WO2007121870A1 - Betriebsschaltung für leuchtdioden - Google Patents

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WO2007121870A1
WO2007121870A1 PCT/EP2007/003260 EP2007003260W WO2007121870A1 WO 2007121870 A1 WO2007121870 A1 WO 2007121870A1 EP 2007003260 W EP2007003260 W EP 2007003260W WO 2007121870 A1 WO2007121870 A1 WO 2007121870A1
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Michael Zimmermann
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Tridonicatco Schweiz Ag
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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]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the present invention relates to methods and circuitry for operating light emitting diodes by means of switching regulators to provide the operating voltage for the LEDs.
  • buck converter Bück Converter
  • a control unit controls a clocked semiconductor power switch, by means of which in its switched state, an inductance is energized, wherein the energy of the inductor in the off state of the switch then discharges through the light emitting diode path.
  • the time average of the LED current can be adjusted by appropriate timing of the circuit breaker.
  • the current through the light-emitting diodes must therefore also be detected.
  • a measuring resistor (shunt) on the lower-potential side of the light emitting diode path a signal must be tapped and evaluated, which may be at a relatively high potential, for example, close to 40 volts. This alone already prevents the entire control unit including the light-emitting diode current detection can be fully integrated.
  • the present invention now aims at a technique in which the switch control, and more particularly the
  • Circuit breaker can be done until a subsequent restart without detection of the LED current. Of course, it should continue to be ensured that the diode current and thus the diode power is kept constant.
  • an operating circuit for at least one light-emitting diode which has a switching regulator.
  • the switching regulator is supplied with a DC voltage or a rectified AC voltage.
  • a supply voltage or supply current for the at least one light emitting diode is provided by means of a coil and a switch clocked by a control unit. Thisletonsström usually shows a zigzag course around a constant mean around, wherein the time average represents the RMS current through the light emitting diode path.
  • control unit determines the time duration between a switch-off and a subsequent switch-on of the switch depending on the light-emitting diode voltage and a time constant characteristic of the coil.
  • the light-emitting diode voltage can be determined, for example, on the basis of the difference between the operating voltage and the potential of the potential-low side of the light emitting diodes in the case of a Buck converter or the higher voltage side of the light emitting diodes in the case of a boost converter.
  • the coil characteristic can basically be determined on the basis of the electrical parameters of the coil.
  • the control unit can control the time constant coil Characteristic also on the rise slope of the coil current, possibly taking into account the coil voltage, the first time the switch is detected. For example.
  • the time duration can be determined until the coil current rising from zero at the first switch-on reaches a reference value. This detection has the advantage that any tolerances or manufacturing variations are automatically compensated, since the actual and current electromagnetic behavior of the coil is detected.
  • control unit does not detect the light-emitting diode current.
  • the control unit can detect the current through the switch via a measuring resistor.
  • control unit may be formed as an integrated circuit such as an ASIC.
  • the control unit can control switches in the form of PWM-modulated signals.
  • the control unit may set the on period, ie, the time period between turning on the power switch and immediately re-switching, by comparing the switch current with a (for example, internal) reference value of the control unit, thereby turning the switch off again when the current through the switch reaches the reference value or exceeds.
  • a (for example, internal) reference value of the control unit thereby turning the switch off again when the current through the switch reaches the reference value or exceeds.
  • the detected switch current an additional value can be applied, which is the greater the faster the rise of the switch current after a restart of the switch.
  • the switching regulator can be a boost converter or a buck converter.
  • the invention also proposes methods for operating a light-emitting diode by means of a switching regulator.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an operating circuit (Bück) according to the invention for light-emitting diodes
  • FIG. 3 shows signal curves as they occur in the circuit according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 4 shows a circuit detail for applying the switch current detection value with an additional value depending on the slew rate of the coil current (or the coil voltage).
  • FIG. 5 shows a modification of the circuit of FIG. 1.
  • Boost Version In Fig. 1, a circuit for the controlled operation of light emitting diodes (LED) is shown schematically. In the example shown, two light-emitting diodes are connected in series, however, it is just an advantage of the present invention that the operating circuit adapts very flexibly to the type and number of light-emitting diodes (LED) also connected in series.
  • the operating circuit is supplied with an input DC voltage Vi n , which of course can also be a rectified AC voltage.
  • Freewheeling diode Dl energized in the switched-on state of
  • Switch Sl discharges the stored energy in the coil Ll in the form of a current i through a capacitor Cl and the light emitting diode LED.
  • a control and / or regulating circuit SR is provided which prescribes the timing of the switch S1, for example in the form of PWM-modulated signals, as a manipulated variable for controlling the light-emitting diode power.
  • the control and / or regulating circuit SR detects the current through the switch Sl (in the switched state of the switch Sl).
  • the control and / or regulating unit SR can detect the potential on the lower-potential side of the LED path.
  • Another voltage divider R3, R4 allows the detection of the supply voltage.
  • FIG. 2 shows the drive signals Si gate, which outputs the control and / or regulating unit SR in the form of PWM-modulated signals to the control terminal of the semiconductor power switch S1.
  • the time duration between a switch-on and an immediately subsequent switch-off of the switch Sl is referred to below as t on . Accordingly, the time period between a turn-off and a subsequent turn-on of the switch is referred to as T off .
  • T off the time period between a turn-off and a subsequent turn-on of the switch.
  • the on-time t on is determined by monitoring the switch current on the basis of the voltage signal from the measuring resistor RS by the control and / or regulating unit SR after switching on the switch S1.
  • the end of the switch-on time t on is determined by the fact that the detected switch current reaches or exceeds an internal reference value U re of the control and / or regulating unit SR.
  • the current flow in the on state of the switch Sl can thus be monitored well.
  • the light-emitting diode current is detected in the switch-off period of the switch S1 and the switch S1 is switched on again when this light-emitting diode current has reached a lower limit.
  • the switch-off duration t off for the switch Sl is now determined as a function of the voltage Ui ed via the light-emitting diode path and a characteristic value k L for the inductance (inductance) L 1 that does not change over time.
  • the light-emitting diode voltage U ⁇ ed can determine the control and / or regulating circuit SR on the basis of the difference between the operating voltage detected via the voltage divider R3, R4 and the voltage detected by means of the voltage divider R1, R2 at the lower-potential side of the light-emitting diode path.
  • the temporally unchanging throttle characteristic k L can be calculated or measured, for example, on the basis of the electrical characteristic values of the inductance L 1.
  • the electromagnetic behavior of the coil Ll is determined based on the increase of the coil current when switching the switch S1 for the first time.
  • the characteristic k L is thus a function of the time duration ti and the coil voltage (during the ON cycle measurable), ie the t on time between the first time Turning on and the time at which the switch current (represented by U s ) increasing from zero reaches the internal reference value of the control and / or SR circuit SR.
  • the gate drive signal for the switch Sl is shown in the uppermost graph.
  • the switch S1 When the voltage US representing the switch current reaches the reference value U r ⁇ f , the switch S1 is again switched off (switch signal S1 to "low") .In this state, the coil current i decreases again, since the stored electromagnetic energy in the coil L1 exceeds the value After expiry of the switch-off period T off as defined above, the control and / or regulating unit SR then turns the switch on again, during a switch-on period T 0n, which in turn is determined by the current through the switch S1 shown current profile i, which zigzags around the time average by a constant mean value i eff .
  • the switch- off duration T Off can be extended in the sense of real pauses of the diode current, wherein care is taken that the switch-off times are not detectable to the human eye. In such pauses, of course, when re-switching to a magnetization of the coil, which is compensated meanwhile by the inventive control of the inductor current.
  • a particular problem may arise when the increase of the current through the coil Ll with a corresponding small inductance of the coil Ll very fast respect. the switch-off behavior in the control of the switch Sl is too slow.
  • FIG. 4 now shows a circuit-type implementation of such an application.
  • a resistance network R N is provided, which acts on the measured current value (represented by U s ) an additional value, which is tapped from the connection point of the voltage divider Rl, R2, so that the value of the application of the height of the potential at the potential lower side the light emitting diode path depends.
  • the higher this potential on the potential lower side of the light-emitting diode path relative to ground the steeper the increase of the coil current in the switched-on state of the switch S1.
  • the current measured value U s ' thus modified is supplied to a comparator in the control and / or regulating unit SR, this comparator comparing the modified current measuring value U s with an internal reference of, for example, 0.2V.
  • the output signal of the comparator in turn controls the switch-off time for the switch Sl.
  • Fig. 5 shows a modification of the circuit of Fig. 1 in that the arrangement of the inductor Ll, the free-wheeling diode Dl and the orientation of the light-emitting diode path is modified (Boost Topology).
  • the invention provides a technique in which a time average of the
  • Light-emitting diode current can be performed. Since the regulation depends on the potential on the lower-potential side of the light-emitting diode path by determining the turn-off time T Off , the control behavior automatically adjusts to a

Abstract

Eine Betriebsschaltung für wenigstens eine Leuchtdiode (LED) weist auf eine Schaltreglerschaltung, der eine Gleichspannung zugeführt wird und mittels einer Spule (L1) und einem durch eine Steuereinheit (SR) getakteten Schalter (S1) eine Versorgungs Spannung für die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) bereitstellt. Bei eingeschaltetem Schalter (S1) in der Spule (L1) eine Energie aufgebaut wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter (S1) über die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) entlädt. Die Steuereinheit (SR) bestimmt die Zeitdauer zwischen einem Ausschalten und einem folgenden Einschalten des Schalters (S1) abhängig von der Spannung über der wenigstens einen Leuchtdiode (LED) und einer zeitlich konstanten Kenngrösse der Spule (L1).

Description

BetriebsSchaltung für Leuchtdioden
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Schaltung zum Betrieb von Leuchtdioden mittels Schaltreglern zur Bereitstellung der Betriebsspannung für die LEDs.
Es ist grundsätzlich bekannt, Schaltregler, insbesondere Tiefsetzsteiler (Bück Converter) zur Ansteuerung von Leuchtdioden zu verwenden. Dabei steuert eine Steuereinheit einen getakteten Halbleiter-Leistungsschalter an, mittels dem in dessem eingeschalteten Zustand eine Induktivität energetisiert wird, wobei sich die Energie der Induktivität im ausgeschalteten Zustand des Schalters dann über die Leuchtdiodenstrecke entlädt.
Es kommt somit durch die Leuchtdioden zu einem zickzackförmigen Stromverlauf um einen konstanten Mittelwert herum, wobei sich im eingeschalteten Zustand des Schalters jeweils eine ansteigende Flanke und im ausgeschalteten Zustand des Schalters eine abfallende Flanke des Leuchtdiodenstroms ergibt .
Somit kann der zeitliche Mittelwert des Leuchtdiodenstroms durch entsprechende Taktung des Leistungsschalters eingestellt werden. Zur Regelung des Mittelwerts des Leuchtdiodenstroms muss dementsprechend der Strom durch die Leuchtdioden auch erfasst werden. Dabei besteht das Problem, dass sich bei Erfassung des Leuchtdiodenstroms mittels eines Messwiderstands (Shunt) an der potentialniedrigeren Seite der Leuchtdiodenstrecke ein Signal abgegriffen und ausgewertet werden muss, das auf einem relativ hohen Potential von beispielsweise nahe von 40 Volt liegen kann. Dies allein verhindert bereits, dass die gesamte Steuereinheit einschließlich der Leuchtdiodenstromerfassung vollständig integriert werden kann.
Schliesslich wird oft gefordert, für LED-Module einen gemeinsamen Plusanschluss zur Verfügung zu stellen. Dadurch kann nicht auf dem oberen fixen Potential gemessen werden, da dadurch bei Steuergeräten für mehrere Farben kein gemeinsames Potential machbar wäre.
Ein weiteres Problem ist dabei, dass das Potential auf der potentialniedrigeren Seite der Leuchtdiodenstrecke bei konstanter Betriebsspannung natürlich von der Anzahl und der Art mehrerer in Serien geschalteter Leuchtdioden abhängt, da jede Leuchtdiode für einen definierten Spannungsabfall sorgt. Somit muss eine flexible Leuchtdiodenstromerfassung auf sehr unterschiedliche Potentiale ausgelegt sein, was die Stromerfassung noch komplexer macht.
Die vorliegende Erfindung zielt nunmehr auf eine Technik ab, bei der die Schalteransteuerung und genauer gesagt die
Festlegung der Ausschaltzeitdauer von einem Ausschalten des
Leistungsschalters bis zu einem folgenden Wiedereinschalten ohne Erfassung des Leuchtdiodenstroms erfolgen kann. Dabei soll natürlich weiterhin sichergestellt werden, dass der Diodenstrom und somit die Diodenleistung konstant gehalten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist also eine Betriebsschaltung für wenigstens eine Leuchtdiode (oder mehrere in Serie geschaltete Leuchtdioden) vorgesehen, die einen Schaltregler aufweist. Dem Schaltregler wird eine Gleichspannung bzw. eine gleichgerichtete WechselSpannung zugeführt. Mittels einer Spule und einem durch eine Steuereinheit getakteten Schalter wird eine VersorgungsSpannung oder Versorgungsstrom für die wenigstens eine Leuchtdiode bereitgestellt. Dieser Versorgungsström zeigt üblicherweise einen zickzackförmigen Verlauf um einen konstanten Mittelwert herum, wobei der zeitliche Mittelwert den Effektivstrom durch die Leuchtdiodenstrecke darstellt. Bei eingeschaltetem Schalter wird in der Spule eine Energie aufgebaut, die sich bei ausgeschaltetem Schalter über die wenigstens eine Leuchtdiode entlädt.
Gemäß der Erfindung bestimmt die Steuereinheit die Zeitdauer zwischen einem Ausschalten und einem folgenden Wiedereinschalten des Schalters abhängig von der Leuchtdiodenspannung und eine zeitlich konstanten Kenngröße der Spule.
Auch wenn zusätzlich noch der Lampenstrom in bekannter Weise erfasst werden kann, so ermöglicht es doch die vorliegende Technologie, grundsätzlich auch ohne die Leuchtdiodenstromerfassung auszukommen.
Die Leuchtdiodenspannung kann beispielsweise anhand der Differenz zwischen der Betriebsspannung und dem Potential der potentialniedrigen Seite der Leuchtdioden bei einem Buck- Konverter bzw. der potentialhöheren Seite der Leuchtdioden bei einem Boost-Konverter bestimmt werden.
Die Spulen-Kenngröße kann grundsätzlich anhand der elektrischen Parameter der Spule bestimmt werden. Alternativ kann die Steuereinheit die zeitlich konstante Spulen- Kenngröße auch über die Anstiegssteilheit des Spulenstroms , ggf. unter Berücksichtigung der Spulenspannung, beim erstmaligen Einschalten des Schalters erfassen. Bspw. kann dazu die Zeitdauer ermittelt werden, bis der beim ersten Einschaltvorgang von Null ansteigende Spulenstrom einen Referenzwert erreicht. Diese Erfassung hat den Vorteil, dass automatisch etwaige Toleranzen oder Fertigungsschwankungen kompensiert werden, da ja das tatsächliche und aktuelle elektromagnetische Verhalten der Spule erfasst wird.
Insbesondere kann es bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Steuereinheit den Leuchtdiodenstrom nicht erfasst.
Die Steuereinheit kann den Strom durch den Schalter über ein Messwiderstand erfassen.
Da wie gesagt, nicht unbedingt eine ggf. auf hohem Potential liegende Leuchtdiodenstromerfassung notwendig ist, kann die Steuereinheit als integrierte Schaltung wie beispielsweise ein ASIC ausgebildet sein.
Die Steuereinheit kann Schalter in Form von PWM-modulierten Signalen ansteuern.
Die Steuereinheit kann die Einschaltzeitdauer, d.h. die Zeitdauer zwischen einem Einschalten des Leistungsschalters und einem unmittelbar darauffolgendem Wiederausschalten, mittels Vergleich des Schalterstroms mit einem (beispielsweise internem) Referenzwert der Steuereinheit festlegen und dabei den Schalter wieder ausschalten, wenn der Strom durch den Schalter den Referenzwert erreicht bzw. überschreitet . Dem erfassten Schalterstrom kann ein Zusatzwert beaufschlagt werden, der um so größer ist, je schneller der Anstieg des Schalterstroms nach einem Wiedereinschalten des Schalters ist.
Der Schaltregler kann ein Hochsetzsteller (Boost Converter) oder ein Tiefsetzsteiler (Bück Converter) sein.
Die Erfindung schlägt auch Verfahren zum Betrieb einer Leuchtdiode mittels eines Schaltreglers vor.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr anhand der Figuren der begleitenden Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betriebsschaltung (Bück) für Leuchtdioden,
Fig. 2 zeigt schematisch die Ansteuersignale für den Steueranschluss (Gate bzw. Basis) des Halbleiter- Leistungsschalters Sl,
Fig. 3 zeigt Signalverläufe, wie sie sich bei der Schaltung gemäß Fig. 1 einstellen,
Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdetail zur Beaufschlagung des Schalterstrom-Erfassungwerts mit einem Zusatzwert, der von der Anstiegsgeschwindigkeit des Spulenstroms (oder der Spulenspannung ) abhängt, und
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Schaltung von Fig. 1. (Boost Version) In Fig. 1 ist schematisch eine Schaltung zum geregelten Betrieb von Leuchtdioden (LED) gezeigt. Im dargestellten Beispiel sind zwei Leuchtdioden in Serie geschaltet, indessen ist es gerade ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sich die Betriebsschaltung sehr flexibel an die Art und die Anzahl der ebenfalls seriell verbundenen Leuchtdioden (LED) anpasst .
Der Betriebsschaltung wird eine Eingangs-Gleichspannung Vin zugeführt, die natürlich auch eine gleichgerichtete WechselSpannung sein kann.
Eine Serienschaltung zwischen einem Halbleiter- Leistungsschalter Sl (beispielsweise einem MOSFET) und einer
Freilaufdiode Dl energetisiert in eingeschaltetem Zustand des
Schalters Sl eine Induktivität Ll mittels des durch den
Schalter fliessenden Stroms. Im ausgeschalteten Zustand des
Schalters Sl entlädt sich die in der Spule Ll gespeicherte Energie in Form eines Stroms i durch einen Kondensator Cl und die Leuchtdiodenstrecke LED.
Es ist eine Steuer- und/oder RegelSchaltung SR vorgesehen, die als Stellgröße der Regelung der Leuchtdiodenleistung die Taktung des Schalters Sl beispielsweise in Form von PWM- modulierten Signalen vorgibt.
Mittels eines Messwiderstands RS erfasst die Steuer- und/oder Regelschaltung SR den Strom durch den Schalter Sl (im eingeschalteten Zustand des Schalters Sl) .
Über einen Spannungsteiler Rl, R2 kann die Steuer- und/oder Regeleinheit SR das Potential auf der potentialniedrigeren Seite der LED-Strecke erfassen. Ein weiterer Spannungsteiler R3 , R4 ermöglicht die Erfassung der Versorgungsspannung.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist es bei der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, den Strom durch die Leuchtdioden zu erfassen. Dagegen ist es durch die erfindungsgemäße Schaltung weiterhin möglich, den Mittelwert des Leuchtdiodenstroms wie auch bei Bedarf (PLED = ULED X ILED, beide bekannt) die Leistung der Leuchtdioden im zeitlichen Mittelwert betrachtet konstant zu halten.
Fig. 2 zeigt die Ansteuersignale SiGate» die die Steuer- und/oder Regeleinheit SR in Form von PWM-modulierten Signalen an den Steueranschluss des Halbleiter-Leistungsschalters Sl abgibt .
Die Zeitdauer zwischen einem Einschalten und einem unmittelbar darauffolgendem Ausschalten des Schalters Sl wird im Folgenden mit ton bezeichnet. Dementsprechend wird die Zeitdauer zwischen einem Ausschalten und einem darauffolgenden Wiedereinschalten des Schalters mit Toff bezeichnet. Mit tl wird die Zeitdauer des erstmaligen Einschaltens des Schalters Sl bezeichnet.
Die Einschaltzeitdauer ton wird erfindungsgemäß dadurch bestimmt, dass nach einem Einschalten des Schalters Sl der Schalterstrom anhand des Spannungssignals von dem Messwiderstand RS durch die Steuer- und/oder Regeleinheit SR überwacht wird. Das Ende der Einschaltzeitdauer ton ist dadurch festgelegt, dass der erfasste Schalterstrom einen internen Referenzwert Ure- der Steuer- und/oder Regeleinheit SR erreicht bzw. überschreitet. Der Stromverlauf im eingeschalteten Zustand des Schalters Sl kann somit gut überwacht werden.
Dagegen ist eine direkte Erfassung des Stroms durch die Spule Ll im ausgeschalteten Zustand des Schalters Sl gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendig.
Beim Stand der Technik wird wie gesagt, der Leuchtdiodenstrom in der Ausschaltzeitdauer des Schalters Sl erfasst und der Schalter Sl wiedereingeschaltet, wenn dieser Leuchtdiodenstrom einen unteren Grenzwert erreicht hat.
Bei der vorliegenden Erfindung wird nunmehr die Ausschaltzeitdauer tOff für den Schalter Sl abhängig von der Spannung Uied über die Leuchtdiodenstrecke und einem zeitlich sich nicht verändernden Kennwert kL für die Induktivität (Drossel) Ll bestimmt.
Die Leuchtdiodenspannung Uχed kann die Steuer- und/oder RegelSchaltung SR anhand der Differenz zwischen der über den Spannungsteiler R3, R4 erfassten Betriebsspannung und der mittels des Spannungsteilers Rl, R2 erfassten Spannung an der potentialniedrigeren Seite der Leuchtdiodenstrecke ermitteln.
Der zeitlich sich nicht verändernde Drosselkennwert kL kann beispielsweise anhand der elektrischen Kennwerte der Induktivität Ll berechnet bzw. gemessen werden.
Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn das elektromagnetische Verhalten der Spule Ll anhand des Ansteigens des Spulenstroms beim erstmaligen Einschalten des Schalters Sl ermittelt wird. Der Kennwert kL ist somit eine Funktion der Zeitdauer ti und der Spulenspannung (während dem ON Zyklus messbar) , d.h. der ton Zeit zwischen dem erstmaligen Einschalten und dem Zeitpunkt, zu dem der Schalterstrom (wiedergegeben durch Us) von Null ansteigend den internen Referenzwert der Steuer- und/oder RegelSchaltung SR erreicht. Dies ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. In Fig. 3 ist das Gate-Ansteuersignal für den Schalter Sl in der obersten Grafik dargestellt. Bei dem erstmaligen Einschalten während der Zeitdauer ti steigt der Strom i durch die Spule Ll wie auch der Strom durch den Schalter, wiedergegeben durch das Spannungssignal Us vom Messwiderstand Rl .
Wenn die den Schalterström wiedergebende Spannung US den Referenzwert Urβf erreicht, wird der Schalter Sl wieder ausgeschaltet (Schaltersignal Sl auf „low") . In diesem Zustand sinkt der Spulenstrom i wieder ab, da sich die gespeicherte elektromagnetische Energie in der Spule Ll über der Leuchtdiodenstrecke entlädt. Nach Ablauf der wie oben definierten Ausschaltzeitdauer Toff wird dann die Steuer- und/oder Regeleinheit SR den Schalter wieder einschalten, und dies während eine Einschaltzeitdauer T0n die wiederum anhand des Stroms durch den Schalter Sl ermittelt wird. Somit ergibt sich der gezeigte Stromverlauf i, der im zeitlichen Mittel um einen konstanten Mittelwert ieff herum zickzackförmig verläuft.
Um gezielt ein Dimmen der Leuchtdioden in der Art einer PWM- Modulation zu erreichen, kann die Ausschaltzeitdauer TOff im Sinne echter Pausen des Diodenstroms verlängert werden, wobei darauf geachtet wird, dass die Ausschaltzeiten für das menschliche Auge nicht detektierbar sind. Bei derartigen Pausen kommt es natürlich beim Erneuten Einschalten zu einer Aufmagnetisierung der Spule, was indessen durch die erfindungsgemässe Regelung auf den Drosselstrom kompensiert wird. Ein besonderes Problem kann entstehen, wenn der Anstieg des Stroms durch die Spule Ll bei entsprechender kleiner Induktivität der Spule Ll sehr schnell bzgl . des Ausschaltverhaltens bei der Ansteuerung des Schalters Sl zu langsam verläuft. In diesem Fall wäre zu befürchten, dass aufgrund der zeitlichen Verzögerung im Ausschaltvorgang des Schalters Sl der Schalterstrom und damit die Shuntspannung ungewollt über den Referenzwert Uref „hinausschießt" und somit eine Beschädigung des Schalters Sl erfolgen könnte. Zumindest wird der Mittelwertstrom durch die zu hohen Stromspitzen nicht mehr der erwünschten Genauigkeit entsprechen.
Wie gesagt, dieses Problem ist um so ausgeprägter, je schneller der Anstieg des Spulenstroms i nach einem Wiedereinschalten des Schalters Sl ist.
Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, dass dem gemessenen Schalterstromwert ein Zusatzwert beaufschlagt wird, der desto größer ist, je steiler der Anstieg des Stromverlaufs durch die Spule ist, d.h. je kürzer die Zeitdauer tl ist.
Fig. 4 zeigt nunmehr eine schaltungsgemäße Implementierung einer derartigen Beaufschlagung. Dabei ist ein Widerstandsnetzwerk RN vorgesehen, das den gemessen Stromwert (wiedergegeben durch Us) einen Zusatzwert beaufschlagt, der von dem Verbindungspunkt des Spannungsteilers Rl, R2 abgegriffen wird, so dass der Wert der Beaufschlagung von der Höhe des Potentials an der potential niedrigeren Seite der Leuchtdiodenstrecke abhängt. Je höher dieses Potential auf der potential niedrigeren Seite der Leuchtdiodenstrecke gegenüber Masse ist, desto steiler ist natürlich auch der Anstieg des Spulenstroms im eingeschalteten Zustand des Schalters Sl. Wie in den Figuren dargestellt, wird der somit modifizierte Strommesswert Us ' einem Komparator in der Regel- und/oder Steuereinheit SR zugeführt, wobei dieser Komparator den modifizierten Strommesswert Us mit einer internen Referenz von beispielsweise 0,2 V vergleicht. Das Ausgangssignal des Komparators steuert wiederum den AusschaltZeitpunkt für den Schalter Sl an.
Fig. 5 zeigt eine Modifikation der Schaltung von Fig. 1 dahingehend, dass die Anordnung der Drossel Ll, der Freilaufdiode Dl sowie der Orientierung der Leuchtdiodenstrecke modifiziert ist (Boost Topologie) .
Insgesamt bleibt also festzuhalten, dass die Erfindung eine Technik bereitstellt, bei der ein zeitlicher Mittelwert des
Stroms durch die Leuchtdioden und somit eine zeitliche
Konstanz des Leuchtdiodenstromes oder der Leistung (bei
Einbeziehung der Diodenspannung) auch ohne Erfassung des
Leuchtdiodenstroms durchgeführt werden kann. Da die Regelung durch Bestimmung der Ausschaltzeitdauer TOff von dem Potential auf der potentialniedrigeren Seite der Leuchtdiodenstrecke abhängt, stellt sich das Regelverhalten automatisch auf eine
Änderung der Anzahl und/oder Art der verwendeten Leuchtdioden bzw. eine zeitliche/thermische Veränderung der Leuchtdioden ein.

Claims

Ansprücheι
1. Betriebsschaltung für wenigstens eine Leuchtdiode (LED), aufweisend eine Schaltreglerschaltung, der eine Gleichspannung zugeführt wird und mittels einer Spule (Ll) und einem durch eine Steuereinheit (SR) getakteten Schalter (Sl) eine Versorgungsspannung für die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter (Sl) in der Spule (Ll) eine Energie aufgebaut wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter (Sl) über die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) entlädt, und wobei die Steuereinheit (SR) die Zeitdauer (t0FF) zwischen einem Ausschalten und einem folgenden Einschalten des Schalters (Sl) abhängig von der Spannung über der wenigstens einen Leuchtdiode (LED) und einer zeitlich konstanten Kenngrösse der Spule (Ll) bestimmt.
2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit (SR) die Leuchtdiodenspannung mittels der Differenz der Betriebsspannung und der potentialniedrigeren Seite der Leuchtdiode (LED) bestimmt.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steuereinheit (SR) die Spulen-Kenngrösse über die Anstiegssteilheit des Spulenstroms und durch Einbezug der Spulenspannung erfasst.
4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (SR) den Strom durch die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) nicht erfasst.
5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (SR) den Strom durch den Schalter (Sl) über einen Messwiderstand erfasst.
6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (SR) eine integrierte Schaltung ist.
7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (SR) den Schalter (Sl) in Form von PWM-modulierten Signalen ansteuert.
8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (SR) die EinschaltZeitdauer des Schalters (Sl) mittels Vergleich des Strom durch den Schalter (Sl) mit einem Referenzwert festlegt und den Schalter (Sl) wieder ausschaltet, wenn der Strom durch den Schalter (Sl) den Referenzwert erreicht.
9. Schaltung nach Anspruch 8, bei der dem erfassten Schalterstrom ein Zusatzwert beaufschlagt wird, der umso grösser ist, je steiler der Anstieg des Schalterstrom nach einem Wiedereinschalten des Schalters (Sl) ist.
10. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schaltregler ein Hochsetzsteller oder ein Tiefsetzsteiler ist.
11. Betriebsschaltung für wenigstens eine Leuchtdiode (LED) , aufweisend eine Schaltreglerschaltung, der eine
Gleichspannung zugeführt wird und mittels einer Spule (Ll) und einem durch eine Steuereinheit (SR) getakteten Schalter (Sl) eine Versorgungsspannung für die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter (Sl) in der Spule (Ll) eine Energie aufgebaut wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter (Sl) über die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) entlädt, wobei die Steuereinheit (SR) zur Erfassung der Einschaltzeitdauer des Schalters (Sl) den Schalterstrom mit einem Referenzwert vergleicht, und wobei dem erfassten Schalterstrom ein Zusatzwert beaufschlagt wird, der umso grösser ist, je steiler der Anstieg des Schalterstrom nach einem Wiedereinschalten des Schalters (Sl) ist.
12. Schaltung nach einem der vorherghenden Ansprüche, wobei die ausgelegt ist, die LED-Spannung für eine Konstant-Leistungsregelung einzubeziehen.
13.Verfahren zum Betrieb wenigstens einer Leuchtdiode (LED) mittels einer Schaltreglerschaltung, der eine Gleichspannung zugeführt wird und die mittels einer Spule (Ll) und einem getakteten Schalter (Sl) eine Versorgungsspannung für die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter (Sl) in der Spule (Ll) eine Energie aufgebaut wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter (Sl) über die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) entlädt, und wobei die Zeitdauer zwischen einem Ausschalten und einem folgenden Einschalten des Schalters (Sl) von der Spannung über der wenigstens einen Leuchtdiode (LED) und einer zeitlich konstanten Kenngrösse der Spule (Ll) abhängt .
14.Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Leuchtdiodenspannung mittels der Differenz der Betriebsspannung und der potentialniedrigeren Seite der Leuchtdiode (LED) bestimmt wird.
15.Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Spulen-Kenngrösse über die Anstiegssteilheit des Spulenstroms und durch Einbezug der SpulenSpannung vorzugsweise beim erstmaligen Einschalten des Schalters (Sl) erfasst wird.
16.Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem der Strom durch die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) nicht erfasst wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem der Strom durch den Schalter (Sl) über einen Messwiderstand erfasst wird.
18.Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem der Schalter (Sl) in Form von PWM-modulierten Signalen angesteuert wird.
19.Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem die Einschaltzeitdauer des Schalters (Sl) mittels Vergleich des Strom durch den Schalter (Sl) mit einem Referenzwert festlegt wird und den Schalter (Sl) wieder ausgeschaltet wird, wenn der Strom durch den Schalter (Sl) den Referenzwert erreicht.
2O.Verfahren nach Anspruch 19, bei der dem erfassten Schalterstrom ein Zusatzwert beaufschlagt wird, der umso grösser ist, je steiler der Anstieg des Schalterstrom nach einem Wiedereinschalten des Schalters ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, bei dem als Schaltregler ein Hochsetzsteller oder ein Tiefsetzsteiler verwendet wird.
22. Verfahren zum Betrieb wenigstens einer Leuchtdiode (LED) mittels einer Schaltreglerschaltung, der eine Gleichspannung zugeführt wird und die mittels einer Spule (Ll) und einem durch eine Steuereinheit (SR) getakteten Schalter (Sl) eine VersorgungsSpannung für die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter (Sl) in der Spule (Ll) eine Energie aufgebaut wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter (Sl) über die wenigstens eine Leuchtdiode (LED) entlädt, wobei die Steuereinheit (SR) zur Erfassung der Einschaltzeitdauer des Schalters (Sl) den Schalterstrom mit einem Referenzwert vergleicht, und wobei dem erfassten Schalterstrom ein Zusatzwert beaufschlagt wird, der umso grösser ist, je steiler der Anstieg des Schalterstrom nach einem Wiedereinschalten des Schalters (Sl) ist.
23.Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei unter Einbeziehung der LED-Spannung eine Konstant- Leistungsregelung erfolgt.
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