WO2008006450A1 - Steuerschaltung und verfahren zum steuern von leuchtdioden - Google Patents

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Peter Trattler
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Definitions

  • the invention relates to a control circuit for controlling light emitting diodes, a method for controlling light emitting diodes, and a use of the control circuit.
  • Light Emitting Diodes usually have a relatively strong light radiation at the same time high light and current efficiency and small dimensions.
  • Light-emitting diodes can emit light in a light spectrum which can be assigned, for example, to the visible region or to an infrared region or to other non-visible frequency ranges.
  • Light-emitting diodes can be used in any lighting system, for example in backlight systems of television screens or monitor systems. Through the use of light-emitting diodes, it is possible to provide a lighting system with a more uniform light distribution than, for example, a lighting system with neon light.
  • the brightness of a light emitting diode may be controlled, for example, by controlling a value of a current through the light emitting diode. However, this can lead to a change in the spectral color of the LED.
  • Another possibility for controlling light-emitting diodes is the use of pulse-width-modulated, PWM, or pulse density-modulated, PDM, control signals, by which the LEDs are alternately switched on and off. In this case, the brightness of the LEDs depends on the time average of the current the light-emitting diodes, which is usually kept substantially constant.
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a conventional control circuit for controlling a light-emitting diode string 50, which comprises, for example, three light-emitting diodes 51, 52, 53.
  • a switch 26 and a current source 25 are provided, which are connected in series with the light-emitting diode strand 50.
  • a supply connection VS and a reference potential connection VB are provided.
  • a switch position of the switch 26 is controlled via a control signal CTL.
  • FIG. 9 shows an exemplary course for a control signal CTL in a signal-time diagram.
  • the control signal CTL represents a pulse-width-modulated signal with a duty cycle of TON / TCYC.
  • a control circuit for controlling light-emitting diodes comprises a first light-emitting diode string with at least one light-emitting diode and a first supply device for the power supply of the first light-emitting diode string.
  • the first supply device has a control input for supplying a first control signal and is configured to selectively output a first supply current or a second supply current in dependence on the first control signal. In this case, the first and the second supply stream are each different from zero.
  • the first supply current corresponds to a current at full modulation of the light-emitting diode string, that is to say when light with maximum brightness is emitted.
  • the second supply current may be a very low current, which causes only a low radiation intensity of the LED strand. Since the current through the light-emitting diode string, unlike a conventional control, is no longer completely and is switched off, but is switched according to the invention between two values, for example, a higher and a lower value, current fluctuations and voltage spikes in the switching operation can be reduced. In addition, a voltage drops across the diode string even at a lower current. As a result, in contrast to the conventional solution, the control circuit or the supply device is not loaded with the complete value of a supply voltage source even in the case of the lower current. In addition, the voltage difference between the output of the first and second supply currents is reduced.
  • the first supply device has a first current source for outputting a first current and a second current source for outputting a second current.
  • the first supply flow results from the sum of the first and the second flow and the second supply flow from the second flow.
  • the first and second current source can be dimensioned such that the second current source, for example, provides a lower second supply current, while the first current source emits a current, which together with the
  • the first power source is dependent on Speed of the first control signal connected.
  • a control signal for example, a PWM or a PDM signal can be used.
  • the first and second current source can be provided with a voltage handling, which is lower than a voltage for the supply of the LED strand.
  • the first supply device has a conversion device, by means of which a height of the first and second supply current can be set as a function of a respective digital control word.
  • the first supply device is set up to generate the respective control words for the first and second supply current as a function of the first control signal.
  • the conversion device comprises a digital-to-analog converter for converting a digital control word into a stream.
  • a first control word can be converted by the conversion device into the first supply current or a second digital control word into the second supply current.
  • the respectively matching digital control word for the conversion device can be generated in the first supply device.
  • the first supply device may have a computing unit or a switchable register, which is provided in each case for providing the respective digital control word as a function of the first control signal.
  • a first or a second voltage can be converted into a current in the first supply device as a function of the first control signal.
  • the first supply current can be derived from the first voltage and the second supply current can be derived from the second voltage.
  • a resistor may be provided.
  • the first supply device has an amplifier with a first input for supplying the first or the second voltage, a second input and an output, and a transistor with a control connection coupled to the output of the amplifier.
  • the resistor is connected in series with the controlled path of the transistor and the second input is coupled to a connection node of the resistor and the transistor.
  • the transistor is controlled by the amplifier, which is embodied, for example, as an operational amplifier, such that the first or the second supply current flows through the transistor. This is done as a function of the first or the second voltage, which are optionally fed to the amplifier, and depending on the resistance. Because of the continuous voltage drop across the diode string, the voltage load on the transistor is lower, even for a low supply current, than in a conventional solution.
  • the control circuit comprises at least one further light-emitting diode string with at least one light-emitting diode and for each of the further light-emitting diode strands a further supply device for the power supply of the respective further light-emitting diode string.
  • a respective further supply device has a control input for supplying a respective further control signal and is configured to selectively deliver a respective further first supply current or a respective further second supply current as a function of the further control signal such that the further first and the further second Supply current are different from zero.
  • the other supply devices can be designed according to the principle of the invention in the same way as the embodiments described above for the first supply device.
  • the first and the at least one further light-emitting diode string are set up for emitting light with frequency spectrums deviating from each other.
  • light-emitting diode strands can be provided at least for the colors red, green and blue, wherein each of the light-emitting diode strands can emit light of one of the colors.
  • the light-emitting diode strands can be controlled, for example, so that a white balance with respect to the respectively emitted colors is made by the control.
  • a control circuit according to the invention according to one of the embodiments described above can be used for example in a lighting system for screens or television systems.
  • the circuit is particularly suitable for use in a backlight system, English backlight system, such as an LCD monitor.
  • a first supply current that is different from zero is delivered to a first light-emitting diode string having at least one light-emitting diode during a first time interval as a function of a first control signal. Furthermore, a second supply current, which is different from zero, is delivered to the first light-emitting diode string during a second time interval as a function of the first control signal.
  • the light-emitting diode strand is alternatively supplied with the first or the second supply current, current changes during the transition from the first to the second supply flow are reduced in comparison to conventional solutions. This has an advantageous effect on the operating behavior of the LEDs with respect to electromagnetic compatibility.
  • the second period of time may follow the first period, with an immediate transition from the first to the second period is possible.
  • the principle of the method according to the invention can also be used for further light-emitting diode strands.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a control circuit according to the invention
  • FIG. 2 shows a first signal-time diagram for a control signal and a current in an embodiment of FIG
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a control circuit according to the invention
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a supply device according to the invention
  • FIG. 5 shows a third exemplary embodiment of a control circuit according to the invention
  • FIG. 6 shows a fourth exemplary embodiment of a control circuit according to the invention
  • FIG. 7 shows a second signal-time diagram for a control signal and a current in an embodiment of the invention
  • 8 shows an embodiment of a conventional control circuit
  • Figure 9 is a signal-time diagram for the control of a conventional control circuit.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a control circuit according to the invention for controlling light-emitting diodes.
  • a first light-emitting diode strand 50 is provided with, for example, three light-emitting diodes 51, 52, 53, it also being possible to provide more or fewer light-emitting diodes.
  • a first supply device 1 is shown, which has a first current source 21 and a second current source 22.
  • the node 11 forms the current output of the supply device 1.
  • the second current source 22 is connected so that the current generated by it flows permanently through the current output 11.
  • the first current source 21 can optionally be switched on or off via the switch 23 in order to output a current at the current output 11 in addition to the second current source 22.
  • Switching of the switch 23 takes place as a function of a control signal CTL at a control input 10.
  • the light-emitting diode string 50 is connected on the cathode side to a supply connection VS via which a supply potential can be supplied.
  • the current sources 21, 22 are coupled in this example to a common reference potential terminal VB.
  • the current direction of the current sources 21, 22 and the mounting direction of the diodes 51, 52, 53 are reversed and the supply terminal VS and the reference potential terminal VB are reversed, without departing from the scope of the invention.
  • the supply device 1 the light-emitting diode strand 50 is supplied with power.
  • the switch 23 When the switch 23 is closed, the sum of the current of the first current source 21 and the current of the second current source 22 forms a first supply current IV1 which, for example, corresponds to a current for a high illumination intensity of the light-emitting diode strand 50.
  • a second supply current IV2 is formed solely by the current of the second current source 22.
  • the secondbeingsström IV2 usually leads to a low illumination intensity of the LED strand 50.
  • the light-emitting diode strand 50 can be optionally supplied with the first or the second supply current IVL, IV2, so that a medium current over time which results in a time-averaged illumination intensity.
  • FIG. 2 shows a signal-time diagram of an exemplary control signal CTL and a resultant current ILED through the light-emitting diode string 50.
  • the control signal CTL is at a high signal level during a first time period TON, for example, which corresponds to a closed switch 23.
  • TON for example
  • TOFF the control signal CTL has a low signal level, corresponding to an open switch 23.
  • the control signal CTL in this example represents a pulse width modulated signal having a period TCYC and an exemplary sampling ratio of TON / TCYC.
  • the first supply current IV1 flows through the diode string 50 as current ILED. Accordingly, during the second time period TOFF, the lower second supply flow IV2 flows.
  • First and second period TON, TOFF usually alternate periodically.
  • the average current ILEDAVG of the diode current ILED thus results in:
  • a temporal ratio of the duration of the first and second time intervals TON, TOFF thus depends on a predetermined average value ILEDAVG for a current ILED through the first light-emitting diode string 50 and on a respective value of the first and second supply currents IV1, IV2.
  • the first supply current IVl corresponds to a value of the maximum output current of the converter 30 or the current value for the high illumination intensity of the LED strand 50.
  • the lower second supply current IV2 can have, for example, approximately a value of 4% of the first supply current IV1.
  • Light-emitting diodes 51, 52, 53 with respect to the first supply current IVl a slight spectral shift.
  • the illumination intensity in the second supply flow IV2 is usually very low, such a shift in color during operation can be neglected.
  • the average effective brightness of the light emitting diode string 50 can be adjusted.
  • the control signal CTL can thus correspond, for example, with its duty cycle to a brightness.
  • the time average of a pulse width-modulated control signal CTL is from a predetermined Average value derived for a current through the first light-emitting diode strand 50.
  • the control signal CTL for driving the control circuit according to the invention can be, in addition to the pulse-width-modulated signal, an arbitrary pulsed signal that can be generated with many different driving methods.
  • the voltage swing per LED can be up to the full value of the diode voltage of 3.5 volts. Due to the reduced voltage swing in the principle according to the invention, the behavior with regard to electromagnetic compatibility is also improved.
  • the switch 23 at corresponding CTL control signal remain permanently open.
  • the low brightness can be adjusted without making switching operations in the supply device 1. This reduces or eliminates noise due to switching operations in the system.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a control circuit according to the invention.
  • the supply device 1 comprises a conversion device 30 for converting a digital control word at the input 31 into a current which is output at the output 32 of the conversion device 30, which at the same time forms the current output 11 of the supply device 1.
  • the height of the first and second supply currents IVl, IV2 is adjustable in dependence on a respective digital control word.
  • the supply device 1 further comprises a summing element 34 for outputting the digital control word to the input 31, which is coupled on the input side to a digital input 35 and via a switch 37 to a digital input 36.
  • the switch 37 can in turn be controlled via a control input CT supplied to the control word CTL in its switching state.
  • digital words 35, 36 are supplied via the digital inputs.
  • a first digital control word results from the sum of the digital words at the inputs 35 and 36.
  • the first digital control word is converted by the conversion device 30 into the first supply current IV1. If the
  • Switch 37 is opened, results in a second digital control word at the output of the summing 34, which is the am Input 35 corresponds to the supplied digital word and is converted into the second supply stream IV2.
  • the conversion device 30 includes, for example, a plurality of transistors connected as current mirrors, which are switched on or off in response to the digital control word at the input 31.
  • the currents of the transistors connected as current mirrors are added together and output at output 32 as output current, in this case as first or second supply flow.
  • the digital word at input 35 corresponds to a value of 4% of the maximum output current of converter 30, while the digital word at input 36 represents 96% of the maximum output current.
  • a current value for the high illumination intensity of the light-emitting diode strand 50 can also be used.
  • the supply device 1 thus transmits via the conversion device 30 optionally a current with 100% illumination intensity or an illumination intensity corresponding to the 4% second supply current.
  • the control signal CTL can again be a pulse width-modulated signal according to FIG.
  • FIG. 4 shows an alternative exemplary embodiment of a supply device 1.
  • a switchable register is provided or a computing unit 38 is provided which can deliver a corresponding digital first or second control word to the input 31 of the conversion device 30 as a function of the control signal CTL at the control input 10.
  • an arithmetic unit 38 is designed as a microprocessor to which
  • Control signal CTL is supplied to a value for a desired illumination intensity.
  • the microprocessor alternately outputs the first and second digital control words, which are converted by the conversion device 30 into the first and second supply currents.
  • respective digital control words for the first and second stressessström IVl, IV2 are generated in response to the control signal CTL.
  • the height of the first and second supply currents IV1, IV2 is set as a function of the respective digital control word.
  • this can be controlled so that either the first digital control word corresponding to the first glovessström IVl or the second digital control word corresponding to the second supply current IV2 are delivered to the conversion device 30. This can be done for example via a corresponding wiring with signal levels of output lines in response to the control signal CTL.
  • FIG. 5 shows a further alternative embodiment of a control circuit according to the invention.
  • the supply device 1 comprises inputs for supplying a first and a second voltage V 1, V 2, which can be supplied to the input + of an amplifier 41 as a function of a switch position of a switch 46.
  • An output 42 of the amplifier is coupled to the control terminal of a transistor 45.
  • a resistor 43 is provided which is connected in series with the controlled path of the transistor 45 is connected.
  • a connection node 44 between resistor 43 and transistor 45 is coupled to a second input of the amplifier 41,
  • either the first or the second voltage V 1, V 2 is fed to the amplifier 41. This is connected so that the transistor 45 is controlled such that a current through the transistor 45 in each case the first or the second supply Ström IVl, IV2 corresponds.
  • the voltages V1, V2 and a resistance value R of the resistor 43 are dimensioned such that the current values of the first and second supply currents IV1, IV2 result in:
  • the first supply current IV1 corresponds to a current for a 100% illumination intensity
  • the current IV2 amounts to 4% of the first supply current IV1.
  • a pulse width-modulated control signal CTL can be used by the first voltage Vl in the first period TON and the second voltage V2 are activated in the second section TOFF.
  • a first voltage V1 is thus applied to the first supply current IV1 and in the second time interval TON in the first time interval TON. cut TOFF a second voltage V2 converted into the second supply current IV2.
  • the second period TOFF follows, as can be seen in FIG. 2, the first time segment TON.
  • N-channel field-effect transistor which can be embodied as an N-metal oxide semiconductor NMOS transistor
  • P-channel field-effect transistors such as, for example, PMOS transistors
  • NPN or PNP bipolar transistors can be used.
  • control circuit When implementing a control circuit according to this embodiment in a chip with a corresponding housing, it is sufficient to provide a single pin for the connection of the one required resistor. Thus, this control circuit can also be implemented with little effort.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a control circuit according to the invention, in which, in addition to a supply device 1 and a light-emitting diode strand 50 according to FIG. 3, two further supply devices Ia, Ib are provided with respective light-emitting diode strands 50a, 50b.
  • the mode of operation of the further supply devices 1a, 1b corresponds to that of the supply device 1.
  • the supply device Ia has a conversion device
  • Light-emitting diode string 50a is connected to a further supply terminal VSa, which may have a different potential than the supply terminal VS.
  • a third supply device Ib is constructed analogously with conversion device 30b, input 31b, summer 34b, inputs 35b, 36b, switch 37b and control input 10b for supplying a further control signal CTLb.
  • the light-emitting diode string 50b comprises light-emitting diodes 51b, 52b, 53b and is in turn coupled to a supply terminal VSb whose potential can be independent of the other supply terminals VS, VSa.
  • the light-emitting diode strands 50, 50a, 50b include, for example, light-emitting diodes for different colors.
  • the light-emitting diode strand 50 for the color red the light-emitting diode strand 50a for the color green
  • the light-emitting diode strand 50b for the color blue are provided.
  • the brightness or illumination intensity can be controlled independently via corresponding control signals CTL, CTLa, CTLb, as shown by way of example in FIG.
  • a combination of such colors of LEDs red, green and blue, RGB, is usually used in such a way that the jointly emitted light of the Light-emitting diode strands 50, 50a, 50b appears as white light.
  • respective values for the individual supply devices 1, 11a, 1b are known and stored in a system for generating the control signals CTL, CTLa, CTLb, so that they can be recalled from the memory as required.
  • the color temperature of the emitted light can be measured and used to readjust the respective brightnesses of the individual light-emitting diode strands 50, 50a, 50b.
  • the RGB light-emitting diode strands 50, 50a, 50b In addition to the generation of white light by the RGB light-emitting diode strands 50, 50a, 50b, almost any other colors can be generated. In turn, the corresponding brightnesses of the light-emitting diode strands 50, 50a, 50b are set via the control signals CTL, CTLa, CTLb.
  • the inventive principle is not limited to the three light-emitting diode strings 50, 50a, 50b shown.
  • a light-emitting diode string for the color amber can be provided, for example, to make the color temperature of the light emitted together appear warmer.
  • a second light-emitting diode strand with red LEDs can be provided, as a result of which a warmer white can be produced.
  • FIG. 7 shows a further signal-time diagram in which a pulse-density-modulated control signal CTL is shown.
  • the temporal mean value of the pulse density-modulated control signal is in turn derived from a predetermined average value for a current through the respective light-emitting diode string.
  • the average value results from a frequency of pulses during a time period, for example a period TCYC.
  • the control signal CTL has a high signal level during the periods TONI, TON2 and TON3, while it is at a low signal level during the remaining time of the period TCYC.
  • the pulse density modulated signal is generated by sigma-delta modulation.
  • Pulsed-density-modulated signals can also be used for the control of a plurality of light-emitting diode strands, for example as shown in FIG.
  • a control circuit according to the invention for controlling one or more light-emitting diode strands can be used, for example, in a lighting system for screens. It can be used advantageously in screens of mobile devices or personal digital assistant, in which the screen can be darkened when not in use to conserve battery or battery. According to the inventive principle, a second supply current can be adjusted so that it corresponds to a current for the darkened operation. Thus, for the darkened operation can be dispensed with switching operations in the supply device, which in addition to reduced power consumption has positive effects on the electromagnetic compatibility and circuit noise.
  • the principle according to the invention can also be used for controlling light-emitting strands with other light sources.
  • 51, 51a, 51b light emitting diode
  • CTL, CTLa, CTLb control signal IVl
  • IV2 supply current ILED: current V1
  • V2 voltage VS
  • VSa voltage VS
  • VSb supply connection VB: reference potential connection

Abstract

Eine Steuerschaltung zum Steuern von Leuchtdioden umfasst einen ersten Leuchtdiodenstrang (50) mit wenigstens einer Leuchtdiode (51, 52, 53) und eine erste Versorgungseinrichtung (1) zur Stromversorgung des ersten Leuchtdiodenstrangs (50). Die Versorgungseinrichtung (1) weist einen Steuereingang (10) zur Zuführung eines ersten Steuersignals (CTL) auf und ist eingerichtet zum wahlweisen Abgeben eines ersten Versorgungsstroms (IV1) oder eines zweiten Versorgungsstroms (IV2) in Abhängigkeit des ersten Steuersignals (CTL). Dabei sind der erste und der zweite Versorgungsstrom (IV1, IV2) verschieden von Null.

Description

Beschreibung
Steuerschaltung und Verfahren zum Steuern von Leuchtdioden
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zum Steuern von Leuchtdioden, ein Verfahren zum Steuern von Leuchtdioden sowie eine Verwendung der Steuerschaltung.
Leuchtdioden, englisch Light Emitting Diodes, LEDs weisen in der Regel eine relativ starke Lichtstrahlung auf bei gleichzeitig hoher Licht- beziehungsweise Stromausbeute und kleinen Abmessungen. Leuchtdioden können Licht in einem Lichtspektrum ausstrahlen, welches beispielsweise zum sichtbaren Bereich oder zu einem Infrarotbereich oder zu anderen nicht sichtba- ren Frequenzbereichen zuordenbar ist.
Leuchtdioden können in beliebigen Beleuchtungssystemen, beispielsweise in HintergrundbeleuchtungsSystemen von Bildschirmen von Fernsehern oder MonitorSystemen verwendet werden. Durch den Einsatz von Leuchtdioden ist es möglich, ein Beleuchtungssystem mit einer gleichmäßigeren Lichtverteilung bereitzustellen als beispielsweise mit einem Beleuchtungssystem mit Neon-Licht.
Die Helligkeit einer Leuchtdiode kann zum Beispiel durch die Steuerung eines Werts eines Stroms durch die Leuchtdiode gesteuert werden. Dies kann aber zu einer Veränderung der spektralen Farbe der Leuchtdiode führen. Eine andere Möglichkeit zur Steuerung von Leuchtdioden ist die Verwendung von Pulsweite-modulierten, PWM, oder Pulsdichte-modulierten, PDM, Steuersignalen, durch die die Leuchtdioden abwechselnd an- und ausgeschaltet werden. In diesem Fall hängt die Helligkeit der Leuchtdioden vom zeitlichen Mittelwert des Stroms durch die Leuchtdioden ab, der dabei üblicherweise im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Steuerschaltung zur Steuerung eines Leuchtdiodenstrangs 50, der beispielsweise drei Leuchtdioden 51, 52, 53 umfasst. Zur Steuerung sind ein Schalter 26 und eine Stromquelle 25 vorgesehen, die zu dem Leuchtdiodenstrang 50 in Reihe geschaltet sind. Zur Spannungsversorgung der Schaltung sind ein Versor- gungsanschluss VS sowie ein Bezugspotentialanschluss VB vorgesehen. Eine Schalterstellung des Schalters 26 wird über ein Steuersignal CTL gesteuert.
In Figur 9 ist in einem Signal-Zeit-Diagramm ein beispielhaf- ter Verlauf für ein Steuersignal CTL dargestellt. Dabei stellt das Steuersignal CTL ein Pulsweiten-moduliertes Signal mit einem Tastverhältnis von TON/TCYC dar.
Durch das Schalten des Schalters 26 in Abhängigkeit des PuIs- weiten-modulierten Steuersignals CTL wird ein Stromfluss für den Leuchtdiodenstrang 50 komplett angeschaltet oder abgeschaltet. Dies führt zu hohen Stromspitzen während der Schaltvorgänge, welche in einer ungünstigen Beeinträchtigung der elektromagnetischen Verträglichkeit, EMV, beziehungsweise der elektromagnetischen Beeinflussung, EMB, resultieren.
Zudem liegt über dem Schalter 26 in dessen offenen, nicht leitenden Zustand nahezu die volle VersorgungsSpannung zwischen dem Versorgungsanschluss VS und dem Bezugspotentialan- Schluss VB an. Daher ist es notwendig, den Schalter 26 beziehungsweise die Steuerschaltung entsprechend zu dimensionieren, dass diese der möglichen anliegenden Spannung standhalten können. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung zum Steuern von Leuchtdioden bereitzustellen, die für eine geringere Spannungsbelastung ausgelegt werden kann und ein verbessertes Verhalten bezüglich elektromagnetischer Verträglich- keit aufweist. Es ist zudem eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern von Leuchtdioden anzugeben, durch das ein Verhalten im Betrieb der Leuchtdioden bezüglich elektromagnetischer Verträglichkeit verbessert wird. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung der Schaltung an- zugeben.
Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Steuerschaltung zum Steuern von Leuchtdioden einen ersten Leuchtdiodenstrang mit wenigstens einer Leuchtdiode und eine erste Versorgungseinrichtung zur Stromversorgung des ersten Leucht- diodenstrangs . Die erste Versorgungseinrichtung weist einen Steuereingang zur Zuführung eines ersten Steuersignals auf und ist eingerichtet zum wahlweisen Abgeben eines ersten Versorgungsstroms oder eines zweiten VersorgungsStroms in Abhängigkeit des ersten Steuersignals. Dabei sind der erste und der zweite Versorgungsström jeweils verschieden von Null.
Beispielsweise entspricht der erste Versorgungsström einem Strom bei Vollaussteuerung des Leuchtdiodenstrangs, das heißt bei Abgabe von Licht mit maximaler Helligkeit. Der zweite Versorgungsstrom kann ein sehr geringer Strom sein, der nur eine geringe Strahlungsintensität des Leuchtdiodenstrangs bewirkt. Da der Strom durch den Leuchtdiodenstrang im Gegensatz zu einer herkömmlichen Steuerung nicht mehr vollständig an- und abgeschaltet wird, sondern erfindungsgemäß zwischen zwei Werten, beispielsweise einem höheren und einem niedrigeren Wert umgeschaltet wird, können Stromschwankungen und Spannungsspitzen beim Umschaltvorgang reduziert werden. Zudem fällt über den Diodenstrang auch bei einem geringeren Strom schon eine Spannung ab. Dadurch wird im Gegensatz zur herkömmlichen Lösung die Steuerschaltung beziehungsweise die Versorgungseinrichtung auch im Fall des niedrigeren Stroms nicht mit dem vollständigen Wert einer Versorgungsspannungs- quelle belastet. Zusätzlich ist der Spannungsunterschied zwischen dem Abgeben des ersten und zweiten Versorgungsstroms verringert .
Durch die verringerten Stromänderungen und die kleineren SpannungsSchwankungen ist das Verhalten der Anordnung bezüglich elektromagnetischer Verträglichkeit beziehungsweise elektromagnetischer Beeinflussung verbessert.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die erste Ver- sorgungseinrichtung eine erste Stromquelle zur Abgabe eines ersten Stroms und eine zweite Stromquelle zur Abgabe eines zweiten Stroms auf. Dabei ergeben sich in der ersten Versorgungseinrichtung der erste Versorgungsström aus der Summe des ersten und des zweiten Stroms und der zweite Versorgungsstrom aus dem zweiten Strom.
Die erste und zweite Stromquelle können dabei so dimensioniert sein, dass die zweite Stromquelle beispielsweise einen niedrigeren zweiten Versorgungsstrom liefert, während die erste Stromquelle einen Strom abgibt, der zusammen mit dem
Strom der zweiten Stromquelle den ersten Versorgungsstrom ergibt. In diesem Fall wird die zweite, kleinere Stromquelle dauerhaft belastet. Die erste Stromquelle wird in Abhängig- keit des ersten Steuersignals dazugeschaltet . Als Steuersignal kann beispielsweise ein PWM- oder ein PDM-Signal verwendet werden.
Da wiederum sowohl für die Abgabe des ersten als auch des zweiten VersorgungsStroms eine Spannung über den Diodenstrang abfällt, können die erste und zweite Stromquelle mit einer Spannungsbelastbarkeit vorgesehen werden, die geringer ist als eine Spannung für die Versorgung des Leuchtdiodenstrangs.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die erste Versorgungseinrichtung eine Umsetzeinrichtung auf, durch die eine Höhe des ersten und zweiten Versorgungsstroms in Abhängigkeit eines jeweiligen digitalen Steuerworts einstellbar ist. Dabei ist die erste Versorgungseinrichtung dazu eingerichtet, die jeweiligen Steuerworte für den ersten und zweiten Versorgungsstrom in Abhängigkeit des ersten Steuersignals zu erzeugen.
Beispielsweise umfasst die Umsetzeinrichtung einen Digital- Analog-Umsetzer zur Umsetzung eines digitalen Steuerworts in einen Strom. Ein erstes Steuerwort kann von der Umsetzeinrichtung in den ersten Versorgungsstrom beziehungsweise ein zweites digitales Steuerwort in den zweiten Versorgungsstrom umgewandelt werden. In Abhängigkeit des ersten Steuersignals kann in der ersten Versorgungseinrichtung das jeweils passende digitale Steuerwort für die Umsetzeinrichtung erzeugt werden.
Dadurch wird wiederum vorteilhaft erreicht, dass Stromschwankungen und Spannungsspitzen beim Umschalten zwischen erstem und zweitem Versorgungsstrom reduziert werden und die elektromagnetische Verträglichkeit der Anordnung verbessert wird. Die erste Versorgungseinrichtung kann eine Recheneinheit oder ein schaltbares Register aufweisen, welches jeweils zur Bereitstellung des jeweiligen digitalen Steuerworts in Abhängigkeit des ersten Steuersignals vorgesehen ist.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist in der ersten Versorgungseinrichtung in Abhängigkeit des ersten Steuersignals eine erste oder eine zweite Spannung in einen Strom umsetzbar. Dabei kann der erste Versorgungs- ström aus der ersten Spannung und der zweite Versorgungsstrom aus der zweiten Spannung abgeleitet werden.
Für die Umsetzung der ersten und zweiten Spannung kann ein Widerstand vorgesehen sein. Beispielsweise weist die erste Versorgungseinrichtung einen Verstärker mit einem ersten Eingang zur Zuführung der ersten oder der zweiten Spannung, einen zweiten Eingang und einen Ausgang sowie einen Transistor mit einem mit dem Ausgang des Verstärkers gekoppelten Steuer- anschluss auf. Dabei ist der Widerstand in Reihe zur gesteu- erten Strecke des Transistors geschaltet und der zweite Eingang mit einem Verbindungsknoten des Widerstands und des Transistors gekoppelt.
Der Transistor wird hierbei durch den Verstärker, der bei- spielsweise als Operationsverstärker ausgeführt ist, so auf- gesteuert, dass durch den Transistor der erste oder der zweite Versorgungsstrom fließt. Dies geschieht in Abhängigkeit der ersten oder der zweiten Spannung, die wahlweise an den Verstärker geführt werden, und in Abhängigkeit des Wider- Stands. Wegen des dauernden Spannungsabfalls über den Diodenstrang ist die Spannungsbelastung des Transistors auch für einen niedrigen Versorgungsström geringer als bei einer herkömmlichen Lösung. In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Steuerschaltung wenigstens einen weiteren Leuchtdiodenstrang mit wenigstens einer Leuchtdiode und für jeden der weiteren Leuchtdiodenstränge eine weitere Versorgungseinrichtung zur Stromversorgung des jeweiligen weiteren Leuchtdiodenstrangs. Dabei weist eine jeweilige weitere Versorgungseinrichtung einen Steuereingang zur Zuführung eines jeweiligen weiteren Steuersignals auf und ist dazu eingerichtet, wahlweise einen jeweiligen weiteren ersten Versorgungsstrom oder einen jewei- ligen weiteren zweiten Versorgungsstrom in Abhängigkeit des weiteren Steuersignals derart abzugeben, dass der weitere erste und der weitere zweite Versorgungsstrom verschieden von Null sind.
Die weiteren Versorgungseinrichtungen können dabei nach dem erfindungsgemäßen Prinzip in gleicher Weise wie die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele für die erste Versorgungseinrichtung ausgebildet sein.
Dadurch kann erreicht werden, dass verschiedene Leuchtdiodenstränge durch die verschiedenen jeweiligen Versorgungseinrichtungen in unterschiedlicher Weise beziehungsweise mit unterschiedlichen Steuersignalen angesteuert werden können.
Beispielsweise sind der erste und der wenigstens eine weitere Leuchtdiodenstrang für eine Ausstrahlung von Licht mit voneinander abweichenden Frequenzspektren eingerichtet. So können etwa Leuchtdiodenstränge zumindest für die Farben Rot, Grün und Blau vorgesehen sein, wobei jeder der Leuchtdioden- stränge Licht einer der Farben emittieren kann. Die Leuchtdiodenstränge können dabei beispielsweise so angesteuert werden, dass durch die Ansteuerung ein Weißabgleich bezüglich der jeweils ausgestrahlten Farben vorgenommen wird.
Eine erfindungsgemäße Steuerschaltung gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kann beispielsweise in einem Beleuchtungssystem für Bildschirme oder Fernsehsysteme verwendet werden. Dabei eignet sich die Schaltung insbesondere für die Verwendung in einem Hintergrundbeleuchtungssystem, englisch Backlight-System, beispielsweise eines LCD-Monitors.
In einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Verfahren zur Steuerung von Leuchtdioden ein von Null verschiedener erster Versorgungsstrom an einen ersten Leuchtdiodenstrang mit wenigstens einer Leuchtdiode während eines ersten Zeitabschnitts in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals abgegeben. Weiterhin wird ein von Null verschiedener zweiter Versorgungsstrom an den ersten Leuchtdiodenstrang während eines zweiten Zeitabschnitts in Abhän- gigkeit des ersten Steuersignals abgegeben.
Da nach dem erfindungsgemäßen Prinzip der Leuchtdiodenstrang alternativ mit dem ersten oder dem zweiten Versorgungsstrom versorgt wird, sind Stromänderungen beim Übergang vom ersten zum zweiten Versorgungsström im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduziert. Dies wirkt sich vorteilhaft auf das Betriebsverhalten der Leuchtdioden bezüglich elektromagnetischer Verträglichkeit aus.
Nach dem erfindungsgemäßen Prinzip kann der zweite Zeitabschnitt auf den ersten Zeitabschnitt folgen, wobei auch ein unmittelbarer Übergang vom ersten zum zweiten Zeitabschnitt möglich ist. Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch für weitere Leuchtdiodenstränge anwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbei- spielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente tragen dabei gleiche Bezugszeichen.
Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung,
Figur 2 ein erstes Signal-Zeit-Diagramm für ein Steuersig- nal und einen Strom in einer Ausführungsform der
Erfindung,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung,
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für eine Versorgungseinrichtung gemäß der Erfindung,
Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge- mäßen Steuerschaltung,
Figur 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung,
Figur 7 ein zweites Signal-Zeit-Diagramm für ein Steuersignal und einen Strom in einer Ausführungsform der Erfindung, Figur 8 ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Steuerschaltung und
Figur 9 ein Signal-Zeit-Diagramm für die Steuerung einer herkömmlichen Steuerschaltung.
Figur 1 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung zum Steuern von Leuchtdioden. Dabei ist ein erster Leuchtdiodenstrang 50 mit beispiel- haft drei Leuchtdioden 51, 52, 53 vorgesehen, wobei auch mehr oder weniger Leuchtdioden vorgesehen werden können. Weiterhin ist eine erste Versorgungseinrichtung 1 dargestellt, die eine erste Stromquelle 21 sowie eine zweite Stromquelle 22 aufweist. Der Knoten 11 bildet den Stromausgang der Versorgungs- einrichtung 1. Die zweite Stromquelle 22 ist so verschaltet, dass der von ihr erzeugte Strom dauerhaft über den Stromausgang 11 fließt. Die erste Stromquelle 21 kann wahlweise über den Schalter 23 zu- oder abgeschaltet werden, um zusätzlich zur zweiten Stromquelle 22 einen Strom am Stromausgang 11 ab- zugeben. Ein Schalten des Schalters 23 erfolgt in Abhängigkeit eines Steuersignals CTL an einem Steuereingang 10. Der Leuchtdiodenstrang 50 ist kathodenseitig mit einem Versor- gungsanschluss VS verbunden, über den ein Versorgungspotential zugeführt werden kann. Die Stromquellen 21, 22 sind in diesem Beispiel mit einem gemeinsamen Bezugspotentialan- schluss VB gekoppelt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel können die Stromrichtung der Stromquellen 21, 22 und die Einbaurichtung der Dioden 51, 52, 53 umgedreht werden sowie der Versorgungsanschluss VS und der Bezugspotentialanschluss VB vertauscht werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Durch die Versorgungseinrichtung 1 wird der Leuchtdiodenstrang 50 mit Strom versorgt. Wenn der Schalter 23 geschlossen ist, bildet die Summe aus dem Strom der ersten Stromquelle 21 und dem Strom aus der zweiten Stromquelle 22 einen ers- ten Versorgungsstrom IVl, der beispielsweise einen Strom für eine hohe Beleuchtungsintensität des Leuchtdiodenstrangs 50 entspricht. Im Fall, dass der Schalter 23 geöffnet ist, wird ein zweiter Versorgungsstrom IV2 allein durch den Strom der zweiten Stromquelle 22 gebildet. Der zweite Versorgungsström IV2 führt dabei üblicherweise zu einer niedrigen Beleuchtungsintensität des Leuchtdiodenstrangs 50. Durch entsprechendes Betätigen des Schalters 23 kann der Leuchtdiodenstrang 50 wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Versorgungsstrom IVl, IV2 versorgt werden, so dass sich ein mittle- rer Strom über die Zeit ergibt, welcher in einer zeitlich ge- mittelten Beleuchtungsintensität resultiert.
Figur 2 zeigt ein Signal-Zeit-Diagramm eines beispielhaften Steuersignals CTL und einem daraus resultierenden Strom ILED durch den Leuchtdiodenstrang 50. Das Steuersignal CTL ist beispielsweise während eines ersten Zeitabschnitts TON auf einem hohen Signalpegel, was einem geschlossenen Schalter 23 entspricht. Während eines zweiten Zeitabschnitts TOFF weist das Steuersignal CTL einen niedrigen Signalpegel auf, ent- sprechend einem offenen Schalter 23. Das Steuersignal CTL stellt in diesem Beispiel ein Pulsweiten-moduliertes Signal mit einer Periodendauer TCYC und einem beispielhaften Abtastverhältnis von TON/TCYC dar.
Während des ersten Zeitabschnitts TON fließt durch den Diodenstrang 50 als Strom ILED der erste Versorgungsstrom IVl. Während des zweiten Zeitabschnitts TOFF fließt dementsprechend der niedrigere zweite Versorgungsström IV2. Erster und zweiter Zeitabschnitt TON, TOFF wechseln sich dabei üblicherweise periodisch ab. Als Durchschnittstrom ILEDAVG des Diodenstroms ILED ergibt sich somit:
TON
ILEDAVG= IVl + IV2
TCYC . ( i )
Ein zeitliches Verhältnis der Dauer des ersten und des zweiten Zeitabschnitts TON, TOFF hängt somit von einem vorgegebenen Durchschnittswert ILEDAVG für einen Strom ILED durch den ersten Leuchtdiodenstrang 50 und von einem jeweiligen Wert des ersten und des zweiten Versorgungsstroms IVl, IV2 ab. Beispielsweise entspricht der erste Versorgungsstrom IVl einem Wert des maximalen Ausgangsstroms der Umsetzeinrichtung 30 oder des Stromwerts für die hohe Beleuchtungsintensitität des Leuchtdiodenstrangs 50. Der niedrigere zweite Versorgungsstrom IV2 kann dabei beispielhaft etwa einen Wert von 4% des ersten Versorgungsstroms IVl aufweisen.
Wenn der Leuchtdiodenstrang 50 von dem zweiten Versorgungs- ström IV2 durchflössen wird, erfährt die Farbtemperatur der
Leuchtdioden 51, 52, 53 gegenüber dem ersten Versorgungsstrom IVl eine leichte spektrale Verschiebung. Da aber zugleich die Beleuchtungsintensität beim zweiten Versorgungsström IV2 üblicherweise sehr gering ist, kann eine derartige Farbver- Schiebung im Betrieb vernachlässigt werden.
Durch Einstellen des Tastverhältnisses TON/TCYC kann die durchschnittliche effektive Helligkeit des Leuchtdiodenstrangs 50 angepasst werden. Das Steuersignal CTL kann also beispielsweise mit seinem Tastverhältnis einer Helligkeit entsprechen. Dabei wird der zeitliche Mittelwert eines PuIs- weiten-modulierten Steuersignals CTL aus einem vorgegebenen Durchschnittswert für einen Strom durch den ersten Leuchtdiodenstrang 50 abgeleitet. Mit dem erfindungsgemäßen Prinzip lässt sich also die Helligkeit des Leuchtdiodenstrangs 50 dimmen. Das Steuersignal CTL zur Ansteuerung der erfindungs- gemäßen Steuerschaltung kann neben dem Pulsweiten-modulierten Signal ein beliebiges gepulstes Signal sein, das sich mit vielen verschiedenen Ansteuerverfahren erzeugen lässt.
Da sowohl für einen offenen als auch für einen geschlossenen Schalter 23 jeweils ein Strom ILED durch den Leuchtdiodenstrang 50 fließt, fällt auch eine gewisse Spannung über die Leuchtdioden 51, 52, 53 ab. Dadurch wird erreicht, dass in jedem Fall das Potential am Stromausgang 11 geringer ist als ein Versorgungspotential am Versorgungsanschluss VS. Eine Spannungsbelastbarkeit der Stromquellen 21, 22 kann daher geringer als für die volle VersorgungsSpannung ausgelegt werden. Weiterhin ist der Spannungshub zwischen offenem und geschlossenem Schalter 23 reduziert. Beispielsweise beträgt die DurchlassSpannung der Leuchtdioden 51, 52, 53 für den niedri- geren zweiten Versorgungsström IV2 2 Volt, während sie für den höheren ersten Versorgungsstrom IVl 3,5 Volt beträgt. Dadurch ergibt sich beispielsweise pro LED im Leuchtdiodenstrang 50 ein Spannungshub von nur 1,5 Volt. Bei einer herkömmlichen Lösung, bei der der Strom durch den Leuchtdioden- sträng 50 vollständig abgeschaltet wird, kann der Spannungshub pro Leuchtdiode einen Wert bis zum vollen Wert der Diodenspannung von 3,5 Volt betragen. Durch den reduzierten Spannungshub beim erfindungsgemäßen Prinzip wird auch das Verhalten bezüglich elektromagnetischer Verträglichkeit ver- bessert.
Wenn der Leuchtdiodenstrang 50 auf sehr niedrige Helligkeiten gedimmt werden soll, kann beispielsweise der Schalter 23 bei entsprechendem Steuersignal CTL dauerhaft geöffnet bleiben. Somit kann die niedrige Helligkeit eingestellt werden, ohne dass Schaltvorgänge in der Versorgungseinrichtung 1 vorgenommen werden. Dadurch wird ein Geräusch aufgrund von Schaltvor- gangen im System verringert beziehungsweise beseitigt.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung. Die Versorgungseinrichtung 1 umfasst dabei eine Umsetzeinrichtung 30 zur Umsetzung eines digitalen Steuerworts am Eingang 31 in einen Strom, der am Ausgang 32 der Umsetzeinrichtung 30, der zugleich den Stromausgang 11 der Versorgungseinrichtung 1 bildet, abgegeben wird. Somit ist die Höhe des ersten und zweiten Versorgungsstroms IVl, IV2 in Abhängigkeit eines jeweiligen digitalen Steuerworts einstellbar.
Die Versorgungseinrichtung 1 umfasst ferner ein Summierglied 34, zur Abgabe des digitalen Steuerworts an den Eingang 31, die eingangsseitig mit einem digitalen Eingang 35 und über einen Schalter 37 mit einem digitalen Eingang 36 gekoppelt ist. Der Schalter 37 kann wiederum über ein am Steuereingang 10 zugeführtes Steuerwort CTL in seinen Schaltzustand angesteuert werden.
Beispielsweise werden über die digitalen Eingänge 35, 36 digitale Worte zugeführt. Im Fall eines geschlossenen Schalters 37 ergibt sich beispielsweise ein erstes digitales Steuerwort aus der Summe der digitalen Worte an den Eingängen 35 und 36. Das erste digitale Steuerwort wird vom der Umsetzeinrichtung 30 in den ersten Versorgungsstrom IVl umgesetzt. Wenn der
Schalter 37 geöffnet ist, ergibt sich ein zweites digitales Steuerwort am Ausgang des Summiergliedes 34, welches dem am Eingang 35 zugeführten digitalen Wort entspricht und in den zweiten Versorgungsström IV2 umgesetzt wird.
Die Umsetzeinrichtung 30 umfasst beispielsweise mehrere, als Stromspiegel geschaltete Transistoren, die in Abhängigkeit des digitalen Steuerworts am Eingang 31 zu- oder abgeschaltet werden. Dabei werden die Ströme der als Stromspiegel geschalteten Transistoren addiert und am Ausgang 32 als Ausgangsstrom, in diesem Fall als erster oder zweiter Versorgungs- ström abgegeben.
Beispielsweise entspricht das digitale Wort am Eingang 35 einem Wert von 4% des maximalen AusgangsStroms der Umsetzeinrichtung 30, während das digitale Wort am Eingang 36 96% des maximalen Ausgangsstroms darstellt. Anstelle des maximalen Ausgangsstroms der Umsetzeinrichtung 30 kann auch ein Stromwert für die hohe Beleuchtungsintensität des Leuchtdiodenstrangs 50 angesetzt werden.
Die Versorgungseinrichtung 1 gibt über die Umsetzeinrichtung 30 somit wahlweise einen Strom mit 100%iger Beleuchtungsintensität oder einer dem 4%igen zweiten Versorgungsstrom entsprechenden Beleuchtungsintensität ab. Das Steuersignal CTL kann dabei wiederum ein Pulsweiten-moduliertes Signal gemäß Figur 2 sein.
Die Vorteile der verringerten Spannungsbelastbarkeitsanforde- rungen, der verbesserten EMV und der Verringerung von Schaltungsgeräuschen für niedrige Beleuchtungsstärken gelten auch für dieses Ausführungsbeispiel.
Figur 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Versorgungseinrichtung 1. Dabei ist ein schaltbares Register oder eine Recheneinheit 38 vorgesehen, die in Abhängigkeit des Steuersignals CTL am Steuereingang 10 ein entsprechendes digitales erstes oder zweites Steuerwort an den Eingang 31 der Umsetzeinrichtung 30 abgeben kann. Beispielsweise ist ei- ne Recheneinheit 38 als Mikroprozessor ausgeführt, dem als
Steuersignal CTL ein Wert für eine gewünschte Beleuchtungsin- tensität zugeführt wird. Der Mikroprozessor gibt in diesem Fall abwechselnd das erste und zweite digitale Steuerwort ab, die durch die Umsetzeinrichtung 30 in den ersten und zweiten Versorgungsstrom umgesetzt werden. In der Versorgungseinrichtung 1 werden also jeweilige digitale Steuerworte für den ersten und zweiten Versorgungsström IVl, IV2 in Abhängigkeit des Steuersignals CTL erzeugt. Die Höhe des ersten und zweiten Versorgungsstroms IVl, IV2 wird in Abhängigkeit des je- weiligen digitalen Steuerworts eingestellt.
Beim Einsatz eines schaltbaren Registers 38 kann dieses so angesteuert werden, dass wahlweise das erste digitale Steuerwort entsprechend dem ersten Versorgungsström IVl oder das zweite digitale Steuerwort entsprechend dem zweiten Versorgungsstrom IV2 an die Umsetzeinrichtung 30 abgegeben werden. Dies kann beispielsweise über eine entsprechende Beschaltung mit Signalpegeln von Ausgangsleitungen in Abhängigkeit des Steuersignals CTL erfolgen.
Figur 5 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung. Die Versorgungseinrichtung 1 umfasst Eingänge zur Zuführung einer ersten und einer zweiten Spannung Vl, V2 , die in Abhängigkeit einer Schalterstel- lung eines Schalters 46 an den Eingang + eines Verstärkers 41 zugeführt werden können. Ein Ausgang 42 des Verstärkers ist mit dem Steueranschluss eines Transistors 45 gekoppelt. Ferner ist ein Widerstand 43 vorgesehen, der in Reihe zur ge- steuerten Strecke des Transistors 45 geschaltet ist. Ein Verbindungsknoten 44 zwischen Widerstand 43 und Transistor 45 ist mit einem zweiten Eingang - des Verstärkers 41 gekoppelt,
In Abhängigkeit des Steuersignals CTL wird wahlweise die erste oder die zweite Spannung Vl, V2 an den Verstärker 41 geführt. Dieser ist dabei so verschaltet, dass der Transistor 45 derart ausgesteuert wird, dass ein Strom durch den Transistor 45 jeweils dem ersten oder dem zweiten Versorgungs- ström IVl, IV2 entspricht. Dabei sind die Spannungen Vl, V2 und ein Widerstandswert R des Widerstands 43 so dimensioniert, dass sich die Stromwerte des ersten und zweiten Versorgungsstrom IVl, IV2 ergeben zu:
Λ Vl „ V2 IVl = —; IV2 = — R R (2)
Beispielsweise entspricht wiederum der erste Versorgungsstrom IVl einem Strom für eine 100%ige Beleuchtungsintensität, während der Strom IV2 4% des ersten Versorgungsstroms IVl be- trägt. Zur Ansteuerung des Schalters 46 kann wiederum ein Pulsweiten-moduliertes Steuersignal CTL verwendet werden, durch das im ersten Zeitabschnitt TON die erste Spannung Vl und im zweiten Abschnitt TOFF die zweite Spannung V2 aktiviert werden. Ein durchschnittlicher Strom durch den Leucht- diodenstrang 50 ergibt sich somit zu:
_ Vl•TON+V2-(TCYC-TON) _ V1-T0N+V2-TOFF R R (3)
Beim Abgeben des Stroms durch die Versorgungseinrichtung 1 wird somit im ersten Zeitabschnitt TON eine erste Spannung Vl in den ersten Versorgungsstrom IVl und im zweiten Zeitab- schnitt TOFF eine zweite Spannung V2 in den zweiten Versorgungsstrom IV2 umgesetzt. Der zweite Zeitabschnitt TOFF folgt dabei, wie in Figur 2 ersichtlich, dem ersten Zeitabschnitt TON.
Neben dem gezeigten N-Kanal-Feldeffekttransistor, der beispielsweise als N-Metall Oxyde Semiconductor NMOS-Transistor ausgeführt sein kann, können auch P-Kanal-Feldeffekttran- sistoren eingesetzt werden, wie zum Beispiel PMOS-Transis- toren. Alternativ können auch NPN- oder PNP-Bipolar-Transis- toren verwendet werden. Beim Einsatz von anderen Transistortypen ist jeweils auf die Polarität des Verstärkers 41 zu achten.
Bei der Implementierung einer Steuerschaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem Chip mit entsprechendem Gehäuse ist es ausreichend, für den Anschluss des einen benötigten Widerstands einen einzigen Pin vorzusehen. Somit lässt sich diese Steuerschaltung auch mit geringem Aufwand implementie- ren .
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung, bei der neben einer Versorgungseinrichtung 1 und einem Leuchtdiodenstrang 50 gemäß Fi- gur 3 zwei weitere Versorgungseinrichtungen Ia, Ib mit jeweiligen Leuchtdiodensträngen 50a, 50b vorgesehen sind. Die Funktionsweise der weiteren Versorgungseinrichtungen Ia, Ib entspricht der der Versorgungseinrichtung 1.
So weist die Versorgungseinrichtung Ia eine Umsetzeinrichtung
30a mit Eingang 31a auf, an die von einem Summierer 34a ein Ergebnis einer Addition von digitalen Worten an Eingängen 35a und 36a in Abhängigkeit der Schalterstellung eines Schalters 37a zugeführt wird. Die Schalterstellung des Schalters 37a wird über ein weiteres Steuersignal CTLa, welches über einen weiteren Steuereingang 10a zugeführt wird, gesteuert. Dadurch wird ein jeweiliger weiterer erster oder zweiter Versorgungs- ström an die Leuchtdioden 51a, 52a, 53a abgegeben. Der
Leuchtdiodenstrang 50a ist mit einem weiteren Versorgungsan- schluss VSa verbunden, der ein anderes Potential aufweisen kann als der Versorgungsanschluss VS .
Eine dritte Versorgungseinrichtung Ib ist mit Umsetzeinrichtung 30b, Eingang 31b, Summierer 34b, Eingängen 35b, 36b, Schalter 37b und Steuereingang 10b zur Zuführung eines weiteren Steuersignals CTLb analog aufgebaut. Der Leuchtdiodenstrang 50b umfasst Leuchtdioden 51b, 52b, 53b und ist wieder- um mit einem Versorgungsanschluss VSb, dessen Potential unabhängig von den anderen Versorgungsanschlüssen VS, VSa sein kann, gekoppelt.
Für die Versorgungseinrichtungen 1, Ia, Ib können in diesem Ausführungsbeispiel auch Ausführungsformen gemäß Figur 1 oder Figur 5 verwendet werden.
Die Leuchtdiodenstränge 50, 50a, 50b umfassen beispielsweise Leuchtdioden für jeweils unterschiedliche Farben. So ist etwa der Leuchtdiodenstrang 50 für die Farbe Rot, der Leuchtdiodenstrang 50a für die Farbe Grün und der Leuchtdiodenstrang 50b für die Farbe Blau vorgesehen. Für jeden der Leuchtdiodenstränge 50, 50a, 50b lässt sich über entsprechende Steuersignale CTL, CTLa, CTLb, wie beispielhaft in Figur 2 gezeigt, die Helligkeit beziehungsweise Beleuchtungsintensität unabhängig steuern. Eine Kombination von derartigen Farben von Leuchtdioden Rot, Grün und Blau, RGB, wird üblicherweise derart eingesetzt, dass das gemeinsam ausgestrahlte Licht der Leuchtdiodenstränge 50, 50a, 50b als weißes Licht erscheint. Für eine Einstellung der Farbtemperatur des aus der Kombination entstandenen Lichts ist es erforderlich, die Helligkeiten der einzelnen Leuchtdiodenstränge 50, 50a, 50b entspre- chend zu regeln. Dabei spricht man auch von einem Weißab- gleich oder einer Einstellung eines Weißpunkts . Da bei einem Weißabgleich das Tastverhältnis der Steuersignale CTL, CTLa, CTLb üblicherweise in einem Bereich zwischen 80% und 90% liegt, kann eine geringfügige Farbverschiebung durch den niedrigeren zweiten Versorgungsstrom in den einzelnen Leuchtdiodensträngen 50, 50a, 50b wiederum vernachlässigt werden.
Beispielsweise sind für verschiedene gewünschte Gesamthelligkeiten jeweilige Werte für die einzelnen Versorgungseinrich- tungen 1, Ia, Ib bekannt und in einem System zur Erzeugung der Steuersignale CTL, CTLa, CTLb abgespeichert, so dass sie bei Bedarf aus dem Speicher abgerufen werden können.
Alternativ kann die Farbtemperatur des abgegebenen Lichts ge- messen und zur Nachregelung der jeweiligen Helligkeiten der einzelnen Leuchtdiodenstränge 50, 50a, 50b verwendet werden.
Neben der Erzeugung von weißem Licht durch die RGB- Leuchtdiodenstränge 50, 50a, 50b können auch nahezu beliebige andere Farben erzeugt werden. Dabei sind wiederum die entsprechenden Helligkeiten der Leuchtdiodenstränge 50, 50a, 50b über die Steuersignale CTL, CTLa, CTLb einzustellen.
Das erfindungsgemäße Prinzip ist hierbei auch nicht auf die gezeigten drei Leuchtdiodenstränge 50, 50a, 50b beschränkt.
Beispielsweise kann neben RGB auch ein Leuchtdiodenstrang für die Farbe Bernsteinfarben, Englisch Amber, vorgesehen werden, um beispielsweise die Farbtemperatur des gemeinsam ausgestrahlten Lichts wärmer erscheinen zu lassen.
Alternativ kann neben einem Strang mit weißen LEDs ein zwei- ter Leuchtdiodenstrang mit roten LEDs vorgesehen werden, wodurch ein wärmeres Weiß erzeugt werden kann.
Figur 7 zeigt ein weiteres Signal-Zeit-Diagramm, in dem ein Pulsdichte-moduliertes Steuersignal CTL dargestellt ist. Der zeitliche Mittelwert des Pulsdichte-modulierten Steuersignals ist dabei wiederum abgeleitet aus einem vorgegebenen Durchschnittswert für einen Strom durch den jeweiligen Leuchtdiodenstrang. Der Durchschnittswert ergibt sich dabei aus einer Häufigkeit von Pulsen während eines Zeitabschnitts, bei- spielsweise einer Periodendauer TCYC. In dem Ausführungsbeispiel in Figur 7 weist das Steuersignal CTL während der Zeitabschnitte TONI, TON2 und TON3 einen hohen Signalpegel auf, während es in der übrigen Zeit der Periodendauer TCYC auf einem niedrigen Signalpegel liegt. Dadurch wird in einer erfin- dungsgemäßen Versorgungseinrichtung 1, beispielsweise gemäß
Figur 1, 3 oder 5 während der Zeitabschnitte TONI, TON2 , TON3 der erste Versorgungsstrom IVl und in der übrigen Zeit der zweite Versorgungsstrom IV2 abgegeben. Bezogen auf die Gleichungen (1) beziehungsweise (3) ergibt sich der erste Zeitab- schnitt TON für ein Pulsdichte-moduliertes Signal mit mehreren kurzen Pulsen der Dauer TONi zu
TON= ^TON1
(4)
so dass sich für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 er- gibt:
TON=TONI + TON2 + TON3 _ ( 5 ) Beispielsweise wird das Pulsdichte-modulierte Signal durch eine Sigma-Delta-Modulation erzeugt.
Pulsdichte-modulierte Signale lassen sich auch für die Steue- rung von mehreren Leuchtdiodensträngen wie beispielsweise in Figur 6 gezeigt, einsetzen.
Eine erfindungsgemäße Steuerschaltung zur Steuerung eines oder mehrerer Leuchtdiodenstränge kann beispielsweise in ei- nem Beleuchtungssystem für Bildschirme verwendet werden. Dabei lässt sie sich vorteilhaft in Bildschirmen von Mobilfunkgeräten oder persönlichen digitalen Assistenten einsetzen, bei denen zur Schonung von Batterie oder Akku der Bildschirm bei Nichtbenutzung abgedunkelt werden kann. Nach dem erfin- dungsgemäßen Prinzip kann dabei ein zweiter Versorgungsstrom so eingestellt werden, dass er einem Strom für den abgedunkelten Betrieb entspricht. Somit kann für den abgedunkelten Betrieb auf Schaltvorgänge in der Versorgungseinrichtung verzichtet werden, was neben verringertem Stromverbrauch positi- ve Auswirkungen auf die elektromagnetische Verträglichkeit sowie Schaltungsgeräusche hat.
Das erfindungsgemäße Prinzip kann auch zur Steuerung von Leuchtmittelsträngen mit anderen Leuchtmitteln eingesetzt werden.
Bezugszeichen
1, Ia, Ib: Versorgungseinrichtung 10, 10a, 10b: Steuereingang 11: Stromausgang
21, 22, 25: Stromquelle 23, 26, 46: Schalter 37, 37a, 37b: Schalter 30, 30a, 30b: Umsetzeinrichtung 31, 31a, 31b: Eingang Umsetzeinrichtung 32: Ausgang Umsetzeinrichtung
34, 34a, 34b: Summierer
35, 35a, 35b: Eingang
36, 36a, 36b: Eingang 38: Register, Recheneinheit
41: Verstärker 42: Ausgang 43: Widerstand 44: Verbindungsknoten 45: Transistor
+ , -: Eingang
50, 50a, 50b: Leuchtdiodenstrang
51, 51a, 51b: Leuchtdiode
52, 52a, 52b: Leuchtdiode 53, 53a, 53b: Leuchtdiode
CTL, CTLa, CTLb: Steuersignal IVl , IV2 : Versorgungsstrom ILED: Strom Vl , V2 : Spannung VS, VSa, VSb: Versorgungsanschluss VB: Bezugspotentialanschluss
TON, TONI, TON2, TON3 , TOFF Zeitabschnitt TCYC Periodendauer

Claims

Patentansprüche
1. Steuerschaltung zum Steuern von Leuchtdioden, umfassend - einen ersten Leuchtdiodenstrang (50) mit wenigstens einer Leuchtdiode (51, 52, 53); und eine erste Versorgungseinrichtung (1) zur Stromversorgung des ersten Leuchtdiodenstrangs (50) , die einen Steuereingang (10) zur Zuführung eines ersten Steuersignals (CTL) aufweist und die eingerichtet ist zum wahlweisen Abgeben eines ersten Versorgungsstroms (IVl) oder eines zweiten Versorgungsstroms (IV2) in Abhängigkeit des ersten Steuersignals (CTL) derart, dass der erste und der zweite Versorgungsstrom (IVl, IV2 ) verschieden von Null sind.
2. SteuerSchaltung nach Anspruch 1, bei der die erste Versorgungseinrichtung (1) eine erste Stromquelle (21) zur Abgabe eines ersten Stroms und eine zweite Stromquelle (22) zur Abgabe eines zweiten Stroms auf- weist und sich in der ersten Versorgungseinrichtung (1) der erste Versorgungsstrom (IVl) aus der Summe des ersten und des zweiten Stroms und der zweite Versorgungsström (IV2) aus dem zweiten Strom ergibt.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die erste Versorgungseinrichtung (1) eine Umsetzeinrichtung (30) aufweist, durch die eine Höhe des ersten und zweiten Versorgungsstroms (IVl, IV2) in Abhängigkeit eines jeweiligen digitalen Steuerworts einstellbar ist, und einge- richtet ist, die jeweiligen Steuerworte für den ersten und zweiten Versorgungsstrom (IVl, IV2) in Abhängigkeit des ersten Steuersignals (CTL) zu erzeugen.
4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, bei der die erste Versorgungseinrichtung (1) eine Recheneinheit oder ein schaltbares Register (38) aufweist, jeweils zur Bereitstellung des jeweiligen digitalen Steuerworts in Abhän- gigkeit des ersten Steuersignals (CTL) .
5. Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei der in der ersten Versorgungseinrichtung (1) in Abhängigkeit des ersten Steuersignals (CTL) eine erste oder eine zweite Spannung (Vl, V2 ) in einen Strom umsetzbar ist und der erste Versorgungsstrom (IVl) aus der ersten Spannung (Vl) und der zweite Versorgungsström (IV2) aus der zweiten Spannung (V2) abgeleitet werden kann.
6. Steuerschaltung nach Anspruch 5, bei der für die Umsetzung der ersten und zweiten Spannung (Vl, V2 ) ein Widerstand (43) vorgesehen ist.
7. Steuerschaltung nach Anspruch 6, bei der die erste Versorgungseinrichtung (1) einen Verstärker (41) mit einem ersten Eingang (+) zur Zuführung der ersten oder der zweiten Spannung (Vl, V2), einem zweiten Eingang (-) und einem Ausgang (42) sowie einen Transistor (45) mit einem mit dem Ausgang des Verstärkers (41) gekoppelten Steueran- Schluss aufweist, bei der der Widerstand (43) in Reihe zur gesteuerten Strecke des Transistors (45) geschaltet ist und der zweite Eingang (-) mit einem Verbindungsknoten (44) des Widerstands (43) und des Transistors (45) gekoppelt ist.
8. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend wenigstens einen weiteren Leuchtdiodenstrang (50a, 50b) mit wenigstens einer Leuchtdiode (51a, 52a, 53a, 51b, 52b, 53b) ; und für jeden der weiteren Leuchtdiodenstränge (50a, 50b) eine weitere Versorgungseinrichtung (Ia, Ib) zur Stromversorgung des jeweiligen weiteren Leuchtdiodenstrangs (50a, 50b), die einen Steuereingang (10a, 10b) zur Zuführung eines jeweiligen weiteren Steuersignals (CTLa, CTLb) aufweist und die eingerichtet ist zum wahlweisen Abgeben ei- nes jeweiligen weiteren ersten Versorgungsstroms oder eines jeweiligen weiteren zweiten Versorgungsstroms in Abhängigkeit des weiteren Steuersignals (CTLa, CTLb) derart, dass der weitere erste und der weitere zweite Versorgungsstrom verschieden von Null sind.
9. Steuerschaltung nach Anspruch 8, bei der der erste und der wenigstens eine weitere Leuchtdiodenstrang (50, 50a, 50b) für eine Ausstrahlung von Licht mit voneinander abweichenden Frequenzspektren eingerichtet sind.
10. Steuerschaltung nach Anspruch 8 oder 9 , bei der Leuchtdiodenstränge (50, 50a, 50b) zumindest für die Farben Rot, Grün und Blau vorgesehen sind.
11. Verwendung einer Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Beleuchtungssystem für Bildschirme.
12. Verfahren zum Steuern von Leuchtdioden, umfassend die Schritte: - Abgeben eines von Null verschiedenen ersten Versorgungsstroms (IVl) an einen ersten Leuchtdiodenstrang (50) mit wenigstens einer Leuchtdiode (51, 52, 53) während eines ersten Zeitabschnitts (TON) in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals (CTL) ; und
Abgeben eines von Null verschiedenen zweiten Versorgungsstroms (IV2) an den ersten Leuchtdiodenstrang (50) während eines zweiten Zeitabschnitts (TOFF) in Abhängigkeit des ersten Steuersignals (CTL) .
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem eine erste Stromquelle (21) zur Abgabe eines ersten Stroms und eine zweite Stromquelle (22) zur Abgabe eines zweiten Stroms vorgesehen werden und beim Abgeben der erste Versorgungsstrom (IVl) aus der Summe des ersten und des zweiten Stroms gebildet wird und der zweite Versorgungsstrom (IV2) dem zweiten Strom entspricht.
14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem jeweilige digitale Steuerworte für den ersten und zweiten Versorgungsstrom (IVl, IV2 ) in Abhängigkeit des ersten Steuersignals (CTL) erzeugt werden und eine Höhe des ers- ten und zweiten Versorgungsstroms (IVl, IV2 ) in Abhängigkeit des jeweiligen digitalen Steuerworts eingestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem beim Abgeben im ersten Zeitabschnitt (TON) eine erste Spannung (Vl) in den ersten Versorgungsstrom (IVl, IV2) und im zweiten Zeitabschnitt (TOFF) eine zweite Spannung (V2) in den zweiten Versorgungsström (IVl, IV2) umgesetzt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem der zweite Zeitabschnitt (TOFF) auf den ersten Zeitabschnitt (TON) folgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem sich erster und zweiter Zeitabschnitt (TON, TOFF) periodisch abwechseln.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem ein zeitliches Verhältnis der Dauer des ersten und des zweiten Zeitabschnitts (TON, TOFF) von einem vorgegebenen Durchschnittswert für einen Strom durch den ersten Leuchtdiodenstrang (50) und von einem jeweiligen Wert des ersten und des zweiten Versorgungsstroms (IVl, IV2 ) abhängt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem das erste Steuersignal (CTL) als pulsweitenmodulier- tes Signal bereitgestellt wird, dessen zeitlicher Mittelwert abgeleitet ist aus einem vorgegebenen Durchschnittswert für einen Strom durch den ersten Leuchtdiodenstrang (50) .
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem das erste Steuersignal (CTL) als pulsdichtemodulier- tes Signal bereitgestellt wird, dessen zeitlicher Mittelwert abgeleitet ist aus einem vorgegebenen Durchschnittswert für einen Strom durch den ersten Leuchtdiodenstrang (50) .
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das pulsdichtemodulierte Signal durch Sigma-Delta- Modulation erzeugt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, bei dem das erste Steuersignal (CTL) einer Helligkeit ent- spricht.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, weiter umfassend die Schritte: für jeden von weiteren Leuchtdiodensträngen (50a, 50b) mit wenigstens einer Leuchtdiode (51a, 52a, 53a, 51b, 52b, 53b) Abgeben eines jeweiligen von Null verschiedenen weiteren ersten VersorgungsStroms an den jeweiligen weiteren Leuchtdiodenstrang (50a, 50b) während eines jeweiligen weiteren ersten Zeitabschnitts in Abhängigkeit eines jeweiligen weiteren Steuersignals (CTLa, CTLb) ; und für jeden der weiteren Leuchtdiodenstränge (50a, 50b) Abgeben eines jeweiligen von Null verschiedenen weiteren zweiten VersorgungsStroms an den jeweiligen weiteren
Leuchtdiodenstrang (50a, 50b) während eines jeweiligen weiteren zweiten Zeitabschnitts in Abhängigkeit des jeweiligen weiteren Steuersignals (CTLa, CTLb) .
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der jeweilige weitere zweite Zeitabschnitt auf den jeweiligen weiteren ersten Zeitabschnitt folgt.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, bei dem der erste und die weiteren Leuchtdiodenstränge (50,
50a, 50b) Licht mit voneinander abweichenden Frequenzspektren abgeben .
26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem Leuchtdiodenstränge (50, 50a, 50b) Licht zumindest mit den Farben Rot, Grün und Blau abgeben.
27. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem Licht einer beliebigen Farbe in Abhängigkeit des ers- ten und der jeweiligen weiteren Steuersignale (CTL, CTLa, CTLb) abgegeben wird.
28. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem ein Weißpunkt des ausgestrahlten Lichts in Abhängigkeit des ersten und der jeweiligen weiteren Steuersignale (CTL, CTLa, CTLb) eingestellt wird.
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