WO2019192991A1 - Vorrichtungen und verfahren zum bereitstellen eines hochaufgelösten pwm-signals - Google Patents

Vorrichtungen und verfahren zum bereitstellen eines hochaufgelösten pwm-signals Download PDF

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WO2019192991A1
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pwm signal
charge
detection
resolution pwm
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PCT/EP2019/058248
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Ludwig Erasmus DE CLERCQ
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Tridonic Gmbh & Co Kg
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    • H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the present invention relates to devices and methods for providing a high-resolution PWM signal, and to operating devices for operating at least one LED based on these devices and methods.
  • An energy supply of LED light modules is usually carried out in the prior art by energy retrieval from an energy store, wherein at least one energy supply in this energy storage by a clocked control of switching means based on at least one pulse width modulated (PWM) signal.
  • PWM pulse width modulated
  • This at least one PWM signal can be generated on the basis of a fixed clock signal of a high-frequency clock, or on the basis of a variable clock signal of a voltage-controlled clock (VCO).
  • VCO voltage-controlled clock
  • a temporal resolution of the generated PWM signal depends on a period of the underlying clock.
  • an apparatus for providing a high-resolution PWM signal comprises an energy store; an energy source; Switching means which are set up to charge and discharge the energy store alternately by the energy source as a function of a predetermined square wave signal, wherein one of the charging and discharging of the energy store in relation to one another from the store and the Discharging the energy storage by at least an order of magnitude faster; and comparison means arranged to detect a detection state for a state of charge of the energy storage device, to compare the detection variable with a reference variable, and to provide the high-resolution PWM signal in dependence on the comparison.
  • An “energy store” is understood in particular to mean a magnetic or electrical energy store. Examples include magnetic inductances or electrical capacitances.
  • An “energy source” is understood to mean, in particular, an electrical energy source. Examples include, for example, a voltage source or a power source.
  • these alternatives allow use in conjunction with microcontrollers and also with application-specific integrated circuits (ASIC), since voltage sources are typically available in microcontrollers and power sources are usually available in ASICs.
  • ASIC application-specific integrated circuits
  • switching means is meant, in particular, electrical switches which can be alternated between a closed, electrically conductive state and an opened, electrically insulating state. Examples include transistors.
  • comparison means is meant, in particular, those circuit elements which compare two electrical quantities provided as input signals, for example voltages, and provide an output signal as a function of the comparison result. Examples include, for example, comparators.
  • a “detection variable” is understood to mean, in particular, an electrical variable that can be determined by simple galvanic connection or by measurement.
  • a “state of charge” of the energy store is understood in particular to mean a ratio between its instantaneous and maximum charges.
  • a “reference quantity” is to be understood as meaning, in particular, an electrical variable provided as a comparison variable, for example a voltage.
  • a "high-resolution" PWM signal is understood in particular to mean that a period of the PWM signal is greater by at least one, preferably several, orders of magnitude than a step width with which a pulse duration of the PWM signal can be varied.
  • the pulse duration of a high-resolution PWM signal is variable in small steps relative to its period.
  • the switching means may be adapted to alternately charge and discharge the energy storage in response to the predetermined square wave signal, wherein the discharge of the energy storage takes place in relation to the charging of the energy storage by at least an order of magnitude faster.
  • the temporal resolution of the PWM signal provided is determined solely by an approximately linear ramp of the detection quantity (i.e., the state of charge of the energy store) and by the resolution of the comparison means.
  • the high-resolution PWM signal advantageously increases a number of possible and, in addition, finer brightness gradations.
  • a circuit configuration by exchanging the dependency of the temporal resolution of the generated PWM signal of the period of the underlying clock against a dependence on a resolution of the comparison means, and by a circuit structure, which only requires standard circuit elements.
  • the device does not require any intervention in an existing clock supply of an operating device which comprises the device.
  • the switching means may comprise a first switch and a second switch, which are adapted to be closed alternately in response to the predetermined square wave signal.
  • the first switch may be configured to charge the energy store via a first ohmic resistance in a closed state.
  • the second switch may be configured to discharge the energy store via a second ohmic resistance in a closed state.
  • the comparison means may be configured to detect a voltage potential detectable between the energy store and the second ohmic resistance as the detection variable for the state of charge of the energy store.
  • the device may further comprise impedance matching means provided between the second ohmic resistor and the comparison means.
  • impedance matching means is meant, in particular, those circuit elements which provide an image of an electrical quantity provided as an input signal, for example a voltage, with a changed, in particular larger, impedance at an output. Examples include, for example, voltage followers.
  • the energy store may include an inductor configured to be charged by a voltage source.
  • an “inductance” is understood in particular to mean a circuit element which, for example in the form of a coil, is set up to store a magnetic energy and to make it available for retrieval.
  • the energy storage may include a capacity configured to be charged by a power source.
  • a “capacitance” is understood in particular to mean a circuit element which, in the form of a capacitor, is set up to store an electrical energy and to make it available for retrieval.
  • the apparatus may further include a digital-to-analog converter configured to provide a reference voltage as the reference variable for comparison with the sense size.
  • a PWM generator with low-pass filter may be provided to provide the reference voltage.
  • a "digital-to-analog converter” is understood in particular to mean a circuit element which is set up to provide an analog electrical quantity, for example a voltage, based on a predetermined digital value, which has an amount equal to the predetermined digital value.
  • the comparing means may be arranged to provide a first logic level of the high-resolution PWM signal when the detection amount exceeds the reference magnitude, and to provide a second logic level of the high-resolution PWM signal different from the first logic level when the detection quantity is the reference magnitude below.
  • a “logic level” is understood to be an electrical quantity, for example a voltage, which represents a specific logic value in digital technology.
  • the commonly used binary logic distinguishes between two different logic levels, which are therefore also applicable in a PWM signal.
  • an operating device for operating at least one LED comprises a device for providing a high-resolution PWM signal according to exemplary embodiments.
  • control gear is understood in particular to mean a circuit or subassembly which is set up to provide a power supply for the at least one LED, which connects to the electrical requirements of the at least one LED.
  • the operating device causes an adaptation of the power supply to the electrical requirements of at least one LED.
  • a method for providing a high-resolution PWM signal comprises alternately charging and discharging an energy store in response to a predetermined square-wave signal, one of the charging and discharging of the energy store relative to one another Charging and discharging the energy storage by at least an order of magnitude faster; detecting a detection amount for a state of charge of the energy storage; comparing the detection quantity with a reference quantity; and providing the high-resolution PWM signal in response to the comparing.
  • the method can be carried out with the device according to exemplary embodiments.
  • FIG. 1 schematically shows a block diagram of an apparatus for providing a high-resolution PWM signal according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 2A, 2B respectively schematically show the energy store and the energy source of the device for providing the high-resolution PWM signal according to exemplary embodiments.
  • FIG. 3 shows schematic profiles of electrical variables involved in providing the high-resolution PWM signal.
  • 4 shows schematically an operating device for operating at least one LED according to an exemplary embodiment.
  • Fig. 5 schematically shows a method of providing the high-resolution PWM signal according to an embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows a block diagram of an apparatus 10 for providing a high-resolution PWM signal UA according to one exemplary embodiment.
  • the device 10 comprises a subcircuit 20A or 20B (cf., Fig. 2A or 2B) with a respective energy store 21A; 21 B and a respective energy source 22A; 22B.
  • the device 10 further comprises switching means 1 1, 12, which are adapted to the respective energy storage 21 A; 21 B in response to a predetermined square wave SE alternately by the power source 22A; 22B to charge and discharge, wherein the discharge of the respective energy storage 21 A; 21 B in relation to the charging of the respective energy storage 21 A; 21 B takes place at least an order of magnitude faster.
  • the switching means 1 1, 12 comprise a first switch 1 1 and a second switch 12, which are adapted to be closed alternately in dependence on the predetermined square wave signal SE.
  • drive signals S n, S 12 for the switching means 1 1, 12 which are dependent on the predetermined square-wave signal SE are provided (compare FIG. 3 below).
  • the predetermined square-wave signal SE can also be identical to the drive signal Sn.
  • the device 10 in addition to clock signals with pulsed, in particular pulse width modulated signals can be controlled.
  • the first switch 1 1 is thereby configured to, in a closed state, the respective energy store 21 A; 21 B via a first ohmic resistor 14 to load.
  • the second switch 12 is set up, in a closed state, the respective energy store 21 A; 21 B via a second resistor 15 to discharge.
  • the alternating closing of the switching means 1 1, 12 accordingly leads to the respective energy storage 21 A; 21 B alternately loaded or unloaded.
  • the device 10 further comprises comparison means 13, which are adapted to a detection amount Uz for a state of charge of the energy storage 21 A; 21 B to capture.
  • the comparison means 13 are adapted to a between the respective energy storage 21 A; 21 B and the second ohmic resistor 15 detectable voltage potential as the detection quantity Uz for the state of charge of the respective energy storage 21 A; 21 B to capture.
  • the apparatus 10 further includes a digital-to-analog converter 19 configured to provide a reference voltage as the reference variable UREF for comparison with the sense quantity Uz.
  • the comparison means 13 are further configured to compare the detection quantity Uz with a reference value UREF and to provide the high-resolution PWM signal as a function of the comparison.
  • the comparison means 13 are arranged to provide a first logic level "1" of the high-resolution PWM signal UA when the detection quantity Uz exceeds the reference value UREF, and a second logic level "0" of the high-resolution PWM signal UA different from the first logic level to be provided when the detection quantity Uz falls below the reference value UREF.
  • FIG. 1 also shows that the device 10 comprises impedance matching means 16, 17, 18, which are provided between the second ohmic resistor 15 and the comparison means 13 as required.
  • Fig. 2A, 2B show the alternative sub-circuits 20A, 20B of Figure 1, which the respective energy storage 21 A; 21B and the respective power source 22A; 22B of the device 10.
  • the partial circuit 20A illustrated in FIG. 2A comprises, as the energy store 21A, an inductance 21A which is adapted to be charged by a voltage source 22A.
  • the subcircuit 20B illustrated in FIG. 2B comprises, as the energy store 21B, a capacitor 21B which is adapted to be charged by a current source 22B.
  • FIG. 3 shows schematic profiles of electrical quantities SE, SH, S12, Uz, UREF involved in providing the high-resolution PWM signal UA.
  • the figure shows from top to bottom:
  • FIG 3 shows the driving of the switching means 11 for charging the respective energy storage 21 A; 21 B with the drive signal S11, and a driving of the switching means 12 for discharging the respective energy storage 21 A; 21 B with the control signal S12.
  • the drive signals Sn and S12 are in common-mode (i.e., identical) or in push-pull with the predetermined square-wave signal SE. This causes an alternating charging by the respective power source 22A; 22B, or a discharge, in each case as a function of the predetermined rectangular signal SE.
  • the second ohmic resistance 15, via which the respective energy store 21 A; 21 B is discharged is assumed in the embodiment of Figure 3 as at least one order of magnitude smaller than the first ohmic resistance 14, via which the charging of the respective energy storage 21 A; 21 B takes place. Therefore, the discharge of the respective energy storage 21 A takes place; 21 B in relation to the charging of the respective energy storage 21 A; 21 B at least an order of magnitude faster.
  • the reference variable UREF provided by the digital-to-analog converter 19 for comparison with the detection quantity Uz is graphically superimposed on the time profile of the detection quantity Uz.
  • the comparison means 13 provide a first logic level "1" of the high-resolution PWM signal UA when the detection quantity Uz exceeds the reference value UREF, and a second logic level “0" of the high-resolution PWM different from the first logic level Signal UA when the detection quantity Uz falls below the reference value UREF.
  • the temporal resolution of the generated high-resolution PWM signal UA is therefore defined by the approximately linear ramp of the detection quantity Uz and by the resolution / step size of the digital-to-analog converter.
  • FIG. 4 shows schematically an operating device 30 for operating at least one LED 32 according to an exemplary embodiment.
  • the operating device 30 comprises a device 10 for providing the high-resolution PWM signal UA according to exemplary embodiments, and is input-side with a power source 31, which is designed in FIG. 4 as a voltage source, and the output side with the at least one LED 32 besc credet.
  • FIG. 5 schematically shows a method 40 for providing the high-resolution PWM signal UA according to one exemplary embodiment.
  • the method 40 comprises the steps:
  • Detecting 42 a detection quantity Uz for a state of charge of the energy storage 21 A; 21B,
  • the method 40 is feasible with the device 10 according to embodiments.

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Es werden eine Vorrichtung (10) und ein dazu korrespondierendes Verfahren (40) zum Bereitstellen eines hochaufgelösten PWM-Signals bereitgestellt. Die Vorrichtung (10) umfasst einen Energiespeicher (21A; 21B); eine Energiequelle (22A; 22B); Schaltmittel (11, 12), welche dazu eingerichtet sind, den Energiespeicher (21A; 21B) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Rechtecksignal alternierend durch die Energiequelle (22A; 22B) zu laden und zu entladen, wobei eines aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers (21A; 21B) im Verhältnis zu einem jeweils anderen aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers (21A; 21B) um zumindest eine Größenordnung schneller erfolgt; und Vergleichsmittel (13), welche dazu eingerichtet sind, eine Erfassungsgröße für einen Ladezustand des Energiespeichers (21A; 21B) zu erfassen, die Erfassungsgröße mit einer Referenzgröße zu vergleichen, und das hochaufgelöste PWM-Signal in Abhängigkeit von dem Vergleich bereitzustellen.

Description

VORRICHTUNGEN UND VERFAHREN ZUM BEREITSTELLEN EINES HOCHAUFGELÖSTEN PWM-SIGNALS
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Bereitstellen eines hochaufgelösten PWM-Signals, sowie Betriebsgeräte zum Betreiben zumindest einer LED auf Grundlage dieser Vorrichtungen und Verfahren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Energieversorgung von LED-Lichtmodulen erfolgt im Stand der Technik üblicherweise durch Energieabruf aus einem Energiespeicher, wobei zumindest eine Energie- zufuhr in diesen Energiespeicher durch eine getaktete Ansteuerung von Schaltmitteln auf Grundlage zumindest eines pulsweitenmodulierten (PWM-) Signals erfolgt.
Dieses zumindest eine PWM-Signal lässt sich auf Grundlage eines unveränderlichen Taktsignals eines Hochfrequenz-Taktgebers, oder aber auf Grundlage eines veränderlichen Taktsignals eines spannungsgesteuerten Taktgebers (VCO) generieren.
Eine zeitliche Auflösung des generierten PWM-Signals hängt dabei von einer Periodendauer des zugrundeliegenden Taktgebers ab.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es besteht daher ein Bedarf an Vorrichtungen und Verfahren, welche eine Auflösung eines bereitzustellenden PWM-Signals verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Vorrichtungen bzw. Verfahren zum Be- reitstellen eines hochaufgelösten PWM-Signals mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw.13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Gemäß einem ersten Aspekt umfasst eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines hoch- aufgelösten PWM-Signals einen Energiespeicher; eine Energiequelle; Schaltmittel, welche dazu eingerichtet sind, den Energiespeicher in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Rechtecksignal alternierend durch die Energiequelle zu laden und zu entla- den, wobei eines aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers im Verhält- nis zu einem jeweils anderen aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers um zumindest eine Größenordnung schneller erfolgt; und Vergleichsmittel, welche dazu eingerichtet sind, eine Erfassungsgröße für einen Ladezustand des Energiespei- chers zu erfassen, die Erfassungsgröße mit einer Referenzgröße zu vergleichen, und das hochaufgelöste PWM-Signal in Abhängigkeit von dem Vergleich bereitzustellen.
Unter einem„Energiespeicher“ wird insbesondere ein magnetischer oder elektrischer Energiespeicher verstanden. Beispiele umfassen etwa magnetische Induktivitäten o- der elektrische Kapazitäten.
Unter einer„Energiequelle“ wird insbesondere eine elektrische Energiequelle verstan- den. Beispiele umfassen etwa eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle.
Vorteilhaft erlauben diese Alternativen einen Einsatz in Verbindung mit Mikrocontrollern und auch mit anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), da in Mikrocontrollern typischerweise Spannungsquellen zur Verfügung stehen und in ASICs üblicherweise Stromquellen verfügbar sind.
Unter„Schaltmitteln“ werden insbesondere elektrische Schalter verstanden, welche zwischen einem geschlossenen, elektrisch leitfähigen Zustand und einem geöffneten, elektrisch isolierenden Zustand alternierbar sind. Beispiele umfassen etwa Transistoren.
Unter„Vergleichsmitteln“ werden insbesondere solche Schaltungselemente verstanden, welche zwei als Eingangssignale bereitgestellte elektrische Größen, etwa Spannungen, vergleichen und ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem Vergleichser- gebnis bereitstellen. Beispiele umfassen etwa Komparatoren.
Unter einer„Erfassungsgröße“ wird insbesondere eine durch einfachen galvanischen Anschluss oder durch Messung bestimmbare elektrische Größe verstanden. Unter einem„Ladezustand“ des Energiespeichers wird insbesondere ein Verhältnis zwischen seinen Momentan- und Maximalladungen verstanden.
Unter einer„Referenzgröße“ wird insbesondere eine als Vergleichsgröße bereitge- stellte elektrische Größe, etwa eine Spannung, verstanden.
Unter einem„hochauflösenden“ PWM-Signal wird insbesondere verstanden, dass eine Periodendauer des PWM-Signals um zumindest eine, bevorzugt mehrere, Größenordnungen größer ist als eine Schrittweite, mit welcher eine Pulsdauer des PWM-Signals variierbar ist. Mit anderen Worten ist die Pulsdauer eines hochaufgelösten PWM- Signals in im Verhältnis zu seiner Periodendauer kleinen Schritten variierbar.
Die Schaltmittel können dazu eingerichtet sein, den Energiespeicher in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Rechtecksignal alternierend zu laden und zu entladen, wobei das Entladen des Energiespeichers im Verhältnis zu dem Laden des Energiespeichers um zumindest eine Größenordnung schneller erfolgt.
Vorteilhaft bestimmt sich die zeitliche Auflösung des bereitgestellten PWM-Signals le- diglich durch eine annähernd lineare Rampe der Erfassungsgröße (d.h. des Ladezustandes des Energiespeichers) sowie durch die Auflösung des Vergleichsmittels.
Vorteilhaft vergrößert das hochaufgelöste PWM-Signal beim Betrieb der zumindest einen LED eine Zahl möglicher und zudem feinerer Helligkeitsabstufungen.
Vorteilhaft vergünstigt sich ein Schaltungsaufbau durch Tausch der Abhängigkeit der zeitlichen Auflösung des generierten PWM-Signals von der Periodendauer des zugrundeliegenden Taktgebers gegen eine Abhängigkeit von einer Auflösung des Vergleichsmittels, und durch einen Schaltungsaufbau, welcher lediglich Standard-Schal- tungselemente erfordert.
Vorteilhaft erfordert die Vorrichtung keine Eingriffe in eine bestehende Taktversorgung eines Betriebsgeräts, welches die Vorrichtung umfasst.
Unter„alternierend“ wird insbesondere„abwechselnd“ verstanden. Die Schaltmittel können einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfassen, welche dazu eingerichtet sind, in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Rechtecksignal alternierend geschlossen zu werden.
Der erste Schalter kann dazu eingerichtet sein, in einem geschlossenen Zustand den Energiespeicher über einen ersten ohmschen Widerstand zu laden.
Der zweite Schalter kann dazu eingerichtet sein, in einem geschlossenen Zustand den Energiespeicher über einen zweiten ohmschen Widerstand zu entladen.
Die Vergleichsmittel können dazu eingerichtet sein, ein zwischen dem Energiespei- cher und dem zweiten ohmschen Widerstand erfassbares Spannungspotential als die Erfassungsgröße für den Ladezustand des Energiespeichers zu erfassen.
Vorteilhaft erfordert dies lediglich ein einfaches galvanisches Anschließen des Vergleichsmittels an einen Leiter zwischen dem Energiespeicher und dem zweiten ohm- schen Widerstand, welcher das erfassbare Spannungspotential aufweist.
Die Vorrichtung kann ferner Impedanzanpassungsmittel umfassen, welche zwischen dem zweiten ohmschen Widerstand und den Vergleichsmitteln vorgesehen sind.
Vorteilhaft ist mit Impedanzanpassungsmitteln eine Verfälschung der erfassten elektrischen Größe vermeidbar.
Unter „Impedanzanpassungsmitteln“ werden insbesondere solche Schaltungselemente verstanden, welche ein Abbild einer als Eingangssignal bereitgestellten elektrischen Größe, etwa einer Spannung, mit einer geänderten, insbesondere größeren, Impedanz an einem Ausgang bereitstellen. Beispiele umfassen etwa Spannungsfolger.
Der Energiespeicher kann eine Induktivität umfassen, welche dazu eingerichtet ist, durch eine Spannungsquelle geladen zu werden.
Unter einer„Induktivität“ wird insbesondere ein Schaltungselement verstanden, welches etwa in Form einer Spule dazu eingerichtet ist, eine magnetische Energie zu speichern und für einen Abruf bereitzustellen. Der Energiespeicher kann eine Kapazität umfassen, welche dazu eingerichtet ist, durch eine Stromquelle geladen zu werden.
Unter einer„Kapazität“ wird insbesondere ein Schaltungselement verstanden, welches in Form eines Kondensators dazu eingerichtet ist, eine elektrische Energie zu speichern und für einen Abruf bereitzustellen.
Die Vorrichtung kann ferner einen Digital-Analog-Konverter umfassen, welcher dazu eingerichtet ist, eine Referenzspannung als die Referenzgröße für den Vergleich mit der Erfassungsgröße bereitzustellen. Alternativ kann auch ein PWM-Generator mit Tiefpassfilter vorgesehen sein, um die Referenzspannung bereitzustellen.
Unter einem„Digital-Analog-Konverter“ wird insbesondere ein Schaltungselement verstanden, welches dazu eingerichtet ist, auf Grundlage eines vorgegebenen digitalen Werts eine analoge elektrische Größe, etwa eine Spannung, bereitzustellen, welche einen Betrag in Höhe des vorgegebenen digitalen Werts aufweist.
Die Vergleichsmittel können dazu eingerichtet sein, einen ersten Logikpegel des hoch- aufgelösten PWM-Signals bereitzustellen, wenn die Erfassungsgröße die Referenzgröße überschreitet, und einen von dem ersten Logikpegel verschiedenen, zweiten Logikpegel des hochaufgelösten PWM-Signals bereitzustellen, wenn die Erfassungs- größe die Referenzgröße unterschreitet.
Unter einem„Logikpegel“ wird eine elektrische Größe, etwa eine Spannung, verstan- den, welche in der Digitaltechnik einen bestimmten Logikwert repräsentiert. Die üblicherweise verwendete Binärlogik unterscheidet zwischen zwei verschiedenen Logikpegeln, welche daher auch in einem PWM-Signal anwendbar sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt umfasst ein Betriebsgerät zum Betreiben zumindest einer LED eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines hochaufgelösten PWM-Signals gemäß Ausführungsbeispielen.
Unter einem„Betriebsgerät“ wird insbesondere eine Schaltung oder Baugruppe ver- standen, welche dazu eingerichtet ist, für die zumindest einen LED eine Energieversorgung bereitzustellen, welche an die elektrischen Erfordernisse der zumindest einen LED anknüpft. Mit anderen Worten bewirkt das Betriebsgerät eine Anpassung der Energieversorgung an die elektrischen Erfordernisse der zumindest einen LED. Gemäß einem dritten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen eines hochauf- gelösten PWM-Signals ein alternierendes Laden und Entladen eines Energiespeichers in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Rechtecksignal, wobei eines aus dem La- den und dem Entladen des Energiespeichers im Verhältnis zu einem jeweils anderen aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers um zumindest eine Größen- ordnung schneller erfolgt; ein Erfassen einer Erfassungsgröße für einen Ladezustand des Energiespeichers; ein Vergleichen der Erfassungsgröße mit einer Referenzgröße; und ein Bereitstellen des hochaufgelösten PWM-Signals in Abhängigkeit von dem Vergleichen.
Das Verfahren kann mit der Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen durchführbar sein.
Demzufolge sind die oben genannten Vorrichtungsmerkmale in dem Verfahren analog nutzbar.
Vorteilhaft sind daher auch dieselben Wirkungen und Vorteile erzielbar wie in Verbin- dung mit den oben genannten Vorrichtungsmerkmalen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen kurz erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen glei- che oder ähnliche Elemente bezeichnen.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines hochaufgelösten PWM-Signals nach einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 2A, 2B zeigen jeweils schematisch den Energiespeicher und die Energiequelle der Vorrichtung zum Bereitstellen des hochaufgelösten PWM-Signals nach Ausfüh- rungsbeispielen.
Fig. 3 zeigt schematische Verläufe von beim Bereitstellen des hochaufgelösten PWM- Signals beteiligten elektrischen Größen. Fig. 4 zeigt schematisch ein Betriebsgerät zum Betreiben zumindest einer LED nach einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Verfahren zum Bereitstellen des hochaufgelösten PWM- Signals nach einem Ausführungsbeispiel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFUHRUNGSBEISPIELEN
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Eine Beschreibung von Ausfüh- rungsbeispielen in spezifischen Anwendungsfeldern bedeutet keine Einschränkung auf diese Anwendungsfelder. Elemente schematischer Darstellungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu wiedergegeben, sondern vielmehr derart, dass ihre Funktion und ihr Zweck dem Fachmann verständlich werden. Soweit nicht ausdrück- lich anders angegeben sind die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombinierbar.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 10 zum Bereitstellen eines hochaufgelösten PWM-Signals UA nach einem Ausführungsbeispiel.
Die Vorrichtung 10 umfasst je nach Variante eine Teilschaltung 20A oder 20B (vgl. Fig. 2A oder 2B) mit einem jeweiligen Energiespeicher 21 A; 21 B und einer jeweiligen Ener- giequelle 22A; 22B.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner Schaltmittel 1 1 , 12, welche dazu eingerichtet sind, den jeweiligen Energiespeicher 21 A; 21 B in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Rechtecksignal SE alternierend durch die Energiequelle 22A; 22B zu laden und zu entladen, wobei das Entladen des jeweiligen Energiespeichers 21 A; 21 B im Verhältnis zu dem Laden des jeweiligen Energiespeichers 21 A; 21 B um zumindest eine Größenordnung schneller erfolgt.
Die Schaltmittel 1 1 , 12 umfassen einen ersten Schalter 1 1 und einen zweiten Schalter 12, welche dazu eingerichtet sind, in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Rechtecksignal SE alternierend geschlossen zu werden. Hierfür werden von dem vorgegebenen Rechtecksignal SE abhängige Ansteuersignale Sn, S12 für die Schaltmittel 1 1 , 12 bereitgestellt (vgl. Fig. 3 unten). Das vorgegebene Rechtecksignal SE kann auch mit dem Ansteuersignal Sn identisch sein. Dadurch ist die Vorrichtung 10 neben Taktsignalen auch mit gepulsten, insbesondere pulsweitenmodulierten Signalen ansteuerbar.
Der erste Schalter 1 1 ist dadurch dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand den jeweiligen Energiespeicher 21 A; 21 B über einen ersten ohmschen Widerstand 14 zu laden. Der zweite Schalter 12 ist hingegen dazu eingerichtet, in einem geschlosse- nen Zustand den jeweiligen Energiespeicher 21 A; 21 B über einen zweiten ohmschen Widerstand 15 zu entladen. Das alternierende Schließen der Schaltmittel 1 1 , 12 führt dementsprechend dazu, dass der jeweilige Energiespeicher 21 A; 21 B alternierend ge- laden bzw. entladen wird.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner Vergleichsmittel 13, welche dazu eingerichtet sind, eine Erfassungsgröße Uz für einen Ladezustand des Energiespeichers 21 A; 21 B zu erfassen. Insbesondere sind die Vergleichsmittel 13 dazu eingerichtet, ein zwischen dem jeweiligen Energiespeicher 21 A; 21 B und dem zweiten ohmschen Widerstand 15 erfassbares Spannungspotential als die Erfassungsgröße Uz für den Ladezustand jeweiligen des Energiespeichers 21 A; 21 B zu erfassen.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner einen Digital-Analog-Konverter 19, welcher dazu eingerichtet ist, eine Referenzspannung als die Referenzgröße UREF für den Vergleich mit der Erfassungsgröße Uz bereitzustellen.
Die Vergleichsmittel 13 sind ferner dazu eingerichtet, die Erfassungsgröße Uz mit einer Referenzgröße UREF ZU vergleichen und das hochaufgelöste PWM-Signal in Abhängigkeit von dem Vergleich bereitzustellen. Insbesondere sind die Vergleichsmittel 13 dazu eingerichtet, einen ersten Logikpegel„1“ des hochaufgelösten PWM-Signals UA bereitzustellen, wenn die Erfassungsgröße Uz die Referenzgröße UREF überschreitet, und einen von dem ersten Logikpegel verschiedenen, zweiten Logikpegel„0“ des hochaufgelösten PWM-Signals UA bereitzustellen, wenn die Erfassungsgröße Uz die Referenzgröße UREF unterschreitet.
Das Ausführungsbeispiel in Fig. 1 zeigt ferner, dass die Vorrichtung 10 Impedanzanpassungsmittel 16, 17, 18 umfasst, welche bedarfsweise zwischen dem zweiten ohmschen Widerstand 15 und den Vergleichsmitteln 13 vorgesehen sind. Fig. 2A, 2B zeigen die alternativen Teilschaltungen 20A, 20B aus Fig. 1 , welche den jeweiligen Energiespeicher 21 A; 21 B und die jeweilige Energiequelle 22A; 22B der Vorrichtung 10 umfassen.
Die in Fig. 2A illustrierte Teilschaltung 20A umfasst als den Energiespeicher 21 A eine Induktivität 21 A, welche dazu eingerichtet ist, durch eine Spannungsquelle 22A gela- den zu werden.
Die in Fig. 2B illustrierte Teilschaltung 20B umfasst hingegen als den Energiespeicher 21 B eine Kapazität 21 B, welche dazu eingerichtet ist, durch eine Stromquelle 22B ge- laden zu werden.
Fig. 3 zeigt schematische Verläufe von beim Bereitstellen des hochaufgelösten PWM- Signals UA beteiligten elektrischen Größen SE, SH , S12, Uz, UREF.
Aus der Figur sind von oben nach unten ersichtlich:
- das vorgegebene Rechtecksignal SE,
- die von dem vorgegebenen Rechtecksignal SE abhängigen und abgeleiteten An- steuersignale S11, Si2 für die Schaltmittel 1 1 , 12,
- die Erfassungsgröße Uz für den Ladezustand des Energiespeichers 21 A; 21 B,
- die Referenzgröße UREF für den Vergleich mit der Erfassungsgröße Uz, und
- das zeitlich hochaufgelöste PWM-Signal UA.
Wie Fig. 3 zeigt erfolgt das Ansteuern des Schaltmittels 11 zum Laden des jeweiligen Energiespeichers 21 A; 21 B mit dem Ansteuersignal S11, und ein Ansteuern des Schalt- mittels 12 zum Entladen des jeweiligen Energiespeichers 21 A; 21 B mit dem Ansteu- ersignal S12.
Dabei sind die Ansteuersignale Sn bzw. S12 mit dem vorgegebenen Rechtecksignal SE im Gleichtakt (d.h. identisch) bzw. im Gegentakt. Dies bewirkt ein alternierendes Laden durch die jeweilige Energiequelle 22A; 22B, bzw. ein Entladen, jeweils in Ab- hängigkeit von dem vorgegebenen Rechtecksignal SE.
Der zweite ohmsche Widerstand 15, über den der jeweilige Energiespeicher 21 A; 21 B entladen wird, sei im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 als zumindest eine Größenord- nung kleiner als der erste ohmsche Widerstand 14 angenommen, über den das Laden des jeweiligen Energiespeichers 21 A; 21 B erfolgt. Daher erfolgt das Entladen des jeweiligen Energiespeichers 21 A; 21 B im Verhältnis zu dem Laden des jeweiligen Energiespeichers 21 A; 21 B um zumindest eine Größenord- nung schneller. In Fig. 3 zeigt der Zeitverlauf der Erfassungsgröße Uz für den Ladezu- stand des Energiespeichers 21 A; 21 B eine ansteigende Rampe während des Aufladens des jeweiligen Energiespeichers 21 A; 21 B bei S =„1“, und ein praktisch augen- blickliches Absacken der Erfassungsgröße Uz während des Entladens des jeweiligen Energiespeichers 21A; 21 B, sobald Si2=„1“.
Die von dem Digital-Analog-Konverter 19 bereitgestellte Referenzgröße UREF für den Vergleich mit der Erfassungsgröße Uz ist dem Zeitverlauf der Erfassungsgröße Uz grafisch überlagert.
Per Sichtprüfung ist nachvollziehbar, dass die Vergleichsmittel 13 einen ersten Logik- pegel„1“ des hochaufgelösten PWM-Signals UA bereitstellen, wenn die Erfassungsgröße Uz die Referenzgröße UREF überschreitet, und einen von dem ersten Logikpegel verschiedenen, zweiten Logikpegel„0“ des hochaufgelösten PWM-Signals UA bereit- stellt, wenn die Erfassungsgröße Uz die Referenzgröße UREF unterschreitet.
Die zeitliche Auflösung des generierten hochaufgelösten PWM-Signals UA definiert sich daher durch die annähernd lineare Rampe der Erfassungsgröße Uz und durch die Auflösung / Schrittweite des Digital-Analog-Konverters.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Betriebsgerät 30 zum Betreiben zumindest einer LED 32 nach einem Ausführungsbeispiel.
Das Betriebsgerät 30 umfasst eine Vorrichtung 10 zum Bereitstellen des hochaufgelösten PWM-Signals UA gemäß Ausführungsbeispielen, und ist eingangsseitig mit einer Energiequelle 31 , welche in Fig. 4 als Spannungsquelle ausgeführt ist, sowie ausgangsseitig mit der zumindest einen LED 32 beschältet.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Verfahren 40 zum Bereitstellen des hochaufgelösten PWM-Signals UA nach einem Ausführungsbeispiel.
Das Verfahren 40 umfasst die Schritte:
- alternierendes Laden und Entladen 41 eines Energiespeichers 21 A; 21 B in Abhän- gigkeit von einem vorgegebenen Rechtecksignal SE, wobei eines aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers 21 A; 21 B im Verhältnis zu einem jeweils anderen aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers 21 A; 21 B um zumindest eine Größenordnung schneller erfolgt,
- Erfassen 42 einer Erfassungsgröße Uz für einen Ladezustand des Energiespei- chers 21 A; 21 B,
- Vergleichen 43 der Erfassungsgröße Uz mit einer Referenzgröße UREF, und
- Bereitstellen 44 des hochaufgelösten PWM-Signals UA in Abhängigkeit von dem Vergleichen 43. Das Verfahren 40 ist mit der Vorrichtung 10 gemäß Ausführungsbeispielen durchführbar.
Zwar wurden Vorrichtungen 10 und Verfahren 40 gemäß Ausführungsbeispielen be- schrieben, jedoch können diverse Abwandlungen in anderen Ausführungsbeispielen verwirklicht werden.

Claims

PAT E N TA N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung (10) zum Bereitstellen eines hochaufgelösten PWM-Signals, umfassend einen Energiespeicher (21 A; 21 B),
eine Energiequelle (22A; 22B),
Schaltmittel (1 1 , 12), welche dazu eingerichtet sind, den Energiespeicher (21 A; 21 B) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Rechtecksignal alternierend durch die Energiequelle (22A; 22B) zu laden und zu entladen, wobei eines aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers (21 A; 21 B) im Verhältnis zu einem jeweils ande- ren aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers (21 A; 21 B) um zumindest eine Größenordnung schneller erfolgt, und
Vergleichsmittel (13), welche dazu eingerichtet sind, eine Erfassungsgröße für einen Ladezustand des Energiespeichers (21 A; 21 B) zu erfassen, die Erfassungs- größe mit einer Referenzgröße zu vergleichen, und das hochaufgelöste PWM-Signal in Abhängigkeit von dem Vergleich bereitzustellen.
2. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 , wobei
die Schaltmittel (1 1 , 12) dazu eingerichtet sind, den Energiespeicher (21 A; 21 B) in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Rechtecksignal alternierend zu laden und zu entladen,
wobei das Entladen des Energiespeichers (21 A; 21 B) im Verhältnis zu dem La- den des Energiespeichers (21 A; 21 B) um zumindest eine Größenordnung schneller erfolgt.
3. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei
die Schaltmittel (1 1 , 12) einen ersten Schalter (1 1 ) und einen zweiten Schalter (12) umfassen, welche dazu eingerichtet sind, in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Rechtecksignal alternierend geschlossen zu werden.
4. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, wobei
der erste Schalter (1 1 ) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand den Energiespeicher (21 A; 21 B) über einen ersten ohmschen Widerstand (14) zu laden.
5. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Schalter (12) dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand den Energiespeicher (21 A; 21 B) über einen zweiten ohmschen Widerstand (15) zu entladen.
6. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 5, wobei
die Vergleichsmittel (13) dazu eingerichtet sind, ein zwischen dem Energiespei- cher (21 A; 21 B) und dem zweiten ohmschen Widerstand (15) erfassbares Spannungspotential als die Erfassungsgröße für den Ladezustand des Energiespeichers (21 A; 21 B) zu erfassen.
7. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6, ferner umfassend
Impedanzanpassungsmittel (16, 17, 18), welche zwischen dem zweiten ohm- schen Widerstand (15) und den Vergleichsmitteln (13) vorgesehen sind.
8. Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 - 7, wobei
der Energiespeicher (21 A) eine Induktivität (21 A) umfasst, welche dazu einge- richtet ist, durch eine Spannungsquelle (22A) geladen zu werden.
9. Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 - 7, wobei
der Energiespeicher (21 B) eine Kapazität (21 B) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, durch eine Stromquelle (22B) geladen zu werden.
10. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Digital-Analog-Konverter (19), welcher dazu eingerichtet ist, eine Referenzspannung als die Referenzgröße für den Vergleich mit der Erfassungsgröße bereitzustellen.
1 1 . Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Vergleichsmittel (13) dazu eingerichtet sind, einen ersten Logikpegel des hochaufgelösten PWM-Signals bereitzustellen, wenn die Erfassungsgröße die Refe- renzgröße überschreitet, und einen von dem ersten Logikpegel verschiedenen, zweiten Logikpegel des hochaufgelösten PWM-Signals bereitzustellen, wenn die Erfassungsgröße die Referenzgröße unterschreitet.
12. Betriebsgerät zum Betreiben zumindest einer LED, umfassend
eine Vorrichtung (10) zum Bereitstellen eines hochaufgelösten PWM-Signals gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Verfahren (40) zum Bereitstellen eines hochaufgelösten PWM-Signals, umfassend alternierendes Laden und Entladen (41) eines Energiespeichers (21 A; 21 B) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Rechtecksignal, wobei eines aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers (21 A; 21 B) im Verhältnis zu einem jeweils anderen aus dem Laden und dem Entladen des Energiespeichers (21 A; 21 B) um zu- mindest eine Größenordnung schneller erfolgt,
Erfassen (42) einer Erfassungsgröße für einen Ladezustand des Energiespei- chers (21 A; 21 B),
Vergleichen (43) der Erfassungsgröße mit einer Referenzgröße, und
Bereitstellen (44) des hochaufgelösten PWM-Signals in Abhängigkeit von dem Vergleichen (43).
14. Verfahren (40) gemäß Anspruch 13, wobei
das Verfahren (40) mit der Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 -
11 durchführbar ist.
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