Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung mit Leuchtdioden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben von

Leuchtdioden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren zum Betreiben von Leuchtdioden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Technisches Gebiet Halbleiterlichtquellen wie beispielsweise Leuchtdioden sind während der letzten Jahre für Beleuchtungsanwendungen zunehmend interessant geworden. Der Grund dafür liegt unter anderem darin, dass entscheidende technische Innovationen und große Fortschritte sowohl bei der Helligkeit als auch bei der Lichteffizienz (Lichtleistung pro Watt) dieser Lichtquellen erzielt werden konnten. Nicht zuletzt durch die vergleichsweise lange Lebensdauer konnten sich Leuchtdioden zu einer attraktiven Alternative zu herkömmlichen Lichtquellen wie Glüh- oder Gasentladungslampen entwickeln.

Halbleiterlichtquellen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden im folgenden als LED (light-emitting-diode) abgekürzt. Dieser Begriff soll im folgenden sowohl Leuchtdioden aus anorganischen Materialien als auch Leuchtdioden aus organischen Materialien umfassen. Es ist bekannt, dass die Lichtabstrahlung von LEDs mit dem Stromfluss durch die LEDs korreliert. Zur Helligkeitsregelung werden LEDs daher grundsätzlich in einem Modus betrieben, in dem der Stromfluss durch die LED geregelt wird.

In der Praxis werden zur Ansteuerung einer Anordnung von einer oder mehrerer LEDs vorzugsweise Schaltregler, beispielsweise Tiefsetzsteller (Step-Down oder Buck Converter) verwendet. Ein solcher Schaltregler ist beispielsweise aus der DE 10 2006 034 371 A1 bekannt. Dabei steuert eine Steuereinheit einen hochfrequent getakteten Schalter (beispielsweise einen Leistungstransistor) an. Im eingeschalteten Zustand des Schalters fließt Strom über die LED Anordnung und eine Spule, die dadurch aufgeladen wird. Die zwischengespeicherte Energie der Spule entlädt sich im ausgeschalteten Zustand des Schalters über die LEDs (Freilaufphase).

Der Strom durch die LED Anordnung zeigt einen zickzackförmigen zeitlichen Verlauf: bei eingeschaltetem Schalter zeigt der LED-Strom eine ansteigende Flanke, bei ausgeschaltetem Schalter ergibt sich eine abfallende Flanke.

Der zeitliche Mittelwert des LED-stroms stellt den Effektivstrom durch die LED- anordnung dar und ist ein Maß für die Helligkeit der LEDs. Durch

entsprechende Taktung des Leistungsschalters kann der mittlere, effektive Strom geregelt werden.

Die Funktion des Betriebsgeräts ist nun, einen gewünschten mittleren

Stromfluss durch die LEDs einzustellen und die zeitliche Schwankungsbreite des Stroms, bedingt durch das hochfrequente Ein- und Abschalten des

Schalters (tpyischerweise im Bereich oberhalb von 10 kHz), möglichst gering zu halten. Eine große Schwankungsbreite des Stroms (Welligkeit oder Rippel) wirkt sich besonders bei LEDs nachteilig aus, da mit Veränderung der

Stromamplitude sich das Spektrum des emittierten Lichts verändern kann.

Um das emittierte Lichtspektrum während des Betriebs möglichst konstant zu halten, ist es bekannt, bei LEDs für Helligkeitsregelungen nicht die

Stromamplitude zu variieren, sondern ein sogenanntes PWM (pulse-width- modulation) - Verfahren anzuwenden. Dabei werden den LEDs durch das Betriebsgerät niederfrequente (typischerweise mit einer Frequenz im Bereich von 100-1000 Hz) PWM-Pakete mit (im zeitlichen Mittel) konstanter

Stromamplitude zugeführt. Dem Strom innerhalb eines niederfrequenten PWM-Pakets ist der oben angeführter hochfrequente Rippel überlagert. Die Helligkeit der LEDs kann nun durch die Zeitdauer oder die Wiederholfrequenz der niederfrequenten PWM-Pakete gesteuert werden; die LEDs können beispielsweise gedimmt werden, indem die Breite der niederfrequenten PWM- Pakete oder der zeitliche Abstand zwischen den niederfrequenten PWM-

Paketen vergrößert wird. Generell ist anzumerken, dass die niederfrequenten PWM-Pakete eine Form von niederfrequenten Pulspaketen darstellen, und die Änderung der Helligkeit über verschiedene bei Pulsmodulationen anwendbare Veränderungen möglich ist (Pulsdauer, Pulsbreite, Pulsfrequenz usw.).

Eine praktische Anforderung an das Betriebsgerät ist, dass es möglichst flexibel und vielseitig eingesetzt werden kann, beispielsweise unabhängig davon, wie viele LEDs als Last tatsächlich angeschlossen sind und betrieben werden sollen. Die Last kann sich zudem während des Betriebs ändern, wenn beispielsweise eine LED ausfällt.

Auch bei herkömmlichen Technologien werden die LEDs in einem

sogenannten 'continuous conduction mode' betrieben. Dieses Verfahren sei anhand von Figur 1a und Figur 1 b näher erläutert (Stand der Technik). Im in Figur 1a gezeigten Beispiel ist als Grundschaltung ein Buck-Converter für den Betrieb zumindest einer LED (oder mehrerer in Serie geschalteten LEDs) dargestellt, die einen Schalter S1 aufweist. Die Betriebsschaltung wird mit einer Gleichspannung bzw einer gleichgerichteten Wechselspannung U0 versorgt. Die bekannten Schaltungen benötigen aufwändige Mess- Schaltungen, um den Strom durch die LED während der Ausschaltphase zu messen, beispielsweise kann dies durch eine Spannungsmessung über der LED erfolgen, woraus auf den Strom geschlossen wird. Dafür ist aber eine Differenzspannungsmessung auf hohem Potential notwendig.

Im eingeschalteten Zustand des Schalters S1 (während der Zeitdauer t_on) wird in der Spule L1 Energie aufgebaut, die sich im ausgeschalteten Zustand des Schalters S1 (Zeitdauer t_off) über zumindest eine LED entlädt. Der sich ergebende zeitliche Stromverlauf ist in Figur 1b abgebildet (Stand der

Technik). Dabei sind zwei Pulspakte des PWM dargestellt. Der Stromverlauf innerhalb eines niederfrequentes PWM-Pakets ist zudem vergrößert dargestellt. Aus Gründen der Farbkonstanz soll innerhalb eines

niederfrequentes PWM-Pakets die Amplitude des Rippeis möglichst gering sein. Dies kann durch geeignete Wahl des Einschaltzeitpunkts tO und

Ausschaltzeitpunkts t1 erfolgen. So können diese Zeitpunkte beispielsweise so gewählt werden, dass der Schalter S1 eingeschaltet wird, wenn der Strom einen bestimmten minimalen Referenzwert unterschreitet und der Schalter ausgeschaltet wird, wenn der Strom einen maximalen Referenzwert überschreitet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Betriebsschaltung für wenigstens eine LED und ein Verfahren zum Betrieb wenigstens einer LED bereitzustellen, welche auf einfache Art und Weise die Konstanthaltung des Stroms und somit der LED- leistung ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Betriebsschaltung für wenigstens eine LED eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt. Erfindungsgemäß wird mittels einer Spule und einem durch eine Steuer/Regeleinheit getakteten Schalter eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter über eine Diode und über wenigstens eine LED entlädt.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wählt die Steuer/Regeleinheit den Einschaltverhältnis des Schalters so, dass der Stromfluss durch die

wenigstens eine LED möglichst nahe am Nominalwert liegt und vorzugsweise einen möglichst geringen Rippel aufweist.

Die erfindungsgemäße Betriebsschaltung treibt wenigstens eine LED, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, und die mittels einer Spule und einem durch eine Steuereinheit getakteten Schalter eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter in der Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter über wenigstens eine LED entlädt. Der LED Strom wird auf einen vorgegebenen Wert geregelt und zum

Einstellen der Helligkeit der LED werden jeweils niederfrequente PWM-Pakete einstellbarer Breite erzeugt.

Die Einschaltzeit des Schalters ergibt sich aus dem gemittelten Wert des Stromes durch die LED während eines niederfrequenten PWM-Paketes. Zu Beginn eines nächsten niederfrequenten PWM-Paketes wird die Einschaltzeit des Schalters um einen Aufschlagwert zusätzlich zu dem sich aus der

Regelschleife ergebenden Wert der Einschaltzeit erhöht. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben von wenigstens einer LED bereitgestellt, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete

Wechselspannung zugeführt wird, bei dem der durch getakteten Schalter eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter in einer Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter über wenigstens eine LED entlädt, und eine Steuer/Regeleinheit den Schalter derart ansteuert, dass der LED Strom auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird und zum Einstellen der Helligkeit der LED jeweils niederfrequente PWM-Pakete einstellbarer Breite erzeugt werden, wobei sich die Einschaltzeit des Schalters aus einer

Regelschleife ergibt, die den Strom durch die LED während eines

niederfrequenten PWM-Paketes auf einen Nominalwert halten soll, und zu Beginn eines nächsten niederfrequenten PWM-Paketes die Einschaltzeit des Schalters um einen Aufschlagwert zusätzlich zu dem sich aus der

Regelschleife ergebenden Wert der Einschaltzeit erhöht wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben von wenigstens einer LED, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, bei dem der durch getakteten Schalter eine

Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter in einer Spule eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter über wenigstens eine LED entlädt, und eine Steuer/Regeleinheit den Schalter derart ansteuert, dass der LED Strom (iLED) auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird und zum Einstellen der Helligkeit der LED jeweils niederfrequente PWM-Pakete einstellbarer Breite erzeugt werden, wobei sich die Einschaltverhältnis des Schalters aus einer Regelschleife für den Strom durch die LED ergibt und die Frequenz des Schalters konstant ist, und zu Beginn eines niederfrequenten PWM-Paketes die Einschaltzeit des Schalters um einen Aufschlagwert zusätzlich zu dem sich aus der Regelschleife ergebenden Wert der Einschaltzeit erhöht wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Betriebsschaltung eine Sensoreinheit auf, die ein Sensorsignal erzeugt und den Strom durch die LED überwacht.

Erfindungsgemäß verwendet die Steuereinheit ein Signal der Sensoreinheit oder eine Kombination mit dem Signal einer optionalen weiteren Sensoreinheit zur Festlegung des Einschaltverhältnisses des Schalters.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Sensoreinheit durch zwei miteinander gekoppelte Energiespeicherelemente gebildet, beispielsweise durch einen Transformator oder einen Hallsensor.

In einer möglichen Ausführungsform weist die Betriebsschaltung einen

Kondensator auf, der parallel zu der wenigstens eine LED angeordnet ist, und der während der Phase der Entmagnetisierung der Spule den Strom durch die LED aufrecht erhält, sodass der Strom durch die LEDs geglättet wird.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter

Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Figur 1a zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß dem bekannten Stand der Technik,

Figur 1 b zeigt ein Diagram mit dem zeitlichen Verlauf des LEDstroms in der Schaltungsanordnung von Figur 1a (Stand der Technik).

Figur 2a zeigt ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Betriebsschaltung (Buck) für LEDs.

Figur 3a und Figur 3b zeigen spezielle Ausführungsformen der Erfindung. Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung (Buck-Boost).

Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur LED

Strommessung

Figur 7 eine grafische Darstellung eines möglichen Signalverlaufes gemäß der Erfindung,

Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung

Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung

Figur 1a und Figur 1 b zeigen den Stand der Technik.

Die in Figur 2a dargestellte Schaltungsanordnung dient zum Betrieb von wenigstens einer (oder mehrerer in Serie geschaltenen) LED. Im dargestellten Beispiel sind beispielsweise zwei LEDs in Serie geschaltet, es können natürlich nur eine oder auch mehrere LEDs sein. Die LED bzw die seriell geschaltenen LEDs werden im Folgenden zusammengefasst als die LED bezeichnet (oder auch LED-strecke genannt).

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sich die Betriebsschaltung sehr flexibel an die Art und Anzahl der seriell verbundenen LEDs anpasst. Der Schaltung wird eine Gleichspannung U0 zugeführt, die natürlich auch eine gleichgerichtete Wechselspannung sein kann. Die LEDs sind in Serie mit einer Spule L1 und einem Schalter S1 verbunden. Zudem weist die

Schaltungsanordnung eine Diode D1 (die Diode D1 und die Spule L1 sind parallel zu den LEDs geschaltet) und optional einen zu den LEDs parallel geschalteten Kondensator C1 auf. Im eingeschalteten Zustand des Schalters S1 fließt Strom durch die LEDs und durch die Spule L , die dadurch magnetisiert wird. Im ausgeschaltenen Zustand des Schalters S1 entlädt sich die im Magnetfeld der Spule gespeicherte Energie in Form eines Stroms über die Diode D1 und die LEDs. Parallel dazu wird am Beginn des Einschaltens des Schalters S1 der Kondensator C1 geladen.

Während der Ausschaltphase des Schalters S1 (Freilaufphase) entlädt sich der Kondensator C1 und trägt zum Stromfluss durch die LED-strecke bei.

Bei geeigneter Dimensionierung des optionalen Kondensators C1 kann dies zu einer Glättung des Stroms durch die LEDs führen. Die Spule L1 kann auch Teil eines energieübertragenden Transformators sein.

Als Schalter S1 wird vorzugsweise ein Feldeffekttransistor verwendet. Der Schalter S1 wird hochfrequent geschaltet, typischerweise in einem

Frequenzbereich von über 10 kHz.

Gemäß der Erfindung kann der Strom durch die LED gemessen werden und somit auf einem vorgegebenen Wert bzw. in einem vorgegebenen

Wertebereich gehalten werden. In der Schaltung von Figur 2a ist weiters eine Steuer- und/oder Regeleinheit SR (im folgenden auch als Steuer/Regeleinheit SR bezeichnet) vorgesehen, die zur Regelung der LED-Ieistung oder des LED Stromes iLED die Taktung des Schalters S1 vorgibt. Die Steuer/Regeleinheit SR verwendet zur

Festlegung des Einschaltverhältnisses des Schalters S1 als Eingangsgrößen Signale von einer Sensoreinheit SE1 und zumindest optional Signale von einer weiteren Sensoreinheit SE2. Da die sich die Sensoreinheit SE2 in dem Pfad befindet, wo eine Messung an der LED während der Ausschaltphase des Schalters S1 möglich ist, wird diese Sensoreinheit im folgenden als die

Sensoreinheit SE2 bezeichnet. Die Sensoreinheit SE1 ermöglicht eine

Messung während der Einschaltphase des Schalters S1 und wird deswegen als die Sensoreinheit SE1 bezeichnet. Die Sensoreinheit SE2 ist innerhalb des Stromzweiges, der während der Freilaufphase vom Strom durchflössen wird, angeordnet, vorzugsweise in Serie zur LED oder alternativ auch in Serie zu der Spule L1 (als SE2' gekennzeichnet). Mit Hilfe der Sensoreinheit SE2 direkt oder indirekt der Strom durch die LED bestimmt werden.

Die Sensoreinheit SE2 kann auch ein Stromspiegel, Hallsensor oder ein Transformator sein oder es kann auch eine Spannungsmessung an der LED erfolgen. Die einzelnen Stromverläufe und der optimale Einschaltzeitpunkt des

Schalters S1 sollen nunmehr näher erläutert werden.

Zum Zeitpunkt t_0 wird der Schalter S1 geschlossen und es beginnt ein Strom durch die LED und die Spule L1 zu fliessen. Der Strom i_L zeigt einen Anstieg gemäß einer Exponentialfunktion, wobei im hier interessierenden Bereich ein quasi-linearer Anstieg des Stroms iLED und i_L erfolgt. iLED unterscheidet sich von i_L dadurch, dass ein Teil des Stroms i_L zur Ladung des

Kondensators C1 beiträgt. Das Öffnen des Schalters S1 zum Zeitpunkt t_1 hat zur Folge, dass sich die im Magnetfeld der Spule L1 gespeicherte Energie über die Diode D1 und die LEDs bzw. den Kondensator C1 entlädt. Der Strom i_L fließt in die gleiche Richtung weiter, nimmt aber kontinuierlich ab und kann sogar einen negativen Wert erreichen.

Ein negativer Strom (d.h. ein Stromfluss mit umgekehrter Richtung) kann erreicht werden, wenn die Spule L1 entmagnetisiert. Dieser ist solange vorhanden, solange die Ladungsträger, die zuvor in der leitend gepolten Diode D1 angereichert wurden, aus der Sperrschicht der Diode D1 ausgeräumt sind. Der Strom iLED hingegen nimmt nur schwach ab und wird aufrechterhalten, da der Kondensator C1 glättend wirkt. Zum Zeitpunkt t_2, also wenn die

Sperrschicht ausgeräumt ist, sperrt die Diode. Der Strom i_L nimmt ab (ist aber weiter negativ) und geht gegen null. In dieser Phase werden parasitäre Kapazitäten an der Diode D1 und weitere parasitäre Kapazitäten in der restlichen Schaltung geladen. Ein Wiedereinschaltzeitpunkt t_3 für den Schalter S1 kann gegeben sein, wenn der Strom i_L einen vorgegebenen Minimalwert unterschreitet. Ein Wiedereinschaltzeitpunkt t_3 für den Schalter S1 kann aber auch gegeben sein, wenn der Strom i_L den Nulldurchgang, oder zumindest die Nähe des Nulldurchgangs, erreicht. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spule L1 nicht bzw. kaum magnetisiert.

Der Schalter S1 kann zu diesem Zeitpunkt mit sehr geringen Verlusten eingeschaltet werden, da kaum Strom durch die Spule L1 fließt.

Da gemäß der Erfindung der Schalter S1 vorzugsweise mit einen fixen

Frequenz und einem variablen Einschaltverhältnis (Tastverhältnis) angesteuert wird, ist das Einschaltverhältnis aufgrund der Regelschleife so zu wählen, dass der Strom durch die LED um den angestrebten Nominalwert des LED Stromes pendelt. Es kann somit der Schalter S1 durch die Steuer/Regeleinheit SR derart angesteuert werden, dass auf einen vorgegebenen Nominalwert des Stromes iLED durch die LED geregelt wird.

Die Sensoreinheit SE1 ist in Serie zum Schalter S1 angeordnet und erfasst den Stromfluss durch den Schalter S1. Dies dient zur Überwachung des Stromflusses durch den Schalter S1. Übersteigt der Stromfluss durch den Schalter S1 einen bestimmten maximalen Referenzwert, so wird der Schalter S1 ausgeschaltet. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann es sich bei der weiteren Sensoreinheit SE1 beispielsweise um einen Messwiderstand (Shunt) handeln, wie er später als Messwiderstand RS in den Beispielsen der Figuren 3 bis 5 gezeigt ist,.

Zur Überwachung des Stromflusses kann nun der Spannungsabfall am

Messwiderstand (Shunt) RS abgegriffen werden und beispielsweise mittels eines Komparators mit einem Referenzwert verglichen werden. Überschreitet der Spannungsabfall am Messwiderstand (Shunt) RS einen bestimmten Wert, so wird der Schalter S1 abgeschaltet. Die Überwachung mittels der

Sensoreinheit SE1 kann zusätzlich oder alternativ zu der Sensoreinheit SE2 für die Ermittlung des Einschaltverhältnisses des Schalters S1 genutzt werden. Sie kann dabei auch als Schutz des Schalters S1 gegen Überströme im Fehlerfall genutzt werden (in einem derartigen Fall kann der Schalter S1 sofort geöffnet werden).

Zur Detektion eines vorteilhaften Einschaltverhältnisses für Schalter S1 kann wie bereits erwähnt auch die Sensoreinheit SE2 dienen.

In einer ersten Ausführungsform kann der Strom i_L durch die LED mittels des Transformators erfasst werden, wie dies auch in der Folge anhand der Fig. 3a und 3 b beschrieben ist. Der Strom iLED durch die LED oder alternativ der Strom i_L durch die Spule L1 kann auch beispielsweise mittels eines

Hallsensors erfasst werden.

Beispielsweise handelt es sich bei der Sensoreinheit SE2 um einen Serie zu den LED geschalteten Transformator mit einer Primärwicklung T1 ) und einer Sekundärwicklung T2. Ein Meßglied RM ist in Serie zu der Sekundärwicklung T2 angeordnet/ so dass ein Sekundärkreis gebildet wird, wobei in die

Sekundärwicklung T2 ein definierter Strom eingespeist wird und zumindest eine Messung auf der Sekundärseite erfolgt. Die Überwachung des zeitlichen Spannungsverlaufs auf der Sekundärseite T2 ermöglicht eine Aussage über den vorteilhaften Einschaltverhältnisses des Schalters S1. Da durch diese Messung eines Gleichstromes ermöglicht wird, muß keine hysteretische Regelung angewendet werden, sondern es kann auch eine Regelschleife angewendet werden, bei der nur ein Messwert des LED Stromes iLED als Istgröße bewertet wird. Die Steuer/Regeleinheit SR kann den Schalter S1 derart ansteuern, dass der LED Strom iLED auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.

Die Steuer/Regeleinheit SR verwendet die Information von der Sensoreinheit SE1 und / oder der Sensoreinheit SE2 zur Festlegung des

Einschaltverhältnisses des Schalter S1. Die Regelung zur Einstellung des Stromes durch die LED durch die Steuereinheit/Regeleinheit SR erfolgt somit in Form einer PWM-Regelung. Die Regelung der (zeitlich gemittelten) LED- leistung durch die Steuereinheit/Regeleinheit SR zur Einstellung der Helligkeit LED erfolgt vorzugsweise in Form von niederfrequenten Pulspaketen (PWM- Pakete).

Die Frequenz des niederfrequenten PWM-Pakete liegt typischerweise in der Größenordnung von 100 - 1000 Hz.

Der Schalter S1 selbst wird daher vorzugsweise während der niederfrequenten PWM-Paketen mit einer deutlich höheren Frequenz als die niederfrequenten PWM-Pakete ein- und ausgeschaltet und außerhalb der niederfrequenten PWM-Paketen nicht angesteuert.

Die Steuer/Regeleinheit SR steuert den Schalter S1 derart an, dass der Strom (iLED) durch die LED auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird und zum Einstellen der Helligkeit der LED jeweils niederfrequente PWM-Pakete einstellbarer Breite erzeugt werden,

Die Einschaltzeit des Schalters S1 ergibt sich aus dem gemittelten Wert des Stromes durch die LED während eines niederfrequenten PWM-Paketes und zu Beginn eines nächsten niederfrequenten PWM-Paketes wird die Einschaltzeit des Schalters S1 um einen Aufschlagwert zusätzlich zu dem sich aus der Regelschleife ergebenden Wert der Einschaltzeit erhöht.

Der Wert des Stromes (iLED) durch die LED kann mit Hilfe einer Messung des Stromes, der durch den eingeschalteten Schalter S1 fließt, bestimmt werden. Der Wert des Stromes (iLED) durch die LED mit kann auch Hilfe einer

Messung der über der LED abfallenden Spannung bestimmt werden.

Die Einschaltzeit kann solange um den Aufschlagwert erhöht werden, bis die nominale Amplitude des niederfrequenten PWM-Paketes nahezu oder vollständig erreicht worden ist. Es kann eine vorgegebene Anzahl von einem oder mehreren hochfrequenten Pulsen mit einem Aufschlagwert erhöht werden, dabei kann die Anzahl der beaufschlagten Pulse vom Helligkeitswert und / oder dem Abstand zum Nominalwert abhängen. Die Erhöhung der Einschaltzeit um einen Aufschlagwert kann beispielsweise auch nur bei niedrigen Helligkeitswerten erfolgen.

Der Aufschlagwert kann hinzugefügt werden, wenn bei Erreichen der

Einschaltzeit, die sich aus der Regelschleife ergibt, die nominale Amplitude des niederfrequenten PWM-Paketes nicht erreicht wurde.

Der Aufschlagwert kann zusätzlich oder alternativ auch zu anderen

Zeitpunkten innerhalb eines niederfrequenten PWM-Paketes hinzugefügt oder auch abgezogen werden, beispielsweise kann er am Ende eines

niederfrequenten PWM-Paketes abgezogen werden, um die abfallende Flanke des niederfrequenten PWM-Paketes zu beeinflußen. Auf diese Weise kann auch eine Farbkorrektur mittels der derart angesteuerten LED erfolgen oder auch ein Flackern oder andere visuelle Effekte, ein Über- oder

Unterschwingen oder auch die elektromagnetische Verträglichkeit oder Störaussendung vermieden oder verringert werden.

Die Steuer/Regeleinheit SR kann durch einen Microcontroller gebildet werden, der nur eine begrenzte Auflösung zur Erzeugung von PWM-Signalen besitzt.

Somit kann auch eine LED-Beleuchtungseinheit aufgebaut werden,

aufweisend mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare LEDs, wobei die LEDs jeweils durch eine erfindungsgemäße Betriebsschaltung angesteuert werden.

Es wird auch Verfahren zum Betreiben von wenigstens einer LED ermöglicht, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, bei dem der durch getakteten Schalter S1 eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter S1 in einer Spule L1 eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei

ausgeschaltetem Schalter S1 über wenigstens eine LED entlädt. Eine

Steuer/Regeleinheit SR steuert den Schalter S1 derart an, dass der LED Strom (iLED) auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird und zum Einstellen der Helligkeit der LED jeweils niederfrequente PWM-Pakete einstellbarer Breite erzeugt werden. Die Einschaltzeit des Schalters S1 ergibt sich aus einer Regelschleife, die den Strom durch die LED während eines niederfrequenten PWM-Paketes auf einen Nominalwert halten soll, und zu Beginn eines nächsten niederfrequenten PWM-Paketes wird die Einschaltzeit des Schalters S1 um einen Aufschlagwert zusätzlich zu dem sich aus der Regelschleife ergebenden Wert der Einschaltzeit erhöht.

Es wird auch Verfahren zum Betreiben von wenigstens einer LED ermöglicht, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, bei dem der durch getakteten Schalter S1 eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter S1 in einer Spule L1 eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei

ausgeschaltetem Schalter S1 über wenigstens eine LED entlädt, und eine Steuer/Regeleinheit SR den Schalter S1 derart ansteuert, dass der LED Strom (iLED) auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird und zum Einstellen der Helligkeit der LED jeweils niederfrequente PWM-Pakete einstellbarer Breite erzeugt werden, wobei sich das Einschaltverhältnis des Schalters S1 aus einer Regelschleife für den Strom durch die LED ergibt und die Frequenz des Schalters S1 konstant ist, und zu Beginn eines niederfrequenten PWM- Paketes die Einschaltzeit des Schalters S1 um einen Aufschlagwert zusätzlich zu dem sich aus der Regelschleife ergebenden Wert der Einschaltzeit erhöht wird. Eine mögliche Ausführung der Erfindung ist in den Fig. 3 (3a und 3b) dargestellt.

Dort ist eine Betriebsschaltung für wenigstens eine LED gezeigt, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, und die mittels einer Spule L1 und einem durch eine Steuer/Regeleinheit SR getakteten Schalter S1 eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt. Bei eingeschaltetem Schalter S1 wird in der Spule L1 eine Energie zwischengespeichert, die sich bei ausgeschaltetem Schalter S1 über wenigstens eine LED entlädt. Die Betriebsschaltung kann so gesteuert werden, daß die Steuer/Regeleinheit SR das Einschaltverhältnis des Schalters S1 abhängig von der Messung des Stromes iLED durch die LED bestimmt. Dabei kann die Steuer/Regeleinheit SR den Strom durch die LED mittels eines in Serie zu der LED geschalteten Transformators mit einer Primärwicklung T1 und einer Sekundärwicklung T2 bestimmen. Dabei kann die

Steuer/Regeleinheit SR einen ansteigenden Strom in die Sekundärwicklung T2 des Transformators einspeisen. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine in der Steuer/Regeleinheit SR angeordnete Stromquelle loff. Die Steuer/Regeleinheit SR kann die Spannung über der Sekundärwicklung T2 des Transformators über einen Analog-Digital-Wandler ADC überwachen. Es erfolgt also die Messung des Stromes durch die LED iLED mittels einer Sensoreinheit SE2 anhand eines Transformators.

Der definierte Strom, der in die Sekundärwicklung T2 durch die Stromquelle loff eingespeist wird, kann ein Dreiecksstrom sein.

Der definierte Strom, der in die Sekundärwicklung T2 durch die Stromquelle loff eingespeist wird, kann auch ein Dreiecksstrom mit einem festgelegtem Gleichspannungsanteil DC-Offset sein.

Der definierte Strom, der in die Sekundärwicklung T2 durch die Stromquelle loff eingespeist wird, kann aber auch beispielsweise ein DC-Referenzstrom mit fixer Amplitude sein, dem ein Wechselspannungsanteil mit definierter

Amplitude und Frequenz überlagert wird.

Es ist anzumerken, dass abhängig von der Art und Qualität der Stromquelle loff der definierte Strom eine unterschiedliche Stabilität aufweisen kann, dies kann insbesondere bei Erreichen der Sättigung in der Sekundärwicklung T2 der Fall sein. Abhängig von der Art der verwendeten Stromquelle loff können verschiedene Signalformen für den definierten Strom vorteilhaft sein, und die Methode zur Auswertung der Messung an der Sekundärseite kann der Art der verwendeten Stromquelle loff angepasst werden. Somit wird eine Strommessung ermöglicht, durch die sehr genau ein zu überwachender Strom bestimmt werden kann, wobei es sich bei dem Strom auch um einen Gleichstrom handeln kann. Dabei kann diese Strommessung derart erfolgen, dass eine Potentialtrennung zwischen dem zu messenden Strompfad und der messenden Auswerteschaltung (T2 und SR) gegeben ist.

Vorzugsweise hat der zu messende Strom (wobei dies wie bereits erwähnt auch ein Gleichstrom sein kann) eine Amplitude, die über dem

Sättigungsstrom des Transformators liegt, vorzugsweise liegt der zu messende Strom signifikant über dem Sättigungsstrom des Transformators, um eine sichere Messung zu gewährleisten.

Somit wird der Transformator in Sättigung betrieben, wenn der zu messende Strom mit einer entsprechenden Amplitude durch den Transformator (d.h. durch die Primärwicklung T1 ) fließt.

Wenn nunmehr in die Sekundärwicklung T2 ein definierter Strom eingespeist wird, der eine ansteigende Amplitude aufweist, dann baut sich aufgrund des Stromes durch die Sekundärwicklung T2 und dem sich daraus ergebenden Spannungsabfall über der Sekundärwicklung T2 ein magnetischer Fluss.

Da die Primärwicklung T1 und die Sekundärwicklung T2 magnetisch gekoppelt sind, werden sich die von den Strömen durch die Primärwicklung T1 und die Sekundärwicklung T2 hervorgerufenen magnetischen Flüsse aufheben, sobald deren Werte auf gleichem Niveau sind.

Bei einem Wicklungsverhältnis von Primärwicklung T1 zu Sekundärwicklung T2 von 1 :1 (d.h. die Anzahl der Primärwicklungen ist gleich der Anzahl der Sekundärwicklungen) heben sich somit die magnetischen Flüsse in dem Transformator auf, sobald der sekundärseitig in den Transformator

eingespeiste Strom dem primärseitig überwachten Strom entspricht.

Wenn nunmehr der in die Sekundärwicklung T2 eingespeiste definierte Strom den zu überwachenden Strom übersteigt, geht die Sekundärwicklung T2 in Sättigung, was durch eine sekundärseitige Überwachung (beispielsweise über die Messung am Widerstand RM) erkennbar ist. Für das in Fig. 3a und 3b dargestellte Beispiel würde über dem Widerstand RM ein erkennbarer Anstieg der über dem Widerstand RM abfallenden Spannung eintreten, sobald die Sekundärwicklung T2 in Sättigung geht.

Somit bildet die Primärwicklung T1 ein erstes Energiespeicherelement, wobei ein Strom durch die LED und durch die Primärwicklung T1 als ein erstes Energiespeicherelement fließt, wobei die Primärwicklung T1 als erstes

Energiespeicherelement mit der Sekundärwicklung T2 als ein zweites

Energiespeicherelement gekoppelt ist. Wenn die Primärwicklung T1 als das erste Energiespeicherelement aufgrund des Stromes durch die LED seine maximale Energiespeicherfähigkeit zumindest erreicht hat (also in Sättigung ist), und in Sekundärwicklung T2 als das zweite Energiespeicherelement ein definierter Strom mit vorzugsweise ansteigender Amplitude gespeist wird, so kann somit der Zeitpunkt erkannt werden, zu dem das erste

Energiespeicherelement aufgrund des Stromes durch das zweite

Energiespeicherelement wieder eine Energiespeicherfähigkeit erlangt, also die Primärwicklung T1 den Zustand der Sättigung verlässt.

Eine Steuer/ Regeleinheit SR kann die Spannung über der Sekundärwicklung T2 über einen Analog-Digital-Wandler ADC überwachen, beispielsweise am Messpunkt C3 an dem Widerstand RM. Anstelle eines Analog-Digital- Wandlers ADC kann die Messung aber beispielsweise auch mittels eines Komparators erfolgen. Sobald die überwachte Spannung eine dem

Komparator zugeführte Referenzspannung überschreitet, kann so

beispielsweise festgestellt werden, dass der Transformator nicht mehr aufgrund des LED Stromes auf der Primärseite in Sättigung ist. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3a und Fig. 3b besteht darin, dass bei dem Beispiel gemäß Fig. 3a die Steuer/ Regeleinheit SR nur einen Anschluß C2 für die Einspeisung des definierten Stromes in die Sekundärwicklung 12 und die Überwachung der

Sekundärwicklung 12 benötigt.

Gemäß diesem Beispiel der Fig. 3a ist die Steuer/ Regeleinheit SR derart ausgelegt, dass sie über den gleichen Anschluß sowohl einen Strom speisen kann (mittels der integrierten Stromquelle loff als auch gleichzeitig die

Spannung an dem Anschluß C2 überwachen kann (mittels eines Analog- Digital-Wandlers ADC), um damit die Messung an der Sekundärwicklung T2 durchzuführen.

Gemäß dem Beispiel der Fig. 3b ist die Steuer/ Regeleinheit SR derart ausgelegt, dass sie über einen ersten Anschluß C2 einen Strom in die

Sekundärwicklung T2 speisen kann (mittels der integrierten Stromquelle loff) und mittels des Anschlußes C3 die Spannung über dem Widerstand RM überwachen kann (mittels eines Analog-Digital-Wandlers ADC), um damit die Messung an der Sekundärwicklung 12 durchzuführen.

Bei der Messung an der Sekundärwicklung 12 können auch mehrere

Messwerte innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls erfasst werden und gemeinsam ausgewertet werden. So kann beispielweise bei der Einspeisung eines Dreiecksstroms in die Sekundärwicklung 12 sowohl für die steigende als auch die fallende Flanke die Spannung über dem Widerstand RM zu dem Zeitpunkt erfasst werden, zu dem festgestellt wird, dass der Transformator nicht mehr aufgrund des LED Stromes auf der Primärseite in Sättigung ist bzw. wieder in Sättigung ist. Zusätzlich kann auch der maximale Spitzenwert der Spannung über dem Widerstand RM erfasst werden, der erreicht wird, wenn der in die Sekundärwicklung 12 eingespeiste Strom seinen Maximalwert erreicht.

Anzumerken ist, dass beispielsweise bei Einspeisen eines Dreiecksstroms als definierten Strom in die Sekundärwicklung 12 bei der fallenden Flanke natürlich der entgegengesetzte Ablauf im Vergleich zur steigenden Flanke eintritt. Solange in die Sekundärwicklung 12 als das zweite

Energiespeicherelement ein definierter Strom mit einer derart hohen Amplitude gespeist wird, dass dieser den Strom auf der Primärseite des Transformators übersteigt, wird sich die Sekundärwicklung T2 im Zustand der Sättigung befinden. Wenn nun der Strom durch die Sekundärwicklung T2 soweit abfällt, dass der auf der Sekundärseite induzierte magnetische Fluß nicht mehr den der Primärseite übersteigt, dann wird die Sekundärwicklung T2 den Zustand der Sättigung verlassen und stattdessen wieder die Primärwicklung T1 den Zustand der Sättigung erreichen. Dadurch ist bei der fallenden Flanke der Zeitpunkt Ausschlag gebend, zu dem die Primärwicklung T1 den Zustand der Sättigung erreicht.

Die Überwachung an dem Anschluß C2 kann auch mittels eines Komparators erfolgen. Insbesondere bei der Variante, wo durch die Stromquelle loff ein DC- Referenzstrom mit fixer Amplitude überlagertem Wechselspannungsanteil mit definierter Amplitude und Frequenz gespeist wird, kann vorzugsweise zur Auswertung auch ein Komparator vorgesehen sein, der ständig toggelt (also insbesondere die Referenz umschaltet), um beide Flanken des definierten Stroms zur Überwachung nutzen zu können. Es können beispielsweise unterschiedliche Referenzen für die steigende und fallende Flanke vorgesehen sein.

Es kann bei der Überwachung auch das Signal über die Zeit überwacht und bewertet werden. Dabei kann insbesondere die Zeitdauer überwacht werden, bis festgestellt wird, dass der Transformator nicht mehr aufgrund des LED Stromes auf der Primärseite in Sättigung ist.

Unter Berücksichtigung des Anstiegs des definierten Stroms kann anhand dieser Zeitdauer auf die Höhe des überwachten Stromes geschlossen werden.

Die Referenz des Komparators kann beispielsweise auch durch einen Digital- Analog-Wandler vorgegeben werden.

Die Steuer/ Regeleinheit SR kann die Messung des Stromes derart ausführen, dass der definierte Strom in die Sekundärwicklung T2 durch die Stromquelle loff nur während der Ausschaltphase des Schalters S1 eingespeist wird. Die Steuer/ Regeleinheit SR kann die Messung des Stromes iLED durch die LED (mittels der Spannung über Sekundärwicklung T2) während der

Ausschaltphase durchführen.

Es kann also wie bereits erwähnt die Messung des Stromes durch die LED mittels einer Sensoreinheit SE2 mittels eines Transformators erfolgen.

Die Sensoreinheit SE2 kann aber auch ein Hallsensor sein, insbesondere durch miteinander gekoppelte Elemente eines Hallsensors gebildet werden.

Figuren 4 und Figur 5 zeigen spezielle Ausführungsformen der Erfindung.

Figur 4 zeigt eine Modifikation von der Schaltung in Figur 3 dahingehend, dass zusätzlich ein zweiter Schalter S2 parallel zu den LEDs und dem Kondensator C1 angeordnet ist. Der Schalter S2 ist selektiv/unabhängig ansteuerbar und kann beispielsweise ein Transistor sein. Wird der Schalter S2 geschlossen, so wird der Entladevorgang des Kondensators C1 beschleunigt. Durch die beschleunigte Entladung des Kondensators C1 wird erreicht, dass der

Stromfluss durch die LED möglichst schnell gegen null geht.

Dies ist beispielsweise am Ende eines niederfrequenten PWM-Pakets erwünscht, wo der Stromfluss durch die LED möglichst schnell abfallen soll d.h. die abfallende Flanke des Stromsverlaufs möglichst steil sein soll (aus Gründen der Farbkonstanz).

Vorzugsweise kann der Schalter S2 bei niedrigem Dimmlevel aktiviert und angesteuert werden, wo die niederfrequenten PWM-Pakete sehr kurz sind und es wichtig ist, dass der Strom durch die LED am Ende eines niederfrequenten PWM-Pakets rasch gegen null geht. Beispielsweise kann durch geeignete Ansteuerung des Schalters S2 ein noch niedrigeres Dimmlevel erreicht werden. Eine weitere Funktion dieses Schalters S2 ist, dass er im eingeschalteten Zustand die LEDs überbrückt. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn die LEDs ausgeschaltet werden sollen, d.h. kein Licht emittieren sollen, aber die Versorgungsspannung U0 noch anliegt. Ohne die Überbrückung durch den Schalter S2 würde ein (zwar kleiner) Strom über die LEDs und die

Widerstände R1 und R2 fließen und die LEDs (geringfügig) leuchten.

Es sei angemerkt, dass die Anordnung eines zweiten Schalters S2 parallel zu den LEDs und dem Kondensator C1 zur beschleunigten Entladung des Kondensators C1 nicht nur auf die spezielle Ausführungsform der

Schaltungsanordnung von Figur 4 beschränkt ist, sondern bei allen

Ausführungsformen der Erfindung angewandt werden kann.

Es sei bemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren natürlich auf andere Schaltungstopologien angewandt werden kann, so beispielsweise für einen sogenannten Buck-Boost Konverter, einen Halbbrückenwandler oder einen sogenannten Forward Konverter (Durchflußwandler).

Figur 5 zeigt eine Modifikation der Schaltung von Figur 2a dahingehend, dass die Anordnung der Drossel L1 , der Diode D1 sowie die Orientierung der LED- strecke modifiziert ist. Die gezeigte Schaltung stellt einen sog. Buck-Boost Konverter, auch als Inverterschaltung bezeichnet, dar.

In Serie zu den LED ist wiederum ein Transformator mit einer Primärwicklung T1 und einer Sekundärwicklung T2 angeordnet. Ein Meßglied RM ist in Serie zu der Sekundärwicklung T2 angeordnet, so dass ein Sekundärkreis gebildet wird, wobei in die Sekundärwicklung 12 ein definierter Strom eingespeist wird und zumindest eine Messung auf der Sekundärseite zur Überwachung des LED Stromes iLED erfolgt. Grundsätzlich ist wie bereits erwähnt durch die Erfindung eine

potentialgetrennte Strommessung für eine LED möglich, unabhängig von der eingesetzten Topologie zur Ansteuerung der LED. Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt einer Betriebsschaltung für wenigstens eine LED analog zu den Schaltungen der bisherigen Beispiele.

Eine solche Betriebsschaltung treibt typischerweise wenigstens eine LED, der eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung zugeführt wird, und die mittels einer Spule L1 und einem durch eine Steuer/Regeleinheit SR getakteten Schalter S1 eine Versorgungsspannung für wenigstens eine LED bereitstellt, wobei bei eingeschaltetem Schalter S1 in der Spule L1 eine Energie zwischengespeichert wird, die sich bei ausgeschaltetem Schalter S1 über wenigstens eine LED entlädt, wobei in Serie zu der LED ein

Transformator mit einer Primärwicklung T1 und einer Sekundärwicklung T2 angeordnet ist, und ein Meßglied RM in Serie zu der Sekundärwicklung T2 angeordnet ist, so dass ein Sekundärkreis gebildet wird, wobei in die

Sekundärwicklung T2 ein definierter Strom eingespeist wird und zumindest eine Messung auf der Sekundärseite erfolgt. Vorzugsweise wird der definierte Strom IM durch eine Stromquelle loff, welche mit der Sekundärwicklung T2 verbunden ist, in die Sekundärwicklung T2 eingespeist. Das Meßglied kann ein Widerstand RM (z.B. ein Strommess-Shunt) sein. Mittels der Messung kann auf der Sekundärseite der Strom iLED durch die LED bestimmt werden.

Der definierte Strom IM, der in die Sekundärwicklung T2 als die gekoppelte Wicklung eingespeist wird, kann ein Dreiecksstrom sein.

Der Zeitpunkt kann erkannt werden, bei dem der eingespeiste Dreiecksstrom den Strom iLED durch die LED übersteigt.

Dieser Zeitpunkt kann durch eine Spannungsüberwachung oder Messung an der Sekundärwicklung T2 als gekoppelte Wicklung erkannt werden.

Es kann der Zeitpunkt erkannt werden, bei dem der eingespeiste

Dreiecksstrom einen Wert erreicht, dass der Transformator nicht mehr aufgrund des LED Stromes iLED auf der Primärseite in Sättigung ist.

Dieser Zeitpunkt kann durch eine Spannungsüberwachung oder Messung an der Sekundärwicklung T2 als gekoppelte Wicklung erkannt werden. Anhand des erkannten Zeitpunktes kann auf die Höhe des Stromes iLED durch die LED geschlossen werden. Dabei kann das Wicklungsverhältnis des Transformators bei der Bestimmung des Stromes berücksichtigt werden. Vorzugsweise ist das Wicklungsverhältnis des Transformators eins zu eins (1 :1 ).

Der Transformator kann die Sensoreinheit SE2 bilden.

Die Sensoreinheit SE2 kann aber auch ein Hallsensor sein, insbesondere kann die Sensoreinheit SE2 durch miteinander gekoppelte Elemente eines Hallsensors gebildet werden.

Ein Kondensator C1 kann parallel zu der wenigstens eine LED angeordnet sein, und der während der Phase der Entmagnetisierung der Spule L1 den Strom iLED durch die LED aufrecht erhält, so dass der Strom iLED durch die LEDs geglättet wird.

Ein Schalter S2 kann der parallel zu dem Kondensator C1 und den LEDs angeordnet ist und unabhängig ansteuerbar sein. Der Schalter S2 kann geschlossen werden, um den Entladevorgang des Kondensators C1 zu beschleunigen.

Eine Steuer/Regeleinheit SR kann die Spannung über der Sekundärwicklung T2 über einen Analog-Digital-Wandler ADC überwachen.

Die miteinander gekoppelten Energiespeicherelemente bilden somit die Sensoreinheit SE2 und können durch magnetisch gekoppelte Wicklungen eines Transformators T1 , T2 gebildet werden. Die miteinander gekoppelten Energiespeicherelemente, die die Sensoreinheit SE2 bilden, können aber auch durch miteinander gekoppelte Elemente eines Hallsensors gebildet werden.

Die Schaltreglerschaltung bildet dabei eine Betriebsschaltung für zumindest eine LED.

Fig. 7 zeigt einen beispielhaften Messablauf für eine LED Beleuchtung mit drei unabhängigen LEDs. Die LEDs werden jeweils durch eine Betriebsschaltung gespeist. Der LED Strom (iLED) wird für alle drei Kanäle auf einen

vorgegebenen Wert geregelt und zum Einstellen der Helligkeit der LED werden jeweils niederfrequente PWM-Pakete einstellbarer Breite erzeugt. Fig. 7 zeigt im oberen Teil den Strom durch die erste LED (gespeist durch eine erste Betriebsschaltung) sowie darunter den Strom durch den Schalter S1 der ersten Betriebsschaltung. Darunter ist eine beispielhafte Abfolge von niederfrequenten PWM-Paketen für drei jeweils durch eine Betriebsschaltung angesteuerte LEDs dargestellt und auch die Abfolge der Messungen wird durch die schraffierten Blöcke angedeutet.

Wie in Fig. 7 dargestellt, wird vorzugsweise der Strom durch die LED während der Hälfte der Einschaltzeit des Schalter S1 gemessen. Während der

Einschaltzeit des Schalters S1 entspricht der Strom durch die LED dem Strom durch den Schalter S1 , da sie in Serie verbunden sind. In Kenntnis des

Einschaltverhältnisses und der Frequenz kann aufgrund dieser Messung der mittlere Strom durch die LED bestimmt werden. Vorzugsweise wird der mittlere Strom durch die LED durch mehrere aufeinanderfolgende Messungen ermittelt, beispielsweise durch mehrere Messungen bei aufeinanderfolgenden Pulsen immer bei der Hälfte der Einschaltzeit.

Die Einschaltzeit des Schalters (S1 ) ergibt sich aus dem gemittelten Wert des Stromes durch die LED während eines niederfrequenten PWM-Paketes und die darauffolgenden niederfrequenten PWM-Pakete werden mit dem

Einschaltverhältnis angesteuert, wie es aufgrund der Messung während des vorangegangen niederfrequenten PWM-Paketes ermittelt wurde. Dabei kann der Wert des erforderlichen Einschaltverhältnisses auch für mehrere niederfrequente PWM-Pakete beibehalten werden, beispielsweise wenn nicht bei jedem niederfrequenten PWM-Paket eine Messung erfolgt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der gleiche Eingang einer

Steuer/Regeleinheit SR für die Messung der Ströme an mehreren LEDs genutzt wird. In dem Beispiel der Fig. 7 werden sequentiell die drei

verschiedenen LED (auch LED Kanäle genannt) überwaht. Dabei wird zuerst die erste LED (LF PWM Channel 1 ) dann die zweite LED (Channel 2), dann die dritte LED (LF PWM Channel 3) und dann wieder die erste LED jeweils während einen niederfrequenten PWM-Paketes überwacht. Vorzugsweise wird für eine bestimmte Zeit am Ende eines niederfrequenten PWM-Paketes der LED Strom gemessen und ausgewertet. Dabei kann bei jedem Paket zumindest der Zeitraum von N hochfrequenten Pulsen (beispielsweise 16) zur Messung des Stromes genutzt werden.

Somit ergibt sich das während einem niederfrequenten PWM-Paket einzustellende Einschaltverhältnis und somit die Einschaltzeit aus der

Messung während eines vorhergegangenen niederfrequenten PWM-Paketes. Zu Beginn eines nächsten niederfrequenten PWM-Paketes wird nunmehr die Einschaltzeit des Schalters (S1 ) um einen Aufschlagwert erhöht, der zusätzlich zu dem sich aus der Regelschleife ergebenden Wert der Einschaltzeit heraufaddiert wird.

Das Beispiel der Fig. 9 und 8 zeigt die erfindungsgemäße Ansteuerung des Schalter S1 durch die Steuereinheit SR, wie es beispielsweise auf die

Schaltung nach dem Beispiel der Fig. 2 anwendbar ist. In der Fig. 9 sind das niederfrequente Signal (LF) und das hochfrequente Signal (HF) sowie das sich ergebende Dimm-signal (FET) in ihrem beispielhaften zeitlichen Verlauf dargestellt, die genaue Funktionsweise wird im Folgenden anhand des

Beispiels der Fig. 8 erläutert. Eine mögliche Implementierung ist in Fig. 8 dargestellt. Die Steuereinheit SR steuert den ersten Schalter S1 mit einem Dimm-Signal an, wobei das Dimm- Signal durch eine Verknüpfung eines niederfrequenten Signals und eines hochfrequenten Signals erzeugt wird.

Das niederfreqeunte Signal kann an einem ersten Ausgang (PWM_LF) und das hochfrequente Signal an einem zweiten Ausgang (PWM_HF) der

Steuereinheit SR ausgegeben werden. Der erste Ausgang (PWM_LF) und der zweite Ausgang (PWM_HF) können über ein Koppelglied verknüpft sein. Das Koppelglied kann durch einen ohmschen Widerstand (Resistor) gebildet wird.

Der zweite Ausgang (PWM_HF) kann als Open Kollektor Ausgang innerhalb der Steuereinheit SR ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist das niederfrequente Signal ein gepulstes, insbesondere PWM-Signal, insbesondere im Bereich von etwa 100Hz. Vorzugsweise ist das hochfrequente Signal ein gepulstes, insbesondere PWM-Signal,

beispielsweise im Bereich von etwa 50 kHz oder darüber.

Das Dimm-Signal, über welches die Helligkeit der LED eingestellt wird, wird also aus Pulspaketen gebildet, vorzugsweise als ein resultierendes PWM- Signal, wobei die Pulspakete durch längere Pausen unterbrochen sind. Somit gibt das Dimm-signal über die Ansteuerung des Schalters S1 die

niederfrequenten PWM-Pakete vor, die durch den Betrieb der

Betriebsschaltung entstehen. Das Dimm-signal kann von einer von außen, beispielsweise durch einen Nutzer, vorgegebenen Helligkeitsvorgabe abhängig sein. Diese Helligkeitsvorgabe kann durch das zugeführte

niederfrequente Signal beeinflusst werden.

Das niederfrequente Signal kann vom angestrebten Dimmlevel der LED abhängig sein. Das niederfrequente Signal kann auch von einem weiteren integrierten Steuerschaltkreis wie beispielsweise einem Microcontroller, der als zentraler Controller angeordnet ist, vorgegeben werden (HL) und nur von der Steuereinheit SR durchgeschleift werden.

Das niederfrequente Signal kann auch von einem weiteren Microcontroller, der als zentraler Controller angeordnet ist, vorgegeben werden und muß. nicht zwangsläufig von der Steuereinheit SR ausgegeben oder durchgeschleift werden.

Das hochfrequente Signal kann vom Strom und / oder der Spannung durch die LED abhängig sein. Das hochfrequente Signal ist von einer Regelschleife abhängig, wobei abhängig von zumindest einem vorgegebenen Sollwert für einen Strom und / oder eine Spannung innerhalb der Betriebsschaltung und dem Vergleich mit einem Istwert zumindest der erste Schalter S1 durch eine hochfrequente Ansteuerung getaktet wird. Beispielsweise kann die

Betriebsschaltung im PWM-Betrieb, wie oben erläutert, betrieben werden, wobei der Schalter S1 abhängig vom eingestellten Einschaltverhältnis ein- und ausgeschaltet wird. Dabei muß bei dieser Regelschleife nicht zwingend Rücksicht auf die aktuelle Helligkeit der LED genommen werden. Gemäß der Erfindung wird dabei die Einschaltzeit des hochfrequenten Signals zeitweise um einen Aufschlagwert erhöht, beispielsweise solange der Nominalwert des LED Stromes nicht erreicht ist oder nach dem Einsetzen eines Hochpegels des niederfrequenten Signals.

Somit ergibt sich durch die Erfindung der Vorteil, dass die Regelschleife für die Regelung des Stromes durch die LED von der Vorgabe der Helligkeit entkoppelt werden kann und trotzdem eine Ansteuerung des Schalters über ein einzelnes Ansteuersignal möglich ist (wobei die Verknüpfung vom hochfrequenten Signal der Regelschleife mit dem niederfrequenten Signal für die Helligkeit extern der Steuereinheit SR verknüpft wird). Die Steuereinheit SR kann durch einen Microcontroller, FPGA, PAL oder auch einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis gebildet werden. Die erfindungsgemäße Ansteuerung ist nicht auf die Topologie oder

Schaltungsanordnung der Fig. 8 begrenzt, es sind genauso

Implementierungen nach den Schaltungen der Fig. 1 bis 6 möglich.

Beispielsweise kann diese Erfindung bei einem Tiefsetzsteller, Hochsetzsteller, Inverter (Buck-Boost-Konverter), isolierten Sperrwandler (Flayback-Konverter), Sepie-Wandler oder auch anderen Topologien und Schaltungsanordnungen angewendet werden.

Die Erfindung betrifft grundsätzlich Betriebsschaltungen für wenigstens eine LED, die mittels eines Schaltreglers über einen getakteten ersten Schalter S1 versorgt werden, wobei über die Frequenz und / oder das Einschaltverhältnis des getakteten Schalters S1 der Strom durch die LED beeinflusst wird, und die Frequenz und / oder das Einschaltverhältnis des getakteten Schalters S1 durch eine Steuereinheit SR mittels eines Dimm-Signal als Ansteuersignal vorgegeben wird, wobei das Dimm-Signal durch eine Verknüpfung eines niederfrequenten Signals und eines hochfrequenten Signals erzeugt wird. Das niederfrequente Signal (LF) und das hochfrequente Signal (HF) werden vorzugsweise über ein Koppelglied verknüpft. Die Steuereinheit SR kann dabei sowohl das niederfrequente Signal an einem ersten Ausgang (PWM_LF) als auch das hochfrequente Signal an einem zweiten Ausgang (PWM_HF) ausgeben.

Die Beispiele der Fig. 9 oder 8 (und die anderen natürlich auch) kann dahingehend erweitert werden, dass mehrere Betriebsschaltungen gemäß der Figuren 9 oder 8 vorhanden sind.

Die Steuereinheiten SR der einzelnen Betriebsschaltungen können von einem gemeinsamen Microcontroller aus angesteuert werden. Es wäre aber auch möglich, die Funktion der zentralen Ansteuerung der einzelnen

Betriebsschaltungen durch einen zentralen Controller und die Regelung des Betriebs der Betriebsschaltungen durch die Steuereinheiten SR in einem gemeinsamen Microcontroller anzuordnen. Die einzelnen Betriebsschaltungen können beispielsweise LED-stränge unterschiedlicher Wellenlänge oder Farbe ansteuern. Die Ansteuerung des Microcontrollers kann über eine Schnittstelle (drahtlos oder leitungsgebunden) erfolgen. Dabei können Steuersignale zum Einstellen der Helligkeit oder Farbe oder auch Statusinformationen über die Schnittstelle übertragen werden.

Somit wird auch ein Verfahren zur Ansteuerung wenigstens einer LED ermöglicht, wobei die Steuereinheit SR den Schalter S1 mit einem Dimm- Signal ansteuert, und wobei das Dimm-Signal durch eine externe Verknüpfung eines niederfrequenten Signals und eines hochfrequenten Signals erzeugt wird.