WO2014095173A1 - Einrichtung zur ansteuerung eines feldeffekttransistors - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a device for driving at least one field effect transistor (FET) in accordance with a voltage applied to a control line control signal, with a supply voltage and at least one driver circuit.
  • FET field effect transistor
  • Such a device is intended in particular for operating light ⁇ diodes (LEDs), preferably for motor vehicle lights, are used.
  • the switching or bridging of LEDs by means of FETs is an attractive type of single LED drive.
  • FET typically 200 Hz or more (fast pulse width modulation, PWM)
  • PWM pulse width modulation
  • the associated LED is reversed accordingly and the perceived average of the LED brightness is affected.
  • Enables such a control light the implementation of different lighting scenarios, not only across different brightness, but also about the cavities ⁇ Liche distribution of LEDs. In this way, complex lighting functions such as motorway light, Schlechtwet ⁇ ter light and cornering light can realize without moving mechanical parts, which allows adapting your driving style and ultimately lessened traffic safety.
  • the source voltage or the source potential U s is generally "floating" with respect to ground in the case of a chain of series-connected LEDs 1 and corresponds to almost the entire phase of the first LED 1 closest to the constant-current source 2.
  • Voltage The amplitude of an a control line 4 applied control signal, which is typically based on mass 5, therefore, is usually not sufficient to drive the FET 3 and turn on.
  • the control signal with the present device 6 can be referred to the source potential U s of the FET 3 in a suitable manner.
  • the switched between current mirror 8 and level converter 15 collector resistor 21 has no relation to the current formation or reflection, but only serves to reduce the power dissipation in the level converter transistor 18, which may arise at an excessively high supply voltage U v .

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Abstract

Einrichtung (6) zur Ansteuerung zumindest eines Feldeffekttransistors (FETs) (3) entsprechend einem an einer Steuerleitung (4) anliegenden Steuersignal, mit einer Versorgungsspannung (Uv) und zumindest einer Treiberschaltung (7), wobei die Treiberschaltung (7) einen Stromspiegel (8) mit einer Eingangsseite (13) und einer Ausgangsseite (14) aufweist und beide Seiten (13, 14) mit der Versorgungsspannung (Uv) verbunden sind und wobei die Eingangsseite (13) über einen Pegelwandler (15) mit der Steuerleitung (4) und die Ausgangsseite (14) mit dem zumindest einen FET (3) verbunden ist.

Description

Beschreibung
Einrichtung zur Ansteuerung eines Feldeffekttransistors
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung zumindest eines Feldeffekttransistors (FETs) entsprechend einem an einer Steuerleitung anliegenden Steuersignal, mit einer Versorgungsspannung und zumindest einer Treiberschaltung. Eine solche Einrichtung soll insbesondere zum Betreiben von Leucht¬ dioden (LEDs), bevorzugt für KFZ-Leuchten, dienen.
Eine Treiberschaltung wird bei der Ansteuerung eines N-Kanal- FETs immer dann benötigt, wenn die erforderliche Spannung zum Durchschalten des FETs oberhalb seines Source-Potentials liegt. Diese Situation tritt beispielsweise häufig bei der Ansteuerung von Leuchtdioden (LED, pl . LEDs) auf, da LEDs aufgrund ihrer Spannungs-Strom-Charakteristik meist in Serie geschaltet und mit einer Konstantstromquelle betrieben werden, um eine konstante Helligkeit zu erzielen. Eine Ansteuerung einzelner LEDs kann in dieser Konfiguration mit FETs erfolgen, die parallel zu den LEDs geschaltet sind, so dass der Drain-Source-Kanal eines FETs bei Bedarf eine LED überbrückt und somit zum Erlöschen bringt. Dementsprechend sind die Source-Potentiale der FETs sehr ver¬ schieden und liegen teilweise deutlich über Masse. Die Erfindung betrifft daher insbesondere eine Einrichtung zur Steuerung der LEDs eines LED-Strangs.
Das Schalten bzw. Überbrücken von LEDs mittels FETs ist eine attraktive Art der Einzel-LED-Ansteuerung . Durch schnelles Umschalten des FETs, typischerweise mit 200 Hz oder mehr (schnelle Pulsweitenmodulation; PWM) , wird die zugeordnete LED entsprechend umgekehrt umgeschaltet und der wahrgenommene Mittelwert der LED-Helligkeit beeinflusst. Eine solche Ansteuerung ermög- licht die Umsetzung unterschiedlicher Lichtszenarien, nicht nur über unterschiedliche Helligkeit, sondern auch über die räum¬ liche Verteilung der LEDs. Auf diese Weise lassen sich komplizierte Lichtfunktionen, wie Autobahn-Licht, Schlechtwet¬ ter-Licht und Kurvenlicht, ohne Bewegung mechanischer Teile realisieren, was eine angepasste Fahrweise ermöglicht und letzt- lieh die Verkehrssicherheit erhöht.
Im Stand der Technik sind bereits Treiberschaltungen bekannt, welche die benötigte Spannungsanpassung des Steuersignals er¬ möglichen. Die US 7 046 050 Bl basiert beispielsweise auf dem Prinzip einer Gegentaktendstufe (Push-Pull-Stufe) , welche von einer Versorgungsspannung gespeist wird. Die Gate-Ansteuerungs- spannung ist die Summe einer externen Spannung und einer von einer Ladungspumpe, welche Teil der Treiberschaltung ist, bereitge¬ stellten Pumpspannung. Das Steuersignal wird von einem Pegel- wandler zum Eingang der Gegentaktendstufe übertragen und auf deren Versorgungsspannung referenziert . Die US 4 683 438 A beschreibt ebenfalls eine Treiberschaltung mit einer Ladungs¬ pumpe und einem Pegelwandler zur Übertragung der Steuerungspulse eines MikroControllers . Nachteilig bei beiden Vorrichtungen ist die erforderliche Landungspumpe, welche die Treiberschaltung bauteilintensiv und somit kostenineffizient macht, insbesondere aufgrund der notwendigen Pulsgeneratoren. Außerdem verursachen die Kondensatoren hohe Umladeströme und steile Flanken, was zu Störungen und zu verringerter elektromagnetischer Verträglich- keit der gesamten Schaltung führt.
Eine Vorrichtung mit genau genommen zwei Treiberschaltungen zeigt die US 5 365 118 A. Die Versorgungsspannung der oberen Treiberschaltung wird von einer „Bootstrap-Schaltung" bereitgestellt, welche allerdings nur funktionieren kann, wenn das Signal am Ausgang mit ausreichender Amplitude schwingt, damit sich der Bootstrap-Kondensator aufladen kann. Ansonsten ist zusätzlich eine Ladungspumpe erforderlich, um einen FET permanent durchzuschalten.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine kosteneffi- ziente, möglichst simple Einrichtung zur Ansteuerung von FETs zu Verfügung zu stellen, welche unempfindlich für Störungen und Spannungsschwankungen ist und zugleich schnell arbeitet. Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung eine alternative Lösung bereit¬ zustellen, die sich von den bekannten Einrichtungen deutlich unterscheidet. Diese Aufgaben werden bei einer Einrichtung der eingangs angeführten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Trei¬ berschaltung einen Stromspiegel mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite aufweist, wobei beide Seiten mit der Ver- sorgungsspannung verbunden sind und wobei die Eingangsseite über einen Pegelwandler mit der Steuerleitung und die Ausgangsseite mit dem zumindest einen FET verbunden ist. Die durch diese Schaltung erzielte Stromregelung ist vorteilhafterweise un¬ empfindlich gegenüber Schwankungen der Versorgungsspannung. Bei einer bevorzugten Variante weist der Stromspiegel ein Tran¬ sistorpaar, bevorzugt einen Doppeltransistor, mit einem ein- gangsseitigen Transistor und einem ausgangsseitigen Transistor auf, deren Basis-Anschlüsse miteinander und mit dem Kollek- tor-Anschluss des eingangsseitigen Transistors verbunden sind. Ein derartiger Stromspiegel ist besonders einfach und kompakt, beispielsweise in einer integrierten Schaltung, zu implementieren und somit vergleichsweise kosteneffizient.
Zur besonders einfachen Regelung des Stroms auf der Eingangsseite des Stromspiegels kann der Pegelwandler einen Pegelwandler- Transistor und zumindest einen Pegelwandler-Widerstand auf¬ weisen, wobei der Pegelwandler-Transistor in Serie mit der Eingangsseite des Stromspiegels geschaltet ist und die Steu¬ erleitung mit dem Basis-Anschluss des Pegelwandler-Transistors verbunden ist. Der auf der Eingangsseite eingeprägte Strom hängt somit nur von der Spannung des Steuersignals ab und ist nä¬ herungsweise unbeeinflusst von Schwankungen der Versorgungs¬ spannung .
Es hat sich in diesem Zusammenhang als günstig herausgestellt, wenn der Pegelwandler-Transistor mit der Eingangsseite des Stromspiegels über einen Kollektor-Widerstand zur Reduktion der Verlustleistung am Pegelwandler-Transistor verbunden ist. Die Reduktion der Verlustleistung wird durch eine Anpassung der Spannungsdifferenz am Pegelwandler-Transistor durch den Kollektor-Widerstand erzielt. Die Referenzierung auf den Source-Anschluss des FETs kann vorteilhaft dadurch erzielt werden, dass die Ausgangsseite des Stromspiegels mit dem Gate-Anschluss und mit dem Source-An- schluss des zumindest einen FETs verbunden ist, wobei ein Wi¬ derstand zwischen den Gate-Anschluss und den Source-Anschluss des FETs geschaltet ist. Auf diese Weise wird die Gate-Spannung auf ein beliebiges „schwebendes" Source-Potential des FETs be¬ zogen, wobei die Versorgungsspannung größer sein muss als die Summe aus dem Source-Potential und der Threshold-Spannung des FETs . Weiters kann die Eingangsseite des Stromspiegels über einen Eingangsvorwiderstand und/oder die Ausgangsseite über einen Ausgangsvorwiderstand mit der Versorgungsspannung verbunden sein. Die Widerstände bewirken eine lokale negative Rückkopplung und verbessern so die Stabilität und Genauigkeit der Schaltung noch weiter.
Bevorzugt kann die Versorgungsspannung die Ausgangsspannung einer Ladungspumpe oder eines Aufwärtswandlers (Boost-Konver- ters) sein. Dies ist eine günstige Möglichkeit, mit gängigen Mitteln aus einer niedrigeren Netzspannung eine ausreichend hohe Versorgungsspannung zu generieren. Der Einsatz eines Aufwärtswandlers hat dabei den zusätzlichen Vorteil, dass keine Ein¬ schwing- oder Aufladezeiten berücksichtigt werden müssen und somit eine konstant schnelle Schaltung gewährleistet wird.
Die vorliegende Treiberschaltung eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen der zumindest eine FET ein N-Kanal-FET (N-FET) ist, insbesondere mit einem gegenüber dem Steuereingang schwebenden Source-Potential. N-FETs sind deutlich preisgüns¬ tiger und gleichzeitig niederohmiger als vergleichbare P-FETs. Physikalisch bedingt müssen die Steuersignale eines N-FETs eine Amplitude aufweisen, die um einiges höher liegt als das Source- Potential .
Wenn der zumindest eine FET zur Überbrückung von jeweils zumindest einer Leuchtdiode (LED) eingerichtet ist, kann die Einrichtung vorteilhaft zur Steuerung einzelner LEDs eingesetzt werden. Eine Steuerung mittels Überbrückung zielt insbesondere auf in Serie geschaltete LED-Ketten bzw. LED-Stränge ab.
Es ist außerdem günstig, wenn zwei oder mehr Treiberschaltungen mit einer gemeinsamen Versorgungsspannung verbunden sind und FETs ansteuern, die ihrerseits bevorzugt zu in zumindest einer Serienschaltung angeordneten LEDs parallelgeschaltet sind.
Gegenüber dem Stand der Technik, demzufolge jede Treiberschal¬ tung ihre lokale Versorgungsspannung selbst generiert, kann die Verwendung einer gemeinsamen Versorgungsspannung die Komplexität der gesamten Schaltung reduzieren und somit auch den Fer- tigungsaufwand und die damit verbundenen Kosten senken. Die gemeinsam versorgten Treiberschaltungen können dabei zur An- steuerung von in einem (seriellen) LED-Strang oder in einer aus mehreren, parallel geschalteten LED-Strängen bestehenden LED- Matrix angeordneten LEDs eingerichtet sein. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. In den Zeichnungen zeigen dabei im Einzelnen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Einrichtung zur Ansteuerung eines FETs, welcher eine LED überbrückt; und Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit zwei ge¬ trennt ansteuerbaren FETs, wobei die beiden zugeordneten Treiberschaltungen mit einer gemeinsamen Versorgungsspannung verbunden sind. Fig. 1 zeigt eine Leuchtdiode (LED) 1, die von einer Konstant¬ stromquelle 2 mit einem Strom Id betrieben wird. Die LED 1 kann über einen parallel dazu geschalteten Feldeffekttransistor (FET) 3 überbrückt werden, wenn die Gate-Spannung Ug des FETs 3 über dem Source-Potential Us liegt. In diesem Fall wird der Strom Id praktisch ausschließlich über die niederohmige Drain-Source- Strecke des FETs 3 geleitet, so dass die LED 1 für die Dauer der Überbrückung dunkel bleibt. Die Source-Spannung bzw. das Source- Potential Us ist bei einer Kette von in Serie geschalteten LEDs 1 im Allgemeinen „schwebend" in Bezug auf Masse und ent- spricht bei der ersten, der Konstantstromquelle 2 nächstliegenden LED 1 beinahe der gesamten Strang-Spannung. Die Amplitude eines an einer Steuerleitung 4 anliegenden Steuersignals, welches typischerweise auf Masse 5 bezogen ist, reicht daher in der Regel nicht aus, um den FET 3 anzusteuern und durchzuschalten. Um dies zu erreichen, kann das Steuersignal mit der vorliegenden Einrichtung 6 in geeigneter Weise auf das Source-Potential Us des FETs 3 bezogen werden.
Das zentrale Element der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung 6 ist eine Treiberschaltung 7 mit einer Stromspiegel-Schaltung 8, nachstehend kurz Stromspiegel 8. Der Stromspiegel 8 umfasst z.B. im Wesentlichen ein Paar pnp-Transistoren 9, 10 und zwei Vorwiderstände 11, 12 bevorzugt gleicher Größe, wobei jedem Tran¬ sistor 9, 10 ein Vorwiderstand 11, 12 vorgeschaltet ist. Der Stromspiegel 8 entspricht einer stromgesteuerten Stromquelle, d.h. der auf einer Eingangsseite 13 (in Fig. 1 links) fließende Strom ii wird - unter Vernachlässigung der meist relativ geringen Basisströme der Transistoren 9, 10 - auf eine Ausgangsseite 14 übertragen bzw. „gespiegelt". Die Basis-Anschlüsse der Tran¬ sistoren 9, 10 sind miteinander und mit dem Kollektor-Anschluss des eingangsseitigen Transistors 9 verbunden. Unter der Vor- aussetzung, dass die Vorwiderstände 11, 12 gleich groß sind, haben die Transistoren 9, 10 somit eine gleiche Basis-Emitterspannung. Die Basisströme sind daher gleich, woraus folgt, dass auch die Kollektorströme etwa gleich sind. Praxisübliche Dif¬ ferenzen der beiden Kollektorströme aufgrund von Exemplarstreu- ungen, Bauteiltoleranzen, Early-Effekt , etc., von bis zu ±20% sind für die Funktionsweise der Schaltung nahezu irrelevant und können bei richtiger Dimensionierung problemlos kompensiert werden. Die Symmetrierungseigenschaften des Stromspiegels 8, d.h. die Übereinstimmung von eingangsseitigem Strom ii und aus- gangsseitigem Strom 12, können dadurch verbessert werden, dass die Transistoren 9, 10 als ein einziger Doppeltransistor ausgeführt werden, so dass beispielsweise temperaturabhängige Dif¬ ferenzen weitgehend ausgeschlossen werden können.
Der eingangsseitige Strom ii wird durch einen Pegelwandler 15 gesteuert. Der Pegelwandler 15 weist einen npn-Bipolar-Pegel- wandler-Transistor 16 auf, dessen Basis-Anschluss mit einem PWM-Signalgenerator (z.B. MikroController 17 ) verbunden ist . Der Emitter-Anschluss des Pegelwandler-Transistors 16 ist über einen Pegelwandler-Widerstand 18 auf Masse 5 bezogen, so dass der Pegelwandler-Transistor 16 gemeinsam mit dem Pegelwandler- Widerstand 18 eine Stromsenke bildet, die im Kollektor-Anschluss des Pegelwandler-Transistors 16 den Eingangsstrom ii einprägt. Der eingeprägte Strom ii folgt dem am mit der Steuerleitung 4 verbundenen Basis-Anschluss anliegenden Steuersignal, welches von dem Mikrocontroller 17 oder einer beliebigen anderen Spannungsquelle generiert bzw. gesteuert wird, und ist gegeben durch:
Figure imgf000009_0001
R 18 (1) wobei UPWM das Steuersignal bzw. die Spannung an der Steuerleitung 4, UBETI6 die Basis-Emitter-Spannung des Pegelwandler-Transistors 16 und Ri8 der Widerstandswert des Pegelwandler-Widerstands 18 ist. Der Stromspiegel 8 spiegelt den auf der Eingangsseite 13 fließenden Strom ii auf die Ausgangsseite 14, wo er unter anderem über einen Gate-Widerstand 19 zwischen Gate-Anschluss und Source-Anschluss des FETs 3 fließt. Der FET 3 ist vorzugsweise ein N-FET, da dieser Typ eine besonders niederohmige Drain- Source-Strecke aufweist. Der auf der Ausgangsseite 14 fließende Strom 2 führt zu einem Spannungsabfall entlang des Gate-Wider¬ stands 19 und zu einer Gate-Spannung AURi9 zwischen dem Gate- Anschluss und dem Source-Anschluss des FETs 3, die proportional zum Widerstandswert Ri g des Gate-Widerstands 19 ist:
Figure imgf000009_0002
Der Verlauf bzw. die Pulsform der Gate-Spannung AURi folgt dabei exakt dem Steuersignal UPWM am Pegelwandler 15. Damit der FET 3 anhand des Steuersignals UPWM komplett durchgesteuert werden kann, muss der Widerstandswert Ri g des Gate-Widerstands 19 ausreichend gross sein, um bei gegebenem Strom 2 eine aus¬ reichende Gate-Spannung AURi zu erzielen. Insbesondere muss die Amplitude der Gate-Spannung AURi größer als eine Schwellen- wert-Spannung Uth des FETs 3 sein. Da der FET 3 vorzugsweise ein N-FET ist, liegt diese Schwellenwert- oder Threshold-Spannung Uth typischerweise im Bereich zwischen 2,5 und 3,5 V.
Insgesamt muss die Versorgungsspannung Uv die folgende Bedingung erfüllen:
Uv > Us + Um + i2 - R12 + UCETio ( 3 ) wobei Us das Source-Potential , Uth die Schwellenspannung
( threshold-Spannung) des FETs 3, 12R12 der Spannungsabfall am Ausgangsvorwiderstand 12 und UCET I O die Kollektor-Emitter-Sät¬ tigungsspannung des ausgangsseitigen Transistors 10 des Stromspiegels 8 ist. Daraus ist ersichltich, dass die Versorgungs¬ spannung Uv stets deutlich über dem Source-Potential Us des anzusteuernden FETs 3 liegen muss. Da bei durchgeschaltetem FET 3 die Spannung an der Last, bzw. im konkreten Fall an der LED 1, in bestimmten Situationen ungefähr der Betriebsspannung der gesamten Schaltung entsprechen könnte, ist für die Erzeugung der Versorgungsspannung Uv üblicherweise eine Ladungspumpe oder ein Step-Up- bzw. Boost-Konverter als Spannungsquelle 20 notwendig.
Der zwischen Stromspiegel 8 und Pegelwandler 15 geschaltete Kollektor-Widerstand 21 hat keinen Bezug auf die Strombildung oder -Spiegelung, sondern dient nur der Reduktion der Verlustleistung im Pegelwandler-Transistor 18, die bei einer allzu hohen Versorgungsspannung Uv entstehen kann.
In Fig. 2 ist eine Beleuchtungseinrichtung 22 mit zwei in Serie geschalteten LEDs 1, 1' anhand eines schematischen Blockschalt¬ bilds gezeigt. Den beiden LEDs 1, 1' ist jeweils ein Über- brückungselement in Form eines N-MOSFETs, im Folgenden kurz als FET 3 bezeichnet, zugeordnet, wobei die FETs 3 parallel zur jeweiligen LED 1 geschaltet sind. Jeder der beiden FETs 3 ist mit einer eigenen Treiberschaltung 7, 7' verbunden, welche jeweils mit einer eigenen Steuerleitung 4, 4' verbunden ist. Die Steuer- Signale werden z.B. von einem gemeinsamen MikroController 17 generiert und sind deshalb auf Masse 5 bezogen. Im Allgemeinen ist der zeitliche Verlauf der Steuersignale unabhängig, so dass die LEDs 1, 1' getrennt voneinander ansteuerbar sind. Die beiden LEDs 1, 1' werden von einer gemeinsamen Konstantstromquelle 2 versorgt. Die Konstantstromquelle 2 kann bei¬ spielsweise ein als Stromregler ausgelegter Step-Down- bzw. Buck-Konverter sein. Generell liegt es im Ermessen des Fachmanns, eine für einen Strang in Serie geschalteter, einzeln überbrück- barer LEDs geeignete Stromversorgung vorzusehen. Die Treiberschaltungen 7, 7' werden - unabhängig von der Konstantstromquelle 2 - von einer gemeinsamen Spannungsquelle 20 versorgt, die eine Versorgungsspannung Uv bereitstellt. Ansonsten in der Auf¬ bau der einzelnen Treiberschaltungen 7, 7' im Wesentlichen iden- tisch mit der in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Treiberschaltung 7, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen für die Beschreibung der einzelnen Elemente ergänzend auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Bei dem hier dargestellten beispielhaften Anwendungsfall werden die LEDs 1 von der Konstantstromquelle 2, welche bevorzugt als Step-Down-Wandler realisiert ist, mit einem Strom von 1 A versorgt. Die Versorgungsspannung Uv der Treiberschaltungen 7, 7' ist in diesem Fall eine Gleichspannung von 30 V und muss generell die oben angegebene Ungleichung (3) erfüllen, insbesondere stets höher als die LED-Kettenspannung plus ausrei- chende Gate-
Ansteuerungsspannung für die konkret eingesetzten FETs 3 sein. Die notwendige Gate-Ansteuerspannung ist üblicher- weise aus dem Datenblatt der FETs 3 zu entnehmen und typischerweise im Bereich von 5 V für logic-level FETs oder größer 7 V für gewöhnliche MOSFETs. Um symmetrische Stromspiegel 8 zu erzielen, sind die Vorwiderstände 11, 12 gleich groß und haben jeweils 100 Ω, und die Spiegel-Transistoren 9, 10 sind baugleich. Die Pegelwandler-Widerstände 18 haben in diesem Beispiel 2,2 kQ und sind gleich groß wie die Gate-Widerstände 19. Somit wird sich bei der Gate-Source-Strecke der FETs 3 ungefähr die gleiche Steuer¬ spannung einstellen, die am Ausgang der Signal-Quelle, bzw. hier des MikroControllers 17, vorhanden ist. Die zur Schonung der Pegelwandler-Transistoren 16 eingesetzten Kollektor-Widerstände 21 haben jeweils einen Widerstandswert von 8,2 kQ.
Der zeitliche Verlauf der Ströme durch die LEDs 1, 1' entspricht bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung dem zeitlichen Verlauf der Spannungen an den jeweils zugeordneten Steuerleitungen 4, 4', jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen: die Ansteuerung ist aufgrund des Schaltungsaufbaus invertierend. Wenn eine Steuerleitung 4, 4' logisch auf „hoch" ist, sorgt die jeweilige Treiberschaltung 7, 7' für die Überbrückung der LED 1, 1' über den FET 3 und somit zu einem geringeren Strom über die LED 1 bzw. 1' . Im Gegensatz zu Bootstrap-Schaltungen überträgt die vorliegende Einrichtung 6 die Steuersignale statisch auf die FETs 3, so dass auch ein permanentes Ein- oder Abschalten der FETs 3 mit einem „PWM- Signal" mit 100% bzw. 0% Tastverhältnis möglich ist, eine ent- sprechende Quelle 20 für die Versorgungsspannung (z.B. ein Boost-Konverter) vorausgesetzt.
Aus den Ausführungsbeispielen ist ersichtlich, dass die Schaltung leicht nachvollziehbar ist und einfachen Dimensionie- rungs-Regeln folgt. Eine Anpassung an die jeweils vorliegenden Umstände kann vom Fachmann daher schnell und zuverlässig re¬ alisiert werden. Insbesondere ist der maximale Spannungsabfall zwischen Gate-Anschluss und Source-Anschluss der FETs 3 aus¬ gehend von den Widerstandswerten und der konstanten Versorgungsspannung Uv einfach zu ermitteln, und es ist - bei richtiger Dimensionierung - keine Spannungsbegrenzung des Gate-Anschlusses, die üblicherweise mit einer Zenerdiode realisiert werden müsste, notwendig. Sämtliche der verwendeten Bauteile sind integrierbar und es können für die meisten Schaltungselemente integrierte Bauteile oder Mehrfach-Gehäuse (z.B. Widerstands- Arrays, Doppeltransistoren, etc.) verwendet werden. Dadurch ist der Aufbau kompakt, nimmt wenig Leiterplattenfläche in Anspruch und ist außerdem vergleichsweise kosteneffizient in der Fer¬ tigung .
Auch wenn die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur Anwendungen mit einer oder zwei LEDs 1 ausdrücklich zeigen, ist eine Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung in Verbindung mit längeren LED-Strängen und auch mehreren parallelen LED-Strängen (z.B. einer LED-Matrix) daraus unmittelbar ersichtlich. Die in diesem Zusammenhang notwendigen Anpassungen können anhand der oben beschriebenen allgemeingültigen Zusammenhänge durchgeführt werden .

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (6) zur Ansteuerung zumindest eines Feldeffekttransistors (FETs) (3) entsprechend einem an einer Steu¬ erleitung (4) anliegenden Steuersignal, mit einer Versor- gungsspannung (Uv) und zumindest einer Treiberschaltung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (7) einen Stromspiegel (8) mit einer Eingangsseite (13) und einer Aus¬ gangsseite (14) aufweist, wobei beide Seiten (13, 14) mit der Versorgungsspannung (Uv) verbunden sind und wobei die Ein- gangsseite (13) über einen Pegelwandler (15) mit der Steuerleitung (4) und die Ausgangsseite (14) mit dem zumindest einen Feldeffekttransistor (FET) (3) verbunden ist.
2. Einrichtung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromspiegel (8) ein Transistorpaar (9, 10), bevorzugt einen Doppeltransistor, mit einem eingangsseitigen Transistor (9) und einem ausgangsseitigen Transistor (10) aufweist, deren Basis-Anschlüsse miteinander und mit dem Kollektor-Anschluss des eingangsseitigen Transistors (9) verbunden sind.
3. Einrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Pegelwandler (15) einen Pegelwand¬ ler-Transistor (16) und einen Pegelwandler-Widerstand (18) aufweist, wobei der Pegelwandler-Transistor (16) in Serie mit der Eingangsseite (13) des Stromspiegels (8) geschaltet ist und die Steuerleitung (4) mit dem Basis-Anschluss des Pegelwand- ler-Transistors (16) verbunden ist.
4. Einrichtung (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegelwandler-Transistor (16) mit der Eingangsseite (13) des Stromspiegels (8) über einen Kollektor-Widerstand (21) zur Reduktion der Verlustleistung am Pegelwandler-Transistor (16) verbunden ist.
5. Einrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsseite (14) des Stromspiegels (8) mit dem Gate-Anschluss und mit dem Source-Anschluss des zumindest einen Feldeffekttransistors (FET) (3) verbunden ist, wobei ein Gate-Widerstand (19) zwischen den Gate-Anschluss und den Source-Anschluss des FETs (3) geschaltet ist.
6. Einrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsseite (13) des Stromspiegels (8) über einen Eingangsvorwiderstand (11) und/oder die Aus¬ gangsseite (14) über einen Ausgangsvorwiderstand (12) mit der Versorgungsspannung (Uv) verbunden sind.
7. Einrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung (Uv) die Aus- gangsspannung einer Ladungspumpe oder eines Aufwärtswandlers (20) ist.
8. Einrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Feldeffekttransistor (FET) (3) ein N-Kanal-FET (N-FET) ist, insbesondere mit einem gegenüber der Steuerleitung (4) schwebenden Source-Potential (Us) .
9. Einrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine FET (3) zur Überbrückung von jeweils zumindest einer Leuchtdiode (LED) (1) eingerichtet ist.
10. Einrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Treiberschaltungen (7) mit einer gemeinsamen Versorgungsspannung (Uv) parallel verbunden sind und Feldeffekttransistoren (FETs) (3) ansteuern, die ihrerseits bevorzugt zu in zumindest einer Serienschaltung angeordneten LEDs (1) parallelgeschaltet sind.
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