can not be taken into account, so that this procedure is also subject to a not inconsiderable inaccuracy ,
  • Light output of an LED depends on its operating temperature. As mentioned, however, this is not an aging effect, so that this variant is not taken into account.
  • the present invention is therefore the object of the present invention to remedy this situation and thereby optimize the operation of LED light sources.
  • the object is achieved by a method for operating an LED light source with the features of claim 1 and by a circuit arrangement for operating an LED light source according to claim 7.
  • a method for operating an LED light source is proposed, it being determined on the basis of temperature measurements - preferably at two or more locations - which portion of the LED light source supplied during operation electrical power is converted into light and based on this the aging of the LED light source compensating compensation factor is determined, wherein for determining the proportion of converted into light electric power, a correlation factor is taken into account, which was determined at the start of commissioning of the lamp.
  • an arrangement for operating an LED light source is proposed with a converter which is adapted to implement input power supplied to an LED power source supplied to the output power, and a control unit for driving the converter, which is adapted to on the basis of temperature measurements determining what proportion of the electrical power supplied to the LED light source from the converter is converted to light and based thereon determining a compensation factor compensating the aging of the LED light source, wherein the control unit for determining the proportion of electrical power converted to light has a correlation factor which was determined at the beginning of commissioning of the luminaire.
  • the solution according to the invention is based on the fact that a waste in the
  • the circuit arrangement according to the invention is for Operating the light source designed to determine the proportions in which the supplied energy is converted into light or heat. Based on this, a compensation factor can then be determined, which is taken into account when supplying the power to the LEDs in order to compensate for the aging effect. This requires that the heat flow from the luminaire is monitored and at the same time it is known which power is supplied to the luminaire and transmitted to the LEDs by the operating device or the circuit arrangement.
  • the operating device by means of which the energy provided by the general power supply is converted into a supply current for the LEDs, also placed within the lamp, and this operating device can lead to certain losses, which affect the heat flow.
  • a sensor is preferably arranged in the immediate vicinity of the LEDs or the light engine, whereas the other sensor is arranged at a position spaced apart from it within the luminaire.
  • the circuit arrangement accesses information that is determined prior to commissioning and at the beginning of the commissioning of the luminaire. For example, information that provides information about the efficiency with which the LEDs operate is initially taken into account
  • Temperatures that convert their supplied electrical power into light are reference measurements that describe the basic properties of the LEDs and can be performed centrally, eg with a limited number of luminaires in the laboratory or immediately after their production. However, for the question of which heat loss can occur during the operation of the luminaire, its actual installation situation during later operation can also be significant. It is therefore additionally provided that, in the context of a self-calibration at the beginning of commissioning, the luminaire performs further measurements which relate to the temperature behavior of the luminaire in the operating state. During these measurements, it can be assumed that here - since the measurements are made at the beginning of the luminaire operation and the time duration
  • Circuit arrangement calculate how high the proportion of the power is, which is converted into heat. These measurements also take into account possibly existing influences such as losses of the operating device and the like. A correlation factor obtained in this way is then stored in a memory.
  • FIG. 1 shows schematically a luminaire with an LED light source in which the method according to the invention is to be used.
  • the representation in FIG. 1 is to be understood purely diagrammatically, wherein in particular the representation of optical elements which influence the light output has been dispensed with.
  • the luminaire generally designated by the reference numeral 100, has, as already mentioned, an LED light source 1 which is arranged on a corresponding board 2.
  • a heat sink 5 At the back of the board 2 is a heat sink 5, to be efficiently dissipated via the occurring during operation of the lamp 100 heat loss.
  • the required for determining the light output temperature measurements are carried out with the help of two or more temperature sensors, in the present example, a first temperature sensor 3 as close to the LED 1 and on the board 2 is arranged, while the second temperature sensor 4 in one of them more distant position is arranged.
  • a first temperature sensor 3 as close to the LED 1 and on the board 2 is arranged, while the second temperature sensor 4 in one of them more distant position is arranged.
  • the second temperature sensor 4 is arranged on the heat sink 5.
  • the lamp 100 is an input power Pi n supplied, which is converted by a converter 7 in a corresponding output power P out .
  • This P out output power is supplied to the light source, that is, there is a corresponding connection between the converter and printed circuit board 2 with the LED 1 arranged thereon.
  • the driving of the converter 7 takes place here via a lighting control unit 6, which is responsible for ensuring operation with uniform light output over the entire lifetime. In the present case, it is assumed that under constant light output always a constant light output, for example at maximum brightness
  • non-volatile memory 12 in which the
  • the control unit 6 can access this memory 12 to the
  • the loss of heat Pheat can be due both to losses in the converter 7 and to losses in the LED 1 and the light engine.
  • the LED 1 converts power supplied to light at the beginning of its service life.
  • Piight nLED-f (TL1) -Pout (2)
  • Piight corresponds to the output light output and Pout, as already mentioned, represents the power supplied by the converter 7 to the LED.
  • Tu is the temperature at the location of the first sensor 3, and T
  • Parametrianssphase first at a reference temperature depending on the power supplied to the LED 1 Pout the light power Piight determined and thus the efficiency factor T
  • these initial measurements can be made on a few luminaires immediately after their manufacture.
  • the measurement results are to be considered independent of the actual location of use of the lamp so that they can be carried out so to speak centrally and then stored in the memory.
  • a second measuring phase is required after installation of the luminaire 100 at the beginning of operation. This so-called self-calibration serves to effects in the
  • TLED TL! + Pheat-RtllLED-Ll (3)
  • TLED TL2 + Pheat-RtllLED-L2 (4), the proportion of power that is converted into heat can be described as follows:
  • Pheat (TU - TL2) / (RtllLED-L2 - RtllLED-Ll) (5)
  • Pheat F ⁇ (TU - TL2) (6)
  • T LED here represents the temperature of the LED itself, where T L1 and T L 2 the
  • RthLED-Li and RthLED L2 each describe the thermal resistance between the LED and the location of the LED Sensor 3 and the second sensor 4. F is finally the
  • Control unit 6 available.
  • T AGED LED (Pin - F ⁇ (TLI - TL2 »/ (f (TLI) - Pout) (9) Obviously, since all the parameters on the right side of the equation are known or can be measured, now the reduced one Efficiency T AGED LED of the LED 1 can in turn be determined in a simple way by temperature measurements, which makes it possible to determine a compensation factor KAGE COMPENSATION for compensating the aging phenomena on the basis of the following equation, wherein the control unit 6 then has to control the converter 7 in a simple manner such that the output power P ou t is increased by this compensation factor.
  • BEAM COMPENSATION T
  • this procedure primarily takes into account the aging of the LED.
  • the temperature dependence in the light output could also be taken into account, which - as already mentioned - is independent of the aging.
  • a second compensation factor is introduced, which is calculated as follows.
  • KTEMP COMPENSATION f (TLl_REF) / f (TLl)
  • Tl f
  • the procedure according to the invention is advantageous insofar as temperature effects, which may result from the installation situation of the luminaire, are also taken into account.
  • a further self-calibration is carried out to determine the new correlation factor based on the last-determined LED efficiency.
  • recalibration can be performed automatically by the luminaire or by means of a switch or by the Transmission of a corresponding control command, for example in the form of a DALI command - be initiated.

Landscapes

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

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer LED-Lichtquelle (1) wird auf Basis von Temperaturmessungen ermittelt, welcher Anteil der der LED -Lichtquelle (1) während des Betriebs zugeführten elektrischen Leistung (Pout) in Licht (Plight) umgesetzt wird. Darauf basierend kann ein die Alterung der LED-Lichtquelle (1) ausgleichender Kompensationsfaktor (KAGE COMPENSATION) bestimmt werden, wobei zur Bestimmung des Anteils der in Licht (Plight) umgesetzten elektrischen Leistung ein Korrelationsfaktor (F) berücksichtigt wird, der zu Beginn der Inbetriebnahme der Leuchte (100) bestimmt wurde.

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betreiben einer LED-Lichtquelle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer LED- Lichtquelle, mit dessen Hilfe Alterungserscheinungen der LED während des Betriebs kompensiert werden können, um dauerhaft eine gleichmäßige Lichtabgabe zu gewährleisten. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens.
Gegenwärtig unterliegen alle verfügbaren LED-Lichtquellen Alterserscheinungen, die dazu führen, dass im Laufe der Betriebsdauer die Lichtabgabe abfällt. Die Stärke des Abfalls kann zwischen den verschiedenen LEDs variieren und z.B. von den
verwendeten Technologien bei der Herstellung sowie den Betriebsbedingungen abhängig sein, trotz allem ist dieser Alterungseffekt grundsätzlich vorhanden. Dies führt dazu, dass Leuchten beziehungsweise Lichtquellen auf LED-Basis eine begrenzte Lebensdauer von üblicherweise etwa 50.000 Betriebsstunden aufweisen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass nach diesen 50.000 Stunden Betrieb die Lichtabgabe auf einen Grenzwert unterhalb von beispielsweise 70% - denkbar wäre auch ein Grenzwert von z.B. 80% oder 90%> - des ursprünglichen Werts gefallen ist.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Vorgehensweisen bekannt, um diesem Problem Rechnung zu tragen. Die einfachste Variante besteht darin, bei der Ansteuerung der LEDs keine Kompensation vorzunehmen, die dem Lichtabfall Rechnung trägt. Die Beleuchtung wird dabei von Anfang an derart geplant, dass die Lichtabgabe zu Beginn der Inbetriebnahme der Leuchte einen gewissen Überschuss aufweist und erst am Ende der oben genannten Lebensdauer die Lichtabgabe auf einen Wert abgesunken ist, der der eigentlichen gewünschten Beleuchtung entspricht. Das heißt, die meiste Zeit wird die Lichtquelle überdimensioniert betrieben, derart, dass sie zu viel Licht abgibt, was offensichtlich zu einer reduzierten Effizienz führt. Trotz allem ist diese Vorgehensweise nach wie vor am weitesten verbreitet, um dem
Phänomen der Alterung von LEDs Rechnung zu tragen. Darüber hinaus sind auch Leuchten bekannt, bei denen die Lichtabgabe unmittelbar durch einen Sensor erfasst wird und im Rahmen einer Regelung die Lichtquellen dann derart angesteuert werden, dass eine konstante Lichtabgabe erzielt wird. Diese Vorgehensweise ist allerdings verhältnismäßig aufwendig aufgrund des Sensors sowie eines erforderlichen optischen Systems, mit dessen Hilfe Licht in zuverlässiger Weise auf den Sensor gerichtet wird und dabei Einflüsse des Außenlichts eliminiert werden. Ferner besteht das Problem, dass auch ein entsprechender Helligkeitssensor
Alterungserscheinungen unterliegt und dementsprechend auch hier nicht zwingend gewährleistet ist, dass tatsächlich eine gewünschte Lichtabgabe exakt über die gesamte Lebensdauer hinweg beibehalten wird.
Eine dritte bekannte Vorgehensweise beruht darauf, dass ausgehend von statistischen Messungen sowie theoretischen Modellen der Helligkeitsabfall über die Zeit bestimmt wird. Auf Basis dieser Berechnungen werden dann die Lichtquellen zunehmend mit erhöhter Leistung betrieben, um diesem Effekt entgegenzuwirken. Da es sich allerdings um theoretische Modelle handelt, können viele Faktoren, die Einfluss auf die Alterungserscheinung haben - zum Beispiel Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Parameter während des Betriebs und so weiter - nicht berücksichtigt werden, so dass auch diese Vorgehensweise mit einer nicht unbeträchtlichen Ungenauigkeit behaftet ist.
Schließlich ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, die Temperatur der LED zu messen und davon abhängig auf die Lichtabgabe zu schließen. Diese Vorgehensweise beruht auf der Erkenntnis, dass unabhängig von Alterungserscheinungen die
Lichtabgabe einer LED von deren Betriebstemperatur abhängt. Wie erwähnt, handelt es sich hier allerdings nicht um einen Alterungseffekt, so dass dieser bei dieser Variante gar nicht berücksichtigt wird.
Letztendlich ist aus dem Stand der Technik bislang also kein Verfahren bekannt, welches mit ausreichender Zuverlässigkeit und mit vertretbarem Aufwand eine Beibehaltung der Lichtabgabe einer LED-Lichtquelle über ihre gesamte Lebensdauer hinweg gewährleistet. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgab estellung zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und dadurch den Betrieb von LED-Lichtquellen zu optimieren. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer LED-Lichtquelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer LED-Lichtquelle gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren zum Betreiben einer LED-Lichtquelle vorgeschlagen, wobei auf Basis von Temperaturmessungen - vorzugsweise an zwei oder mehr Stellen - ermittelt wird, welcher Anteil der der LED-Lichtquelle während des Betriebs zugeführten elektrischen Leistung in Licht umgesetzt wird und darauf basierend ein die Alterung der LED-Lichtquelle ausgleichender Kompensationsfaktor bestimmt wird, wobei zur Bestimmung des Anteils der in Licht umgesetzten elektrischen Leistung ein Korrelationsfaktor berücksichtigt wird, der zu Beginn der Inbetriebnahme der Leuchte bestimmt wurde.
Ferner wird eine Anordnung zum Betreiben einer LED-Lichtquelle vorgeschlagen mit einem Konverter, welcher dazu ausgebildet ist, eingangsseitig zugeführte Leistung in eine der LED-Lichtquelle zugeführte Ausgangsleistung umzusetzen, sowie einer Steuereinheit zum Ansteuern des Konverters, welche dazu ausgebildet ist, auf Basis von Temperaturmessungen zu ermitteln, welcher Anteil der der LED-Lichtquelle von dem Konverter zugeführten elektrischen Leistung in Licht umgesetzt wird und darauf basierend ein die Alterung der LED-Lichtquelle ausgleichender Kompensationsfaktor zu bestimmen, wobei die Steuereinheit zur Bestimmung des Anteils der in Licht umgesetzten elektrischen Leistung einen Korrelationsfaktor berücksichtigt, der zu Beginn der Inbetriebnahme der Leuchte bestimmt wurde.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Tatsache, dass ein Abfall in der
Lichtabgabe einer LED-Lichtquelle in einem Temperaturanstieg der LED
beziehungsweise der sogenannten Light Engine, also der Komponenten, welche gemeinsam mit der LED Licht abgeben, resultiert. Da die zugeführte Energie von einer Leuchte mit LEDs nicht vollständig in Licht umgewandelt wird, muss zwangsläufig innerhalb der Leuchte ein bestimmter Energieanteil in Wärme umgewandelt werden. Um nunmehr sicherzustellen, dass die Lichtabgabe über die gesamte Lebensdauer der Leuchte konstant bleibt, ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben der Lichtquelle dazu ausgelegt, zu ermitteln, in welchen Verhältnissen die zugeführte Energie in Licht beziehungsweise in Wärme umgewandelt wird. Darauf basierend kann dann ein Kompensationsfaktor ermittelt werden, der bei der Zuführung der Leistung zu den LEDs berücksichtigt wird, um den Alterungseffekt auszugleichen. Dies erfordert, dass der Wärmefluss aus der Leuchte überwacht wird und gleichzeitig bekannt ist, welche Leistung der Leuchte zugeführt und von dem Betriebsgerät beziehungsweise der Schaltungsanordnung den LEDs übermittelt wird. Abhängig von der Ausgestaltung der Leuchte müssen dabei Leistungsverluste in dem Betriebsgerät und anderen Komponenten der Leuchte beziehungsweise der Light Engine ebenfalls berücksichtigt werden, damit der Kompensationsfaktor richtig ermittelt werden kann. Üblicherweise ist nämlich das Betriebsgerät, mit dessen Hilfe die von der allgemeinen Stromversorgung zur Verfügung gestellte Energie in einen Versorgungsstrom für die LEDs umgewandelt wird, ebenfalls innerhalb der Leuchte platziert, wobei auch dieses Betriebsgerät zu gewissen Verlusten führen kann, welche sich auf den Wärmefluss auswirken.
Zum Erfassen der Höhe der Verlustwärme werden vorzugsweise zwei oder mehr Temperatursensoren verwendet, die entlang des Pfads der Wärmeübertragung bzw. Wärmeableitung platziert werden. Ein Sensor ist dabei bevorzugt in unmittelbarer Nähe der LEDs beziehungsweise der Light Engine angeordnet, während hingegen der andere Sensor an einer davon beabstandeten Position innerhalb der Leuchte angeordnet wird.
Beim Ermitteln des erforderlichen Kompensationsfaktors zum Ausgleichen der Alterungserscheinungen greift dabei die Schaltungsanordnung auf Informationen zurück, die vor Inbetriebnahme sowie zu Beginn der Inbetriebnahme der Leuchte ermittelt werden. Dabei werden beispielsweise zunächst Informationen berücksichtigt, die darüber Auskunft geben, mit welcher Effizienz die LEDs bei bestimmten
Temperaturen die ihr zugeführte elektrische Leistung in Licht umsetzen. Es handelt sich hierbei um Referenzmessungen, die grundsätzliche Eigenschaften der LEDs beschreiben und zentral, also z.B. mit einer begrenzten Anzahl von Leuchten im Labor beziehungsweise unmittelbar nach deren Herstellung durchgeführt werden können. Für die Frage, welche Verlustwärme während des Betriebs der Leuchte auftreten kann, kann allerdings auch deren tatsächliche Einbausituation während des späteren Betriebs von Bedeutung sein. Es ist deshalb zusätzlich vorgesehen, dass im Rahmen einer Selbstkalibrierung zu Beginn der Inbetriebnahme die Leuchte weitere Messungen durchführt, welche das Temperaturverhalten der Leuchte im Betriebszustand betreffen. Während dieser Messungen kann davon ausgegangen werden, dass hier - da die Messungen zu Beginn des Leuchtenbetriebs erfolgen und die Zeitdauer
verhältnismäßig kurz ist - noch keine Alterungserscheinungen bei der LED- Lichtquelle vorliegen. Auf Basis dieser Informationen kann dann die
Schaltungsanordnung berechnen, wie hoch der Anteil der Leistung ist, der in Wärme umgesetzt wird. Diese Messungen berücksichtigen dabei auch gegebenenfalls vorhandene Einflüsse wie zum Beispiel Verluste des Betriebsgeräts und dergleichen. Ein auf diesem Wege erhaltener Korrelationsfaktor wird dann wiederum in einem Speicher hinterlegt.
Während des eigentlichen Alterns der LED-Lichtquellen, also während des späteren Betriebs der Leuchte wird dann die bereits erwähnte Kompensation durchgeführt. Auf Basis der Messungen durch die beiden Temperatursensoren sowie der im Rahmen der oben beschriebenen Vorab-Messungen ermittelten Daten kann dann ermittelt werden, wie hoch der tatsächliche Anteil an Verlustwärme ist. Darauf basierend wiederum kann ermittelt werden, wie viel Leistung von den LEDs als Licht abgegeben wird und in welcher Weise die zugeführte Leistung gegebenenfalls angepasst werden muss, um eine gleichbleibende Lichtabgabe zu erzielen. Dabei besteht die Möglichkeit, bei dieser Vorgehensweise die eingangs erwähnte Temperaturabhängigkeit der
Lichtabgabe einer LED, die, wie bereits erwähnt, unabhängig von dem
Alterungsprozess ist, zusätzlich zu berücksichtigen.
Letztendlich wird also ein Verfahren vorgeschlagen, mit dessen Hilfe während des Betriebs der Leuchte in sehr effizienter Weise Alterungserscheinungen bei LED- Lichtquellen kompensiert werden können. Auf Basis weniger Messungen während des eigentlichen Betriebs kann die Lichtabgabe der LED sehr exakt bestimmt werden und gegebenenfalls die zugeführte Leistung angepasst werden, um eine gleichbleibende Lichtabgabe zu erzielen. Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur 1 zeigt hierbei schematisch eine Leuchte mit einer LED- Lichtquelle, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen soll. Die Darstellung in Figur 1 ist rein schematisch zu verstehen, wobei insbesondere auf die Darstellung optischer Elemente, welche die Lichtabgabe beeinflussen, verzichtet wurde. Die allgemein mit dem Bezugszeichen 100 versehene Leuchte weist wie bereits erwähnt eine LED-Lichtquelle 1 auf, die auf einer entsprechenden Platine 2 angeordnet ist. An der Rückseite der Platine 2 befindet sich ein Kühlkörper 5, über den während des Betriebs der Leuchte 100 auftretende Verlustwärme effizient abgeführt werden soll. Die zum Ermitteln der Lichtabgabe erforderlichen Temperaturmessungen werden dabei mit Hilfe von zwei oder mehr Temperatursensoren durchgeführt, wobei im vorliegenden Beispiel ein erster Temperatursensor 3 möglichst nahe an der LED 1 bzw. auf der Platine 2 angeordnet ist, während hingegen der zweite Temperatursensor 4 in einer davon entfernteren Position angeordnet ist. Im dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der zweite Temperatursensor 4 an dem Kühlkörper 5 angeordnet.
Wie schematisch dargestellt, wird der Leuchte 100 eine Eingangsleistung Pin zugeführt, die von einem Konverter 7 in eine entsprechende Ausgangsleistung Pout umgesetzt wird. Diese Pout Ausgangsleistung wird der Lichtquelle zugeführt, das heißt, es liegt eine entsprechende Verbindung zwischen Konverter und Leiterplatte 2 mit der darauf angeordneten LED 1 vor. Das Ansteuern des Konverters 7 erfolgt hierbei über eine Leuchtensteuereinheit 6, welche dafür verantwortlich ist, einen Betrieb mit gleichmäßiger Lichtabgabe über die gesamte Lebensdauer hinweg sicherzustellen. Im vorliegenden Fall wird dabei davon ausgegangen, dass unter konstanter Lichtabgabe immer eine konstante Lichtabgabe beispielsweise bei maximaler Helligkeit
beziehungsweise bei einem Dimmwert von 100% zu verstehen ist. Selbstverständlich bestünde auch die Möglichkeit, der Leuchte 100 Dimmwerte zu übermitteln, um die Helligkeit zu verändern. Auch in diesem Fall soll allerdings erreicht werden, dass beispielsweise ein Wert von 40%> grundsätzlich über die gesamte Lebensdauer hinweg immer zu einer entsprechenden gleichen Lichtabgabe führt. Das Ansteuern des Konverters 7 durch die Steuereinheit 6 erfolgt dabei unter
Berücksichtigung der Messsignale der beiden Temperatursensoren 3 und 4, welche schematisch mit dem Bezugszeichen 10 und 1 1 dargestellt sind. Ferner findet die Übermittlung eines Kontrollsignals 8 von der Steuereinheit 6 zu dem Konverter 7 statt und der Konverter 7 übermittelt Informationen 9 bezüglich der Eingangsleistung Pin und der von dem Konverter 7 der LED-Lichtquelle zugeführten Leistung Pout-
Darüber hinaus ist ein nicht-flüchtiger Speicher 12 vorgesehen, in dem die
nachfolgend näher beschriebenen Parametrierungs- und Kalibrierungswerte abgelegt werden. Die Steuereinheit 6 kann auf diesen Speicher 12 zugreifen, um die
erfindungsgemäße Kompensation durchzuführen.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Kompensieren von
Alterungserscheinungen der Lichtabgabe der LED ist nunmehr wie folgt:
Zunächst wird davon ausgegangen, dass die extern zugeführte Leistung Pin von den Komponenten der Leuchte 100 entweder in Licht oder in Wärme umgesetzt wird, so dass folgende Leistungsbilanz gilt: Pin = Plight + Pheat (1)
Die Verlustwärme Pheat kann sowohl auf Verluste in dem Konverter 7 als auch auf Verluste in der LED 1 beziehungsweise der Light Engine zurückzuführen sein. Für eine Ermittlung der Lichtleistung Piight muss deshalb in einem ersten Schritt ermittelt werden, in welcher Weise die LED 1 zu Beginn ihrer Lebensdauer zugeführte Leistung in Licht umsetzt. Hierfür gilt die folgende Gleichung:
Piight = nLED-f(TLl)-Pout (2) wobei Piight der abgegebenen Lichtleistung entspricht und Pout, wie bereits erwähnt, die von dem Konverter 7 der LED zugeführte 1 Leistung darstellt. Tu ist die Temperatur am Ort des ersten Sensors 3 und T|LED stellt die Effizienz der Umwandlung elektrischer Leistung in Licht durch die LED 1 bei einer Referenztemperatur dar. Da diese
Umwandlung, wie bereits erwähnt, temperaturabhängig sein kann, ist noch ein weiterer temperaturabhängiger Faktor f(TLi)-vorgesehen, wobei dann in einer ersten
Parametrierungsphase zunächst bei einer Referenztemperatur abhängig von der der LED 1 zugeführten Leistung Pout die Lichtleistung Piight ermittelt und damit der Effizienzfaktor T|LED bestimmt wird. Durch Messungen bei weiteren Temperaturen und zugeführten Leistungen wird dann zusätzlich der temperaturabhängige Parameter f(Tu) ermittelt. Die hierbei erhaltenen Informationen werden in dem nicht flüchtigen Speicher 12 abgelegt.
Wie bereits erwähnt, können diese Ausgangsmessungen bei einigen wenigen Leuchten unmittelbar nach deren Herstellung durchgeführt werden. Die Messergebnisse sind hierbei unabhängig vom tatsächlichen Einsatzort der Leuchte zu betrachten, so dass sie sozusagen zentral durchgeführt und dann in dem Speicher abgelegt werden können.
Eine zweite Messphase ist nach Montage der Leuchte 100 zu Beginn des Betriebs erforderlich. Diese sogenannte Selbstkalibrierung dient dazu, Effekte in der
Lichtabgabe und der Wärmeleitung im montierten Zustand der Leuchte zu ermitteln. Unter Berücksichtigung der Gleichungen
TLED = TL! + Pheat-RtllLED-Ll (3)
TLED = TL2 + Pheat-RtllLED-L2 (4) kann nämlich der Anteil an Leistung, der in Wärme umgesetzt wird, wie folgt beschrieben werden:
Pheat = (TU - TL2) / (RtllLED-L2 - RtllLED-Ll) (5) bzw.
Pheat = F · (TU - TL2) (6)
TLED stellt hierbei die Temperatur der LED selbst dar, wobei TL1 und TL2 die
Temperaturen an den Messsensoren 3 und 4 bezeichnen. Ferner beschreiben RthLED-Li und RthLED L2 jeweils den thermischen Widerstand zwischen der LED und dem Ort des Sensors 3 beziehungsweise des zweiten Sensors 4. F ist schließlich der
Korrelationsfaktor, der den Zusammenhang zwischen der abgegebenen Wärmeleistung und den Temperaturmessungen durch die beiden Sensoren beschreibt. Ausgehend von den obigen Gleichungen 1 , 2 und 6 kann dieser Korrelationsfaktor auch wie folgt beschrieben werden:
F = (Pin - r|LED-f(TLi Pout) / (TLI - TL2) (7) Durch Temperaturmessungen kann also der Korrelationsfaktor F bestimmt werden, da die weiteren Werte aus der ursprünglichen ersten Messphase bekannt sind. Es kann hierbei davon ausgegangen werden kann, dass zu diesem Zeitpunkt noch keine Alterungserscheinungen an der LED 1 vorliegen. Die hierbei erhaltenen Informationen werden dann wiederum in dem Speicher 12 abgelegt und stehen somit der
Steuereinheit 6 zur Verfügung.
Wenn nunmehr während des späteren Betriebs die LED 1 im Laufe der Zeit altert, wird sich ihre Effizienz im Hinblick auf die Umsetzung von zugeführter elektrischer Leistung in Licht ändern und statt des ursprünglichen Effizienzfaktors T|LED gilt nun der Faktor T|AGED LED. Ausgehend wiederum von den Gleichungen 1 , 2 und 6 ergibt sich dann folgender Zusammenhang:
F · (TLI - TL2) = Pin - T|AGED LED-f(TLl)-Pout (8) Der neue, die reduzierte Effizienz beschreibenden Faktor T|AGED LED kann dann wie folgt beschrieben werden:
T AGED LED = (Pin - F · (TLI - TL2» / (f(TLl)-Pout) (9) Offensichtlich ist, dass - da alle Parameter auf der rechten Seite der Gleichung bekannt sind beziehungsweise gemessen werden können - nunmehr die reduzierte Effizienz T AGED LED der LED 1 in einfacher Weise wiederum durch Temperaturmessungen bestimmt werden kann. Dies ermöglicht die Ermittlung eines Kompensationsfaktors KAGE COMPENSATION zum Ausgleichen der Alterungserscheinungen auf Basis der nachfolgenden Gleichung, wobei die Steuereinheit 6 dann in einfacher Weise den Konverter 7 derart ansteuern muss, dass die abgegebenen Leistung Pout um diesen Kompensationsfaktor erhöht wird. KÄGE COMPENSATION = T|LED / T AGED LED
Bei dieser Vorgehensweise wird, wie bereits erwähnt, primär die Alterung der LED berücksichtigt. Zusätzlich könnte allerdings auch noch die Temperaturabhängigkeit in der Lichtabgabe berücksichtigt werden, welche - wie bereits erwähnt - unabhängig von der Alterung ist. Hierzu wird ein zweiter Kompensationsfaktor eingeführt, der sich wie folgt berechnet.
KTEMP COMPENSATION = f(TLl_REF) / f(TLl) Die zur Berechnung dieses Kompensationsfaktors erforderlichen Werte sind bereits aus den Parametrierungsmessungen bekannt.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist insofern vorteilhaft, als hierbei auch Temperatureffekte, die sich durch die Einbausituation der Leuchte ergeben können, berücksichtigt werden. Dadurch, dass die Kalibrierungswerte unmittelbar zu Beginn der Inbetriebnahme der Leuchte erfasst werden, liegen also Erkenntnisse vor, die den Einsatzort der Leuchte berücksichtigen, so dass eine besonders genaue Anpassung der Leistung zur Beibehaltung einer konstanten Lichtabgabe erzielt werden kann. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass durchaus auch Situationen eintreten können, bei denen sich das Verhalten der Leuchte bezüglich der Wärmeableitung grundsätzlich verändert. Beispielsweise könnte die Leuchte während ihrer Lebensdauer an einer anderen Stelle neu montiert werden, was zur Folge hat, dass die ursprünglichen Ergebnisse nicht mehr aussagekräftig sind. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass nach neuer Montage der Leuchte eine weitere Selbstkalibrierung durchgeführt wird, um den neuen Korrelationsfaktor basierend auf der zuletzt ermittelten LED-Effizienz zu bestimmen. Eine derartige Neukalibrierung kann von der Leuchte automatisch durchgeführt werden oder mit Hilfe eines Schalters beziehungsweise durch das Übermitteln eines entsprechenden Steuerbefehls beispielsweise in Form eines DALI- Befehls - initiiert werden.
Eine derartige neue Selbstkalibrierung kann allerdings beispielsweise auch dann vorgesehen sein, wenn die Steuereinheit eine plötzliche Änderung in der LED- Effizienz feststellt. Üblicherweise stellt das Altern einer LED einen sehr langsamen Prozess dar, weshalb eine plötzliche Änderung der Effizienz darauf hinweisen kann, dass die Leuchte neu positioniert wurde oder ein anderes Ereignis eingetreten ist, welches den Wärmefiuss und damit den berechneten Korrelationsfaktor maßgeblich beeinflusst. Um trotz allem einen zuverlässigen Kompensationsfaktor ermitteln zu können, kann die Leuchte dann von sich aus eine neue Kalibrierung vornehmen.
Letztendlich wird also gewährleistet, dass mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand und durch wenig zusätzliche Maßnahmen die Lichtabgabe einer LED- Lichtquelle in einer Leuchte effizient auf einem konstanten gewünschten Wert beibehalten wird, wobei die Alterung der LED hierbei kompensiert wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer LED-Lichtquelle (1), wobei auf Basis von
Temperaturmessungen ermittelt wird, welcher Anteil der der LED-Lichtquelle (1) während des Betriebs zugeführten elektrischen Leistung (Pout) in Licht (Piight) umgesetzt wird und darauf basierend ein die Alterung der LED-Lichtquelle (1) ausgleichender Kompensationsfaktor (KAGE COMPENSATION) bestimmt wird, wobei zur Bestimmung des Anteils der in Licht (Piight) umgesetzten elektrischen Leistung ein Korrelationsfaktor (F) berücksichtigt wird, der zu Beginn der
Inbetriebnahme der Leuchte (100) bestimmt wurde.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Korrelationsfaktor (F) durch Temperaturmessungen zu Beginn der
Inbetriebnahme der Leuchte (100) sowie auf Basis von vorab bestimmten Parametern ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die vorab bestimmten Parameter einen Effizienzfaktor (T|LED) umfassen, der beschreibt, mit welcher Effizienz die LED-Lichtquelle (1) im ursprünglichen Zustand ihr zugeführte elektrische Leistung (Pout) in Licht (Piight) umsetzt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperaturmessungen mit zwei Temperatursensoren (3, 4) durchgeführt werden, wobei einer der Sensoren in der Nähe der LED-Lichtquelle (1) und der andere Sensor entfernter von der LED-Lichtquelle (1) angeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer neuen Anordnung der Leuchte bzw. bei einer nicht-stetigen Veränderung des in Licht (Püg t) umgesetzten Leistungsanteils eine Neubestimmung des
Korrelationsfaktors (F) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Ansteuerung der LED-Lichtquelle (1) zusätzlich ein Korrekturfaktor (KTEMP COMPENSATION) berücksichtigt wird, der die Temperaturabhängigkeit der Lichtabgabe der LED-Lichtquelle (1) beschreibt.
7. Anordnung zum Betreiben einer LED-Lichtquelle (1) mit
• einem Konverter, welcher dazu ausgebildet ist, eingangsseitig zugeführte Leistung (Pin) in eine der LED-Lichtquelle (1) zugeführte Ausgangsleistung (Pout) umzusetzen, sowie
· einer Steuereinheit (6) zum Ansteuern des Konverters (7), welche dazu ausgebildet ist, auf Basis von Temperaturmessungen zu ermitteln, welcher Anteil der der LED- Lichtquelle (1) von dem Konverter (7) zugeführten elektrischen Leistung (Pout) in Licht (Püght) umgesetzt wird und darauf basierend ein die Alterung der LED- Lichtquelle (1) ausgleichender Kompensationsfaktor (KAGE COMPENSATION) ZU bestimmen,
wobei die Steuereinheit zur Bestimmung des Anteils der in Licht (Püght) umgesetzten elektrischen Leistung einen Korrelationsfaktor (F) berücksichtigt, der zu Beginn der Inbetriebnahme der Leuchte (100) bestimmt wurde.
8. Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, den Korrelationsfaktor (F) durch
Temperaturmessungen zu Beginn der Inbetriebnahme der Leuchte (100) selbstständig zu bestimmen.
9. Anordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, den Korrelationsfaktor (F) auf Basis von vorab bestimmten Parametern zu ermitteln, welche vorzugsweise einen Effizienzfaktor (T|LED) umfassen, der beschreibt, mit welcher Effizienz die LED-Lichtquelle (1) im ursprünglichen Zustand ihr zugeführte elektrische Leistung (Pout) in Licht (Püg t) umsetzt.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese einen - vorzugsweise nicht-flüchtigen - Speicher (12) aufweist, auf den die Steuereinheit (6) zugreifen kann und in dem der Korrelationsfaktor (F) sowie die vorab bestimmten Parameter hinterlegt sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (6) dazu ausgebildet ist, in Reaktion auf einen externen
Steuerbefehl hin und/oder bei Erkennen einer nicht-stetigen Veränderung des in Licht (Püght) umgesetzten Leistungsanteils eine Neubestimmung des Korrelationsfaktors (F) durchzuführen.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (6) dazu ausgebildet ist, bei der Ansteuerung des Konverters (7) zusätzlich ein Korrekturfaktor (KTEMP COMPENSATION) ZU berücksichtigen, der die Temperaturabhängigkeit der Lichtabgabe der LED-Lichtquelle (1) beschreibt.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese zwei oder mehr Temperatursensoren (3, 4) aufweist, wobei einer der Sensoren in der Nähe der LED-Lichtquelle (1) und der andere Sensor entfernter von der LED-Lichtquelle (1) angeordnet ist.
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