WO2014067830A1 - Verfahren und anordnung zur temperaturkorrigierten steuerung von leds, mittels look-up-tabellen - Google Patents
Verfahren und anordnung zur temperaturkorrigierten steuerung von leds, mittels look-up-tabellen Download PDFInfo
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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]
- H05B45/20—Controlling the colour of the light
- H05B45/28—Controlling the colour of the light using temperature feedback
Definitions
- a first aspect of the invention relates to a circuit for driving a plurality of LED channels, each comprising at least one LED, and for generating a mixed light from the light generated by the respective LED channels. For each target color location of the mixed light, which can be reached by the LED module, a look-up table is provided in each case, in which the operating current is stored for each LED channel.
- Another aspect of the invention relates to a method for driving a plurality of LED channels, each having at least one LED, and for generating a mixed light from the light generated by the respective LED channels. For each target color location of the mixed light, which can be reached by the LED module, a look-up table is provided in each case, in which the operating current is stored for each LED channel.
- the circuit 2 preferably has an input for receiving information relating to this temperature.
- the LED module 1 includes a thermistor TH connected to this input.
- the analog temperature information measured at the thermistor TH is preferably forwarded to an analog-to-digital converter 24.
- the control unit 3 receives the digital temperature information and selects in the look-up table the corresponding values for the operating currents Ir, Iw of the LED channels K1, K2.
- the thermistor TH is just one example of how the temperature information can be measured or determined. Instead of a thermistor, alternative temperature-dependent components can also be used. such as a photoresistor, thermocouple, transistor, diode.
- Ambient brightness is caused, can be influenced via the interface 21.
Landscapes
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
Es wird vorgeschlagen eine Schaltung (2) zur Ansteuerung von mehreren LED-Kanälen (K1, K2) aufweisend jeweils mindestens eine LED (L1, L2 ) und zur Erzeugung eines Mischlichts aus dem von den jeweiligen LED-Kanälen (K1, K2) erzeugten Licht, wobei für jeden Zielfarbort, der durch das LED-Modul erreichbar ist, jeweils eine Look-up-Tabelle vorgesehen ist, in der der Betriebsstrom (Ir, Iw) für jeden LED-Kanal (K1, K2) abgelegt ist.
Description
VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR TEMPERATURKORRIGIERTEN STEUERUNG VON
LEDS, MITTELS LOOK-UP-TABELLEN Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Erzeugung einer Lichtfarbe durch Mischen des Lichts mehrerer Licht emittierender Dioden (LEDs) . Genauer gesagt ist die Erfindung auf die Erzeugung von Mischlicht einer gewünschten Farbe und/oder einer gewünschten Farbtemperatur und auf die Steuerung von LEDs gerichtet, um das Licht mit der gewünschten Farbe bzw. der gewünschten Farbtemperatur durch Mischen des Lichts, das durch die betreffenden LEDs erzeugt wird, zu erzeugen bzw. erhalten .
Im Stand der Technik ist es bereits bekannt, wie das farbige Licht, das von LEDs emittiert wird, gemessen und erfasst werden kann. Die Verfahren sind besonders nützlich, wenn angestrebt wird, die LEDs zu steuern und zu betreiben, um eine gewünschte Farbe oder eine gewünschte Intensität des Mischlichts zu erhalten.
Bekannte LED-Anordnungen umfassen eine Vielzahl von LEDs, die z.B. entsprechend dem RGB ( rot-grün-blau) -Farbmodell angeordnet sind. Eine solche LED-Anordnung kann also LEDs mit drei verschiedenen Farben umfassen, vorzugsweise rot, grün und blau, die bei entsprechenden Wellenlängen emittieren. Diese bekannte LED-Anordnung kann insbesondere jede Farbe reproduzieren, die sich innerhalb des Farbdreiecks, das durch diese drei Farben - rot, grün und blau - begrenzt ist, in einem Farbwertdiagramm wie beispielsweise dem CIE 1931 Farbraum befindet.
Die DE 10 2008 016 756 AI offenbart eine Steuerungsanordnung zur Erzeugung einer erwünschten Lichtfarbe auf der Basis von unterschiedlichen monochromatischen LEDs. Die Steuerungsanordnung ist dabei ausgelegt, die verschiedenen LEDs so anzusteuern, dass die Überlagerung der unterschiedlichen Spektren in Licht mit vorgegebenen Soll-Farbkoordinaten mit den Werten Xref, Yref, Zref resultiert, die eine gewünschte Farbe in dem sogenannten CIE 1931 XYZ Farbraum oder CIE 1931 Farbraum beschreiben. Solche Kombinationswerte X, Y und Z werden auch als Tristimuluswerte oder Normfarbwerte einer Farbe bezeichnet und geben das Maß der drei Primärfarben im CIE 1931 Farbraum an. Bei einem solchen Stand der Technik wird mit den Tristimuluswerten über eine Matrixoperation analytisch ein Ansteuerwert für die unterschiedlichen LED-Typen bestimmt. Derzeit wird also der gesamte durch die z.B. drei oder vier LED-Typen aufgespannte Farbraum im CIE Farbraum über Transformation und Näherungsformeln in Strom- und PWM- Signal umgerechnet.
Aufgrund der Näherungsformeln und Schätzwerten ist bei einer derartigen analytischen Herangehensweise das Erreichen eines Zielfarbortes fehlerbehaftet und zudem nicht eindeutig.
In dieser Hinsicht ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Steuerung einer LED-Anordnung insgesamt zu verbessern. Ziel der Erfindung ist es insbesondere, ein eindeutigeres und exakteres Erreichen eines Zielfarbortes vorzuschlagen .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Ansteuerung von mehreren LED-Kanälen, aufweisend jeweils mindestens eine LED, und zur Erzeugung eines Mischlichts aus dem von den jeweiligen LED-Kanälen erzeugten Licht. Für jeden Zielfarbort des Mischlichts, der durch das LED-Modul erreichbar ist, ist jeweils eine Look-up-Tabelle vorgesehen, in der der Betriebsstrom für jeden LED-Kanal abgelegt ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung von mehreren LED-Kanälen, aufweisend jeweils mindestens eine LED, und zur Erzeugung eines Mischlichts aus dem von den jeweiligen LED-Kanälen erzeugten Licht. Für jeden Zielfarbort des Mischlichts, der durch das LED-Modul erreichbar ist, ist jeweils eine Look-up-Tabelle vorgesehen, in der der Betriebsstrom für jeden LED-Kanal abgelegt ist.
Der Betriebsstrom kann in Abhängigkeit von der Temperatur gespeichert sein.
Für jeden LED-Kanal können diskrete Werte einer Betriebsstrom/Temperatur-Kennlinie abgelegt sein. Die Schaltung kann dazu ausgebildet sein, abhängig von einer gemessenen Temperatur und ausgehend von der abgelegten Betriebsstrom/Temperatur-Kennlinie den jeweiligen Betriebsstrom für die LED-Kanäle zu ermitteln.
Die Schaltung kann eine Steuereinheit aufweisen, die abhängig von der Look-up-Tabelle einen Ansteurwert für eine zum Betreiben eines LED-Kanals vorgesehene Stromquelle festlegt.
Der Ansteuerwert kann derart ausgebildet sein, dass von der Stromquelle eine Dimmung auf einen konstanten Stromwert und/oder eine P M-Modulierung eines Nominal- Betriebsstroms durchführbar ist.
Die Schaltung kann einen Eingang für die Messung einer Umgebungstemperatur aufweisen, wobei dieser Eingang vorzugsweise an einem Thermistor angeschlossen ist. Die Schaltung kann einen Eingang für ein Messsignal eines Helligkeits-Sensors aufweisen, wobei abhängig von der gemessenen Helligkeit der jeweilige Betriebsstrom für den jeden LED-Kanal korrigiert wird. Abhängig von einer Betriebsdauer der Schaltung kann der jeweilige Betriebsstrom für den jeden LED-Kanal korrigiert werden.
Die Schaltung kann eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen zum Empfangen von Look-up-Tabellen und / oder Korrekturwerten .
Der Zielf rbort kann sich auf der Plank' sehen Kurve oder innerhalb eines vorgegebenen Zielbereiches innerhalb des von den LEDs aufgespannten Bereichs befinden.
Die Schaltung kann mehrere Look-up-Tabellen zum Ansteuern von diskreten Werten auf der Plank' sehen Weißlichtkurve aufweisen .
Unterschiedliche Helligkeiten eines Zielfarborts können in Look-up-Tabellen abgelegt sein. Die Schaltung kann in Form einer integrierten Schaltung, vorzugsweise in Form eines MikroController, eines ASIC oder einer Hybridversion davon, ausgestaltet sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein LED-Modul aufweisend eine derartige Schaltung.
Weitere Aspekte, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele und anhand der Figuren der begleitenden Zeichnungen näher erläutert .
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines LED- Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen LED-Moduls.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Treibers.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen LED-Treibers. In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 allgemein ein LED- Modul gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Das LED-Modul 1 umfasst eine Schaltung 2 zur Steuerung von LED-Kanälen Kl, K2 bzw. zur Steuerung von LEDs LI, L2. Die Schaltung 2 kann in Form einer integrierten Schaltung, vorzugsweise als Mikrocontroller, ASIC oder Hybridversion davon, ausgestaltet sein.
Die Schaltung 2 enthält einen Versorgungseingang 4 zur Versorgung der Schaltung 2 mit Spannung. Weiterhin enthält die Schaltung 2 Ausgänge, die mit LED-Treibern Tl, T2 anschliesbar sind. Diese Ausgänge dienen zur Ausgabe von Ansteuerwerten bzw. Referenzwerten zur Steuerung der jeweiligen LED-Treiber Tl, T2. Ein derartiger Ansteuerwert ist z.B. ein Spannungswert, der als Referenz für den entsprechenden LED-Treiber Tl, T2 dient.
Die LED-Treiber Tl, T2 sind Stromquellen, die abhängig von dem eingangsseitig zugeführten Ansteuerwert ausgangsseitig einen Strom für den jeweiligen LED-Kanal Kl, K2 bzw. für die jeweilige LED Li, L2 erzeugen. Die LED-Treiber Tl, T2 sind vorzugsweise als Konstantstromquelle ausgestaltet, so dass bei Anliegen eines eingangsseitigen konstanten Ansteuerwerts der erzeugte Strom konstant oder zumindest nahezu konstant bleibt. Durch die Ausgabe von gezielten Ansteuerwerten für die jeweiligen LED-Treiber Tl, T2 kann das Mischlicht, das von den LEDs LI, L2 der LED-Kanäle Kl, K2 erzeugt wird, gezielt gesteuert werden. Durch eine Veränderung der Ansteuerwerte kann der Farbort und vorzugsweise auch die Intensität des Mischlichts geändert werden. Bei einem weißen Mischlicht kann insbesondere die Farbtemperatur gezielt geändert werden.
Vorzugsweise umfasst jeder LED-Kanal LEDs einer einzigen Farbe. Das Intensitätsmaximum aller LEDs eines LED-Kanals kann sich dann beispielsweise im gleichen Wellenlängenbereich befinden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 kann z.B. der erste LED-Kanal Kl monochromatische, bspw. rote LEDs aufweisen. Der zweite LED-Kanal K2 kann weiße LEDs, insbesondere phosphorkonvertierte blaue LEDs aufweisen. Dadurch ist z.B. ein weißes Mischlicht erzeugbar.
Alternativ kann der erste LED-Kanal unterschiedliche phosphorkonvertierte weiß abstrahlende LEDs aufweisen. Der zweite LED-Kanal kann eine oder mehrere blaue LEDs aufweisen .
Auch wenn Fig. 1 nur eine LED pro LED-Kanal Kl, K2 zeigt, können erfindungsgemäß mehrere LEDs pro LED-Kanal vorgesehen sein. Die Anzahl der LED-Kanäle ist ebenfalls variierbar und nicht auf zwei, wie in Fig. 1 gezeigt, begrenzt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können z.B. drei LED- Kanäle vorgesehen sein in Form eines roten, eines grünen und eines blauen LED-Kanals aufweisend jeweils lediglich rote, grüne und blaue LEDs. Diese Kombination ermöglicht ebenfalls die Erzeugung eines weißen Mischlichts. Es können auch z.B. fünf LED-Kanäle vorgesehen sein. So kann in einem sog. RGBWA LED-Modul die Schaltung 2 zur Ansteurung von LED-Kanälen mit jeweils roten, grünen, blauen, weißen und bernsteinfarbigen LEDs ausgebildet sei .
Die Schaltung 2 umfasst vorzugsweise eine Steuereinheit 3, eine Speichereinheit 5 und Digital-Analog-Umsetzer DA1, DA2. Für jeden Farbort, der durch das LED-Modul 1 zu erreichen sein soll, ist jeweils eine Nachschlagtabelle oder Look- up-Tabelle vorgesehen, in der die Kennkurve Lichtoutput/Diodenstrom für jeden LED-Kanal Kl, K2 und ggf. auch für unterschiedliche Temperaturen abgelegt ist.
In Fig. 1 ist eine in der Speichereinheit 5 abgelegte Look-up-Tabelle gezeigt. Diese Tabelle definiert welche Diodenströme bzw. Betriebsströme Ir, Iw für die LED-Kanäle Kl, K2 notwendig sind, um ein Mischlicht mit der gewünschten Farbtemperatur von z.B. 4200 K zu erzeugen. Die Speichereinheit 5 umfasst allgemein eine Look-up- Tabelle pro Farbort bzw. pro Farbtemperatur, der bzw. die mit Hilfe des LED-Moduls 1 erreicht werden soll. Die Schaltung 2 ist dazu ausgelegt, die LED-Treiber Tl, T2 derart mit Ansteuerwerten zu steuern, dass die LED-Kanäle Kl, K2 mit den in der Look-up-Tabelle definierten Betriebsströmen Ir, Iw betrieben werden. Z.B. bezieht sich der in der Look-up-Tabelle abgespeicherte Betriebsstrom Ir auf den Strom für den LED-Kanal Kl aufweisend rote LEDs. Die Information bzgl. des Betriebsstroms Iw bezieht sich auf den Strom, mit dem die weißen LEDs des LED-Kanals K2 betrieben werden sollen. Ausgehend von dieser bzw. von diesen Look-up-Tabellen kann somit die Steuereinheit 3 den jeweiligen Ansteuerwert für den LED-Treiber Tl, T2 eines jeden LED-Kanals Kl, K2 festlegen .
Der Ansteuerwert kann einerseits ein lineares Dimmen des LED-Treibers 11, 12 dahingehend verursachen, dass der vom LED-Treiber erzeugte Betriebsstrom für den angeschlossenen LED-Kanal konstant ist und zwischen Null und einem Nominal-Bestriebsstrom sich befindet.
Andererseits kann der LED-Ireiber durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert werden. Der LED- Kanal wird dann von einem PWM-modulierten Nominal- Bestriebsstrom betrieben. Der von der Steuereinheit 3 festgelegte Ansteuerwert gibt das PWM-Signal und insbesondere das Tastverhältnis des PWM-Signals wieder. Der LED-Ireiber empfängt diesen Ansteuerwert und erzeugt den PWM-modulierten Nominal-Bestriebsstrom dadurch, dass der Nominal-Bestriebsstrom mit dem PWM-Signal moduliert wird .
Erfindungsgemäß können somit sowohl PWM-Signale als auch konstante Stromwerte gemäß dem linearen Dimmen für die LED-Kanäle erzeugt werden. In unterschiedlichen Bereichen der Dimmkurve können unterschiedliche Kombinationen an PWM-Dimmen und Amplitudendimmen verwendet werden. Eventuelle spektrale Veränderungen mit dem Betriebsstrom der LED werden durch die Look-Up-1ables kompensiert.
Alternativ ist auch ein kombinierter Betrieb der LED- Kanäle über eine Kombination einer PWM-Steuerung zusammen mit dem linearen Dimmen vorgesehen. Die Steuereinheit 3 kann einen digitalen Ansteuerwert festlegen, der wiederum durch den Digital-Analog-Umsetzer DAl, DA2 in einen analogen Ansteuerwert umgesetzt wird. Die Digital-Analog-Umsetzer DAl, DA2 werden vorzugsweise als integrierter Schaltkreis ausgeführt.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für jeden zu erreichenden Farbort in der entsprechenden Look-up- Tabelle lediglich ein Wert für den jeweiligen Betriebsstrom Ir, Iw abgespeichert. Vorteil dieses Ausführungsbeispiel ist, dass die Betriebsströme Ir, Iw ohne großen Aufwand, d.h. nur durch Ablesen der Tabelle, ermittelt werden können. Allerdings kann der tatsächlich erzielte Farbort von der Farbort-Vorgabe abweichen, da die Helligkeit von LEDs mit der Temperatur variiert.
Alternativ und wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gezeigt, kann in der Look-up-Tabelle der Wert Ir, Iw des Betriebsstroms in Abhängigkeit von der Temperatur gespeichert sein. Vorzugsweise sind einzelne Punkte der Betriebsstrom-Temperatur-Kurve in der Look-up-Tabelle abgebildet. Die zu berücksichtigende Temperatur ist dabei die Betriebstemperatur des LED-Moduls 1 bzw. der LEDs oder die Umgebungstemperatur.
Die Schaltung 2 weist vorzugsweise einen Eingang zum Empfang einer Information betreffend dieser Temperatur auf. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst das LED-Modul 1 einen mit diesem Eingang verbundenen Thermistor TH. Die am Thermistor TH gemessene, analoge Temperatur-Information wird vorzugsweise einem Analog-Digital-Umsetzer 24 weitergeleitet. Die Steuereinheit 3 empfängt die digitale Temperatur-Information und wählt in der Look-up-Tabelle die entsprechenden Werte für die Betriebsströme Ir, Iw der LED-Kanäle Kl, K2 aus. Der Thermistor TH ist nur ein Beispiel dafür, wie die Temperatur-Information gemessen bzw. ermittelt werden kann. Statt eines Thermistor sind auch alternative temperaturabhängige Bauteile einsetzbar,
wie z.B. ein Photowiderstand, Thermoelement, Transistor, Diode .
Ermittelt die Steuereinheit 3 eine Temperatur von z.B. 10°C, für die in der Tabelle Betriebsströme gespeichert sind, so werden die entsprechende Betriebsströme Ir{10°C), Iw(10°C) ausgewählt. Falls in der Look-up-Tabelle für die gemessene Temperatur keine entsprechenden Betriebsströme Ir, Iw abgespeichert sind, kann von der Steuereinheit 3 eine Interpolation der Daten der Look-up-Tabelle durchgeführt werden, um die für die gemessene Temperatur passenden Betriebsströme Ir, Iw zu ermitteln. Es kann z.B. eine lineare Interpolation durchgeführt werden, wodurch der Rechenaufwand gering gehalten wird, oder auch eine komplexere Interpolation wie z.B. die Spline- Interpolation . Alternativ zu einer Interpolation kann die Steuereinheit 3 zunächst die nächstliegende abgespeicherte Temperatur zu der gemessenen Temperatur suchen, und die entsprechenden Betriebsströme Ir, Iw auswählen: werden z.B. 6°C gemessen, so sucht die Steueeinheit 3 in der Look-up-Tabelle der Fig. 1 die Temperatur 5°C aus und wählt dann die Betriebsströme Ir(5°C), Iw(5°C) aus.
Fig. 1 zeigt somit eine einfache Implementierung der Erfindung dahingehend, dass zwei LED-Kanäle Kl, K2, nämlich ein monochromer, insbesondere roter Kanal und ein farbstoffkonvertierter Weißlichtkanal vorliegen. Mittels der Look-up-Tabelle wird sichergestellt, dass unabhängig von der Temperatur stets ein konstanter Farbort des erzeugten Rot/Weißspektrums erzielt wird. Für diskrete Temperaturwerte sind also jeweils eine Kennlinie für den Rot- bzw. eine Kennlinie für den Weißkanal abgelegt.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen LED-Moduls. Das LED-Modul 1' basiert auf dem LED-Modul 1 der Fig. 1. Das LED-Modul 1' umfasst N LED-Kanäle Kl, K2, K3, KN . Im Speicher 5 sind mehrere Look-up-Tabellen abgelegt, die ähnlich aufgebaut sind, wie die in Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterte Look-up-Tabelle . Im konkreten
Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind vier Look-up-Tabellen für eine Farbtemperatur von jeweils 2500 K, 3500 K, 4200 K und 6500 K abgespeichert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Look- up-Tabellen nicht statisch, sondern können durchaus im Laufe beispielsweise der Lebensdauer der LEDs bzw. des LED-Moduls einer dynamischen Entwicklung unterzogen werden. Beispielsweise kann eine Veränderung der Werte in den Look-up-Tabellen abhängig von der gezählten Betriebszeitdauer des LED-Moduls stattfinden. Hierfür sind im LED-Modul 1' eine Messungseinheit 22 und eine Alterungssteuereinheit 23 vorgesehen. Abhängig von der von der Messungseinheit 22 gezählten Betriebszeitdauer des LED-Moduls 1' veranlasst die Alterungssteuereinheit 23 eine entsprechende Anpassung der in den Tabellen gespeicherten Betriebstromwerte. Alternativ wird nicht die Look-up-Tabelle verändert, sondern es wird nur der aus der Tabelle ausgewählte Betriebsstromwert Ir, Iw durch einen Korrekturfaktor angepasst. Tatsächlich kann die Helligkeit einer LED mit der Zeit variieren, so dass es notwendig sein kann, den Beitrag, den jeder LED-Kanal zu dem gemischten Licht leistet, zu regulieren, so dass eine Gesamtcharakteristik des
erzeugten gemischten Lichts immer noch dem Zielfarbort entspricht .
Um sicher zu stellen, dass die erzeugte Eigenschaft des gemischten Lichts mit der Zeit konstant bleibt, misst die Messungseinheit 22 die Betriebsdauer des LED-Moduls 1' . Die Alterungssteuereinheit 23 führt für jeden LED-Kanal die Anpassung des Betriebsstroms durch. Eine Photodiode PH ist vorzugsweise mit der Schaltung verbunden. Ein Analog-Digital-Umsetzer 25 wandelt das analoge Messsignal von der Photodiode PH in ein digitales Signal, das der Steuereinheit 3' zugeführt wird. Die Photodiode ist hier stellvertretend für einen Sensor zum Messen der Helligkeit bzw. der Umbegungshelligkeit . Statt einer Photodiode kann z.B. auch ein Phototransistor vorgesehen sein. Abhängig von der gemessenen Helligkeit kann der Betriebsstrom für die LED-Kanäle angepasst sein. Z.B. wenn die Umgebungshelligkeit steigt, kann auch der jeweilige Betriebsstrom für die LED-Kanäle erhöht oder reduziert werden. Die mit Hilfe der Photodiode PH durchgeführte Umgebungslichtadaption kann eine Farbort- und Lichtstromanpassung in Abhängigkeit der
Umgebungssituation sein.
Die Schaltung 2' weist auch eine digitale Schnittstelle 21 auf. Diese Schnittstelle 21 ist mit der Steuereinheit 3' verbunden und ist vorzugsweise bidirektional ausgestaltet. Somit kann eine Look-up-Tabelle von einer externen Einheit (nicht gezeigt) über die digitale Schnittstelle 21 zur Steuereinheit 3' gesendet werden, wobei diese Look-up- Tabelle wiederum in der Speichereinheit 5 abgespeichert werden kann. Andersrum können auch in der Speichereinheit
5 abgespeicherte Tabellen über die Schnittstelle 21 zu einer externen Einheit gesendet werden.
Auch die Anpassung der Betriebsströme, die im Zuge einer Alterung der LEDs oder einer Veränderung der
Umgebungshelligkeit veranlasst wird, kann über die Schnittstelle 21 beeinflusst werden.
Im Folgenden wird erläutert, wie die Look-up-Tabellen erstellt werden.
Um die Werte für die Look-up-Tabellen zu bestimmen, kann das LED-Modul 1 mit Spektrometer und/oder Farbsensor vermessen werden. Daraus werden dann diskretisiert die Look-up-Tabellen erstellt und in der der Schaltung 2 zugeordneten Speichereinheit 5 abgelegt. Diese Tabellen können vorzugsweise für vergleichbare LED-Module, d.h. mit vergleichbarer LED-Bestückung, benutzt werden und in der Speichereinheit dieser vergleichbaren LED-Module abgelegt werden.
Zur Bestimmung der Look-up-Tabellen kann das LED-Modul 1 hinsichtlich verwendeter LEDs anhand von maximal drei spezifizierten Testpunkten hinsichtlich Wellenlänge, Intensität und Farbort charakterisiert werden. Aus der Kombination der LEDs lassen sich aus einem Datenpool die richtigen Look-up-Tabellen LUTs erstellen und abspeichern.
In einer Initialisierungsphase nach Fertigung des LED- Moduls kann also ein LED-Modul nach folgenden Gesichtspunkten optisch und elektrisch vermessen werden. Für jeden Zielfarbort z.B. auf der Plank' sehen Kurve oder innerhalb des von den Lichtquellen aufgespannten Bereichs werden Werte für die Betriebsströme für die LED-Kanäle
ermittelt. Diese Werte sind allerdings nur für eine Temperatur gültig. Deswegen werden für verschiedene Temperaturen weitere Werte für die Betriebsströme ermittelt. Dies kann z.B. durch Erwärmung der Trägerplatine des LED-Moduls auf die gewünschte Temperatur erfolgen. Alle ermittelten Werte für einen Zielfarbort werden anschließend in einer Look-up-Tabelle in der Speichereinheit 5 abgelegt. Die in einer Initialisierungsphase gefundenen Look-up- Tabellen werden im Speicher der Schaltung abgelegt. Eventuelle Korrekturfaktoren, wie z.B.
Lebensdauerdegradation, lineare Dimmung, etc., können aufgrund der bekannten LED-Daten als Faktoren oder Formeln ebenfalls abgespeichert werden. Z.B. können die Korrekturfaktoren betreffend die LED-Alterung bzw. Lebensdauer in der Alterungssteuereinheit 23 abgespeichert werden oder alternativ in der Steuereinheit 3. Im einfachsten Fall der Initialisierung und Steuerung des LED-Moduls (z. Bsp. RW-Kombination) werden aufgrund der Vermessungsergebnisse die entsprechenden Stromwerte für einen gewünschten Farbort in einer Look- Up-Tabelle in Abhängigkeit der Temperatur gespeichert. Über eine Temperaturmessung direkt am Modul werden nun die entsprechenden Stromwerte automatisch der Situation angepasst, wodurch sich eine akkurate und reproduzierbare Farbtemperatur bei gleichbleibendem Lichtstrom realisieren lässt .
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines LED-Treibers 30, wie er z.B. in einem LED-Kanal des Betriebsgeräts gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 verwendet werden kann.
Der LED-Treiber 30 weist einen Operationsverstärker 31 auf, dem eingangsseitig das von dem jeweiligen Digital- Analog-Umsetzer DA1, DA2, DA3, DA4 erzeugte strombestimmende Referenzsignal zugeführt wird. Der zweite Eingang und der Ausgang des Operationsverstärkers 31 sind über einen Kondensator 32 verbunden.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 31 ist an den Steuereingang eines Transistors 33, angeschlossen, der ein Bipolartransistor oder vorzugsweise ein OSFET ist. Der Emitter-Anschluss des Transistors 33 ist wiederum am zweiten Eingang des Operationsverstärkers 31 angeschlossen. Somit ist der Kondensator 32 in parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 33 geschaltet. Weiterhin ist noch ein Präzisions-Widerstand 34 zwischen dem Emitter-Anschluss und Masse verschaltet. Der Kollektor-Anschluss des Transistors 33 ist dabei zum Verbinden mit den LEDs des jeweiligen LED-Kanals ausgelegt .
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem die Ansteuerwerte für jeden LED-Treiber Tl, T2 nacheinander einem einzigen Digital-Analog-Umwandler DA zugeführt werden. Dieser analoge Ansteuerwert wird dann einer weiteren Einheit 40 in Form vorzugsweise eines Demultiplexers zugeführt, der mit einer Sample-and-Hold- Schaltung SHl, SH2 des jeweiligen LED-Kanals Kl, K2 verbunden ist. Mit Hilfe dieser Sample-and-Hold-Schaltung SHl, SH2 werden die Ansteurwerte für jeden LED-Kanal bis zur nächsten Änderung des Stromwertes festgehalten. Somit ist nur noch ein Digital-Analog-Umwandler DA notwendig.
Die gegenständliche Erfindung zeigt nun eine eindeutigere, exaktere und mit weniger Rechen- und Näherungsaufwand verbundene Erreichung eines Zielfarborts. Für das Erreichen eines Zielfarborts sind im Gegensatz zum Stand der Technik keine aufwändigen und komplexen Algorithmen und Transformationen notwendig.
Dadurch ermöglicht die Erfindung eine präzise lineare Regelung bzw. Stromdimmung. Entsprechend wird kein Flackern und keine störenden Dunkelstreifen bei TV bzw. Kameraaufnahmen bei gleichbleibendem Farbort bzw. Farbtemperatur verursacht. Die Erfindung bezieht sich auf die Erreichung eines Zielfarborts. Zusätzlich können in Look-up-Tabellen auch Intensitätswerte mit abgespeichert werden. So kann eindeutig und reproduzierbar der gleiche Farbort mit unterschiedlichen Lichtströmen dargestellt werden. Dadurch ist eine lineare Dimmung oder auch eine logarithmische Dimmung umsetzbar. Diese logarithmische Dimmung ist z.B. in entsprechende Look-Up-Tabellen abgebildet, da die Empfindlichkeit des menschlichen Auges einer logarithmischen Funktion folgt. Insbesondere werden dadurch bei sehr geringen Helligkeiten zwar eingeschränktes Farbsehen, aber noch ausgezeichnetes Hell- Dunkel-Sehen (Grauschattierungen) ermöglicht. Eine logarithmische Dimmung des lichterzeugenden LED-Moduls wird im Vergleich zur linearen Dimmung als angenehmer und mit höherer Akzeptanz wahr- und angenommen.
Bezugszeichenliste : 1 LED-Modul (das LED-Modul selbst muss in der gegenständlichen Erfindung nicht zwingend als Gesamtsystem ausgeführt sein, vielmehr besteht die Möglichkeit, dass Li, L2 bis Ln als LED-Modul ausgeführt sind, während die Schaltung 2 getrennt vom LED-Modul und modular aufgebaut sein kann
2 Schaltung
3 Steuereinheit
4 Versorgungseingang
5 Speichereinheit
21 digitale Schnittstelle
22 Messungseinheit
23 Alterungssteuereinheit
24 Analog-Digital-Umsetzer
25 Analog-Digital-Umsetzer
30 LED-Treiber
31 Operationsverstärker
32 Kondensator
33 Transistor
34 Widerstand
40 Multiplexer
DA1... Digital-Analog-Umsetzer
Kl... LED-Kanal
LI... LED
PH Photodiode
SH1 Sample-and-Hold-Schaltung
Tl... LED-Treiber
TH Thermistor
Claims
Ansprüche 1. Schaltung (2) zur Ansteuerung von mehreren LED-Kanälen (Kl, K2) aufweisend jeweils mindestens eine LED (LI, L2 ) und zur Erzeugung eines Mischlichts aus dem von den jeweiligen LED-Kanälen (Kl, K2) erzeugten Licht,
wobei für jeden Zielfarbort, der durch das LED-Modul erreichbar ist, jeweils eine Look-up-Tabelle vorgesehen ist, in der der Betriebsstrom (Ir, Iw) für jeden LED-Kanal (Kl, K2) abgelegt ist.
2. Schaltung gemäß Anspruch 1,
wobei der Betriebsstrom (Ir, Iw} in Abhängigkeit von der Temperatur gespeichert ist.
3. Schaltung gemäß Anspruch 2,
wobei für jeden LED-Kanal (Kl, K2 ) diskrete Werte einer Betriebsstrom/Temperatur-Kennlinie abgelegt ist.
4. Schaltung gemäß Anspruch 3,
die dazu ausgebildet ist, abhängig von einer gemessenen Temperatur und ausgehend von der abgelegten Betriebsstrom/Temperatur-Kennlinie den jeweiligen
Betriebsstrom für die LED-Kanäle (Kl, K2) zu ermitteln.
5. Schaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche,
aufweisend eine Steuereinheit (3) , die abhängig von der Look-up-Tabelle einen Ansteuerwert für eine zum Betreiben eines LED-Kanals (Kl, K2) vorgesehene Stromquelle (Tl, T2) festlegt .
6. Schaltung gemäß Anspruch 5,
wobei der Ansteuerwert derart ausgebildet ist, dass von der Stromquelle (Tl, T2) eine Dimmung auf einen konstanten Stromwert und/oder eine PWM-Modulierung eines Nominal- Betriebsstroms durchführbar ist.
7. Schaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche,
aufweisend einen Eingang für die Messung einer Umgebungstemperatur, wobei dieser Eingang vorzugsweise an ein temperatursensitives Element, z. Bsp. einen Thermistor (TH) angeschlossen ist.
8. Schaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche,
aufweisend einen Eingang für ein Messsignal eines Helligkeits-Sensors (PH) , wobei abhängig von der gemessenen Helligkeit der jeweilige Betriebsstrom für den jeden LED-Kanal (Kl, K2) korrigiert bzw. verändert wird.
9. Schaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche,
wobei abhängig von einer Betriebsdauer der Schaltung der jeweilige Betriebsstrom für den jeden LED-Kanal (Kl, K2) korrigiert wird.
10. Schaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche,
aufweisend eine Kommunikationsschnittstelle (21) zum Empfangen von Look-up-Tabellen .
11. Schaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche,
wobei der Zielfarbort auf der Plank' sehen Kurve oder innerhalb eines vorgegebenen Zielbereiches innerhalb des von den LEDs (Li, L2 ) aufgespannten Bereichs sich befindet .
12. Schaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche,
aufweisend mehrere Look-up-Tabellen zum Ansteuern von diskreten Werten auf der Plank' sehen Weißlichtkurve.
13. Schaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche,
wobei unterschiedliche Helligkeiten eines Zielfarborts in Look-up-Tabellen abgelegt sind.
14. Schaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche in Form einer integrierten Schaltung, vorzugsweise in Form eines Mikrocontroller, eines ÄSIC oder einer Hybridversion davon .
15. LED-Modul aufweisend eine Schaltung gemäß einem der vorigen Ansprüche.
16. Verfahren zur Ansteuerung von mehreren LED-Kanälen (Kl, K2) aufweisend jeweils mindestens eine LED {LI, L2) und zur Erzeugung eines Mischlichts aus dem von den jeweiligen LED-Kanälen (Kl, K2) erzeugten Licht,
wobei für jeden Zielfarbort, der durch das LED-Modul erreichbar ist, jeweils eine Look-up-Tabelle vorgesehen ist, in der der Betriebsstrom (Ir, Iw} für jeden LED-Kanal (Kl, K2) abgelegt ist.
17. Abspeichern von Tabellen und Faktoren ausgewählter Zielfarborte, wobei dazwischen liegende und / oder nicht direkt vorliegende Zielfarborte aus den bestehenden Daten interpoliert bzw. arithmetisch ermittelt werden.
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