Ein Betriebsgerät zum Versorgen einer oder mehrerer Leuchtdioden ist aus der WO

2013/152368 AI bekannt. Solche Betriebsgeräte dienen hauptsächlich dazu, eine gewünschte Energieversorgung für das Leuchtmittel, wie zum Beispiel eine Leuchtdiode (LED) oder mehrere in Serie und/oder parallel verschaltete Leuchtdioden, bereitzustellen. Zusätzliche Funktionen, wie das Dimmen der Leuchtmittel, die Veränderung/ Anpassung der Lichtfarbe oder die Kompensation von Schwankungen der Eingangsspannung, können in dem Betriebsgerät vorgesehen sein.

Die Lichtabstrahlung einer Leuchtdiode hängt vom Stromfluss durch die Leuchtdiode ab. Zur Helligkeitssteuerung oder Helligkeitsregelung werden Leuchtdioden daher typischerweise in einem Modus betrieben, in dem der Stromfluss durch die Leuchtdiode von dem Betriebsgerät gesteuert oder geregelt wird.

Bei der Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgt die Steuerung oder Regelung der Helligkeit über eine Änderung der Weite/Dauer von Strompulsen mit meist konstanter Amplitude innerhalb einer vorgegebenen Periodendauer T. Die in einer Periode abgegebene Leistung ergibt sich aus der Amplitude und dem Tastverhältnis (englisch„duty cycle"), einem zeitlichen Verhältnis von Pulsdauer und Periodendauer (Pulsperiode). Damit die einzelnen Pulse vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden, sollte die Periodendauer nicht zu groß bzw. die Frequenz nicht zu niedrig sein. Frei schwingende

Treiberschaltungen können eine Schaltfrequenz von mehreren MHz aufweisen, wobei die Steuerschaltung für die Ansteuerung des Resonanzwandlers ein Pulsweitenmodulationssignal mit einer Frequenz von beispielsweise 25 kHz erzeugt. Eine solch hohe Frequenz bzw. geringe Periodendauer des Pulsweitenmodulationssignals erfordert bei digitalen Steuerschaltungen, wie einem MikrocontroUer, bei dem die Pulsweite und somit der Dimm-Wert in möglichst kleinen Schritten geändert werden kann, eine sehr hohe Taktfrequenz zum Abzählen der Pulsweitenstufen innerhalb der Periode. Mit einer Frequenz von 25 kHz und einer Auflösung von 16 bit müssen beispielsweise innerhalb einer Periode von 40 2 ¹⁶ Stufen gezählt werden, was einer Taktfrequenz von 25 kHz · 2 ¹⁶ = 1638,4 MHz entspricht.

MikrocontroUer mit einer so hohen Taktfrequenz und Auflösung sind teuer. Bei der Verwendung eines MikroControllers mit einer geringeren Auflösung besteht dagegen die Gefahr, dass bei einer gewünschten kontinuierlichen oder zumindest vielstufigen Änderung des Dimm-Werts Helligkeitssprünge auf Grund der groben Abstufung (Dimm-Stufen) wahrnehmbar sind.

Um dies zu verhindern, schlägt die DE 10 2011 004452 AI vor, die Periodendauer derart zu verringern, dass zwischen zwei Pulsen mit gleicher Länge (gleichem Tastverhältnis) ein oder mehrere Pulse mit einer anderen Länge eingefügt werden können. Auf diese Weise wird über den Zeitraum der ursprünglichen Periodendauer durch die Mischung von Pulsen mit

unterschiedlich grober Abstufung ein mittlerer Dimm-Wert mit einer feineren Abstufung erzeugt. Wie oben beschrieben steigen jedoch die Anforderungen an die Taktfrequenz bei einer

Verringerung der Periodendauer bzw. einer Erhöhung der Frequenz an, was einen teuren

MikrocontroUer (Steuerschaltung) nötig macht. Zudem müssen von der Steuerschaltung die einzufügenden Pulse berechnet werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern. Aufgabe ist es insbesondere, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die eine Regelung oder Steuerung der Abgabeleistung mit einer hohen Auflösung/Genauigkeit und einem kostengünstigen Aufbau erlauben. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines PWM-Signals für die Steuerung der Abgabeleistung entsprechend einem eingangsseitigen, ersten Steuersignal (Dimm-Signal) eine Einrichtung zum Umsetzen des ersten Dimm-Signals in ein digitales zweites Dimm-Signal mit einer niedrigeren Auflösung, eine Steuerschaltung zum Erzeugen des PWM- Signals auf der Grundlage des umgesetzten zweiten Dimm-Signals und eine Regeleinrichtung auf. Die Regeleinrichtung variiert den Dimm- Wert des ersten Dimm-Signals zeitlich, um dem durch die niedrigere Auflösung des Dimm-Werts des zweiten Dimm-Signals gegenüber dem Dimm-Wert des ersten Dimm-Signals auftretenden Fehler im zeitlichen Mittel

entgegenzuwirken.

Das erste Dimm-Signal kann ein digitales oder analoges Signal sein, welches die gewünschte Helligkeit eines Leuchtmittels anzeigt oder die Farbe eines von einem Leuchtmittelverbund abzugebenden Lichts, und z.B. von einem Bediener oder einer Steuerung vorgegeben werden. Es hat als digitales Signal eine hohe Auflösung bzw. als analoges Signal ein unendliche feine Auflösung. Das PWM-Signal dient zur Ansteuerung einer Treiberschaltung, die die dem PWM- Signal entsprechenden Strom- oder Spannungsimpulse erzeugt und an das Leuchtmittel abgibt. Um einen Aufbau mit einer kostengünstigen Steuerschaltung zu ermöglichen, wird aus dem ersten Dimm-Signal von der Umsetzeinrichtung das digitale zweite Dimm-Signal mit einer niedrigeren Auflösung erzeugt und das niedrigauf ösende Signal von der Steuerschaltung verarbeitet. Die Korrektur der durch die Verwendung des niedrigauflösenden zweiten Dimm- Signals verlorenen Auflösung des ursprünglichen Dimm-Werts bzw. des sich daraus ergebenden Fehlers erfolgt mittels der Regeleinrichtung.

Die Regeleinrichtung kann hierbei dazu ausgelegt sein, die für zumindest einige Pulse des PWM-Signals fortlaufend bestimmten Fehler zu kumulieren und den Dimm-Wert des ersten Dimm-Signals für das nächste Tastverhältnis entsprechend einer Differenz zwischen dem Dimm- Wert des ersten Dimm-Signals und dem aktuell kumulierten Fehler zu ändern.

Ist die Differenz sehr klein, kann sich die Kumulation über viele Pulse erstrecken bevor es zu einer Änderung des Tastverhältnisses für die Fehlerkorrektur bei einem Puls kommt, was zu einer niederfrequenten Variation der von der Treiberschaltung abgegebenen Leistung bzw. der Lichtintensität führen kann. Um dies zu verhindern, kann die Regeleinrichtung dazu ausgelegt sein, den Dimm-Wert des ersten Dimm-Signals oder das Tastverhältnis so zu variieren, das sich zumindest die Tastverhältnisse einiger vorangegangener Pulse ändern. Insbesondere ist die Regeleinrichtung dazu ausgelegt, den Dimm-Wert des ersten Dimm-Signals oder das

Tastverhältnis so zu variieren, das die Tastverhältnisse um den einzustellenden genauen

Mittelwert zeitlich schwanken („dithering" des Tastverhältnis). Die Schwankung („dithering") kann über den gesamten Zeitverlauf des PWM-Signals oder nur für bestimmte Zeitabschnitte erfolgen.

Die Umsetzeinrichtung kann hierzu einen Delta-Sigma-Modulator aufweisen, dessen

Quantisierer den dem Delta-Sigma-Modulator zugeführten digitalen Dimm-Wert des ersten

Dimm-Signals in die niedrigere Auflösung umsetzt bzw. umsetzen. Der Delta-Sigma-Modulator kann ein digital/digital Umsetzer erster oder höherer Ordnung sein. Ist das erste Dimm-Signal ein analoges Signal, kann es für eine Umsetzung in ein digitales Dimm-Signal mit einer gegenüber dem zweiten Dimm-Signal höheren Auflösung umgewandelt werden.

Das einzustellende Tastverhältnis ist proportional zum Verhältnis zwischen dem von dem ersten Dimm-Signal angezeigten Dimm-Wert und dem maximal möglichen Dimm-Wert, so dass der Fehler auch auf der Grundlage des ersten Dimm-Signals und des das tatsächliche Tastverhältnis anzeigenden PWM-Signals bestimmt werden kann. Hierzu ermittelt die Steuerschaltung oder die Umsetzeinrichtung auf der Grundlage des analogen oder digitalen Dimm- Werts des ersten

Dimm-Signals ein Soll-Tastverhältnis, wobei die Regeleinrichtung eine Abweichung zwischen dem Soll-Tastverhältnis und dem von dem PWM-Signal angezeigten Tastverhältnis bestimmt und den Dimm-Wert des ersten Dimm-Signals ändert, um der bestimmten Abweichung im zeitlichen Mittel entgegenzuwirken.

Die Regeleinrichtung kann hierbei dazu ausgelegt sein, zumindest einige der fortlaufend bestimmten Abweichungen zu kumulieren und den Dimm-Wert des ersten Dimm-Signals für das nächste Tastverhältnis entsprechend einer Differenz zwischen dem Soll-Tastverhältnis und der aktuell kumulierten Abweichung zu ändern.

Die Regeleinrichtung kann einen Delta-Sigma-Modulator erster oder höherer Ordnung aufweisen, der die Abweichung zwischen dem Soll-Tastverhältnis und dem von dem PWM- Signal angezeigten Tastverhältnis bestimmt und schrittweise kompensiert. Die Vorrichtung kann derart ausgelegt sein, dass die Periodendauer der Pulse des PWM-Signals geändert werden kann.

Die Vorrichtung kann derart ausgelegt sein, dass die Periodendauer des PWM-Signals zwischen zwei Grenzwerten moduliert wird, wobei die Grenzwerte einen Modulationshub der

Periodendauer definieren, und der Modulationshub vorzugsweise lastabhängig ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Betriebsgerät für Leuchtdioden eine der beschriebenen Vorrichtungen auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Erzeugen eines PWM-Signals für die Steuerung der Abgabeleistung von zumindest einem Leuchtmittel auf der Grundlage eines ersten Dimm-Signals die Schritte:

- Umsetzen des ersten Dimm-Signals in ein digitales zweites Dimm-Signal mit einer niedrigeren Auflösung, und

- Erzeugen des PWM-Signals auf der Grundlage des umgesetzten zweiten Dimm-Signals auf, wobei der Dimm-Wert des ersten Dimm-Signals zeitlich variiert wird, um dem durch die niedrigere Auflösung des Dimm-Werts des zweiten Dimm-Signals gegenüber dem Dimm-Wert des ersten Dimm-Signals auftretenden Fehler im zeitlichen Mittel entgegenzuwirken. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung eines Betriebsgeräts für Leuchtdioden nach einem ersten

Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine vereinfachte Schaltung der Regeleinrichtung nach einem zweiten

Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine vereinfachte Schaltung der Regeleinrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 eine vereinfachte Schaltung der Regeleinrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 5 eine vereinfachte Schaltung der Regeleinrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 eine Schaltung eines Betriebsgeräts für Leuchtdioden nach einem sechsten

Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 7 ein vereinfachtes Diagramm zur Darstellung des Verfahrens.

Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Schaltung eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Betriebsgerät umfasst einen Gleichrichter 2, eine Treiberschaltung 3 und eine Vorrichtung 4 zum Erzeugen eines PWM- Ssignals für die Treiberschaltung 3. Die Vorrichtung 4 weist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Regeleinrichtung 5 mit einem Umsetzer und eine Steuerschaltung 6 auf.

Das Betriebsgerät 1 dient zum Betrieb des an das Betriebsgerät 1 ankoppelbaren Leuchtmittels 1 , welches vorzugsweise eine Leuchtdiode oder ein Verbund aus mehreren Leuchtdioden ist.

Hierfür erzeugt das Betriebsgerät 1 aus der an dem Anschluss 7 zugeführten Wechselspannung einen pulsweitenmodulierten Strom basierend auf dem am Anschluss 8 zugeführten digitalen Dimm-Signal S 1 , wobei der Gleichrichter 2 die Wechselspannung gleichrichtet und die gleichgerichtete Wechselspannung bzw. einen Gleichstrom an die Treiberschaltung 3 abgibt, welche daraus den pulsweitenmodulierten Strom entsprechend dem von der Steuerschaltung 6 abgegebenen PWM-Signal S3 erzeugt.

Der Gleichrichter 2 kann eine Leistungsfaktorkorrektur-schaltung und die Treiberschaltung 3 einen LLC -Resonanzwandler oder einen anderen Gleichspannungswandler umfassen.

Die das PWM-Signal S3 erzeugende Steuerschaltung 6 kann eine integrierte Halbleiterschaltung sein oder eine integrierte Halbleiterschaltung umfassen. Die Steuerschaltung 6 kann als ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Controller, ein MikroController oder eine

anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC,„Application Specific Integrated Circuit") oder eine Kombination der genannten Einheiten ausgestaltet sein. Das an dem Anschluss 8 empfangene hochauflösende digitale erste Dimm-Signal Sl mit einer Auflösung von beispielsweise 16 bit wird von dem in der Regeleinrichtung 5 enthaltenen Umsetzer (Digital/Digital- Wandler) in ein von der Steuerschaltung 6 verarbeitbares digitales Dimm-Signal S2 mit einer im Vergleich zum Dimm-Signal Sl niedrigeren Auflösung von beispielsweise 10 bit umgesetzt. Die Steuerschaltung 6 erzeugt in an sich bekannter Weise auf der Grundlage des von dem Dimm-Signal S2 angezeigten 10 bit Dimm-Werts das PWM-Signal S3, wobei ein Tastverhältnis für einen Stromimpuls entsprechend dem angezeigten 10 bit Dimm- Wert gewählt wird und die Anzahl der diskreten, wählbaren Tastverhältnisse der Anzahl der möglichen diskreten Dimm- Werte des 10-bit-Dimm-Signals S2 entspricht. Das Ereignis, das ein Tastverhältnis entsprechend dem 10 bit Dimm- Wert des Dimm-Signals S2 gewählt und mit dem PWM-Signal S3 an die Treiberschaltung 3 übermittelt wurde, wird der Regeleinrichtung 5 mit einem Signal S4 angezeigt. Die Regeleinrichtung 5 bestimmt daraufhin für diesen 10-bit-Dimm-Wert einen Fehler bezüglich des 16-bit Dimm-Werts von dem der 10-bit Dimm-Wert durch den Umsetzer erzeugt ist (Quantisierungsfehler), variiert den 16-bit Dimm- Wert um den bestimmten Fehler entgegenzuwirken, zum Beispiel durch Hinzufügen des vorzeichenbehafteten Fehlerwerts, setzt den variierten 16-bit Dimm-Wert in einen neuen 10-bit- Dimm-Wert um und gibt den neuen 10-bit-Dimm-Wert in dem Dimm-Signal S2 an die

Steuerschaltung 6 ab, auf dessen Grundlage das Tastverhältnis für den nächsten Stromimpuls gewählt wird.

Der zu korrigierende Fehler bewirkt eine im Vergleich zu dem von dem Dimm-Signal Sl angezeigten Dimm-Wert zu hohe oder zu niedrige Leistungsabgabe der Treiberschaltung 3 bzw. eine zu hohe oder zu niedrige Helligkeit des betriebenen Leuchtmittels. Ist oder wird der Fehler so groß, dass der variierte 16-bit-Dimm-Wert die nächst höhere oder niedrigere Quantisierungsstufe des Umsetzers erreicht, ändert sich auch bei konstantem Dimm- Signal Sl der 10-bit-Dimm-Wert und gleicht zumindest teilweise im zeitlichen Mittel den Fehler aus. Auf diese Weise wird ein mittlerer Dimm-Wert mit der feineren Abstufung des Dimm- Signals Sl erhalten.

Um niederfrequente Änderung des 10-bit-Dimm- Werts und somit niederfrequente Variation Lichtintensität zu verhindern, ist die Regeleinrichtung dazu ausgelegt, den 10-bit-Dimm-Wert so zu variieren, das dieser um den einzustellenden 16-bit-Dimm-Wert mit einer höheren Frequenz zeitlich schwankt („dithering").

Die Fehlerbestimmung und die Korrektur können für alle von der Steuerschaltung 6 bestimmten Tastverhältnisse oder nur zu Zeiten erfolgen, in denen das Dimm-Signal Sl konstant ist oder sich nur langsam ändert. Die Regeleinrichtung 5 kann die Fehler kumulieren und den 16-bit-Dimm-Wert entsprechend dem aktuell kumulierten Fehler variieren. Fig. 3 zeigt eine solche Regeleinrichtung 4, die einen Delta-Sigma-Modulator aufweist. Das am Anschluss 8 empfangene Dimm-Signal Sl wird über ein Addierglied 9 einem Quantisierer 10 zugeführt, der den 16-bit-Dimm-Wert in einen 10-bit- Dimm-Wert umsetzt und an die Steuerschaltung 6 (nicht gezeigt) über den Anschluss 11 ausgibt.

Der Fehler zwischen dem von dem Addierglied 9 erhaltenen 16-bit-Dimm-Wert und dem an Steuerschaltung 6 ausgegebenen 10-bit-Dimm-Wert wird von einem Differenzier-Glied 12 ermittelt und einem Integrator 13 zugeführt.

Der Integrator 13 summiert die Fehler von mehreren aufeinanderfolgend an die Steuerschaltung 6 ausgegebenen 10-bit-Dimm- Werten und gibt diese Summe an das Addierglied 9 ab, welches den aufsummierten Fehlerwert zu dem über den Anschluss 8 empfangenen 16-bit-Dimm-Wert addiert und diese Summe an den Quantisierer 10 als Eingangsgröße abgibt. Mit jedem Zyklus, welcher durch das Signal S4 der Regeleinrichtung angezeigt wird, kann der Eingangswert (16- bit-Dimm-Wert) der Regeleinrichtung 6 variiert werden, um dem durch die Umsetzung in eine niedrigere Auflösung auftretenden Fehler im zeitlichen Mittel entgegenzuwirken.

Die in Fig. 2 gezeigte Regeleinrichtung 4 stellt einen Delta-Sigma-Modulator erster Ordnung dar. Es ist jedoch auch möglich einen Modulator höherer Ordnung einzusetzen, um durch die Variation bedingte Helligkeitsschwankungen zu vermeiden. Fig. 3 zeigt eine Regeleinrichtung 4 mit einem Delta-Sigma-Modulator zweiter Ordnung, Fig. 4 eine andere Regeleinrichtung 4 mit einem Delta-Sigma-Modulator erster Ordnung und Fig. 5 eine andere Regeleinrichtung 4 mit einem Delta-Sigma-Modulator zweiter Ordnung.

Fig. 6 zeigt eine Schaltung eines Betriebsgeräts für Leuchtdioden nach einem vierten

Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem der Fehler auf der Grundlage des Dimm-Signals Sl und des das tatsächliche Tastverhältnis anzeigenden PWM-Signals S3 von der Regeleinrichtung 4 ermittelt wird.

Das Dimm-Signal S 1 kann eine analoges Signal sein, welches von der Regeleinrichtung 4 als variiertes Analogsignal S2 an die Steuerschaltung 6, die es in ein niedrigauflösendes

Digitalsignal (z.B. 10-bit-Signal) umsetzt, ausgegeben wird, oder ein hochauflösendes

Digitalsignal, das wie oben beschrieben von Regeleinrichtung 4 nach Variation/Korrektur in ein niederauflösendes Digitalsignal S2 umgesetzt wird. Es ist auch möglich das hochauflösende Digitalsignal mittels einem zusätzlichen A/D-Wandler aus dem analogen Dimm-Signal Sl zu erzeugen.

Die Regeleinrichtung 4 bestimmt auf der Grundlage des analogen oder digitalen Dimm- Werts des Dimm-Signals S 1 ein Soll-Tastverhältnis und die Abweichung (Fehler) zwischen dem Soll- Tastverhältnis und dem von dem PWM-Signal S3 angezeigten Tastverhältnis oder einen Ist- Dimm-Wert auf der Grundlage des von dem PWM-Signal S3 angezeigten Tastverhältnisses und die Abweichung (Fehler) zwischen dem Ist-Dimm-Wert und dem analogen oder digitalen Dimm- Wert des Dimm-Signals Sl .

Der Dimm-Wert des Dimm-Signals Sl wird entsprechend der bestimmten Abweichung (Fehler) von der Regeleinrichtung 4 für das nächste Tastverhältnis variiert/geändert, um dem Fehler im zeitlichen Mittel entgegenzuwirken. In Fig. 7 ist ein stark vereinfachtes Ablaufdiagramm dargestellt, das die einzelnen Schritte bei der Durchführung des oben ausführlich beschriebenen Verfahrens zeigt.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Breite der Pulse innerhalb einer konstanten Periode variiert. Es ist jedoch auch möglich, die Breite der Pulse tpuise bei konstanter Ausschaltzeit t ₀ ff zwischen den Pulsen für die Einstellung eines mittleren hochauflösenden Dimm-Werts (z.B. 16-bit-Dimm-Wert) zu variieren. Dies führt zu einer Pulse-Frequenz- Modulation, wobei die Periode T=tpuise+t ₀ ff im zeitlichen Mittel für einen einzustellenden 16-bit- Dimm-Wert (Dimm-Level) konstant bleibt. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Periodendauer T der Pulsweitenmodulation (PWM) des PWM-Signals S3 moduliert werden. Es erfolgt dann also eine Abweichung von einer normalen Pulsweitenmodulation (PWM), da auch die Frequenz und somit die Periodendauer T der Pulse des PWM-Signals S3 geändert wird. Beispielsweise kann die Periodendauer T des PWM-Signals S3 zwischen zwei Grenzwerten moduliert werden, so dass die Grenzwerte einen Modulationshub der Periodendauer T definieren, und der Modulationshub kann beispielsweise lastabhängig sein, wobei der Modulationshub durch Veränderung des unteren und/oder des oberen Grenzwerts lastabhängig eingestellt wird. Die Modulation der Periodendauer T kann beispielsweise in Dreiecksform erfolgen oder auch pseudo-zufällig (pseudo-random).