EP2992734A1 - Verfahren zur änderung des farborts des von einem led-modul emittierten sichtbaren lichts - Google Patents

Verfahren zur änderung des farborts des von einem led-modul emittierten sichtbaren lichts

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Publication number
EP2992734A1
EP2992734A1 EP14724020.4A EP14724020A EP2992734A1 EP 2992734 A1 EP2992734 A1 EP 2992734A1 EP 14724020 A EP14724020 A EP 14724020A EP 2992734 A1 EP2992734 A1 EP 2992734A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
led
module
control module
dimming
color
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Withdrawn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
EP14724020.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Pachler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic Jennersdorf GmbH
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 Tridonic Jennersdorf GmbH filed Critical Tridonic Jennersdorf GmbH
Publication of EP2992734A1 publication Critical patent/EP2992734A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines

Definitions

  • the invention relates to a method for changing the color locus of the visible light emitted by an LED module and to a control module which is designed to carry out the method according to the invention, and in particular to an LED module for operating at least two LED paths.
  • the control module can be supplied starting from a supply voltage (AC voltage / DC voltage) and, based on this, the at least two LED paths can each be operated with at least one LED.
  • the at least two LED sections and the LED module together with the control module form a unit, so that this unit is buildable in a lamp or light.
  • the aim of the invention is to provide a solution which makes it possible to dynamically and gradually change a color location or a color temperature of the light emitted by the LED paths.
  • the invention proposes to operate two basically identical white-light LEDs, which however have a different color temperature or a different emission spectrum, in parallel or alternately.
  • Both LED paths are preferably operated by means of a PWM modulation, wherein the control module is adapted to change a duty cycle of the PWM modulations.
  • the control module may separately change the on- time (T on- time) of the PWM signal for each of the LED links. This makes it possible to influence the switch-on duration of the LED circuits, the aim being to avoid a flickering of the LED circuits and thus the switch-on frequency, with which a PWM module controls the LED circuits, above the threshold of approx 80 Hz, preferably 100 Hz, as of which switching is no longer perceptible to the human eye.
  • the LED strips used preferably have different color temperatures, by changing the T on times of the LED strips, it is now possible to set any color temperature or any color location which lies between the color locations of the LED strips used.
  • This setting of the color locus can be further combined with a dimming function.
  • a relatively slow dimming PWM modulation are used whose duty cycle dictates a dimming value, i. a value to which the LED strips are to be dimmed.
  • a corresponding evaluation is carried out by the control module.
  • the color PWM modulation for the color temperature change can take place according to the invention. It can be provided that within the switch-on period of the dimming PWM pulse of the dimming PWM modulation of the dimming PWM pulse is divided into the at least two parallel LED links. This means that the switch-on duration of the dimming PWM pulse defines the maximum sum of the switch-on durations of the LED lines, the switch-on duration of the dimming PWM pulse is thus divided as the available total switch-on time duration for the LED paths. Alternatively or additionally, it can be provided that an entire dimming PWM pulse is used to control one of the two LED paths and then the duty cycle for changing the temperature value is changed by a variable number of dimming PWM pulses being applied to the other LED Route is switched.
  • the LED circuits can be supplied from different power sources, which can preferably provide as constant current sources supply currents of different heights for the LED circuits. Preferably, however, only one current source can be switched to the parallel LED paths.
  • the parallel operation includes alternating operation. The LED routes are therefore provided in parallel, but can be operated alternately.
  • colored LEDs can be connected in parallel, and by appropriate control of the LEDs, the color temperature / color location can be further changed, in particular, the area in which the color temperature can be changed can be increased.
  • white light is preferably always generated, wherein, if further colored (eg red, green, blue) LED paths are provided in parallel, the color rendering index is color-coded by the color PWM modulation of the duty cycle of the resulting white mixed light can be improved.
  • further colored (eg red, green, blue) LED paths are provided in parallel, the color rendering index is color-coded by the color PWM modulation of the duty cycle of the resulting white mixed light can be improved.
  • a first LED track e.g. a 'cold' light (e.g., 3300K to 5300K, especially 4000K, preferably over 5300K, e.g., 6500K) and a second LED path, e.g. 'Warm' light emits (for example, under 3000K to 3300K), and which represent the white light path, so also a duty cycle between the colored LED tracks or a red and a green LED track is changed accordingly.
  • a 'cold' light e.g., 3300K to 5300K, especially 4000K, preferably over 5300K, e.g., 6500K
  • a second LED path e.g. 'Warm' light emits (for example, under 3000K to 3300K)
  • a duty cycle between the colored LED tracks or a red and a green LED track is changed accordingly.
  • the invention provides an apparatus and a method as claimed in the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the invention provides a method of changing the color location of the visible light emitted by an LED module, the LED module having at least two parallel LED paths, each having at least one LED, the emission spectrum of the LED Different routes, and wherein the LED routes are operated alternately with constant current, and color change for changing the ratio of the turn-on periods of the LED routes, preferably while keeping constant the sum of the turn-on time durations of all LED routes.
  • the sum of the switch-on durations of all LED sections can be predetermined by a dimming signal.
  • the dimming signal may be evaluated by the control module such that the dimming signal sets an upper limit of a total turn-on duration of all the LED paths.
  • the turn-on durations of the LED paths may be adjusted depending on a color temperature change signal.
  • the LED routes can be white light LED routes.
  • the LED routes can have different color temperatures.
  • At least one of the LED circuits can, preferably exclusively, have red, green and / or blue LEDs.
  • the LED sections can be supplied with constant currents of different heights, in particular starting from different current sources.
  • the LED links can be powered from a single power source.
  • the LED sections can be switched on and off alternately by means of a switching element. It is not necessary at all times to activate or activate one of the LED circuits. So it may happen that all or individual LED routes are at least temporarily disabled.
  • the switch-on time duration of the LED paths can be changed relative to one another, in particular the switch-on time duration of one LED route can be shortened / lengthened and (indirectly) proportional to this the switch-on time duration of another LED route can be lengthened / shortened.
  • the LED strips can be mounted on an LED module.
  • the invention provides a control module configured to perform a method as described above.
  • the invention provides a control module having at least one input to which a dimming and / or color temperature change signal can be supplied and having at least one output from which at least two LED paths are operable, the control module being adapted thereto to evaluate a dimming and / or Farbtemperatur Sungssignal supplied to him and depends at least on the
  • Color temperature change signal to change a color location of the emitted light from an LED module visible light the LED module has at least two parallel LED stretches, each having at least one LED, wherein the emission spectrum of the LED routes differs, and wherein the control module to is designed to operate the LED sections alternately with constant current, and for color change the ratio of the Einschaltzeitdauern to change the LED routes, preferably while keeping constant the sum of the switch-on of all LED routes.
  • the control module can be designed as a ballast module for an LED module and in particular be designed to control a switch of the LED module in response to the dimming signal and / or the color temperature change signal or supply the converter module with a signal to be selected by the LED module setting displays.
  • the control module may be attached to the LED module.
  • the invention provides an LED module or luminaire having a control module as described above.
  • Fig. 1 is a tolerance diagram for mixing with respect to a MacAdam 1 ellipse.
  • Fig. 2 is a control of two LED lines without
  • Fig. 3 is a control of two LED routes with dimming.
  • Fig. 4 schematically shows a circuit construction.
  • Fig. 5 is a control of two LED routes with dimming.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the requirements for accurately driving the LED traces to allow tolerance requirements for a MacAdam 1 ellipse over the entire dimming range (MAI Tolerance Influence Elipse, 6500K to 2700K blend).
  • a dimming value of 1% means, in particular, a dimming to 1% of the light output that is emitted without dimming.
  • the invention now provides, in particular, two different supply currents for two LED paths with different color temperatures.
  • Fig. 2 is shown the current at a dimming value of 100% (behavior at a dimming value of 100% at c.a 4000K, see 100% steps of the pulses [%]), i. at full power without dimming, switching back and forth between the LED circuits.
  • the LED sections are supplied with supply currents of different heights. Thus, one LED track is operated with a supply current of 100% (black curve), while another LED track is operated with a current of approx. 130% (gray curve).
  • a (relative) current change between the LED links can be used to keep the luminous flux at a level, while using formulas (1) it is determined when an LED track is turned on (see parameter k).
  • the same supply current could be used for both LED routes.
  • the current required to produce a constant luminous flux can be calculated. These calculations may be performed in the control module, e.g. through an IC, ASIC, or a microcontroller.
  • a ratio is defined in which the LED sections are to be switched on / off.
  • a situation as shown in Fig. 3 is exhibited (behavior at a dimming value of 5% at about 4000K; Pulse width of about 5% on the pulse [%] axis).
  • the turn-on time of the currents for the LED paths is very short. For this reason, driving the LED lines must be very precise in order to obtain a specific color value / color location or a specific color temperature, especially if the LED lines are supplied from different current sources.
  • the switch-on durations with which the LED lines are driven are to be changed relative to one another. If, for example, the switch-on time duration of the supply current for an LED route is extended, the turn-on time duration of the supply current of another LED route is simultaneously shortened. This results in a change in the color temperature.
  • the LED circuits are each operated alternately, there is in principle no requirement to provide two power sources. In particular, not at a dimming value of 100%.
  • the switching element may be provided to switch the current path over the parallel LED paths from one LED track to another LED track.
  • a change in the circuit that is to say a plurality of switches, must accordingly be provided.
  • the switching frequency of the switching element sets the color temperature, while the luminous flux is adjusted by means of the supply current. At the same luminous flux of the LED sections no change is necessary. If you want to dimming down to lower luminous fluxes, you must first determine the switch-on duration of the dimming PWM signal by the controller module. If only brightness dimming is to take place, in order to keep the color temperature / color location constant, the switch-on durations for the channels must be adjusted relative to the switch-on duration of the dimming signal, as shown in FIG.
  • one LED path within the dimming PWM signal is supplied with the supply current for two switch-on durations (pulses), while the other LED route is supplied with the supply flow for only one switch-on period (pulse).
  • the color temperature of the emitted light can be kept constant, while only the brightness is changed.
  • the turn-on durations of the LED paths relative to one another must be changed and, in particular, the turn-on time duration of the supply current of one LED path longer or shorter in relation to the turn-on time duration of the supply current of the other LED path.
  • the control module according to the invention can also be provided as a ballast module for an LED module.
  • the control module can receive a dimming signal, for example via a DALI bus, and calculate which switch-on time duration of the supply current for the LED paths must be selected in order to set a corresponding brightness value.
  • control module may calculate how to activate the LED paths, with dimming within the on-time of the dimming PWM signal, to set a color temperature.
  • control module can thus receive a signal indicating a desired color temperature change relative or absolute.
  • Fig. 6 shows schematically the operation of the control module, the control module SM1 shown in Fig. 6 above a PWM signal PWM-ON, in particular a Dimming PWM signal is supplied.
  • the control module SM1 is now configured to evaluate the supplied PWM signal PWM-ON.
  • the control module SM1 then outputs PWM signals PWM-OFF LED1 and PWM-OFF LED2, which can either be used directly for controlling the LED paths or can be evaluated by a converter or LED module.
  • This output signal PWM-OFF can be either directly to drive the LED links, e.g. via at least one switching element, used, or be evaluated by a converter or LED module.
  • the dashed lines on the output sides of the control modules SM1 and SM2 indicate that the ON periods of the output signals move within the ON period of the PWM signal PWM-ON.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Änderung des Farborts des von einem LED-Modul emittierten sichtbaren Lichts bereit, wobei das LED-Modul wenigstens zwei parallele LED-Strecken aufweist, die jeweils wenigstens eine LED aufweisen, wobei sich das Emissionsspektrum der LED-Strecken unterscheidet, wobei die LED-Strecken abwechselnd mit Konstantstrom betrieben werden, und zur Farbortänderung das Verhältnis der Einschaltzeitdauern der LED-Strecken verändert wird, vorzugsweise unter Konstanthaltung der Summe der Einschaltzeitdauern sämtlicher LED-Strecken.

Description

Verfahren zur Änderung des Farborts des von einem LED-
Modul emittierten sichtbaren Lichts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Änderung des Farborts des von einem LED-Modul emittierten sichtbaren Lichts sowie ein Steuermodul, das ausgelegt ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, und insbesondere ein LED-Modul zum Betreiben wenigstens zweier LED- Strecken. Das Steuermodul ist dabei ausgehend von einer Versorgungsspannung (Wechselspannung/Gleichspannung) versorgbar und ausgehend davon sind die wenigstens zwei LED-Strecken mit jeweils wenigstens einer LED betreibbar. Vorzugsweise bilden die wenigstens zwei LED-Strecken und das LED-Modul zusammen mit dem Steuermodul eine Einheit, so dass diese Einheit in einer Lampe bzw. Leuchte verbaubar ist. Ziel der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, die es erlaubt, einen Farbort bzw. eine Farbtemperatur des von den LED-Strecken abgegebenen Lichts dynamisch und graduell verändern zu können. Die Erfindung schlägt insbesondere vor, zwei prinzipiell gleichartige Weißlicht-LEDs, die jedoch eine unterschiedliche Farbtemperatur bzw. ein unterschiedliches Emissionsspektrum aufweisen, parallel oder alternierend zu betreiben.
Beide LED-Strecken werden vorzugsweise mittels einer PWM- Modulation betrieben, wobei das Steuermodul dazu eingerichtet ist, ein Tastverhältnis der PWM-Modulationen zu verändern. Insbesondere kann das Steuermodul die Einschaltzeitdauer (Ton-Zeit) des PWM-Signals für jede der LED-Strecken separat verändern. Dadurch ist es möglich, die Einschaltzeitdauer der LED-Strecken zu beeinflussen, wobei es das Ziel ist, ein Flackern der LED-Strecken zu vermeiden und damit die Einschaltfrequenz, mit der ein PWM-Modul die LED-Strecken ansteuert, über der Schwelle von ca. 80 Hz, vorzugsweise 100 Hz, zu halten, ab der das Schalten für das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbar ist.
Da die verwendeten LED-Strecken vorzugsweise verschiedene Farbtemperaturen aufweisen, kann durch Veränderung der Ton-Zeiten der LED-Strecken nun jede Farbtemperatur bzw. jeder Farbort eingestellt werden, der zwischen den Farborten der verwendeten LED-Strecken liegt.
Dieses Einstellen des Farborts kann weiter mit einer Dimmfunktion kombiniert werden. So kann z.B. in bekannter Weise eine verhältnismäßig langsame Dimm-PWM-Modulation verwendet werden, deren Tastverhältnis einen Dimmwert vorgibt, d.h. einen Wert, auf den die LED-Strecken gedimmt werden sollen. Eine entsprechende Auswertung erfolgt durch das Steuermodul.
Folgend auf diese Dimm-PWM-Modulation kann erfindungsgemäß die Farb-PWM-Modulation zur Farbtemperaturänderung erfolgen. Dabei kann vorgesehen sein, dass innerhalb der Einschaltzeitdauer des Dimm-PWM-Impulses der Dimm-PWM- Modulation der Dimm-PWM-Impuls aufgeteilt wird auf die wenigstens zwei parallelen LED-Strecken. D.h. dass die Einschaltzeitdauer des Dimm-PWM-Impulses die maximale Summe der Einschaltzeitdauern der LED-Strecken festlegt, die Einschaltzeitdauer des Dimm-PWM-Impulses also als zur Verfügung stehende Gesamteinschaltzeitdauer für die LED- Strecken aufgeteilt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein gesamter Dimm-PWM-Impuls zur Ansteuerung einer der beiden LED-Strecken verwendet wird und dann das Tastverhältnis zur Temperaturwertänderung dadurch verändert wird, dass eine veränderbare Anzahl von Dimm-PWM-Impulsen auf die jeweils andere LED-Strecke geschaltet wird.
So können die LED-Strecken von verschiedenen Stromquellen aus versorgt werden, die vorzugsweise als Konstantstromquellen Versorgungsströme unterschiedlicher Höhe für die LED-Strecken bereitstellen können. Bevorzugt ist jedoch lediglich eine Stromquelle auf die parallelen LED-Strecken schaltbar. Im Sinne der Erfindung schließt der parallele Betrieb den alternierenden Betrieb mit ein. Die LED-Strecken sind also parallel vorgesehen, können jedoch alternierend betrieben werden.
Neben Weißlicht-LEDs können selbstverständlich auch farbige LEDs parallel geschaltet sein, und durch entsprechende Ansteuerung der LEDs kann die Farbtemperatur/der Farbort weiter verändert werden, insbesondere kann der Bereich, in dem die Farbtemperatur verändert werden kann, vergrößert werden.
Durch Ansteuerung der unterschiedlichen parallelen LED- Strecken wird vorzugsweise jedoch stets Weißlicht erzeugt, wobei, wenn weitere farbige (z.B. rot, grün, blau) LED- Strecken parallel vorgesehen sind, durch die Farb-PWM- Modulation des Tastverhältnisses der Farbwiedergabeindex des entstehenden weißen Mischlichts verbessert werden kann.
Zusammen mit der Veränderung der Tastverhältnisse einer ersten LED-Strecke, die z.B. ein 'kaltes' Licht (z.B. 3300K bis 5300K, insbesondere 4000K, vorzugsweise über 5300K, z.B. 6500K) abstrahlt, und einer zweiten LED- Strecke, die z.B. 'warmes' Licht abstrahlt (z.B. unter 3000K bis 3300K) , und die die Weißlichtstrecke darstellen, wird also entsprechend auch ein Tastverhältnis zwischen den farbigen LED-Strecken bzw. einer roten und einer grünen LED-Strecke verändert.
Somit entsteht ein System aus beispielsweise vier LED- Strecken (z.B. wenigstens zwei Weißlicht-LEDs mit unterschiedlicher Farbtemperatur, einer grünen LED und einer roten LED) , die es ermöglicht, verschiedene Farbtemperaturen einzustellen. Die Erfindung stellt also eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit, wie es in den unabhängigen Ansprüchen beansprucht ist. Weitere Ausprägungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Änderung des Farborts des von einem LED-Modul emittierten sichtbaren Lichts bereit, wobei das LED-Modul wenigstens zwei parallele LED-Strecken aufweist, die jeweils wenigstens eine LED aufweisen, wobei sich das Emissionsspektrum der LED-Strecken unterscheidet, und wobei die LED-Strecken abwechselnd mit Konstantstrom betrieben werden, und zur Farbortänderung das Verhältnis der Einschaltzeitdauern der LED-Strecken verändert wird, vorzugsweise unter Konstanthaltung der Summe der EinschaltZeitdauern sämtlicher LED-Strecken.
Die Summe der Einschaltzeitdauern sämtlicher LED-Strecken kann durch ein Dimmsignal vorgegeben sein.
Das Dimmsignal kann von dem Steuermodul dahingehend ausgewertet werden, dass das Dimmsignal eine Obergrenze einer Gesamteinschaltzeitdauer sämtlicher LED-Strecken einstellt.
Die Einschaltzeitdauern der LED-Strecken können abhängig von einem Farbtemperaturänderungssignal eingestellt werden.
Die LED-Strecken können Weißlicht-LED-Strecken sein.
Die LED-Strecken können verschiedene Farbtemperaturen aufweisen.
Wenigstens eine der LED-Strecken kann, vorzugsweise ausschließlich, rote, grüne und/oder blaue LEDs aufweisen. Die LED-Strecken können mit Konstantströmen unterschiedlicher Höhe, insbesondere ausgehend von unterschiedlichen Stromquellen, versorgt werden.
Die LED-Strecken können ausgehend von einer einzigen Stromquelle versorgt werden.
Die LED-Strecken können mittels eines Schaltelements alternierend ein- und ausgeschaltet werden. Es muss nicht zu jeder Zeit eine der LED-Strecken aktiv bzw. aktiviert sein. So kann es auch vorkommen, dass alle oder einzelne LED-Strecken zumindest zeitweise deaktiviert sind.
Bei Zuführung des Farbtemperaturänderungssignals kann die Einschaltzeitdauer der LED-Strecken relativ zueinander verändert, insbesondere die Einschaltzeitdauer einer LED- Strecke verkürzt/verlängert und (indirekt) proportional dazu die Einschaltzeitdauer einer anderen LED-Strecke verlängert/verkürzt werden.
Die LED-Strecken können auf einem LED-Modul angebracht sein .
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Steuermodul bereit, das dazu ausgelegt ist, ein Verfahren auszuführen, wie es vorstehend beschrieben ist. In noch einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Steuermodul bereit, mit wenigstens einem Eingang an dem ein Dimm- und/oder Farbtemperaturänderungssignal zuführbar ist und mit wenigstens einem Ausgang, von dem ausgehend wenigstens zwei LED-Strecken betreibbar sind, wobei das Steuermodul dazu eingerichtet ist, ein ihm zugeführtes Dimm- und/oder Farbtemperaturänderungssignal auszuwerten und abhängig zumindest von dem
Farbtemperaturänderungssignal einen Farbort des von einem LED-Modul emittierten sichtbaren Lichts zu ändern, wobei das LED-Modul wenigstens zwei parallele LED-Strecken aufweist, die jeweils wenigstens eine LED aufweisen, wobei sich das Emissionsspektrum der LED-Strecken unterscheidet, und wobei das Steuermodul dazu ausgelegt ist, die LED- Strecken abwechselnd mit Konstantstrom zu betreiben, und zur Farbortänderung das Verhältnis der Einschaltzeitdauern der LED-Strecken zu verändern, vorzugsweise unter Konstanthaltung der Summe der Einschaltzeitdauern sämtlicher LED-Strecken. Das Steuermodul kann als Vorschaltmodul für ein LED-Modul ausgelegt und insbesondere dazu ausgelegt sein, einen Schalter des LED-Moduls in Abhängigkeit des Dimmsignals und/oder des Farbtemperaturänderungssignals zu steuern oder dem Konvertermodul ein Signal zuzuführen, das eine vom LED-Modul zu wählende Einstellung anzeigt.
Das Steuermodul kann an dem LED-Modul angebracht sein.
In wiederum einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein LED-Modul oder eine Leuchte mit einem Steuermodul bereit, wie es vorstehend beschrieben ist.
Die Erfindung wird nunmehr auch mit Blick auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Toleranzdiagramm für ein Mischen bezüglich einer MacAdam 1 Ellipse.
Fig. 2 eine Ansteuerung zweier LED-Strecken ohne
Dimmen.
Fig. 3 eine Ansteuerung zweier LED-Strecken mit Dimmen.
Fig, 4 schematisch einen Schaltungsaufbau.
Fig. 5 eine Ansteuerung zweier LED-Strecken mit Dimmen.
Fig. 6 schematisch ein Steuermodul gemäß der Erfindung. Die Fig. 1 zeigt ein Diagramm, das die Anforderungen hinsichtlich einer exakten Ansteuerung der LED-Strecken darstellt, um Toleranzanforderungen hinsichtlich einer MacAdam 1-Ellipse über den gesamten Dimmbereich (MAI Tolerance Influence Elipse, 6500K bis 2700K Mischung) zu ermöglichen.
Die Anforderungen daran, eine geringe Farbabweichung zu erreichen, sind sehr hoch. Insbesondere wird je Kanal lediglich eine Abweichung von ca. ± 1,25% je Kanal bis zu einem Dimmwert von 1% erlaubt, um in der MacAdam 1-Ellipse zu bleiben. Ab einem Dimmwert von 1% sind höhere Toleranzen möglich. Hierbei bedeutet ein Dimmwert von 1% insbesondere ein Dimmen auf 1% der Lichtleistung, die ohne Dimmen emittiert wird.
Die Erfindung stellt nun insbesondere zwei unterschiedliche Versorgungsströme für zwei LED-Strecken mit verschiedenen Farbtemperaturen bereit.
In Fig. 2 ist gezeigt, wie der Strom bei einem Dimmwert von 100% (Verhalten bei einem Dimmwert von 100% bei c.a 4000K; siehe 100% Schritte der Pulse [%] ) , d.h. bei voller Leistung ohne Dimmen, zwischen den LED-Strecken hin und her geschaltet wird.
Die LED-Strecken werden dabei mit Versorgungsströmen unterschiedlicher Höhe versorgt. So wird eine LED-Strecke mit einem Versorgungsstrom von 100% betrieben (schwarze Kurve) , während eine andere LED-Strecke mit einem Strom von ca. 130% betrieben wird (graue Kurve) .
Wenn die Ströme für die erste und die zweite LED-Strecke gleich sind, wäre auch die von den LED-Strecken abgegebene Leistung gleich. Dies kann erreicht werden, wenn die eine Stromsteuerung so erfolgt, dass der von den LED-Strecken abgegebene Lichtstrom bei der gewählten Zielfarbtemperatur gleich bleibt.
Allgemein kann eine (relative) Stromveränderung zwischen den LED-Strecken verwendet werden, um den Lichtstrom auf einem Niveau zu halten, während mittels der Formeln (1) bestimmt wird wann eine LED-Strecke eingeschaltet wird (siehe Parameter k) . So könnte der gleiche Versorgungsstrom für beide LED-Strecken verwendet werden.
Da der Gesamtlichtstrom Φ gleichbleiben soll, muss die folgende Formel (2) zusammen mit den Formeln (1) gelöst werden.
Durch ein Lösen der Formeln (1) und (2) kann der Strom berechnet werden, der benötigt wird, um einen konstanten Lichtstrom zu erzeugen. Diese Berechnungen können in dem Steuermodul durchgeführt werden, z.B. durch eine IC, ASIC, oder einen Microcontroller.
Durch Lösen der Formeln (1) wird auch ein Verhältnis definiert, in dem die LED-Strecken ein-/ausgeschaltet werden sollen. Wenn jedoch auf 5 % der Leistung herunter gedimmt wird (bei Beibehaltung des Farborts/der Farbtemperatur des emitierten Lichts), stellt sich eine Situation dar, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist (Verhalten bei einem Dimmwert von 5% bei c.a 4000K; siehe Pulsbreite von ca. 5% auf der Pulse [%] -Achse) .
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Einschaltzeitdauer der Ströme für die LED-Strecken sehr kurz. Aus diesme Grund muss eine Ansteuerung der LED-Strecken sehr exakt erfolgen, um einen bestimmten Farbwert/Farbort bzw. eine bestimmte Farbtemperatur zu erhalten, besonders wenn die LED-Strecken ausgehend von unterschiedlichen Stromquellen versorgt werden.
Alternativ können deshalb auch, anders als bei den in Figs. 2 und 3 gezeigten Ausführungen, bei der je LED- Strecke eine Stromquelle vorgesehen ist (in den Fig. 1 sind die Stromverläufe von zwei Stromquellen gezeigt) , die LED-Strecken ausgehend von lediglich einer Stromquelle betrieben werden.
Bei mehreren Stromquellen erfolgt also eine Veränderung der Helligkeit dadurch, dass die Einschaltzeitdauer der Versogungsströme der LED-Strecken bei einem Dimmen unter Beibehaltung des Faborts/der Farbtemperatur im gleichem Maße reduziert werden. Somit wird insgesamt eine Reduzierung der Ausgabeleistung erreicht. Wie in Fig. 1 zusehen ist, ist bei 100 % Dimmung daher die volle Helligkeit gegeben. Da insgesamt die LED-Strecken abwechselnd betrieben werden, wird zu jedem Zeitpunkt eine der LED-Strecken mit dem von der jeweiligen Stromquelle gelieferten Strom betrieben. In Fig. 3 ist hingegen die Einschaltzeitdauer für jeden der LED-Strecken-Ströme reduziert, sodass jeweils lediglich eine sehr kurze Einschaltzeitdauer gegeben ist, beispielsweise 5 %, sodass sich die Helligkeit verändert.
Soll nun eine Änderung des Farborts/der Farbtemperatur erfolgen, so sind die Einschaltzeitdauernen, mit denen die LED-Strecken angesteuert werden, relativ zueinander zu verändern. Wird beispielsweise die Einschaltzeitdauer des Versorgungsstromes für eine LED-Strecke verlängert, so wird gleichzeitig die Einschaltzeitdauer des Versorgungsstromes einer anderen LED-Strecke verkürzt. So ergibt sich jediglich eine Änderung der Farbtemperatur.
Soll nun sowohl die Farbtemperatur verändert werden als auch der Helligkeitswert des abgegebenen Lichts, so sind beide Möglichkeiten zu kombinieren. Insbesondere ist also die Einschaltzeitdauer des Versorgungsstromes für die eine LED-Strecke (indirekt) proportional mit der
Einschaltzeitdauer des Versorgungsstromes für die andere LED-Strecke zu verändern, wärend gleichzeitig die Einschaltzeitdauer der LED-Strecken insgesamt durch die Einschaltzeitdauer des Dimmsignals vorgegeben ist, d.h. die maximale Summe der Einschaltzeitdauern der LED- Strecken wird druch die Pulseweite der Diram-PWM-Modulation bestimmt.
Alternativ ist es, wie gesagt, vorgesehen, beide LED- Strecken über lediglich eine Stromquelle zu versorgen. Der prinzipielle Schaltungsaufbau ist dabei in Fig. 4 gezeigt. Der Versorgungsstrom der LED-Strecken wird hier mittels wenigstens eines Schaltelements ( (Bipolar-) Transistor, FET, MOSFET) zwischen den LED-Strecken geschaltet. Da die LED-Strecken jeweils abwechselnd betrieben werden, gibt es im Prinzip keine Anforderung zwei Stromquellen bereit zu stellen. Insbesondere nicht bei einem Dimmwert von 100 %.
Wie in Fig, 4 gezeigt kann daher das Schaltelement vorgesehen sein, den Strompfad über die parallelen LED- Strecken von einer LED-Strecke zu einer anderen LED- Strecke zu schalten. Bei mehreren LED-Strecken ist entsprechend eine Änderung der Schaltung, also mehrerer Schalter vorzusehen.
Bei einem Dimmwert von 100 % legt dann die Schaltfrequenz des Schaltelements die Farbtemperatur fest, während der Lichtstrom mittels des Versorgungsstroms eingestellt wird. Bei gleichem Lichtstrom der LED-Strecken ist keine Veränderung nötig. Soll auf niedrigere Lichtströme herunter gedimmt werden, so ist zunächst die Einschaltzeitdauer des Dimm-PWM- Signals durch das Stueremodul zu ermitteln. Soll lediglich ein Helligkeitsdimmen erfolgen, so müssen, um die Farbtemperatur/den Farbort konstant zu halten, die Einschaltzeitdauern für die Kanäle relativ zu der Einschaltzeitdauer des Dimmsignals angepasst werden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
Insbesondere wird hier eine LED-Strecke innerhalb des Dimm-PWM-Signals für zwei Einschaltzeitdauern (Pulse) mit dem Versorgungsstrom versorgt, während die andere LED- Strecke für lediglich eine Einschaltzeitdauer (Puls) mit dem Versorgungsström versorgt wird. So kann ohne komplizierte Schaltung oder Abstimmung zweier Stromquellen durch Verwendung des Schaltelements die Farbtemperatur des abgegebenen Lichts konstant gehalten werden, während lediglich die Helligkeit verändert wird.
Soll hingegen ebenfalls eine Änderung des Farbtemperaturpunktes erfolgen, so sind widerum die Einschaltzeitdauern der LED-Strecken relativ zueinander zu verändern und insbesondere die Einschaltzeitdauer des Versorungsstroms der einen LED-Strecke im Verhältnis zur Einschaltzeitdauer des Versorgungsstroms der anderen LED- Strecke zu verlängern oder zu verkürzen.
Das erfindungsgemäße Steuermodul kann auch als Vorschaltmodul für ein LED-Modul vorgesehen sein. Insbesondere kann das Steuermodul in diesem Fall ein Dimmsignal, beispielsweise über einen DALI-Bus entgegennehmen und berechnen welche, EinschaltZeitdauer des Versorgungsstroms für die LED-Strecken gewählt werden muss, um einen entsprechenden Helligkeitswert einzustellen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Steuermodul berechnen, wie die LED-Strecken zu aktivieren sind, bei einem Dimmen innerhalb der Einschaltzeitdauer des Dimm-PWM-Signals, um eine Farbtemperatur einzustellen bzw. einen Farbort zu halten. Neben dem Dimmsignal oder alternativ dazu kann das Steuermodul also ein Signal entgegennehmen, das eine gewünschte Farbtemperaturänderung relativ oder absolut anzeigt.
Fig. 6 zeigt schematisch die Funktionsweise des Steuermoduls, wobei dem in Fig. 6 oben gezeigten Steuermodul SM1 ein PWM-Signal PWM-EIN, insbesondere ein Dimm-PWM-Signal, zugeführt wird. Das Steuermodul SM1 ist nun dazu eingerichtet, das zugeführte PWM-Signal PWM-EIN auszuwerten. Das Steuermodul SM1 gibt dann PWM-Signale PWM-AUS LED1 und PWM-AUS LED2 aus, die entweder direkt zur Ansteuerung der LED-Strecken verwendet oder durch ein Konverter- oder LED-Modul ausgewertet werden können.
Dem in Fig. 6 unten gezeigten Steuermodul SM2 wird widerum ein PWM-Signal PWM-EIN, insbesondere ein Dimm-PWM-Signal, zugeführt. An einem Ausgang gibt das Steuermodul SM2 ein kombiniertes Signal PWM-AUS aus, das beispielsweise Pulse unterschiedlicher Stromhöhe aufweist. Dieses Ausgabe- Signal PWM-AUS kann entweder direkt zur Ansteuerung der LED-Strecken, z.B. über wenigstens ein Schaltelement, verwendet, oder durch ein Konverter- oder LED-Modul ausgewertet werden.
Die gestrichelten Linien auf den Ausgabeseiten der Steuermodule SMl und SM2 zeigen an, dass sich die Einschaltzeitdauern der ausgegebenen Signale innerhalb der Einschaltzeitdauer des PWM-Signals PWM-EIN bewegen.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Änderung des Farborts des von einem LED-Modul emittierten sichtbaren Lichts,
wobei das LED-Modul wenigstens zwei parallele LED- Strecken aufweist, die jeweils wenigstens eine LED aufweisen, wobei sich das Emissionsspektrum der LED- Strecken unterscheidet, und
wobei die LED-Strecken abwechselnd mit Konstantstrom betrieben werden, und
zur Farbortänderung das Verhältnis der
Einschaltzeitdauern der LED-Strecken verändert wird, vorzugsweise unter Konstanthaltung der Summe der Einschaltzeitdauern sämtlicher LED-Strecken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Summe der
Einschaltzeitdauern sämtlicher LED-Strecken durch ein Dimmsignal vorgegeben ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das
Dimmsignal dahingehend ausgewertet wird, dass das Dimmsignal eine Obergrenze einer
Gesamteinschaltzeitdauer sämtlicher LED-Strecken einstellt .
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei Einschaltzeitdauern der LED-Strecken abhängig von einem Farbtemperaturänderungssignal eingestellt werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die LED-Strecken Weißlicht-LED-Strecken sind.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die LED-Strecken verschiedene Farbtemperaturen aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei wenigstens eine der LED-Strecken, vorzugsweise ausschließlich, rote, grüne und/oder blaue LEDs aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die LED-Strecken mit Konstantströmen
unterschiedlicher Höhe, insbesondere ausgehend von unterschiedlichen Stromquellen, versorgt werden.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die LED-Strecken ausgehend von einer einzigen Stromquelle versorgt werden.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die LED-Strecken mittels eines Schaltelements alternierend ein- und ausgeschaltet werden.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nicht zu jeder Zeit eine der LED-Strecken aktiviert ist.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei Zuführung des
Farbtemperaturänderungssignals die
Einschaltzeitdauern der LED-Strecken relativ
zueinander verändert werden, insbesondere die
Einschaltzeitdauer einer LED-Strecke
verkürzt/verlängert und proportional dazu die Einschaltzeitdauer einer anderen LED-Strecke
verlängert/verkürzt wird.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die LED-Strecken auf einem LED-Modul angebracht sind.
14. Steuermodul, das dazu ausgelegt ist,
Verfahren nach den vorstehenden Ansprüchen
auszuführen.
15. Steuermodul, mit wenigstens einem Eingang an dem ein Dimm- und/oder Farbtemperaturänderungssignal zuführbar ist und mit wenigstens einem Ausgang, von dem ausgehend wenigstens zwei LED-Strecken betreibbar sind, wobei das Steuermodul dazu eingerichtet ist, ein ihm zugeführtes Dimm- und/oder
Farbtemperaturänderungssignal auszuwerten und
abhängig zumindest von dem
Farbtemperaturänderungssignal einen Farbort des von einem LED-Modul emittierten sichtbaren Lichts zu ändern, wobei das LED-Modul wenigstens zwei parallele LED-Strecken aufweist, die jeweils wenigstens eine LED aufweisen, wobei sich das Emissionsspektrum der LED-Strecken unterscheidet, und wobei das Steuermodul dazu ausgelegt ist, die LED-Strecken abwechselnd mit Konstantstrom zu betreiben, und zur Farbortänderung das Verhältnis der Einschaltzeitdauern der LED- Strecken zu verändern, vorzugsweise unter
Konstanthaltung der Summe der Einschaltzeitdauern sämtlicher LED-Strecken.
16. Steuermodul nach Anspruch 14 oder 15, wobei da Steuermodul als Vorschaltmodul für ein LED-Modul ausgelegt ist und das Steuermodul insbesondere dazu ausgelegt ist, einen Schalter des LED-Moduls in Abhängigkeit des Dimmsignals und/oder des
Farbtemperaturänderungssignals zu steuern oder dem Konvertermodul ein Signal zuzuführen, das eine vom LED-Modul zu wählende Eisteilung anzeigt.
17. Steuermodul nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Steuermodul auf dem LED-Modul angebracht ist .
18. LED-Modul oder Leuchte mit einem Steuermodul nach einem der Ansprüche 14 bis 17.
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